KR20100084513A - 결정성 광물의 분말을 포함하는 플라스틱 렌즈용 조성물 및 상기 조성물에 의하여 제조된 플라스틱 렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 결정성 고분자 분말, 특히 수정 분말을 포함하는 플라스틱 렌즈용 조성물 및 상기 조성물로 제조된 플라스틱 렌즈에 관한 것으로서, 결정성 광물의 광학적, 물리학적 및 의학적 특성을 나타낼 수 있는 플라스틱 렌즈용 조성물 및 그 렌즈에 대한 것이다.

Description

결정성 광물의 분말을 포함하는 플라스틱 렌즈용 조성물 및 상기 조성물에 의하여 제조된 플라스틱 렌즈{A COMPOSITION FOR PLASTIC LENS COMPRISING CRYSTALLINE MINERAL POWDER AND A PLASTIC LENS PREPARED USING THE COMPOSITION}

본 발명은 플라스틱 렌즈용 조성물 및 상기 조성물로 제조된 렌즈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 결정성 광물의 분말, 특히 수정분말을 함유하는 플라스틱 렌즈용 조성물 및 상기 조성물을 이용하여 제조된 플라스틱 렌즈에 대한 것이다.

본 발명에 의한 플라스틱 렌즈는 결정성 광물의 분말을 포함하여 굴절률 특성이 우수하고 시력 보호에 우수하다.

일반적으로 플라스틱 렌즈는 유리 렌즈에 비교하여 경량성, 성형성, 내충격성, 염색성 등이 우수하여 렌즈 분야에 폭넓게 사용되고 있다. 대표적인 플라스틱 렌즈용 수지로는 폴리에틸렌글리콜비스알릴카보네이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트 등이 있다.

폴리에틸렌글리콜비스알릴카보네이트는 경량성, 성형성, 내충격성, 염색성 등은 우수하지만, 굴절률이 1.49 내지 1.50 수준으로서, 이를 렌즈로 사용할 경우 중심두께가 두꺼워지는 문제가 있다.

폴리스티렌, 폴리카보네이트 등은 굴절율은 1.58 내지 1.59 수준으로 높지 만, 열가소성 수지인 관계로 성형시 복굴절에 의한 광학적 왜곡현상이 발생하기 쉬우며, 표면에 형성되는 하드코트 피막의 밀착성이 낮다는 문제가 있다.

이에, 최근에는 폴리에틸렌글리콜비스알릴카보네이트와 동등한 물성 및 가공성을 지니면서도 굴절률이 우수한 수지 조성물에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

예를 들면, 에틸렌글리콜비스알릴카보네이트 및 비스페놀 A를 함유하는 디메타아크릴레이트 등을 공중합시키는 방법(일본특허공개 소59-191708호), 벤젠디카복실레이트 및 벤질 메타크릴레이트 등을 공중합시키는 방법(미국특허 제 4,522,993호) 등이 제시되어 있다. 그러나, 이들은 각 성분들의 중합반응 속도가 서로 달라 중합반응 제어가 어려우며 최종 공중합체에 미반응 단량체의 함량이 높은 단점이 있다.

또 다른 예로서, 디벤질퓨말레이드 및 디알릴프탈레이트 등을 공중합시키는 방법(일본특허공개 소64-45412호), 디알릴프탈레이트와 방향족 모노카본산 알릴 에스터 등을 공중합시키는 방법(일본특허공개 평1-60494호), 디알릴이소프탈레이트와 알렌벤조에이트 및 알릴말레이트 등을 공중합시키는 방법(일본특허공개 평1-93,597호) 등이 제시되어 있다. 그러나, 이들 수지 조성물은 렌즈 제조시 황색을 띠기 때문에 렌즈로서의 적용에 한계가 있다.

한편, 플라스틱 렌즈는 무기 유리 렌즈에 비하여 경량이고 잘 파괴되지 않으므로 착용 및 눈의 보호에 유리할 뿐만 아니라, 성형 가공 및 착색이 용이하므로 액세서리의 기능으로 적용성이 우수하다. 플라스틱 렌즈는 유리 렌즈가 가지는 약 한 내충격성, 높은 비중 등의 문제점을 극복한 것이기는 하지만 내마모성(scratch resistance) 및 유기용매에 대한 내성이 낮아서 그 용도가 제한되어 왔다.

예를 들어, 유럽특허 EP06905A2에서는 스틸렌, 아크릴산과 비스페놀-A형의 에폭시 수지 반응물, 아크릴산과 비스테트라브로모비스페놀-A형 에폭시 수지 반응물 및 디비닐벤젠, 디아릴디페닐네이트, 비닐톨루엔, 클로로스틸렌 등의 화합물을 포함하는 렌즈 제조용 수지 조성물을 개시하고 있다. 그러나, 상기 수지로 제조한 렌즈는 열적 안정성이 불량한 단점이 있다.

현재 안경용 렌즈로 주로 사용되는 수지로서 디에틸렌글리콜비스알릴카보네이트 중합체(PPG Industries Co., 상표명 CR-39)가 있다. 그러나, 상기 수지로 제조한 렌즈 역시 약 1.50 정도의 비교적 낮은 굴절률을 가진다. 따라서 상기 수지는 가장자리 두께가 얇은 도수 -3.00 이하의 렌즈에서는 용이하게 사용되고 있으나, 그 이상의 도수에서는 사용이 곤란하다.

상대적으로 높은 굴절률을 갖는 렌즈를 제조할 수 있는 중합체로는 폴리카보네이트(nD=1.58), 폴리스티렌(nD=1.60) 등이 알려져 있다. 그러나, 이들 중합체로 제조한 렌즈는 연마 가공성이 나쁘고, 표면 경도가 낮아 내소성(scratch resistance)이 낮으며, 유기 용매에 대한 내성이 약한 단점이 있다.

이와 같은 단점을 극복하기 위하여, 우수한 내마모성 및 고굴절률을 갖는 입체가교결합 플라스틱 렌즈를 제조하기 위한 다양한 연구가 현재 진행되고 있다.

한편 최근에는, 렌즈의 광학적 특성뿐 아니라 의학적 특성까지 고려하여, 사람이 안경을 착용하고 있을 때 눈의 피로감을 덜어주고 눈 건강을 증진시켜 줄 수 있는 안경 렌즈에 대하여도 연구하고 있다.

기술적 과제

이에 본 발명에서는 고굴절률, 경량성, 내충격성, 광안전성, 가시광선 투과율, 등의 물리적 특성이 우수하고 또한 시력 보호 특성이 우수한 플라스틱 렌즈용 조성물을 제공하고자 한다.

이를 위하여 본 발명에서는 플라스틱 렌즈용 수지 조성물에 미세화된 결정성 광물의 분말을 포함시킴으로써, 광학적 및 기계적 특성이 우수할 뿐만 아니라 시력보호 특성을 가지는 플라스틱 렌즈용 수지 조성물을 제조하였다.

따라서, 본 발명에서는 광학적 특성, 기계적 특성 및 물리적 특성이 우수하고 또한 시력 보호 특성이 우수한 플라스틱 렌즈 조성물 및 상기 렌즈 조성물로 제조된 렌즈를 제공하는 것을 목적으로 한다.

기술적 해결방법

본 발명은 투명 고분자 수지 및 결정성 광물의 분말을 포함하는 플라스틱 렌즈용 조성물을 제공한다.

본 발명은 또한 상기 조성물로 제조된 플라스틱 렌즈를 제공한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 결정성 광물의 분말로서 수정 분말을 사용할 수 있다.

상기 수정의 분말은 투명 고분자 수지 100 중량부에 대하여 0.1 내지 15 중량부만큼 함유될 수 있다.

상기 수정 분말은 수정을 분쇄하여 얻어지는 입자상의 수정으로서, 입자크기는 10 내지 1000 nm 정도가 가능하다. 본 발명의 일례에 따르면 수정분말의 입자크기를 30 내지 1000 nm 정도로 할 수 있다. 수정분말의 입자크기가 30nm 미만이면 수정의 결정성이 수정분말에 나타나지 않는 경우가 있으며, 한편 수정분말의 입자크기가 1000nm를 초과하게 될 경우 렌즈 제조시 수정분말의 입자가 육안으로 보일 정도가 되어 시야에 혼란을 일으킬 수 있고 광산란 등의 문제를 유발할 수도 있기 때문이다.

상기 플라스틱 렌즈용 조성물은 플라스틱 형성용 고분자 수지 성분을 포함하는데, 상기 고분자 수지는 종래 플라스틱 렌즈를 제조하기 위하여 사용되던 투명한 고분자 수지를 제한 없이 적용할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 조성물로 제조된 플라스틱 렌즈는 굴절률 1.5 이상의 고굴절율을 가질 수 있다.

이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의한 플라스틱 렌즈용 조성물은 플라스틱 형성용 투명 고분자 수지 및 결정성 광물의 분말을 포함한다.

먼저, 플라스틱 형성용 투명 고분자 수지로서는 종래에 렌즈 제조용으로 사용되던 고분자 수지를 제한 없이 사용할 수 있다.

본 발명의 일례에 따르면 투명 고분자 수지로서, 현재 안경용 렌즈로 주로 사용되는 폴리에틸렌글리콜비스알릴카보네이트 중합체를 사용할 수 있다. 굴절률 조절 또는 다른 광학적 특성 향상을 위하여 다른 고분자 수지 성분과 폴리에틸렌글리콜비스알릴카보네이트 중합체를 혼합하여 사용할 수 있음은 물론이다.

본 발명의 다른 일례에 따르면 상기 투명 고분자 수지로서, 폴리스티렌, 폴리에틸렌글리콜비스아릴 카보네이트, 폴리카보네이트 또는 변성 디아릴프탈레이트를 사용할 수도 있으며, 이들을 혼합하여 사용할 수도 있다.

본 발명의 다른 일례에 따르면 우레탄 수지로서 티오우레탄 수지를 사용할 수도 있다.

종래에 알려진 수지를 사용하는 방법로서, 비스페놀-A에서 유도된 디아크릴레이트 또는 디메타크릴레이트를 사용하는 방법; 할로겐화 비스페놀-A에서 유도된 디아크릴레이트 또는 디메타크릴레이트를 사용하는 방법, 할로겐화 스티렌 단량체 및 다작용성 메타크릴레이트의 결합물을 사용하는 방법; 또는 디알릴프탈레이트 단량체를 사용하는 방법 등이 있다.

상기 투명 고분자 수지는 당업자가 필요에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 필요한 경우 상기 고분자 수지를 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다. 이 경우 투명 고분자 수지의 혼합비율을 렌즈의 용도 및 필요로 하는 광학특성 등에 따라 달라질 수 있을 것이다.

상기 투명 고분자 수지 성분의 함량 비율은 결정성 광물 분말의 함량에 따라 달라질 수 있는데, 본 발명의 일례에 따르면 상기 고분자 수지 성분의 함량은 플라스틱 렌즈 조성물의 총 중량에 대하여 85중량％ 내지 99.9중량％ 정도가 가능하다.

본 발명에 의한 플라스틱 렌즈용 조성물은 플라스틱 형성용 고분자 수지에 더하여 결정성 광물의 분말을 포함한다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 결정성 광물의 분말로서 수정 분말을 사용할 수 있다.

수정(水晶; quartz 또는 crystal quartz)는 석영의 일반명칭으로서, 이산화규소(SiO₂)의 결정체라고 할 수 다. 수정은 모스 경도계 상의 굳기가 7이인 결정성 광물이다.

종래에는 무색 투명한 수정이 안경 렌즈로 사용되었다. 수정을 연마하여 안경 렌즈로 사용할 경우, 긁힘이 적고 광투과성이 우수한 렌즈를 제조할 수 있다는 장점이 있다.

그러나, 수정을 그대로 렌즈로 사용할 경우 무겁기 때문에 사용이 불편하다. 또한 결정상태의 수정을 가공하기 위해서는 주로 그라인딩 방법을 적용하여야 하는데 이 경우, 다양한 시력 돗수 또는 난시 등의 다양한 시력 상태에 적합한 다양한 종류의 렌즈로 가공하는 것이 용이하지 않다.

이에 본 발명에서는 분말 상태의 수정을 플라스틱 렌즈용 투명 고분자 수지와 혼합하여 렌즈를 제조한다. 이 경우, 렌즈 가공의 과성에서 고분자 수지 조성물 상태로 가공을 수행하기 때문에 다양한 형태와 용도로 렌즈를 가공하는 것이 용이하다. 또한 본 발명에 의한 렌즈는 결정성 광물 성분, 예를 들어 수정 성분을 포함하면서도 무게가 가볍다는 장점이 있다.

아울러, 본 발명에 의한 플라스틱 렌즈에는 결정성 광물의 분말, 예를 들어 수정 분말이 포함됨으로써 빛 투과성이 우수해지고 굴절률이 증가되며, 또한 수정의 의학적 특징이 렌즈에서 발현될 수 있다.

수정의 색깔은 보통 무색투명 또는 흰색 반투명한데, 경우에 따라서 노랑(citrin), 빨강 또는 핑크(홍수정; rose quartz), 녹색, 파랑(blue quartz), 보라(자수정: amethyst), 흑갈색(연수정; smoky quartz) 등을 나타내는 경우도 있다. 본 발명에 의할 경우 수정의 색에 제한 없이 모든 종류의 수정을 사용할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 상기 수정 분말은 무색 투명한 수정, 흰색 반투명 수정, 노랑 수정(citrin), 빨강색 수정(홍수정; rose quartz), 녹색 수정, 파랑 수정(blue quartz), 보라색 수정(자수정: amethyst) 및 흑갈색 수정(연수정)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수정을 분쇄하여 이루어진 것을 사용할 수 있다.

한편, 수정이 보라색이 나는 원인은 Fe₂O₃에 의한 것인데 이를 230∼260℃로 가열하면 황색으로 변하는데 이를 황옥(topaz) 또는 황수정 이라 한다. 따라서 본 발명의 일례에 따르면 수정으로서 황옥을 사용할 수도 있다.

한편, 공업적으로 합성된 합성 수정도 본 발명에 적용될 수 있음은 물론이다.

이러한 수정 분말은 시판되는 제품도 있는 바, 필요에 따라서는 시판되는 수정분말을 사용할 수도 있다.

그런데, 보석학에서는 수정보다는 쿼츠(Quartz)란 용어를 많이 사용하기 때문에, 상기 쿼츠 역시 본 발명에 의한 수정에 포함된다.

한편 수정은 고유의 진동수를 가지고 있다. 종래 수정을 시계에 이용하였는데, 이는 얇은 수정 막에 전기를 연결하면 자동적으로 떨림 현상이 일어나는 것을 이용하는 것이다. 즉, 보통 시계에 사용하는 수정막은 1초에 위아래로 32,768회 진동을 한다. 이러한 수정막이 32,768회 떨릴 때 톱니 바퀴 등을 이용, 초침이 1초를 움직이도록 하거나, 초에 해당하는 숫자를 하나 더 하도록 하여 시간을 계산할 수 있다.

수정을 함유하는 렌즈의 경우 이러한 수정의 미세한 진동이 낮은 진동수의 파장을 발생하여, 상기 렌즈를 이용하여 제조된 안경 착용자의 눈에 낮은 진동수의 파장을 줄 수 있게 된다.

상기 수정 분말은 고분자 수지 성분 100 중량부에 대하여 0.1 내지 15 중량부의 양으로 함유될 수 있다. 수정 분말의 함량이 지나치게 적을 경우 수정 고유의 특성이 렌즈에 잘 나타나지 않을 가능성이 있으며, 수정 분말의 함량이 지나치게 많을 경우에는 렌즈가 무거워 질 수가 있으며 또한 렌즈 조성물의 중합에 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다.

상기 수정 분말은 수정을 분쇄하여 얻어지는 입자이다. 상기 수정 분말의 입자크기는 10 내지 1000 nm 정도가 가능하며, 결성성 및 광학특성 등을 고려할 때 바람직하게는 30 내지 1000nm가 가능하다.

본 발명에 의한 플라스틱 렌즈용 조성물은 렌즈의 성능 향상이나 개량 또는 제조의 편의를 위하여 필요한 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 종류에 제한이 있는 것은 아니다.

이러한 가교제, 착색제, 광산란 방지제, 정전 방지제 등이 포함될 수 있으며 그 종류가 이것으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일례에 따르면, 이러한 첨가제는 고분자 수지 성분 100 중량부에 대하여 0.5 내지 10 중량부만큼 포함될 수 있다.

본 발명은 또한 본 발명에 의한 플라스틱 렌즈용 조성물에 의하여 제조된 플라스틱 렌즈를 제공한다.

본 발명에 의한 플라스틱 렌즈는, 플라스틱 렌즈용 조성물을 이용하여 렌즈를 제조하는 통상적인 방법에 의하여 제조될 수 있다.

예를 들면, 본 발명에 의한 플라스틱 렌즈용 조성물의 각 성분을 혼합한 후 이를 성형하여 렌즈를 제조할 수 있다.

본 발명의 일례에 의하면, 투명 고분자 수지 성분을 용융시킨 후, 여기에 결정성 광물의 분말 및 필요한 경우 첨가제를 혼합 한 후, 상기 용융된 혼합물을 성형용 주형에 충진시켜 성형시킴으로써 렌즈를 제조할 수 있다.

본 발명의 일례에 따르면, 먼저 결정성 광물을 용매, 예를 들어 아세톤에 분산시킨 후, 이를 모노머 상태의 투명 고분자 수지 성분과 혼합한 후 중합을 실시하여 플라스틱 렌즈를 제조할 수 있다.

본 발명의 다른 일례에 따르면, 투명 고분자 수지 성분과 결정성 광물의 분말, 예를 들어 수정 분말을 혼합한 후 이를 용융시키면서 필요한 경우 첨가제를 혼합한 후, 상기 용융된 혼합물을 성형용 주형에 충진시켜 성형시킴으로써 렌즈를 제조할 수 있다.

이때, 상기 용융된 혼합물을 먼저 예비 중합시켜서 시럽 상태의 혼합물을 만든 후 상기 시럽상태의 혼합물을 상기 성형용 주형에 충진시켜 성형을 실시할 수도 있다.

유리한 효과

본 발명에 의한 렌즈 조성물의 경우, 플라스틱 렌즈용 조성물에 결정성 공물의 분말을 포함하기 때문에 상기 결정성 광물의 광학적, 물리학적 및 의학적 특성을 나타낼 수 있는 플라스틱 렌즈를 제조할 수 있다.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

이하 실시예 및 시험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기와 같은 실시예 등에 의하여 한정되는 것은 아니다.

＜실시예 1＞

폴리에틸렌글리콜비스알릴카보네이트 중합체(PPG Industries Co., 상표명 CR-39) 300g을 용기에 투입하고 40∼50℃에서 가열하여 용융시켰다.

평균입경이 30nm인 수정 분말(나노테크월드사(한국), 나노수정분) 20g을 아세톤 100ml에 분산한 후, 이를 상기 용융된 폴리에틸렌글리콜비스알릴카보네이트 중합체에 혼합하고 가교제로서 이소프로필 퍼옥시카보테이트(9g)을 투입하여 혼합하였다.

상기 혼합물을 직경 65mm의 렌즈성형용 유리주형에 주입하여 성형한 후 제조된 레즈를 주형으로부터 꺼내어 세척 및 건조하여 렌즈를 제조하였다.

＜실시예 2∼3＞

폴리에틸렌글리콜비스알릴카보네이트 중합체 대신 폴리스티렌(실시예 2) 및 폴리카보네이트(실시예 3)을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 플라스틱 렌즈를 제조하였다.

＜시험예 1＞ 물리적 특성 시험

상기 실시예 및 비교예에서 제조한 플라스틱 렌즈는 다음과 같은 방법으로 굴절율, 가시광선투과율, 내충격성 및 시험을 하였다. 그 결과는 하기 표1에 나타내었다.

굴절율은 굴절률 측정기를 이용하여 측정하였고, 가시광선 투과율은 광학시험기로 측정하였다.

내충격성은 FDA규격에 의해 렌즈 중심두께 2mm의 시료를 127cm의 높이에서 16.3g의 볼을 떨어뜨려 시험하였는데, 시험결과 파손되면 '불량', 파손되지 않으면 '양호'로 판정하였다.

표 1

상기 표1의 결과에 의하면, 비교예에 비하여 실시예에 의한 렌즈가 굴절률 및 가시광선 투과율이 우수하다는 것을 알 수 있다.

본 발명의 렌즈 조성물은 플라스틱 렌즈를 제조하는 데 사용될 수 있다.

Claims (8)

1. 투명 고분자 수지 및 결성성 광물의 분말을 포함하는 플라스틱 렌즈용 조성물.
2. 제 1항에 있어서 상기 결성성 광물의 분말은 수정 분말인 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈용 조성물.
3. 제 2항에 있어서, 상기 수정 분말은 상기 투명 고분자 수지 성분 100 중량부에 대하여 0.1 내지 15 중량부만큼 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈용 조성물.
4. 제 2항에 있어서, 상기 수정 분말은 입자크기가 30 내지 1000 nm 인 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈용 조성물.
5. 제 2항에 있어서, 상기 수정 분말은 무색 투명한 수정, 흰색 반투명 수정, 노랑 수정(citrin), 빨강색 수정(홍수정; rose quartz), 녹색 수정, 파랑 수정(blue quartz), 보라색 수정(자수정: amethyst) 및 흑갈색 수정(연수정; 煙水晶)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 수정을 분쇄하여 이루어진 것임을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈용 조성물.
6. 제 1항에 있어서, 상기 투명 고분자 수지 성분은 폴리에틸렌글리콜비스알릴카보네이트 중합체, 폴리스티렌, 폴리에틸렌글리콜비스아릴 카보네이트, 폴리카보네이트, 변성 디아릴프탈레이트, 티오우레탄 수지 또는 이들의 혼합물임을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈용 조성물.
7. 제 1항에 있어서, 첨가제로서 가교제, 착색제, 광산란 방지제 및 정전 방지제로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 렌즈용 조성물.
8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 의한 조성물로 제조된 플라스틱 렌즈.