KR20190130450A - 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법 - Google Patents

아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법 Download PDF

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KR20190130450A
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Abstract

본 발명은 외곽이 실링된 1쌍의 몰드 사이에 형성된 캐비티 내에 아크릴계 모노머 용액을 주입하여 광학재료를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아크릴계 모노머 용액을 상기 캐비티 내에 주입하면서 비전인식시스템을 사용하여 단시간 내에 정량주입이 가능하도록 한 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, (a) 고상 굴절률 1.50~1.63, 점도 20~1,000cps(25℃)의 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물을 준비하는 단계; (b) 상기 모노머 조성물을 외곽이 실링된 1쌍의 몰드 사이에 형성된 캐비티 내에 대부분 주입하는 단계; (c) 상기 (b)단계에 이어서 모노머 조성물을 캐비티 내로 주입하면서 비전인식시스템을 사용하여 유면을 감지하여 설정된 최종 주입지점에 유면이 감지되면 모노머 조성물의 주입을 종료하는 단계;를 포함하는, 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법을 제공한다. 본 발명에 의하면 아크릴계 광학재료용 모노머 용액을 모자라지도 않고 넘치지도 않게 몰드에 정량으로 자동 주입할 수 있다.

Description

아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법 {Method for injecting acryl based monomer in mold for manufacturing optical material}
본 발명은 외곽이 실링된 1쌍의 몰드 사이에 형성된 캐비티 내에 아크릴계 모노머 용액을 주입하여 광학재료를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 아크릴계 모노머 용액을 상기 캐비티 내에 주입하면서 비전인식시스템을 사용하여 단시간 내에 정량주입이 가능하도록 한 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법에 관한 것이다.
광학재료에서 플라스틱 렌즈는 유리 렌즈보다 가볍고 잘 깨지지 않으며 가공성이 좋다는 장점이 있어 근래에는 유리 렌즈보다 플라스틱 렌즈를 많이 사용하는 추세이다. 이러한 플라스틱 렌즈는 모노머(monomer)라고 하는 고분자 화합물을 몰드에 주입하여 굳힌 후 적당한 후가공을 통해 제작된다. 즉, 렌즈모양의 빈 주입공간(캐비티)을 갖는 몰드에 모노머 용액을 주입하는 방식으로 제작되는 것이다.
이에 관련된 종래기술로서 특허문헌 1의 '안경렌즈 제조용 몰드의 이동거리 셋팅장치'가 개시되어 있다.
상기 특허문헌 1은 안경렌즈 제조용 유리몰드의 이격거리를 정확하게 결정하기 위하여 몰드 척을 이용해 유리몰드를 서로 이격시켜 배치한 상태로, 유리몰드의 외주면에 테이프를 접착하고 테이핑 작업이 완료된 유리몰드에 모노머 용액을 수작업으로 주입하는 방식이 소개되어 있다.
그런데 특허문헌 1에 개시된 바와 같은 유리몰드 내에 모노머를 수작업으로 주입하는 기술은, 전적으로 주입자의 숙련된 정도에 의존하는 것이므로 숙련도에 따라 불량이 발생할 수 있고 작업효율이 떨어지는 문제가 있다. 특히, 모노머를 매번 일정량으로 정밀 주입하는 것은 많은 숙련이 요구되므로, 미숙련자의 경우 몰드 내부에 기포가 발생할 수 있는 문제가 있다.
또한, 액상의 모노머는 인체에 유해한 휘발성 기체를 발생하므로, 오랫동안 작업할 경우 작업자의 건강에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.
아크릴레이트계 광학소재는 안경렌즈의 투과율이 높고 분자 내 다른 화합물에 화학적인 영향을 적게 주는 구조로 만들 수 있어서, 고 투명도를 요구하는 렌즈나 광 변색렌즈에 많이 사용되고 있다. 대한민국 등록특허 10-0496911, 10-0498896 등에서 개시하고 있는 에폭시 아크릴계 광학재료용 조성물은, 높은 굴절률을 가지면서도 아베수가 높고, 투명성, 경량성, 내열성 등의 광학 특성이 우수하며, 재료의 가격이 저렴하다는 장점이 있다. 생산비 절감은 아크릴레이트계 광학소재를 포함한 광학렌즈 분야에서 주요한 관심사의 하나이다. 사람의 손을 거치지 않고 자동 생산설비 내에서 자동 주입이 가능할 경우 생산성 향상은 물론 생산과정에서의 인체 유해성 문제도 해소될 수 있으나, 많은 시도에도 불구하고 아직까지 주입 자동화는 어려운 실정이다. 여기에는 모노머의 높은 점도, 조성에 따른 점도 및 가사시간의 차이도 원인이 되고 있다.
특허문헌 2(한국등록특허 제10-1383132호)에는 '안경 렌즈용 모노머 자동 주입장비 및 이를 이용한 안경렌즈 생산방법'이 개시되어 있다. 특허문헌 2에서는 1쌍의 몰드가 형성하는 캐비티 내부에 모노머 용액을 주입하는 단계에서 렌즈몰드의 위치를 감지하는 변위센서(레이저 센서)를 사용하는 것에 의해 렌즈몰드의 위치를 파악하고, 제2이동부에 의해 렌즈몰드에 채워지는 원료의 수위를 감지하도록 되어 있으며, 주입노즐의 모노머 주입량은 주입량조절부에 의해 조절되도록 하되, 모노머가 일정 수위에 도달하면 모노머가 주입되는 양을 1단계인 5mm와 2단계인 10mm로 조절하도록 되어 있다.
그러나 특허문헌 2에서와 같이 변위센서를 사용하여 원료(모노머 조성물)의 수위를 감지하는 경우, 모노머 조성물은 물보다 점성이 높아 수위의 변화가 수평적인 변화가 아닌 2차원적인 좌우 대칭형의 포물선형을 이루게 되므로 실시간으로 수위를 정확하게 감지하기가 곤란하게 되는 문제점이 있었으며, 이로 인해 주입량의 단계적 조절에도 불구하고 정확한 양으로 주입하는 것이 어려워 주입량이 부족하거나 주입량이 과도하게 되어 제품 불량으로 이어지거나 넘쳐흐른 모노머 조성물로 인해 주입장비가 오염될 수 있었다.
또, 특허문헌 3(일본등록특허 제3707189호)의 '플라스틱 제품 제조 방법 및 제조장치'에서는 플라스틱 렌즈 제조과정에서 성형용 몰드에 플라스틱 원액을 주입하는 공정을 자동화하기 위한 방법으로, 캐비티 내측의 제1,2벽부 사이의 폭을 계측하여 제1유량 및 제1시간을 설정하고, 캐비티에 제1유량으로 제1시간동안 플라스틱 원액을 주입하는 제1공정과, 제1공정에 이어 캐비티에 제1유량보다 적은 제2유량으로 플라스틱 원액을 주입하는 제2공정을 가지도록 하여 소정의 시간만 대유량으로 원액을 주입하고 그 후, 주입 종료를 향하여는 소유량으로 원액을 주입함으로써 주입 시간을 단축함과 동시에 누출량을 줄일 수 있도록 하고 있다.
그러나 특허문헌 3에 의한 주입방법에서는 캐비티 내부의 공간적인 특성을 감안하여 플라스틱 원료의 주입량과 주입시간을 단계적으로 감소시키는 것에 의해 주입시간의 단축과 누출량을 줄일 수 있도록 하고 있으나, 모노머를 몰드에 주입 시 점성이 높은 모노머 용액의 유면 변화 특성을 감안하지 않음으로써 여전히 누출 불량이 발생하고 정량 주입이 어려운 단점이 있다.
특허문헌 4(일본공개특허 제2007-80766호)의 '플라스틱 렌즈의 성형방법'에서는 마치 술잔을 기울여서 술을 따르는 것과 같은 방식으로 액상 성형 재료를 몰드 내부에 주입할 때 내부에 최대한 거품을 남겨두지 않고 충전시킬 수 있도록 초기에는 주입구가 상방 정중앙에서 약간 일측으로 벗어난 상태가 되도록 하여 주입을 시작하고, 어느 정도 주입이 진행되면 몰드를 회전시켜(기울여) 주입구가 상방 정중앙에 위치하도록 하여 원료 모노머를 충전하도록 한 플라스틱 렌즈의 성형방법이 개시되어 있다.
그러나 특허문헌 4는 거품이 잔류하지 않도록 원료를 주입하기에는 적합한 방법이나, 원료를 정확한 양만큼 주입하는 데는 여전히 어려움이 있었다.
1. 대한민국 등록실용신안 제20-0236704호 2. 대한민국 등록특허 제10-1383132호 3. 일본 등록특허 제3707189호 4. 일본공개특허 제2007-80766호 5. 대한민국 등록특허 제10-0496911호 6. 대한민국 등록특허 제10-0498896호
상기와 같이 많은 선행기술에서 광학재료용 모노머를 몰드에 자동 주입하기 위한 방법을 제시하고 있으나, 모두 모노머를 넘치거나 부족하지 않게 정확한 양으로 주입하는데 어려움이 있다. 또, 각각의 모노머마다 경화속도 및 경화시간의 차이, 점성의 차이, 유면의 차이, 같은 계열의 모노머에서도 조성에 따른 차이가 있어, 단순히 주입량이나 속도를 단계적으로 조절하는 기계적인 방법으로는 모노머에 따른 차이에 대응할 수 없어 정확한 주입이 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 주입량 부족이나 주입량 과다 없이 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물을 몰드에 정확하게 주입할 수 있는 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법을 제공하는 것이다.
특히, 본 발명은 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물을 몰드의 캐비티에 2단계로 나누어 주입하면서, 1번째 단계에서 대부분을 주입하고 이어서 2번째 단계에서는 비전인식시스템을 사용하여 아크릴계 모노머 용액의 유면을 감지하여 최종 주입지점에 유면이 감지되면 주입을 중지함으로써 주입하는 시간을 단축할 수 있으면서도 모노머 용액이 넘치거나 부족하지 않도록 정량 주입할 수 있는 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
외곽이 실링된 1쌍의 몰드 사이에 형성된 캐비티 내에 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물을 주입하는 방법으로서,
(a) 고상 굴절률 1.50~1.63, 점도 20~1,000cps(25℃)의 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물을 준비하는 단계;
(b) 상기 모노머 조성물을 상기 캐비티 내에 대부분 주입하는 단계;
(c) 상기 (b)단계에 이어서 모노머 조성물을 캐비티 내로 주입하면서 비전인식시스템을 사용하여 유면을 감지하여 설정된 최종 주입지점에 유면이 감지되면 모노머 조성물의 주입을 종료하는 단계;를 포함하는, 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법을 제공한다.
상기 단계 (b)는 미리 설정된 중량 또는 부피만큼 상기 모노머 조성물을 상기 캐비티 내에 주입하거나, 또는 비전인식시스템을 사용하여 몰드 내에 미리 설정된 영역까지 주입할 수 있다.
상기 비전인식시스템은 몰드의 윤곽과 상기 몰드에 주입되는 모노머 용액의 유면을 촬영하되, 몰드가 주입위치에 세팅된 상태를 감지하기 위하여 상기 몰드 윤곽 일부에 위치하는 제1영역과, 상기 몰드 외측에 위치한 제2영역을 설정할 수 있다.
상기와 같이 제1,2영역이 설정된 비전인식시스템은, 바람직하게는 콘트롤러가 상기 제1영역에서 몰드의 윤곽이 감지되면 설정된 제1주입압력으로 모노머 용액의 대부분을 몰드 내부에 주입한 후, 이어서 상기 제1주입압력보다 낮은 압력으로 잔량의 모노머 용액을 주입하면서 제2영역에서 유면이 감지되면 모노머 용액의 주입을 종료한다.
상기 제1,2영역에서는 몰드의 윤곽 및 모노머 용액의 유면을 바람직하게는 화소수의 변화에 의해 감지한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1영역에는 원호 형태로 가상 윤곽이 표시되고, 상기 제1영역에서 몰드 윤곽의 감지시 촬영된 몰드의 윤곽이 상기 가상 윤곽에 일치되도록 촬영위치 조정이 이루어지며, 상기 제1영역의 위치변화에 따라 제2영역의 위치가 함께 이동되어 유면 변화를 감지한다.
바람직한 실시예에서, 상기 제1영역은 몰드의 외곽 중 대각선 방향 즉, 몰드의 X방향 정보와 Y방향 정보를 모두 갖는 위치를 의미하는 것으로, 몰드를 주입위치로 안치시 몰드의 위치변화를 파악하기 위한 부분이고, 상기 제1영역은 제2영역의 위치 이동의 기준이 되며, 제1영역에서는 몰드가 주입위치에 안착되면 몰드의 윤곽을 곧바로 감지하게 된다.
바람직한 실시예에서, 상기 제2영역은 몰드 내부의 캐비티에 기포없이 모노머 용액을 가득 채우기 위해 몰드의 모노머 주입구에서 가까운 위치의 외부에 설정되어 있으며, 대체로 몰드 윤곽으로부터 1~2mm 이내의 위치에 설치된다.
바람직한 실시예에서, 상기 콘트롤러는 시린지에 1차 주입된 모노머 용액을 몰드 내부에 주입할 때 모노머 용액의 70~99%를 높은 압력 즉, 빠른 속도로 주입하고, 나머지 잔량을 낮은 압력으로 서서히 주입하도록 시린지 구동부를 제어한다.
상기 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물은, 바람직하게는 아래 화학식 1로 표시되는 에폭시 아크릴레이트 화합물, 아래 화학식 2로 표시되는 에폭시 아크릴레이트 화합물 중 어느 하나 이상을 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
(여기서 n = 0~15 이고, R1은 H 또는 CH3이며, R2는 H 혹은 Br이다.)
[화학식 2]
Figure pat00002
(여기서 R1, R2는 H 또는 CH3이고, m = 0~5, n = 0~5 이고, m과 n은 동시에 0 이 아니며, m+n = 1~10 이다.)
상기 모노머 조성물의 주입은, 바람직하게는 5~60℃의 온도범위에서 이루어진다.
본 발명에 의하면 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 내 주입시 비전인식시스템을 사용하여 유면을 확인하면서 최종 주입지점에 도달하면 자동으로 주입을 중지하게 되므로, 모노머 용액이 모자라지도 않고 넘치지도 않게 정량 주입이 가능하다.
또, 단순히 기계적으로 주입량이나 속도를 조절하는 것이 아니라 잔량 주입시 비전인식시스템을 사용하여 유면을 확인하면서 주입하므로, 모노머에 따른 점성의 차이, 유면 형상의 차이에 관계없이 정량 주입이 가능하다.
또, 몰드 내부의 캐비티에 1차로 빠르게 대부분의 모노머를 주입하는 단계를 둠으로써 모노머의 주입시간을 단축시킬 수 있으므로, 미리 파악한 가사 시간 내에 주입이 완료되도록 설정하는 것이 용이하고, 따라서 모노머에 따른 경화속도 및 경화시간의 차이에 관계없이 경화 전 최적의 상태에서 정량 주입이 가능하다.
본 발명에 따르면 주입량의 부족이나 과다에 따른 불량 없이 고품질의 아크릴계 렌즈를 자동 주입에 의해 생산할 수 있으므로, 생산성을 크게 향상시킬 수 있고 인건비의 절감으로 생산비를 절감할 수 있으며, 아울러 작업자가 모노머에 직접 노출되는 문제 및 모노머 조성물의 과도한 주입으로 인한 장비의 이상 동작이나 고장 또한 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 렌즈 제조과정을 개략적으로 도시한 플로우차트,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 모노머 자동주입방법의 구성도,
도 3은 도 2에서 모노머 용액이 시린지 내부로 1차 흡입된 상태,
도 4는 도 3에서 모노머 용액이 몰드 내부로 주입되고 있는 상태,
도 5는 도 4에서 모노머 용액이 몰드 내부에 충만된 상태를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법을 바람직한 실시예에 의해 단계별로 설명한다.
본 발명의 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법은,
(a) 고상 굴절률 1.50~1.63, 점도 20~1,000cps(25℃)의 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물을 준비하는 단계;
(b) 상기 모노머 조성물을 외곽이 실링된 1쌍의 몰드 사이에 형성된 캐비티 내에 대부분 주입하는 단계;
(c) 상기 (b)단계에 이어서 모노머 조성물을 캐비티 내로 주입하면서 비전인식시스템을 사용하여 유면을 감지하여 설정된 최종 주입지점에 유면이 감지되면 모노머 조성물의 주입을 종료하는 단계;를 포함한다.
상기 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물은 아크릴레이트계 모노머를 주성분으로 하는 조성물을 모두 포함하는 의미이다. 본 발명에서 '모노머 용액'은 상기 모노머 조성물이 유동성이 있는 액상 상태일 때를 칭한다.
상기 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물은 고상 굴절률 1.50~1.63, 25℃에서 점도가 20~1,000cps이다. 보다 바람직하게는 25℃에서 점도가 30~500cps이다.
상기 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물은, 바람직하게는 아래 화학식 1로 표시되는 에폭시 아크릴레이트 화합물, 아래 화학식 2로 표시되는 에폭시 아크릴레이트 화합물 중 어느 하나 이상을 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00003
(여기서 n = 0~15 이고, R1은 H 또는 CH3이며, R2는 H 혹은 Br이다.)
[화학식 2]
Figure pat00004
(여기서 R1, R2는 H 또는 CH3이고, m = 0~5, n = 0~5 이고, m과 n은 동시에 0 이 아니며, m+n = 1~10 이다.)
상기 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물은, 스티렌, 디비닐벤젠, 알파메틸스티렌, 알파메틸스티렌다이머, 메틸메타크릴레이트, 벤질메타아크릴레이트, 클로로스티렌, 브로모스티렌, 메톡시스티렌, 모노벤질말레이트, 디벤질말레이트, 모노벤질푸말레이트, 디벤질푸말레이트, 메틸벤질말레이트, 디메틸말레이트, 디에틸말레이트, 디부틸말레이트, 디부틸푸말레이트, 모노부틸말레이트, 모노펜틸말레이트, 디펜틸말레이트, 모노펜틸푸말레이트, 디펜틸푸말레이트 및 디에틸렌글리콜 비스아릴카르보네이트로 구성된 군으로부터 선택된 1종 혹은 2종 이상의 화합물을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물은, 내부이형제를 더 포함할 수 있다. 주형 중합 전에 모노머 조성물 중에 내부이형제를 첨가함으로써 중합 후 이형성을 크게 향상시킬 수 있다. 내부이형제는 바람직하게는 조성물 중에 0.001~10중량%로 포함될 수 있다.
내부 이형제로는 인산에스테르 화합물, 실리콘계 계면활성제, 불소계 계면활성제, 알킬 제4급 암모늄염 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 함께 사용할 수 있다
불소계 비이온 계면활성제는, 분자 내에 퍼플루오르알킬기를 가진 화합물로, 유니다인 DS-401™(일본, 다이낀 공업주식회사), 유니다인 DS-403™(일본, 다이킨 공업주식회사), 에프토프 EF 122A™(일본, 신아끼다가세이 주식회사), 에프토프 EF 126™(일본, 신아끼다가세이 주식회사), 에프토프 EF 301™(일본국, 신아끼다가세이 주식회사제) 등이 있다.
실리콘계 비이온 계면활성제는, 분자 내에 디메틸폴리실록산기를 가진 화합물로, 미국 다우사의 Q2-120A™ 등이 있다.
알킬 제4급 암모늄염은, 통상 양이온 계면활성제로서 알려져 있는 것으로, 할로겜염, 인산염, 황산염 등이 있으며, 이 중 클로라이드 형의 예로서 트리메틸세틸 암모늄 클로라이드, 트리메틸 스테아릴 암모늄 클로라이드, 디메틸에틸세틸 암모늄 클로라이드, 트리에틸데실암모늄 클로라이드, 트리옥틸메틸 암모늄 클로라이드, 디에틸시클로헥시드, 데실암모늄 클로라이드 등이 있다.
바람직하게는 내부이형제로 인산에스테르 화합물을 사용할 수 있다. 인산에스테르 화합물은 인산에스테르기를 가진 화합물로서, 예를 들면, 이소프로필산 포스페이트, 디이소프로필산 포스페이트, 브틸산 포스페이트, 디브틸산 포스페이트, 옥틸산 포스페이트, 디옥틸산 포스페이트, 이소데실산 포스페이트, 디이소데실산 포스페렌이트, 트리데칸올산 포스페이트, 비스(트리데칸올산)포스페이트 및 이들의 2종 이상의 혼합물 등이 있다. 인산에스테르 화합물로, 바람직하게는 폴리옥시에틸렌노닐페놀에테르포스페이트(에틸렌옥사이드가 5몰 부가된 것 5중량%, 4몰 부가된 것 80중량%, 3몰 부가된 것 10중량%, 1몰 부가된 것 5중량%), 폴리옥시에틸렌노닐페닐포스페이트(에틸렌옥사이드가 9몰 부가된 것 5중량%, 에틸렌옥사이드가 8몰 부가된 것 80중량%, 에틸렌옥사이드가 7몰 부가된 것 10중량%, 에틸렌옥사이드가 6몰 이하 부가된 것 5중량%), 폴리옥시에틸렌노닐페놀에테르포스페이트(에틸렌옥사이드 11몰 부가된 것 3중량%, 10몰 부가된 것 80중량%, 9몰 부가된 것 5중량%, 7몰 부가된 것 6중량%, 6몰 부가된 것 6중량%), 폴리옥시에틸렌노닐페놀에테르포스페이트(에틸렌옥사이드 13몰 부가된 것 3중량%, 12몰 부가된 것 80중량%, 11몰 부가된 것 8중량%, 9몰 부가된 것 3중량%, 4몰 부가된 것 6중량%), 폴리옥시에틸렌 노닐페놀에테르포스페이트(에틸렌옥사이드가 17몰 부가된 것 3중량%, 16몰 부가된 것이 79중량%, 15몰 부가된 것 10중량%, 14몰 부가된 것 4중량%, 13몰 부가된 것 4중량%), 폴리옥시에틸렌노닐페놀에테르 포스페이트(에틸렌옥사이드가 21몰 부가된 것 5중량%, 20몰 부가된 것 78중량%, 19몰 부가된 것 7중량%, 18몰 부가된 것 6중량%, 17몰 부가된 것 4중량%), 디옥틸산 포스페이트 및 젤렉유엔™(Zelec UN™)으로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 혹은 2종 이상의 화합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 모노머 조성물은 열안정제를 더 포함할 수 있다. 열안정제는, 바람직하게는 본 발명의 조성물 중에 0.01~5.00중량%로 포함될 수 있다. 열안정제를 0.01중량% 미만으로 사용할 때에는 열안정 효과가 약하며, 5.00중량%를 초과하여 사용할 때에는 경화 시 중합 불량률이 높고 경화물의 열안정성이 도리어 낮아질 수 있다.
열안정제로는, 예를 들면, 금속 지방산염계인 칼슘 스테아레이트, 바륨 스테아레이트, 아연 스테아레이트, 카드뮴 스테아레이트, 납 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트, 알루미늄 스테아레이트, 칼륨스테아레이트, 아연 옥토에이트 등의 화합물 중에서 선택된 1종 혹은 2종 이상의 화합물을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 인계인 트리페닐 포스파이트, 디페닐데실포스파이트, 페닐디데실포스파이트, 디페닐도데실포스파이트, 디페닐이소데실포스페이트, 트리노릴페닐포스파이트, 디페닐이소옥틸포스파이트, 트리부틸포스파이트, 트리프로필포스파이트, 트리에틸포스파이트, 트리메틸포스파이트, 트리스(모노데실포스파이트), 트리스(모노페닐)포스파이트 중에서 선택된 1종 혹은 2종 이상의 화합물을 사용할 수 있다. 특히 바람직하게는 디페닐이소데실포스페이트를 사용할 수 있다.
또한, 납계인 3PbO.PbSO4.4H2O, 2PbO.Pb(C8H4O4), 3PbO.Pb(C4H2O4).H2O 등의 화합물 중에서 선택된 1종 혹은 2종 이상도 사용 가능하다.
또한, 유기주석계인 디부틸틴 디아우레이트, 디부틸틴말리에이트, 디부틸틴 비스(이소옥틸말리에이트), 디옥틸말리에이트, 디부틸틴 비스(모노메틸말리에이트), 디부틸틴 비스(라우릴메르캅티드), 디부틸 비스(이소옥실메르캅토아세테이트), 모노부틸틴 트리스(이소옥틸메르캅토아세테이트), 디메틸틴비스(이소옥틸메르캅토아세테이트), 트리스(이소옥틸메르캅토아세테이트), 비옥틸틴비스(이소옥틸메르캅토아세테이트), 디부틸틴 비스(2-메르캅토에틸로레이트), 모노부틸틴트리스(2-메르캅토에티로레이트), 디메틸틴 비스(2-메르캅토에틸로이트), 모노메틸틴 트리스(2-메르캅토에틸로레이트) 등의 화합물 중에서 선택된 1종 혹은 2종 이상도 사용 가능하다.
또한, 상기 예시한 열안정제 중 계열이 다른 열안정제를 2종 이상 혼합하여 사용하는 것도 가능하다. 가장 바람직하게는, 인계의 열안정제를 사용함으로써 성형된 렌즈의 초기 색상뿐만 아니라 투명성, 충격강도, 내열성 및 중합수율 등의 광학특성의 저하 없이 광학렌즈의 열안정성을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명의 모노머 조성물은, 플라스틱 광학렌즈 분야의 통상의 기술에 따라, 이밖에도 중합촉매, 자외선 흡수제, 유기염료, 무기안료, 착색방지제, 산화방지제, 광안정제 등을 필요에 따라 통상적인 방법으로 더 포함할 수 있다.
상기 모노머 조성물의 몰드 내 주입은, 5~60℃의 온도범위에서 이루어지는 것이 바람직하며, 5~40℃의 온도범위에서 이루어지는 것이 더욱 바람직하다. 적절한 온도 내에서 주입이 이루어짐으로써 가사시간을 적절하게 유지할 수 있으며, 또한 최종적으로 수득되는 광학재료에서 맥리, 링, 가변미경화의 발생률을 낮춰 광학재료의 품질을 높일 수 있다.
상기 단계 (b)는 미리 설정된 중량 또는 부피만큼 상기 모노머 조성물을 상기 캐비티 내에 주입하거나, 또는 비전인식시스템을 사용하여 몰드 내에 미리 설정된 영역까지 주입할 수 있다. 상기 단계 (c)는 비전인식시스템을 사용하여 유면을 감지하여 설정된 최종 주입지점에 유면이 감지되면 모노머 조성물의 주입을 종료한다.
이하, 상기 단계 (b) 및 (c)의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 설명한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 렌즈 등 광학재료를 제조하기 위하여 모노머 용액을 몰드 내부에 자동으로 주입하는 방법은 몰드의 로딩(S10), 테이핑(S20), 테이프 개방(S30), 모노머 주입(S40), 테이프 폐쇄(S50) 및 몰드 언로딩(S60) 단계를 거치게 되고, 후속 공정으로는 모노머의 경화 후 몰드로부터 분리하는 공정을 거치면 렌즈를 완성하게 되는데 이러한 공정은 기존의 방법과 기본적으로 동일하다.
본 실시예에서는 원료탱크의 모노머를 몰드의 캐비티에 주입하면서 비전인식시스템을 사용하여 유면을 감지하여 설정된 최종 주입지점에 유면이 감지되면 모노머 용액의 주입을 중지하는 구체적인 방법을 제시하고 있는바, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 모노머 용액 탱크(10)의 모노머 용액(S)을 몰드(M)의 캐비티에 맞게 용량 조절이 가능한 시린지(20) 내부에 1차로 흡입한 후, 상기 시린지(20) 내부에 주입된 모노머 용액(S)을 몰드(M) 내부에 2차로 대부분의 양을 고속으로 주입하고, 주입압력을 낮추어 잔량을 주입하면서 최종적으로 비전인식시스템을 이용하여 모노머 용액(S)이 몰드(M) 내부에 충만되었는지를 확인한 후 주입을 종료하도록 되어 있다.
본 실시예에서 상기 비전인식시스템은 도 2 내지 도 5에서 알 수 있는 바와 같이 몰드(M)의 윤곽과 상기 몰드(M)의 캐비티 내에 주입되는 모노머 용액(S)의 유면(L1)을 촬영하되, 몰드(M)가 주입위치에 세팅된 상태를 감지하기 위한 상기 몰드(M) 윤곽 일부의 제1영역(A1)과, 상기 몰드(M)의 주입구 외측에 위치한 제2영역(A2)이 설정되어 있다.
한편, 콘트롤러(C)는 상기 비전인식시스템에서 촬영된 이미지 신호 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 제1영역(A1)에서 몰드(M)의 윤곽이 감지되면 몰드(M)가 주입위치에 안착된 것으로 인식하게 되는데, 이때 촬영된 몰드(M)의 윤곽과 제1영역(A1)에 원호 형태로 표시된 가상 윤곽(L)이 일치되는지의 여부를 판단하여 일치하지 않을 경우에는 비전인식시스템을 미세조정 즉, 비전카메라의 위치를 조정하여 몰드(M)의 윤곽에 상기 가상 윤곽(L)을 일치시키는 촬영위치 조정단계를 거치게 된다.
상기한 촬영위치 조정단계에서는 제1영역(A1)의 위치가 조정되는 것과 동시에 제2영역의 위치가 제1영역(A1)과 함께 동시에 등거리 이동되게 되므로 주입장치 내에서 몰드(M)의 안착위치가 약간씩 변화함에도 불구하고 비전인식시스템에서 촬영되는 제2영역(A2)은 동일한 위치를 촬영하여 모노머 용액의 유면변화를 감지하게 된다.
또, 콘트롤러(C)는 비전인식시스템에서 촬영된 이미지를 분석하여 몰드(M)의 종류에 따라 캐비티의 용량 파악 및 주입위치 세팅여부를 감지하고, 시린지(20)의 구동부(22)와 밸브(V)의 개폐 동작을 제어하게 됨으로써 도 3에 도시된 바와 같이 모노머 용액(S)을 시린지(20) 내부로 1차 흡입하는 양과 2차로 몰드(M)에 주입하는 시점과 주입압력 및 종료시점을 제어하게 되며, 비전인식시스템의 미세위치도 조정하게 된다.
또, 상기 콘트롤러(C)는 터치패드나 키보드와 같은 외부입력수단에 의해 몰드(M)와 모노머 용액(S)의 종류에 따라 주입압력을 각기 다르게 세팅하게 되며, 새로운 종류의 몰드나 모노머 용액의 사용시에는 반복적인 테스트를 거쳐 입수된 데이터를 저장하여 최적의 주입압력을 찾아서 세팅할 수 있도록 되어 있다.
본 실시예에서, 상기 구동부(22)는 도시안된 모터의 동력에 의해 플런저(23)가 진퇴작동을 하여 시린지(20)의 내부로 모노머 용액을 흡입하거나, 흡입된 모노머 용액을 몰드(M)로 주입하도록 구성되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 구동부(22)의 구동방식은 공지된 다양한 방식을 사용할 수 있다.
위와 같은 구성으로 모노머 용액을 몰드 내부에 주입하는 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 1차로 도 3에 도시된 바와 같이 공급되는 몰드(M)의 종류에 따라 몰드(M)의 캐비티 용량에 일치되도록 시린지(20)에 모노머 용액(S)을 흡입하게 되는데, 이때 원료 탱크(10)와 시린지(20) 사이에 설치된 밸브(V)는 개방상태를 유지하게 되고, 노즐(21) 부분은 도시 생략된 내장형 체크밸브에 의해 외부로부터의 공기 등이 유입되는 것이 차단된 상태에서 시린지(20) 상부의 구동부(22)가 동작되어 시린지(20) 내부로 모노머 용액(S)을 정량만큼 채우게 된다.
한편, 상기 밸브(V)는 콘트롤러(C)에 의해 개폐동작이 제어되도록 할 수도 있고, 체크 밸브를 사용하여 시린지(20)의 구동부(22)가 흡입 동작을 할 경우에는 개방되고, 배출동작 즉, 몰드 쪽으로의 주입시에는 자동으로 폐쇄되도록 할 수도 있음은 물론이다.
다음, 2차로 도 4에 도시된 바와 같이 비인전식시스템에 의해 촬영된 이미지에서 제1영역(A1)에 몰드(M)의 윤곽이 감지되면 이를 가상 윤곽(L)과 일치되도록 카메라의 위치를 미세조정하게 되며, 이에 의해 몰드(M)가 주입위치에 안착된 것으로 파악하게 되고, 구동부(22)가 상기 1차와는 반대방향으로 구동되어 시린지(20) 내부의 모노머 용액(S)이 노즐(21)을 통해 몰드(M) 내부로 주입되게 되는데, 이때 상기 밸브(V)는 폐쇄된 상태를 유지하게 되며, 노즐(21)에 구비된 체크밸브는 개방된 상태에서, 상기 구동부(22)의 구동은 미리 설정된 양만큼의 모노머 용액(S)만을 주입하게 되는바, 미리 설정된 양은 시린지(20)에 1차 주입된 양의 70~99%가 되도록, 보다 바람직하게는 90~98%가 되도록 설정되어 있다.
상기 단계에서 모노머 용액(S)의 주입압력은 모노머 용액의 점도나 몰드 내부의 캐비티 두께 등에 따라서 모노머 용액에 기포가 발생하지 않는 범위 내에서는 최고의 압력으로 주입하도록 함으로써 주입시간의 단축을 도모할 수 있도록 한다.
마지막으로, 상기와 같이 구동부(22)의 구동에 의해 시린지(20) 내부의 모노머 용액(S) 대부분이 몰드(M) 내부에 주입된 후에는 구동부(22)의 구동속도를 상대적으로 느리게 하여 조심스럽게 잔량의 주입이 이루어지도록 하게 되는바, 이때에는 도 5에 도시된 바와 같이 비전인식시스템에 의해 주입구(I)의 외측에 위치한 제2영역(A2)에서 모노머 용액(S)의 유면이 감지되는지를 확인하게 될 때까지 주입하게 되며, 표면장력에 의해 몰드(M)의 주입구(I) 외측 약 1~2mm외측에 위치한 제2영역(A2)에서 모노머 용액(S)유면이 감지되면 시린지 구동부(22)의 동작을 중지시킴으로써 모노머 용액(S)의 주입을 완료하게 되며, 후속공정으로 개방했던 실링 테이프(T)를 다시 감아 주입구(I)를 폐쇄한 후, 몰드의 언로딩 과정을 거치게 되면 몰드(M)에 모노머 용액(S)의 주입이 완료된다.
상기와 같은 과정을 거쳐 제1영역(A1)에서의 몰드(M)의 윤곽이 가상 윤곽(L)에 일치되게 되면 공급된 몰드의 종류에 따라 미리 설정된 제1주입압력으로 모노머 용액(S)을 몰드(M) 내부에 대부분 주입하게 되고, 이후 상기 제1주입압력보다 상대적으로 낮은 압력으로 잔량의 주입을 진행하여 몰드(M)의 외측에 위치한 제2영역(A2)에서 유면(L1)이 나타나는지의 여부를 확인하여 유면(L1)이 나타나게 되면 모노머 용액의 주입을 종료하고, 유면이 나타나지 않을 경우에는 모노머 용액을 제2영역(A2)에 유면이 나타날때까지 미세한 압력으로 주입하게 된다.
한편, 상기 제1영역 및 제2영역에서는 몰드의 윤곽 또는 모노머 용액의 유면을 화소수의 변화에 의해 감지하게 되는바, 몰드의 윤곽과 모노머 용액의 유면은 공기와 몰드 및 모노머 용액간의 밀도 차이에 의해 그 경계부분이 선형의 음영으로 보여지게 되며, 이에 의해 각 영역에서 촬영되는 선형의 음영이 형성하는 화소수에 의하여 몰드의 윤곽 및 모노머 용액의 유면이 형성되는 것을 알 수 있다.
본 실시예에서, 상기 영역(A1,A2)에서 감지되는 몰드(M)의 윤곽 및 모노머 용액의 유면 두께는 대체로 일정하므로 검출되는 화소수도 거의 일정하지만 주변장치부가 모두 빠르게 동작중이며, 설비 주변에 사람 및 기타 장치의 이동이 있고, 이것에 의해 몰드나 모노머 용액에 기이한 현상으로 반사되어 오검출되는 경우가 있으므로 검출되는 화소수의 변화량과 음영의 진행방향에 대하여도 감지하여 각종 노이즈에 의한 오검출을 방지할 수 있도록 한다.
본 실시예에서 상기 제1주입압력으로 주입되는 모노머 용액의 양은 전체 주입량의 70~99%가 적정하지만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 몰드의 종류와 모노머 용액의 점도에 따라서 1차 주입량은 다소 다르게 설정할 수도 있음은 물론이다. 상기 제1주입압력으로 주입되는 모노머 용액의 양은, 보다 바람직하게는 전체 주입량의 90~98%이다.
상술한 본 발명의 실시예에 의한 모노머 용액 자동 주입방법에 따르면 초기에는 몰드 내부에 빠른 속도 즉, 높은 압력으로 최단시간 내에 모노머 용액을 대부분 주입하고, 그 이후 제2영역에서 모노머 용액의 유면이 감지죌 때까지 상대적으로 느린 속도로 몰드 내부의 캐비티가 충만될때까지 잔량을 주입함으로써 모노머 용액의 주입에 소요되는 시간을 단축시키면서도 넘치지 않게 정확한 양을 주입할 수 있으므로 공정시간 단축에 따른 생산성 향상과 더불어 균일한 품질의 렌즈를 제조할 수 있게 되는 이점이 있으며, 모노머 주입량의 부족이나 과도에 따른 불량발생 및 제조장치의 오동작 또한 유발하지 않게 되는 등의 이점도 있다.
위와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면 점성을 갖는 모노머 용액을 몰드 내부의 캐비티에 1차로 높은 압력으로 빠르게 대부분 주입한 후, 최종 단계에서 비전인식시스템을 사용하면서 주입압력를 낮추어 잔량을 서서히 주입하여 충만되도록 하게 되므로 주입 용량이 초과될 우려가 없다. 또, 몰드 내부에 모노머 용액을 단시간 내에 대부분을 주입한 후 비전인식시스템으로 제2영역에서의 모노머 용액이 감지되면 주입을 종료하게 되므로 기포의 잔류도 없고 모노머 용액의 주입량이 넘치지도 모자라지도 않게 정확하게 정량이 주입되므로 균일한 품질의 렌즈를 생산할 수 있고, 모노머의 주입시간을 단축시킬 수 있어 모노머 주입작업의 효율성을 극대화할 수 있다. 이에 따라 모노머 용액의 주입량 부족으로 인한 불량의 방지와 더불어 모노머 용액의 과도한 주입으로 인하여 발생하는 장비의 이상동작이나 고장을 예방할 수 있다.
C : 콘트롤러
I : 주입구
L : 가상 윤곽
L1 : 유면
M : 몰드
A1,A2 : 감지 영역
S : 모노머 용액
T : 실링 테이프
V : 밸브
10 : 원료 탱크
20 : 시린지
21 : 노즐
22 : 구동부
23 : 플런저

Claims (10)

  1. 외곽이 실링된 1쌍의 몰드 사이에 형성된 캐비티 내에 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물을 주입하는 방법으로서,
    (a) 고상 굴절률 1.50~1.63, 점도 20~1,000cps(25℃)의 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물을 준비하는 단계;
    (b) 상기 모노머 조성물을 상기 캐비티 내에 대부분 주입하는 단계;
    (c) 상기 (b)단계에 이어서 모노머 조성물을 캐비티 내로 주입하면서 비전인식시스템을 사용하여 유면을 감지하여 설정된 최종 주입지점에 유면이 감지되면 모노머 조성물의 주입을 종료하는 단계;를 포함하는, 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 비전인식시스템은 몰드의 윤곽과 상기 몰드에 주입되는 모노머 용액의 유면을 촬영하되, 몰드가 주입위치에 세팅된 상태를 감지하기 위하여 상기 몰드 윤곽 일부에 위치하는 제1영역과, 상기 몰드 외측에 위치한 제2영역을 설정하는 것을 특징으로 하는, 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 비전인식시스템은 콘트롤러가 상기 제1영역에서 몰드의 윤곽이 감지되면 설정된 제1주입압력으로 모노머 용액의 대부분을 몰드 내부에 주입한 후, 이어서 상기 제1주입압력보다 낮은 압력으로 잔량의 모노머 용액을 주입하면서 제2영역에서 유면이 감지되면 모노머 용액의 주입을 종료하는 것을 특징으로 하는, 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
  4. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 제1,2영역에서는 몰드의 윤곽 및 모노머 용액의 유면을 화소수의 변화에 의해 감지하는 것을 특징으로 하는, 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
  5. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 제1영역에는 원호 형태로 가상 윤곽이 표시되고, 상기 제1영역에서 몰드 윤곽의 감지시 촬영된 몰드의 윤곽이 상기 가상 윤곽에 일치되도록 촬영위치 조정이 이루어지며, 상기 제1영역의 위치변화에 따라 제2영역의 위치가 함께 이동되어 유면 변화를 감지하는 것을 특징으로 하는, 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
  6. 청구항 2 또는 3에 있어서,
    상기 제1영역은 몰드의 외곽 중 몰드의 X방향 정보와 Y방향 정보를 모두 갖는 위치에 설정되는 것을 특징으로 하는, 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
  7. 청구항 3에 있어서,
    상기 모노머 조성물을 몰드 내부에 제1주입압력으로 주입하는 단계에서는 몰드 내부 캐비티 용적의 70~99%를 주입하는 것을 특징으로 하는, 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
  8. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물은 아래 화학식 1로 표시되는 에폭시 아크릴레이트 화합물, 아래 화학식 2로 표시되는 에폭시 아크릴레이트 화합물 중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00005

    (여기서 n = 0~15 이고, R1은 H 또는 CH3이며, R2는 H 혹은 Br이다.)
    [화학식 2]
    Figure pat00006

    (여기서 R1, R2는 H 또는 CH3이고, m = 0~5, n = 0~5 이고, m과 n은 동시에 0 이 아니며, m+n = 1~10 이다.)
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 아크릴계 광학재료용 모노머 조성물은
    스티렌, 디비닐벤젠, 알파메틸스티렌, 알파메틸스티렌다이머, 메틸메타크릴레이트, 벤질메타아크릴레이트, 클로로스티렌, 브로모스티렌, 메톡시스티렌, 모노벤질말레이트, 디벤질말레이트, 모노벤질푸말레이트, 디벤질푸말레이트, 메틸벤질말레이트, 디메틸말레이트, 디에틸말레이트, 디부틸말레이트, 디부틸푸말레이트, 모노부틸말레이트, 모노펜틸말레이트, 디펜틸말레이트, 모노펜틸푸말레이트, 디펜틸푸말레이트 및 디에틸렌글리콜 비스아릴카르보네이트로 구성된 군으로부터 선택된 1종 혹은 2종 이상의 화합물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 모노머 조성물의 주입이 5~60℃의 온도범위에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법.
KR1020180137341A 2018-05-14 2018-11-09 아크릴계 광학재료용 모노머의 몰드 자동 주입방법 KR20190130450A (ko)

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