KR20140046433A - 우레탄계 광학재료용 수지의 제조방법과 이를 위한 수지 조성물 및 제조된 광학재료 - Google Patents

우레탄계 광학재료용 수지의 제조방법과 이를 위한 수지 조성물 및 제조된 광학재료 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 티올을 함유하는 화합물과 이소시아네이트기를 갖는 화합물로 이루어지는 수지 조성물을 중합하는 것에 의해, 광학재료를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 범용의 폴리이소시아네이트화합물을 사용하여 고품질의 우레탄계 광학재료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 폴리티올화합물과 범용의 폴리이소시아네이트화합물을 주성분으로 하고 수분의 함유량이 300~3,000ppm인 수지 조성물을 주형 중합하는 우레탄계 광학재료용 수지의 제조방법과 수지 조성물 및 제조된 광학재료가 제공된다. 본 발명에 의하면, 저가로 공급되는 범용의 이소시아네이트화합물을 사용하여 테이프를 이용한 주형 중합을 하면서도 테이프백화나 기포를 최소화하고, 무색 투명성의 품질이 우수한 우레탄계 광학재료를 좋은 수율로 양호하게 제조할 수 있다.

Description

우레탄계 광학재료용 수지의 제조방법과 이를 위한 수지 조성물 및 제조된 광학재료 {Method of Producing Urethane Resin for Optical Material, the Resin Composition and the Optical Material}
본 발명은, 티올을 함유하는 화합물과 이소시아네이트기를 갖는 화합물로 이루어지는 수지 조성물을 중합하는 것에 의해, 광학재료를 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 범용의 폴리이소시아네이트화합물을 사용하여 고품질의 우레탄계 광학재료를 제조하는 방법과 이를 위한 수지 조성물 및 제조된 광학재료에 관한 것이다.
플라스틱 광학재료는, 무기 재료로 이루어지는 광학재료에 비해 가볍고 쉽게 깨지지 않으며, 염색이 가능하다. 최근에는 다양한 수지의 플라스틱 재료들이 광학재료에 이용되고 있으며 그 요구 물성 또한 날로 높아지고 있다.
폴리티올화합물과 이소시아네이트화합물을 사용하여 제조된 폴리티오우레탄 광학수지는 투명성, 아베수, 투과율, 인강강도 등의 광학특성이 우수하여 광학렌즈 소재로 널리 이용되고 있다. 그러나, 폴리티올화합물과 범용의 이소시아네이트화합물을 포함하는 수지 조성물을 경화하여 광학재료를 제조할 때, 흔히, 중합불균형이나 백화가 발생하여 우수한 광학특성을 갖는 광학수지를 나쁘게 한다. 특히, 테이프 백화와 기포현상이 발생하는 경우가 있는데, 이러한 테이프백화나 기포현상은, 광학재료의 성능에 악영향을 주고, 불량발생 및 렌즈를 품질을 떨어뜨리는 요인이 된다.
폴리티올과의 혼합성이 뛰어난 특성을 갖는 이소시아네이트화합물, 예를 들어, 3,8-비스(이소시아나토메틸)트리시클로[5,2,1,02,6]데칸, 3,9-비스(이소시아나토메틸)트리시클로[5,2,1,02,6]데칸, 4,8-비스(이소시아나토메틸)트리시클로[5,2,1,02,6]데칸, 4,9-비스(이소시아나토메틸)트리시클로[5,2,1,02,6]데칸, 2,5-비스(이소시아나토메틸)비시클로[2,2,1]헵탄, 2,6-비스(이소시아나토메틸)비시클로[2,2,1]헵탄 등은 폴리티올화합물과 혼합하여 열경화할 때 중합불균형과 백화발생의 문제가 별로 없다. 그러나, 이러한 이소시아네이트화합물은 제조가 어렵고 제조비용이 높아 비싼 가격으로 공급된다. 반면, 가격이 저렴한 범용의 이소시아네이트, 예를 들어, 이소포론디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄-4,4-디이소시아네이트(H12MDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 톨릴렌디이소시아네이트, 페닐렌디이소시아네이트, 1,3,5-트리스(6-이소시아나토-헥실)-[1,3,5]-트리지아난-2,4,6-트리온(HDI 트라이머), o,m,p-크실리렌디이소시아네이트(o,m,p-자일릴렌디이소시아네이트) 및 테트라메틸자일릴렌디이소시아네이트(TMXDI) 등과 폴리티올화합물을 경화시켜 얻은 광학수지에서는, 흔히, 중합불균형이나 백화현상, 특히 테이프백화나 기포현상이 발생하였다.
본 발명에서는 범용의 이소시아네이트화합물을 사용하여 우레탄계 광학재료를 제조하면서도 이러한 테이프백화나 기포현상을 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 테이프백화 및 기포현상에 조성물의 중합속도가 중요한 영향을 미침을 발견하였다. 조성물이 적당한 중합속도를 가질 때 테이프의 백화를 막을 수 있고, 동시에 기포 현상을 최소화할 수 있었다. 그리고, 조성물 내의 수분함량이 중합속도에 중요한 인자로 작용하였다. 본 발명에서는 조성물 중의 수분 함량이 일정 범위에 있을 때 중합속도가 적당하여 테이프의 백화를 막아주고, 동시에 기포 현상을 최소화한다는 사실을 확인한다. 이러한 사실을 토대로 본 발명에서는 가격이 저렴한 범용의 이소시아네이트를 사용하면서도 수분 함량 조절을 통해 중합속도를 적당하게 함으로써 테이프백화나 기포를 최소화하고, 무색 투명성인 폴리우레탄계 광학재료를, 좋은 수율로 양호하게 제조할 수 있다.
조성물 중 이소시아네이트화합물들의 반응 속도가 느린 경우에는 수분에 의해 속도를 증가시킬 수 있었다. 수분이 반응속도를 증가시키는 이유는, 수분이 이소시아네이트와 반응하여 아민화합물을 생성시키고, 생성된 아민 화합물이 약간의 반응을 증가시키는 것으로 생각되었다.
또한, 본 발명에서는, 수분 함량이 많으면, 자칫 렌즈의 투명도를 저하시키는 원인이 될 수도 있고, 또한 특정 범위 이상의 수분이 함유된 경우에는 과량의 이산화탄소가 발생하여 광학렌즈를 제조하는 과정에서 기포가 발생되어 불량률을 증가시킨다는 사실도 알게 되었다.
한국 공개특허 제10-2009-0051090호에서는, 티올화합물의 수분함량을 600ppm 이하로 함으로써 조성물의 수분함량을 300ppm 이하로 조절하여 맥리와 백탁을 최소화하는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 티올화합물의 제조시 낮은 수준으로 수분을 제거하기도 힘들고, 제거한다고 해도 보관 중에 계속 수분을 흡수할 수 있어 낮은 수준으로 유지시키기 어려운 문제가 있다. 본 발명에서는 테이프로 인한 백탁의 경우 오히려 이보다 높은 적당한 수분이 있는 것이 테이프 백탁현상을 막는데 도움이 되고, 기포 발생도 없으며, 맥리나 내열성, 열안정성 등의 광학물성에도 변화를 주지 않는다는 사실을 발견하게 되었다. 또한, 투명성을 요구하는 광학재료에 수분이 좋은 영향을 미치지는 않을 수 있을 것이라는 관점에서 투과율 및 투명성을 주의 깊게 관찰하여 본 결과 적당한 범위의 수분함량은 이 점에서도 문제가 없다는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명에서는,
폴리티올화합물과 폴리이소시아네이트화합물을 포함하는 수지 조성물을 주형 중합하는 우레탄계 광학재료용 수지의 제조방법으로서,
상기 조성물 내 수분의 함유량이 300~3,000ppm이며,
상기 폴리이소시아네이트화합물은 이소포론디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄-4,4-디이소시아네이트(H12MDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 톨릴렌디이소시아네이트, 페닐렌디이소시아네이트, 1,3,5-트리스(6-이소시아나토-헥실)-[1,3,5]-트리지아난-2,4,6-트리온(HDI 트라이머), o,m,p-크실리렌디이소시아네이트(o,m,p-자일릴렌디이소시아네이트) 및 테트라메틸자일릴렌디이소시아네이트(TMXDI)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 우레탄계 광학재료용 수지의 제조방법이 제공된다.
상기 수지 조성물은, 상기 이소시아네이트 외에 1종 또는 2종 이상의 다른 이소(티오)시아네이트화합물을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에서는,
(a) 폴리티올화합물과,
(b) 이소포론디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄-4,4-디이소시아네이트(H12MDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 톨릴렌디이소시아네이트, 페닐렌디이소시아네이트, 1,3,5-트리스(6-이소시아나토-헥실)-[1,3,5]-트리지아난-2,4,6-트리온(HDI 트라이머), o,m,p-크실리렌디이소시아네이트(o,m,p-자일릴렌디이소시아네이트) 및 테트라메틸자일릴렌디이소시아네이트(TMXDI)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 폴리이소시아네이트화합물과,
(c) 수분 300~3,000ppm 을 포함하는 우레탄계 광학재료용 수지 조성물이 제공된다.
또한, 본 발명에서는, 상기와 같은 방법으로 제조된 우레탄계 광학재료용 수지와, 이 우레탄계 광학재료용 수지로 이루어진 광학렌즈가 제공된다. 상기 광학렌즈는 특히 안경렌즈를 포함한다.
본 발명에 의하면, 저가로 공급되는 범용의 이소시아네이트화합물을 사용하여 테이프를 이용한 주형 중합을 하면서도 테이프백화나 기포를 최소화하고, 무색 투명성의 품질이 우수한 우레탄계 광학재료를 좋은 수율로 양호하게 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서는, 폴리티올화합물과 폴리이소시아네이트화합물로 이루어지는 수지 조성물을 중합하는 것에 의해서, 광학재료용 폴리우레탄계 수지를 제조한다. 이 수지 조성물의 수분 함유량은, 300~3,000ppm의 범위 내이다. 조성물의 수분 함유량이 300ppm 미만으로 되도록 원료 폴리티올 중의 수분을 제거하기가 어려울 뿐만 아니라 테이프백화나 기포발생을 막는 중합속도의 측면에서 조성물의 수분 함유량은, 300~3,000ppm 범위인 것이 바람직하다.
수지 조성물에 포함되는 폴리티올화합물의 수분 함유량은, 600~6,000ppm이 바람직하고, 테이프백화와 기포를 억제하는 관점에서는 600~3,000ppm이 보다 바람직하다. 본 발명에서 수분 함유량은, 수분 측정기에 의해서 측정되었다. 폴리티올화합물은, 특별히 제한되지 않으며, 1분자 중에 2개 이상의 티올기를 가지는 화합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리티올화합물은, 4-메르캅토메틸-1,8-디메르캅토-3,6-디티아옥탄, 2,3-비스(2-메르캅토에틸티오)-3-프로판-1-티올, 2,2-비스(메르캅토메틸)-1,3-프로판디티올, 비스(2-메르캅토에틸)설파이드, 테트라키스(메르캅토메틸)메탄; 2-(2-메르캅토에틸티오)프로판-1,3-디티올, 2-(2,3-비스(2-메르캅토에틸티오)프로필티오)에탄티올, 비스(2,3-디메르캅토프로판닐)설파이드, 비스(2,3-디메르캅토프로판닐)디설파이드, 1,2-비스(2-메르캅토에틸티오)-3-메르캅토프로판, 1,2-비스(2-(2-메르캅토에틸티오)-3-메르캅토프로필티오)에탄, 비스(2-(2-메르캅토에틸티오)-3-메르캅토프로필)설파이드, 2-(2-메르캅토에틸티오)-3-2-메르캅토-3-[3-메르캅토-2-(2-메르캅토에틸티오)-프로필티오]프로필티오-프로판-1-티올, 2,2 -비스-(3-메르캅토-프로피오닐옥시메틸)-부틸 에스테르, 2-(2-메르캅토에틸티오)-3-(2-(2-[3-메르캅토-2-(2-메르캅토에틸티오)-프로필티오]에틸티오)에틸티오)프로판-1-티올, (4R,11S)-4,11-비스(메르캅토메틸)-3,6,9,12-테트라티아테트라데칸-1,14-디티올, (S)-3-((R-2,3-디메르캅토프로필)티오)프로판-1,2-디티올, (4R,14R)-4,14-비스(메르캅토메틸)-3,6,9,12,15-펜타티아헵탄-1,17-디티올,(S)-3-((R-3-메르캅토-2-((2-메르캅토에틸)티오)프로필)티오)프로필)티오)-2-((2-메르캅토에틸)티오)프로판-1-티올, 3,3'-디티오비스(프로판-1,2-디티올), (7R,11S)-7,11-비스(메르캅토메틸)-3,6,9,12,15-펜타티어헥탄-1,17-디티올, (7R,12S)-7,12-비스(메르캅토메틸)-3,6,9,10,13,16-헥사티아옥타데칸-1,18-디티올, 5,7-디메르캅토메틸-1,11-디메르캅토-3,6,9-트리티아운데칸, 4,7-디메르캅토메틸-1,11-디메르캅토-3,6,9-트리티아운데칸, 4,8-디메르캅토메틸-1,11-디메르캅토-3,6,9-트리티아운데칸, 펜타에리트리톨 테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 트라이메틸올프로판 트리스(3-메르캅토프로피오네이트), 펜타에트리톨테트라키스(2-메르캅토아세테이트), 비스펜타에리트리톨-에테르-헥사키스(3-메르캅토프로피오네이트), 1,1,3,3-테트라키스(메르캅토메틸티오)프로판, 1,1,2,2-테트라키스(메르캅토메틸티오)에탄, 4,6-비스(메르캅토메틸티오)-1,3-디티안 및 2-(2,2-비스(메르캅토디메틸티오)에틸)-1,3-디티에탄으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 화합물이다. 바람직하게는, 폴리티올화합물은, 2-(2-메르캅토에틸티오)프로판-1,3-디티올; 2,3-비스(2-메르캅토에틸티오)프로판-1-티올; 2-(2,3-비스(2-메르캅토에틸티오)프로필티오)에탄티올; 1,2-비스(2-메르캅토에틸티오)-3-메르캅토프로판; 1,2-비스(2-(2-메르캅토에틸티오)-3-메르캅토프로필티오)-에탄; 비스(2-(2-메르캅토에틸티오)-3-메르캅토프로필)술피드; 2-(2-메르캅토에틸티오)-3-2-메르캅토-3-[3-메르캅토-2-(2-메르캅토에틸티오)-프로필티오]프로필티오-프로판-1-티올; 2,2'-티오디에탄티올, 4,14-비스(메르캅토메틸)-3,6,9,12,15-펜타티아헥타데칸-1,17-디티올, 2-(2-메르캅토에틸티오)-3-[4-(1-{4-[3-메르캅토-2-(2-메르캅토에틸티오)-프로폭시]-페닐}-1-메틸에틸)-페녹시]-프로판-1-티올, 펜타에리트리톨테트라키스(3-메프캅토프로피오네이트), 펜타에리트리톨메프캅토아세테이트, 트리메티올프로판트리스메프캅토프로피오네이트, 글리세롤트리메프캅토프로피오네이트, 디펜타에피트리톨헥사메프캅토프로피오네이트 등의 화합물이 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있으며, 이외에도 이들의 미반응물인 히드록시기가 일부 혼합된 화합물이 포함될 수 있다.
본 발명의 수지 조성물에 사용되는 폴리이소시아네이트화합물은, 저가로 공급되는 범용의 이소시아네이트화합물을 사용할 수 있다. 바람직하게는 이소시아네이트화합물은, 이소포론디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄-4,4-디이소시아네이트(H12MDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 톨릴렌디이소시아네이트, 페닐렌디이소시아네이트, 1,3,5-트리스(6-이소시아나토-헥실)-[1,3,5]-트리지아난-2,4,6-트리온(HDI 트라이머), o,m,p-크실리렌디이소시아네이트(o,m,p-자일릴렌디이소시아네이트) 및 테트라메틸자일릴렌디이소시아네이트(TMXDI)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 폴리이소시아네이트가 단독으로 또는 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 수지 조성물은, 상기 이소시아네이트 외에 1종 또는 2종 이상의 다른 이소(티오)시아네이트화합물을 더 포함할 수 있다. 이러한 이소(티오)시아네이트화합물로는, 2,2-디메틸펜탄디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥산디이소시아네이트, 부텐디이소시아네이트, 1,3-부타디엔-1,4-디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 1,6,11-운데카트리이소시아네이트, 1,3,6-헥사메틸렌트리이소시아네이트, 1,8-디이소시아네이트-4-이소시아네이토메틸옥탄, 비스(이소시아네이토에틸)카보네이트, 비스(이소시아네이토에틸)에테르를 포함하는 지방족 이소시아네이트화합물;
1,2-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산, 1,3-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산, 1,4-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산, 시클로헥산디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 디시클로헥실디메틸메탄이소시아네이트, 2,2-디메틸디시클로헥실메탄이소시아네이트를 포함하는 지환족 이소시아네이트화합물;
비스(이소시아네이토부틸)벤젠, 비스(이소시아네이토메틸)나프탈렌, 비스(이소시아네이토메틸)디페닐에테르, 페닐렌디이소시아네이트, 에틸페닐렌디이소시아네이트, 이소프로필페닐렌디이소시아네이트, 디메틸페닐렌디이소시아네이트, 디에틸페닐렌디이소시아네이트, 디이소프로필페닐렌디이소시아네이트, 트리메틸벤젠트리이소시아네이트, 벤젠트리이소시아네이트, 비페닐디이소시아네이트, 톨루이딘디이소시아네이트, 4,4-디페닐메탄디이소시아네이트, 3,3-디메틸디페닐메탄-4,4-디이소시아네이트, 비벤질-4,4-디이소시아네이트, 비스(이소시아네이토페닐)에틸렌, 3,3-디메톡시비페닐-4,4-디이소시아네이트, 헥사히드로벤젠디이소시아네이트, 헥사히드로디페닐메탄-4,4-디이소시아네이트를 포함하는 방향족 이소시아네이트화합물;
비스(이소시아네이토에틸)설피드, 비스(이소시아네이토프로필)설피드, 비스(이소시아네이토헥실)설피드, 비스(이소시아네이토메틸)설폰, 비스(이소시아네이토메틸)디설피드, 비스(이소시아네이토프로필)디설피드, 비스(이소시아네이토메틸티오)메탄, 비스(이소시아네이토에틸티오)메탄, 비스(이소시아네이토에틸티오)에탄, 비스(이소시아네이토메틸티오)에탄, 1,5-디이소시아네이토-2-이소시아네이토메틸- 3-티아펜탄를 포함하는 함황 지방족 이소시아네이트화합물;
디페닐설피드-2,4-디이소시아네이트, 디페닐설피드-4,4-디이소시아네이트, 3,3-디메톡시-4,4-디이소시아네이토디벤질티오에테르, 비스(4-이소시아네이토메틸벤젠)설피드, 4,4-메톡시벤젠티오에틸렌글리콜-3,3-디이소시아네이트, 디페닐디설피드-4,4-디이소시아네이트, 2,2-디메틸디페닐디설피드-5,5-디이소시아네이트, 3,3-디메틸디페닐디설피드-5,5-디이소시아네이트, 3,3-디메틸디페닐디설피드-6,6-디이소시아네이트, 4,4-디메틸디페닐디설피드-5,5-디이소시아네이트, 3,3-디메톡시 디페닐디설피드-4,4-디이소시아네이트, 4,4-디메톡시디페닐디설피드-3,3-디이소시아네이트를 포함하는 함황 방향족 이소시아네이트화합물; 및
2,5-디이소시아네이토티오펜, 2,5-비스(이소시아네이토메틸)티오펜, 2,5-디이소시아네이토테트라히드로티오펜, 2,5-비스(이소시아네이토메틸)테트라히드로티오펜, 3,4-비스(이소시아네이토메틸)테트라히드로티오펜, 2,5-디이소시아네이토-1,4-디티안, 2,5-비스(이소시아네이토메틸)-1,4-디티안, 4,5-디이소시아네이토-1,3-디티오란, 4,5-비스(이소시아네이토메틸)-1,3-디티오란, 4,5-비스(이소시아네이토메틸)-2-메틸-1,3-디티오란을 포함하는 함황 복소환 이소시아네이트화합물
로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 이소(티오)시아네이트화합물이 사용될 수 있다.
본 발명의 수지 조성물은, 폴리티올화합물과 폴리이소시아네이트화합물을 주성분으로 하는, 중합성 조성물이다. 수지 조성물은, 이밖에, 필요에 따라서, 촉매, 내부 이형제, 자외선 흡수제, 염료, 안정제, 블루잉제 등의 임의 성분을 더 포함하고 있어도 좋다. 예를 들면, 우레탄계 광학재료용 수지는, 이러한 수지 조성물, 즉 폴리티올화합물과 폴리이소시아네이트화합물, 그리고 필요에 따라서 임의 성분을 렌즈용의 몰드에 주입하여 경화함으로써 제조할 수 있다. 또한, 여기에, 우레탄수지 조성물과 공중합이 가능한, 에폭시화합물, 티오에폭시화합물, 비닐기 혹은 불포화기를 갖는 화합물 및 금속화합물 등을 더 혼합하여 중합하는 것도 가능하다. 본 발명에서 제조되는 우레탄계 광학재료용 수지, 예를 들어, 우레탄계 렌즈는 주형 중합에 의해 제조된다. 구체적으로는, 이소시아네이트화합물에 각종 첨가제 및 촉매를 녹인 후, 티올화합물을 첨가하고 냉각하면서 감압 탈포를 행한다. 이후 적당한 시간이 경과한 후 테이프로 몰딩한 유리몰드에 주입하고 약 24~48시간에 걸쳐 저온에서 고온으로 서서히 열을 가하여 경화시킨다.
본 발명에 의해 제조되는 우레탄계 수지는, 고굴절율로 저분산이고, 내열성, 내구성이 뛰어나고, 경량으로 내충격성이 뛰어난 특징을 갖고 있으며, 아울러 색상이 양호하다. 따라서, 본 발명의 우레탄계 수지는 렌즈나 프리즘 등의 광학재료 용도에 적합하며, 특히 안경 렌즈, 카메라 렌즈 등의 렌즈 용도에 매우 적합하다.
본 발명의 우레탄계 수지로 이루어진 광학재료는, 테아프백화나 기포가 매우 적은 것이 특징이며, 또한 수율 좋게 제조할 수 있다. 본 발명에서 이들 테이프백화나 기포의 측정은, 구체적으로는, 100매의 광학재료를 고압 수은등에 조사하여 육안으로 관찰하고, 백탁이나 기포가 발견될 경우 수량을 백분률로 산출하여 평가한 결과이다. 본 발명의 광학재료는, 필요에 따라서 반사방지, 고경도 부여, 내마모성 향상, 내약품성 향상, 방운성 부여, 혹은 패션성 부여 등의 개량을 목적으로 하여, 표면 연마, 대전방지 처리, 하드코트 처리, 무반사 코트 처리, 염색처리, 조광 처리 등의 물리적, 화학적 처리를 실시할 수 있다.
[ 실시예 ]
이하 구체적인 실시예들을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
평가방법
중합성 조성물 중의 수분 함유량, 테이프백화 및 기포 발생율은, 이하의 방법으로 평가하였다.
수분 함유량: Metrohm사 수분측정기에 860KF thermoprep의 수분기화장치가 장착된 자동수분측정에 의해 컬 피셔 용액으로 수분 함유량을 측정하였다.
테이프백화: 중합 후 탈형한 다음 면가공하지 않은 상태로 조도 1800 LUX 이상으로 조사하여 뿌연 현상이 육안관찰되는 수량을 백분율로 산출하였다.
기포: 중합 탈형 후 형광등 빛에 조사하여 누액으로 인한 것이 아니라 기포현상이 발생한 수량을 백분율로 산출하였다.
[ 실시예 1]
이소포론디이소시아네이트 10당량 1111g, 경화촉매로서 디부틸주석디클로라이드 0.1%, 산성 인산에스테르(Zelec UN) 0.1%, 자외선 흡수제(UV5411) 1.2%를, 10~15℃에서 혼합 용해시켰다. 여기에 1,2-비스[(2-메르캅토에틸)티오]-3-메르캅토프로판을 주성분으로 하는 폴리티올 10당량 870g을 장입 혼합하여, 균일용액으로 하였다. 이용한 폴리티올의 수분 함유량은 650ppm이고, 수지 조성물의 수분 함유량은 350ppm이었다.
이 혼합 균일액을 1torr이하에서 1시간 탈포를 행한 후, 1㎛ 종이여과지로 여과를 행했다. 계속해서, 직경 80㎜, -6.0 디옵타의 유리 몰드와 JS-100테이프로 이루어지는 렌즈용 몰드형에 주입했다. 이 몰드형을 오븐에 투입한 후, 20℃에서 2시간 유지하고, 8시간 걸려 60℃까지 승온하고 3시간 걸려 80℃까지 승온시켜 1시간 유지했다. 이어 2시간 걸려 100℃까지 승온시켜 2시간 유지하고, 3시간 걸려 130℃까지 승온시켜 2시간 유지했다. 이상과 같이, 20~130℃의 온도범위에서 합계 23시간에서 중합하였다. 중합 종료 후, 오븐으로부터 몰드형을 꺼내고, 이형하여 렌즈를 얻었다. 얻어진 렌즈를 130℃에서 2시간 더 어닐링을 행하였다. 이와 같이 하여 렌즈를 100매 제작하고, 테이프백화 현상 및 기포현상을 확인하여 백분율을 산출하였다. 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
[ 실시예 2]
수지 조성물의 수분 함유량을 500ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 실시예 3]
수지 조성물의 수분 함유량을 1,000ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 실시예 4]
수지 조성물의 수분 함유량을 2,000ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하고, 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 실시예 5]
수지 조성물의 수분 함유량을 3,000ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하고, 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 비교예 1]
수지 조성물의 수분 함유량을 4,000ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하고, 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 비교예 2]
수분 함유량 200ppm 이하의 폴리티올을 사용하여 수지 조성물의 수분 함유량을 100ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하고, 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 실시예 6]
이소포론디이소시아네이트 7당량 777g, 헥사메틸렌디이소시아네이트 3당량 252g, 경화촉매로서 디부틸주석디클로라이드 0.1%, 산성 인산에스테르(Zelec UN) 0.1%, 자외선 흡수제(UV5411) 1.2%를, 10~15℃에서 혼합 용해시켰다. 여기에 1,2-비스[(2-메르캅토에틸)티오]-3-메르캅토프로판을 주성분으로 하는 폴리티올 9당량 783g, 펜타에리트리톨테트라키스3-메르캅토프로피오네이트 1당량 122g을 장입 혼합하여, 혼합 균일액으로 했다. 이용한 폴리티올의 수분 함유량은 800ppm이고, 중합성 조성물의 수분 함유량은 460ppm이었다.
이 혼합 균일액을 1torr이하에서 1시간 탈포를 행한 후, 1μm 종이여과지로 여과를 행했다. 계속해서, 직경 80mm, -6.0디옵타의 유리 몰드와 JS-100테이프로 이루어지는 렌즈용 몰드형에 주입하였다. 이 몰드형을 오븐에 투입하고, 20℃에서 2시간 유지하고, 8시간 걸려 60℃까지 승온하고 3시간 걸려 80℃까지 승온시켜 1시간 유지했다. 이어 2시간 걸려 100℃까지 승온시켜 2시간 유지하고, 3시간 걸려 130℃까지 승온시켜 2시간 유지했다. 이상과 같이, 20~130℃의 온도범위에서 합계 23시간 동안 중합하였다. 중합 종료 후, 오븐으로부터 몰드형을 꺼내고, 이형하여 렌즈를 얻었다. 얻어진 렌즈를 130℃에서 2시간 더 어닐링을 행했다. 이와 같이 하여 렌즈를 100매 제작하고, 테이프백화 현상 및 기포현상을 확인하여 백분율을 산출하였다. 결과를 아래 표 1에 나타내었다.
[ 실시예 7]
수지 조성물의 수분 함유량을 1,200ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 6과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하고, 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 실시예 8]
수지 조성물의 수분 함유량을 2,200ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 6과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하고, 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 실시예 9]
수지 조성물의 수분 함유량을 2,800ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 6과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하고, 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 비교예 3]
수지 조성물의 수분 함유량을 5,000ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 6과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하고, 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 비교예 4]
수분 함유량 100ppm 이하의 폴리티올을 사용하여 수지 조성물의 수분 함유량을 50ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 6과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하고, 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 실시예 10]
디시클로헥실메탄-4,4-디이소시아네이트(H12MDI) 8당량 1060g, 헥사메틸렌디이소시아네이트 2당량 168g, 경화촉매로서 디부틸주석디클로라이드 0.1%, 산성 인산에스테르(Zelec UN) 0.1%, 자외선 흡수제(UV5411) 1.2%를, 10~15℃에서 혼합 용해시켰다. 여기에 1,2-비스[(2-메르캅토에틸)티오]-3-메르캅토프로판을 주성분으로 하는 폴리티올 9당량 783g, 펜타에리트리톨테트라키스 3-메르캅토프로피오네이트 1당량 122g을 장입 혼합하여, 혼합 균일액으로 했다. 이용한 폴리티올의 수분 함유량은 700ppm이고, 중합성 조성물의 수분 함유량은 450ppm이었다.
이 혼합 균일액을 1torr이하에서 1시간 탈포를 행한 후, 1㎛ 종이여과지로 여과를 행했다. 계속해서, 직경 80㎜, -6.0 디옵타의 유리 몰드와 JS-100테이프로 이루어지는 렌즈용 몰드형에 주입했다. 이 몰드형을 오븐에 투입하고, 20℃에서 2시간 유지하고, 8시간 걸려 60℃까지 승온하고 3시간 걸려 80℃까지 승온시켜 1시간 유지했다. 이어 2시간 걸려 10℃까지 승온시켜 2시간 유지하고, 3시간 걸려 130℃까지 승온시켜 2시간 유지했다. 이상과 같이, 20~130℃의 온도범위에서 합계 23시간 동안 중합하였다. 중합 종료 후, 오븐으로부터 몰드형을 꺼내고, 이형하여 렌즈를 얻었다. 얻어진 렌즈를 130℃에서 2시간 더 어닐링을 행했다. 이와 같이 하여 렌즈를 100매 제작하고, 테이프백화 현상 및 기포현상을 확인하여 백분율을 산출하였다. 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 실시예 11]
수지 조성물의 수분 함유량을 1,500ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 10과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하고, 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 실시예 12]
수지 조성물의 수분 함유량을 2,500ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 10과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하고, 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 비교예 5]
수지 조성물의 수분 함유량을 6,000ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 10과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하고, 결과를 표 1에 나타내었다.
[ 비교예 6]
수분 함유량 200ppm 이하의 폴리티올을 사용하여 수지 조성물의 수분 함유량을 100ppm으로 하는 것 이외에는, 실시예 10과 동일하게 실시하여, 렌즈를 제조하고, 결과를 표 1에 나타내었다.
구 분 수분함량(ppm) 테이프 백화발생율(%) 기포발생율(%)
실시예 1 350 15 6
실시예 2 500 12 8
실시예 3 1,000 8 4
실시예 4 2,000 6 11
실시예 5 3,000 6 20
실시예 6 460 18 8
실시예 7 1200 10 4
실시예 8 2200 9 10
실시예 9 2800 5 18
실시예 10 450 16 2
실시예 11 1500 11 6
실시예 12 2500 7 16
비교예 1 4,000 8 50
비교예 2 100 55 3
비교예 3 5,000 3 80
비교예 4 50 60 5
비교예 5 6,000 4 100
비교예 6 100 52 2
우레탄광학재료에 있어서 수분을 적당량 함유하는 수지는, 테이프백화 및 기포 발생율이, 0~20% 정도인 것으로 나타났다. 또한, 실시예, 비교예의 결과로부터, 수지 조성물의 수분 함유량이 증가함에 의해 기포발생이 증가하며, 수분 함유량의 감소에 의해 테이프 백화가 증가한다는 사실을 확인할 수 있었다. 특히, 수분 함유량 300ppm을 경계로 테이프 백화현상이 변화하고 있고 수분 함유량 3,000pppm을 경계로 하여 기포현상이 변화고 있었다. 따라서, 수지 조성물의 수분 함유량을 300~3,000ppm 의 범위로 유지함으로써 테이프백화 및 기포발생을 최소화할 수 있음을 알 수 있었다.
본 발명은 폴리우레탄계 광학재료에서 나타나는 문제점인 테이프백화 및 기포발생의 성질을 명확하게 규명하고 해결함으로써 저가로 공급되는 범용의 이소시아네이트화합물을 사용하면서도 백탁이나 기포 문제가 없는 무색 투명성의 고품질 우레탄계 광학재료를 좋은 수율로 양호하게 제조할 수 있다. 본 발명은 경제적이고 용이한 방법으로 고품질의 우레탄계 광학재료를 제조할 수 있으므로, 광학렌즈 분야에서 널리 활용될 수 있으며, 특히 무색 투명이고, 고굴절율, 저분산이며, 충격성, 염색성, 가공성 등이 뛰어난 우레탄계 렌즈를 경제적이고 용이한 방법으로 제조할 수 있어, 안경렌즈 분야에서 크게 활용될 수 있다.

Claims (8)

  1. 폴리티올화합물과 폴리이소시아네이트화합물을 포함하는 수지 조성물을 주형 중합하는 우레탄계 광학재료용 수지의 제조방법으로서,
    상기 조성물 내 수분의 함유량이 300~3,000ppm이며,
    상기 폴리이소시아네이트화합물은 이소포론디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄-4,4-디이소시아네이트(H12MDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 톨릴렌디이소시아네이트, 페닐렌디이소시아네이트, 1,3,5-트리스(6-이소시아나토-헥실)-[1,3,5]-트리지아난-2,4,6-트리온(HDI 트라이머), o,m,p-크실리렌디이소시아네이트(o,m,p-자일릴렌디이소시아네이트) 및 테트라메틸자일릴렌디이소시아네이트(TMXDI)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 우레탄계 광학재료용 수지의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리티올화합물 중의 수분 함유량이 600~6,000ppm인 것을 특징으로 하는 우레탄계 광학재료용 수지의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 폴리티올화합물은, 4-메르캅토메틸-1,8-디메르캅토-3,6-디티아옥탄, 2,3-비스(2-메르캅토에틸티오)-3-프로판-1-티올, 2,2-비스(메르캅토메틸)-1,3-프로판디티올, 비스(2-메르캅토에틸)설파이드, 테트라키스(메르캅토메틸)메탄; 2-(2-메르캅토에틸티오)프로판-1,3-디티올, 2-(2,3-비스(2-메르캅토에틸티오)프로필티오)에탄티올, 비스(2,3-디메르캅토프로판닐)설파이드, 비스(2,3-디메르캅토프로판닐)디설파이드, 1,2-비스(2-메르캅토에틸티오)-3-메르캅토프로판, 1,2-비스(2-(2-메르캅토에틸티오)-3-메르캅토프로필티오)에탄, 비스(2-(2-메르캅토에틸티오)-3-메르캅토프로필)설파이드, 2-(2-메르캅토에틸티오)-3-2-메르캅토-3-[3-메르캅토-2-(2-메르캅토에틸티오)-프로필티오]프로필티오-프로판-1-티올, 2,2 -비스-(3-메르캅토-프로피오닐옥시메틸)-부틸 에스테르, 2-(2-메르캅토에틸티오)-3-(2-(2-[3-메르캅토-2-(2-메르캅토에틸티오)-프로필티오]에틸티오)에틸티오)프로판-1-티올, (4R,11S)-4,11-비스(메르캅토메틸)-3,6,9,12-테트라티아테트라데칸-1,14-디티올, (S)-3-((R-2,3-디메르캅토프로필)티오)프로판-1,2-디티올, (4R,14R)-4,14-비스(메르캅토메틸)-3,6,9,12,15-펜타티아헵탄-1,17-디티올,(S)-3-((R-3-메르캅토-2-((2-메르캅토에틸)티오)프로필)티오)프로필)티오)-2-((2-메르캅토에틸)티오)프로판-1-티올, 3,3'-디티오비스(프로판-1,2-디티올), (7R,11S)-7,11-비스(메르캅토메틸)-3,6,9,12,15-펜타티어헥탄-1,17-디티올, (7R,12S)-7,12-비스(메르캅토메틸)-3,6,9,10,13,16-헥사티아옥타데칸-1,18-디티올, 5,7-디메르캅토메틸-1,11-디메르캅토-3,6,9-트리티아운데칸, 4,7-디메르캅토메틸-1,11-디메르캅토-3,6,9-트리티아운데칸, 4,8-디메르캅토메틸-1,11-디메르캅토-3,6,9-트리티아운데칸, 펜타에리트리톨 테트라키스(3-메르캅토프로피오네이트), 트라이메틸올프로판 트리스(3-메르캅토프로피오네이트), 펜타에트리톨테트라키스(2-메르캅토아세테이트), 비스펜타에리트리톨-에테르-헥사키스(3-메르캅토프로피오네이트), 1,1,3,3-테트라키스(메르캅토메틸티오)프로판, 1,1,2,2-테트라키스(메르캅토메틸티오)에탄, 4,6-비스(메르캅토메틸티오)-1,3-디티안 및 2-(2,2-비스(메르캅토디메틸티오)에틸)-1,3-디티에탄으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 화합물인 것을 특징으로 하는 우레탄계 광학재료용 수지의 제조방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    2,2-디메틸펜탄디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥산디이소시아네이트, 부텐디이소시아네이트, 1,3-부타디엔-1,4-디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 1,6,11-운데카트리이소시아네이트, 1,3,6-헥사메틸렌트리이소시아네이트, 1,8-디이소시아네이트-4-이소시아네이토메틸옥탄, 비스(이소시아네이토에틸)카보네이트, 비스(이소시아네이토에틸)에테르를 포함하는 지방족 이소시아네이트화합물;
    1,2-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산, 1,3-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산, 1,4-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산, 시클로헥산디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 디시클로헥실디메틸메탄이소시아네이트, 2,2-디메틸디시클로헥실메탄이소시아네이트를 포함하는 지환족 이소시아네이트화합물;
    비스(이소시아네이토부틸)벤젠, 비스(이소시아네이토메틸)나프탈렌, 비스(이소시아네이토메틸)디페닐에테르, 페닐렌디이소시아네이트, 에틸페닐렌디이소시아네이트, 이소프로필페닐렌디이소시아네이트, 디메틸페닐렌디이소시아네이트, 디에틸페닐렌디이소시아네이트, 디이소프로필페닐렌디이소시아네이트, 트리메틸벤젠트리이소시아네이트, 벤젠트리이소시아네이트, 비페닐디이소시아네이트, 톨루이딘디이소시아네이트, 4,4-디페닐메탄디이소시아네이트, 3,3-디메틸디페닐메탄-4,4-디이소시아네이트, 비벤질-4,4-디이소시아네이트, 비스(이소시아네이토페닐)에틸렌, 3,3-디메톡시비페닐-4,4-디이소시아네이트, 헥사히드로벤젠디이소시아네이트, 헥사히드로디페닐메탄-4,4-디이소시아네이트를 포함하는 방향족 이소시아네이트화합물;
    비스(이소시아네이토에틸)설피드, 비스(이소시아네이토프로필)설피드, 비스(이소시아네이토헥실)설피드, 비스(이소시아네이토메틸)설폰, 비스(이소시아네이토메틸)디설피드, 비스(이소시아네이토프로필)디설피드, 비스(이소시아네이토메틸티오)메탄, 비스(이소시아네이토에틸티오)메탄, 비스(이소시아네이토에틸티오)에탄, 비스(이소시아네이토메틸티오)에탄, 1,5-디이소시아네이토-2-이소시아네이토메틸- 3-티아펜탄를 포함하는 함황 지방족 이소시아네이트화합물;
    디페닐설피드-2,4-디이소시아네이트, 디페닐설피드-4,4-디이소시아네이트, 3,3-디메톡시-4,4-디이소시아네이토디벤질티오에테르, 비스(4-이소시아네이토메틸벤젠)설피드, 4,4-메톡시벤젠티오에틸렌글리콜-3,3-디이소시아네이트, 디페닐디설피드-4,4-디이소시아네이트, 2,2-디메틸디페닐디설피드-5,5-디이소시아네이트, 3,3-디메틸디페닐디설피드-5,5-디이소시아네이트, 3,3-디메틸디페닐디설피드-6,6-디이소시아네이트, 4,4-디메틸디페닐디설피드-5,5-디이소시아네이트, 3,3-디메톡시 디페닐디설피드-4,4-디이소시아네이트, 4,4-디메톡시디페닐디설피드-3,3-디이소시아네이트를 포함하는 함황 방향족 이소시아네이트화합물; 및
    2,5-디이소시아네이토티오펜, 2,5-비스(이소시아네이토메틸)티오펜, 2,5-디이소시아네이토테트라히드로티오펜, 2,5-비스(이소시아네이토메틸)테트라히드로티오펜, 3,4-비스(이소시아네이토메틸)테트라히드로티오펜, 2,5-디이소시아네이토-1,4-디티안, 2,5-비스(이소시아네이토메틸)-1,4-디티안, 4,5-디이소시아네이토-1,3-디티오란, 4,5-비스(이소시아네이토메틸)-1,3-디티오란, 4,5-비스(이소시아네이토메틸)-2-메틸-1,3-디티오란을 포함하는 함황 복소환 이소시아네이트화합물
    로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 이소(티오)시아네이트화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 우레탄계 광학재료용 수지의 제조방법.
  5. (a) 폴리티올화합물과,
    (b) 이소포론디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄-4,4-디이소시아네이트(H12MDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 톨릴렌디이소시아네이트, 페닐렌디이소시아네이트, 1,3,5-트리스(6-이소시아나토-헥실)-[1,3,5]-트리지아난-2,4,6-트리온(HDI 트라이머), o,m,p-크실리렌디이소시아네이트(o,m,p-자일릴렌디이소시아네이트) 및 테트라메틸자일릴렌디이소시아네이트(TMXDI)로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 폴리이소시아네이트화합물과,
    (c) 수분 300~3,000ppm
    을 포함하는 우레탄계 광학재료용 수지 조성물.
  6. 제1항의 방법으로 제조된 우레탄계 광학재료용 수지.
  7. 제6항의 우레탄계 광학재료용 수지로 이루어진 광학렌즈.
  8. 제7항에 있어서, 상기 광학렌즈는 안경렌즈인 것을 특징으로 하는 광학렌즈.
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