KR20210130547A - 광학재료용 에폭시 화합물의 제조방법 및 이를 이용한 광학재료용 에피설파이드 화합물과 고굴절 광학재료의 제조방법 - Google Patents

광학재료용 에폭시 화합물의 제조방법 및 이를 이용한 광학재료용 에피설파이드 화합물과 고굴절 광학재료의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광학재료용 에폭시 화합물의 제조방법 및 이를 이용한 광학재료용 에피설파이드 화합물과 고굴절 광학재료의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는, 에피클로로 히드린과 황화수소를 반응시켜 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 얻는 단계와, 상기 단계에서 얻은 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 알칼리와 반응시켜 아래 화학식 1로 표시되는 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드를 얻는 단계를 포함하는 에폭시 화합물의 제조방법으로서, 상기 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드를 얻는 단계는 상기 알칼리로 12~50중량%의 가성소다를 사용하여 초기 반응기 온도를 15~40℃로 유지하면서 반응시키는 것을 특징으로 하는 광학재료용 에폭시 화합물의 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따르면 불순물의 함량이 낮고 황색을 띠지 않는 고품질의 광학재료용 에폭시 화합물을 제조할 수 있으며, 이를 이용하여 고품질의 에피설파이드 화합물과 맑고 투명하며 열안정성이 우수한 고품질의 에피설파이드계 고굴절 광학재료를 제조할 수 있다.

Description

광학재료용 에폭시 화합물의 제조방법 및 이를 이용한 광학재료용 에피설파이드 화합물과 고굴절 광학재료의 제조방법 {Method for manufacturing epoxy compound for optical materials and method for manufacturing episulfide compound for optical material and high refractive optical material using same}
본 발명은 광학재료용 에폭시 화합물의 제조방법 및 이를 이용한 광학재료용 에피설파이드 화합물과 고굴절 광학재료의 제조방법에 관한 것이다.
플라스틱 렌즈는 가볍고 내충격성이 좋고 착색이 용이하여, 근래 대부분의 안경렌즈에 플라스틱 렌즈가 사용되고 있다. 플라스틱 안경렌즈는 경량성, 고투명성, 낮은 황색도, 내열성, 내광성, 강도를 높이는 방향으로 발전되어 왔다.
한국등록특허 10-0681218호에서는 에피설파이드계 플라스틱 렌즈를 제안하고 있다. 에피설파이드계 렌즈는 고굴절률이면서도 고아베수를 갖는 우수한 성질이 있으나, 인장강도, 압축강도, 착색성, 하드 접착력, 생산성 등의 면에서 문제가 많다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 두 종류의 서로 다른 성질의 수지를 공중합하는 방법, 즉 에피설파이드 화합물과 폴리티올 화합물 또는 여기에 폴리이소시아네이트 화합물을 함께 공중합하는 방법이 한국등록특허 10-0417985호, 일본공개특허 평11-352302호 등에서 제안되었다. 또, 최근에는 에피설파이드계 렌즈의 굴절율을 더욱 높여 1.71 이상의 초고굴절률과 고아베수를 달성하기 위해, 에피설파이드 화합물에 황 원자나 셀레늄 원자 등의 무기 화합물을 배합하는 광학재료용 조성물이 제안되었다(일본 공개특허 2001-2783).
에피설파이드계 렌즈에 사용되는 에피설파이드 화합물은 일반적으로 에피클로로 히드린과 황화수소를 반응시켜 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 만든 후 가성소다 같은 알칼리와 반응시켜 에폭시 화합물을 얻고, 이 에폭시 화합물을 티오우레아를 반응시켜 목적하는 에피설파이드 화합물을 얻는다.
그런데 맑고 투명하며 열안정성이 우수한 고품질의 에피설파이드 광학재료를 얻기 위해서는 고품질의 에피설파이드 화합물을 얻어야 하고, 고품질의 에피설파이드 화합물을 얻기 위해서는 그 전단계에서 고품질의 에폭시 화합물을 얻어야 하는데, 에폭시 화합물의 제조 공정이 까다로워 불순물이 많이 포함되거나 최종 수득물이 황색을 띠는 에폭시 화합물이 얻어지는 경우가 많다. 그리고 이런 불순물 포함 또는 황색을 띠는 에폭시 화합물은 낮은 품질의 에피설파이드 화합물로 이어지고 최종적으로 광학재료의 품질을 떨어뜨리게 된다.
일본 특허공보 3491660 대한민국 등록특허공보 10-0417985 일본 공개특허공보 특개평 11-352302 일본 공개특허공보 2001-2783 대한민국 공개특허공보 10-2014-0122721
본 발명에서는 불순물의 함량이 낮고 황색을 띠지 않는 고품질의 광학재료용 에폭시 화합물을 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이 에폭시 화합물을 이용하여 고품질의 에피설파이드 화합물을 제조하고, 최종적으로 맑고 투명하며 열안정성이 우수한 고품질의 에피설파이드계 광학재료를 제조하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는,
에피클로로 히드린과 황화수소를 반응시켜 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 얻는 단계와, 상기 단계에서 얻은 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 알칼리와 반응시켜 아래 화학식 1로 표시되는 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드를 얻는 단계를 포함하는 에폭시 화합물의 제조방법으로서,
상기 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드를 얻는 단계는 상기 알칼리로 12~50중량%의 가성소다를 사용하여 초기 반응기 온도를 15~40℃로 유지하면서 반응시키는 것을 특징으로 하는 광학재료용 에폭시 화합물의 제조방법을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
또한, 본 발명에서는
(a) 에피클로로 히드린과 황화수소를 반응시켜 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 얻는 단계;
(b) 상기 단계 (a)에서 얻은 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 12~50중량%의 가성소다와 초기 반응기 온도를 15~40℃로 유지하면서 반응시켜 상기 화학식 1로 표시되는 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드를 얻는 단계;
(c) 상기 단계 (b)에서 얻은 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드를 티오우레아와 반응시키는 단계를 포함하는, 아래 화학식 2로 표시되는 광학재료용 에피설파이드 화합물의 제조방법을 제공한다.
상기 단계 (b)에서, 바람직하게는 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 15~35중량%의 가성소다와 초기 반응기 온도를 20~35℃로 유지하면서 반응시킨다.
[화학식 2]
Figure pat00002
(식 중에서 X는 O 또는 S이며, m은 0~4의 정수이고, n은 0~2의 정수이다)
또한, 본 발명에서는 상기 방법으로 제조되고 상기 화학식 2로 표시되는 광학재료용 에피설파이드 화합물과 중합촉매를 포함하는 광학재료용 조성물을 제조하는 단계와; 상기 광학재료용 조성물을 중합시키는 단계를 포함하는, 에피설파이드계 고굴절 광학재료의 제조방법을 제공한다.
상기 광학재료의 제조방법에서 조성물을 제조하는 단계는 상기 조성물에 황, 폴리티올 화합물, 폴리이소시아네이트 화합물 중 어느 하나 이상을 더 포함시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 불순물의 함량이 낮고 황색을 띠지 않는 고품질의 광학재료용 에폭시 화합물을 제조할 수 있다. 또한, 이 에폭시 화합물을 이용하여 고품질의 에피설파이드 화합물을 제조할 수 있으며, 이를 이용하여 맑고 투명하며 열안정성이 우수한 고품질의 에피설파이드계 고굴절 광학재료를 제조할 수 있다.
본 발명에서 '고굴절'은 특별히 한정하지 않으면 1.67 이상부터 통상 초고굴절로 지칭되는 1.71 이상까지 모두 포함하는 의미이다. 한정되는 것은 아니나 보통 굴절률 1.67에서 1.77 범위가 여기에 해당된다.
에폭시 화합물의 제조
본 발명의 광학재료용 에폭시 화합물의 제조방법은, 에피클로로 히드린과 황화수소를 반응시켜 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 얻는 단계와, 상기 단계에서 얻은 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 알칼리와 반응시켜 아래 화학식 1로 표시되는 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드를 얻는 단계를 포함한다.
(1) 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 얻는 단계
황화수소 가스와 에피클로로 히드린을 반응시켜 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 얻는다. 이때 바람직하게는 반응기(A)에 황화물을 넣고 산을 투입 반응시켜 황화수소 가스를 발생시킨 후 발생된 황화수소 가스를 에피클로로 히드린이 있는 반응기(B)에 투입하여 반응시킨다.
본 단계에서는 아래 반응식 1과 같이 에피클로로히드린과 황화수소가 반응하여 1-클로로-3-메르캅토포로판-2-올이 생성되고, 1-클로로-3-메르캅토포로판-2-올이 다시 에피클로로히드린과 반응하여 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드가 생성되는 두 단계 반응이 진행된다.
[화학식 1]
Figure pat00003
[반응식 1]
Figure pat00004
(2) 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드를 얻는 단계
상기 단계에서 얻은 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를, 아래 반응식 2와 같이, 알칼리와 반응시켜 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드를 얻는다.
본 발명에서는 이때 사용하는 알칼리의 농도와 반응온도가 생성되는 에폭시 화합물의 품질에 직접적인 영향을 미친다는 것을 발견하였다. 알칼리로 바람직하게는 가성소다를 사용할 수 있는데, 가성소다의 농도가 높으면 생성되는 에폭시 화합물에 불순물이 많아지고 노랗게 되는 현상이 나타난다. 이런 현상은 가성소다의 농도가 50중량% 이상일 때 심하게 나타났다. 따라서 상기 알칼리로 12~50중량%의 가성소다를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 반응온도가 높을 때도 생성되는 에폭시 화합물에 불순물이 많아지고 노랗게 되는 현상이 나타났다. 특히 초기 반응기 온도가 에폭시 화합물의 품질에 많은 영향을 미쳤는데, 본 발명에서는 초기 반응기 온도가 40℃를 초과해서 올라가면 생성되는 에폭시 화합물의 품질에 부정적인 영향이 두드러지게 나타남을 알게 되었다. 본 발명에서 "초기 반응기 온도"는 전체 반응 중 1/2 이하로 진행된 시기로 정의된다. 초기 반응기 온도는 40℃ 이하로 유지하는 것이 바람직하며, 초기 이후에는 40℃ 이상으로 올라가도 무방하나 45℃ 넘게 올라가는 것은 바람직하지 않다. 또, 반응기의 온도가 너무 낮아도 반응이 원활하게 진행되지 않으므로, 초기 반응기 온도를 15℃ 이상으로는 유지하는 것이 좋다. 가장 바람직하게는 초기 반응기 온도를 20~35℃로 유지하는 것이 좋다.
[반응식 2]
Figure pat00005
에피설파이드 화합물의 제조
본 발명의 일 실시예에서는 아래 반응식 3과 같이, 상기에서 얻은 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드를 티오우레아와 반응시키는 단계를 포함하는 방법으로 아래 화학식 2로 표시되는 에피설파이드 화합물을 제조한다.
[반응식 3]
Figure pat00006
[화학식 2]
Figure pat00007
(식 중에서 X는 O 또는 S이며, m은 0~4의 정수이고, n은 0~2의 정수이다)
상기 화학식 2로 표시되는 광학재료용 에피설파이드 화합물은, 예를 들어, 비스(2,3-에피티오프로필)설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필)디설파이드, 2,3-에폭시프로필(2,3-에피티오프로필)설파이드, 2,3-에폭시프로필(2,3-에피티오프로필)디설파이드, 1,3 및 1,4-비스(β-에피티오프로필티오)시클로헥산, 1,3 및 1,4-비스(β-에피티오프로필티오메틸)시클로헥산, 비스[4-(β-에피티오프로필티오)시클로헥실]메탄, 2,2-비스[4-(β-에피티오프로필티오)시클로헥실]프로판, 비스[4-(β-에피티오프로필티오)시클로헥실]설파이드 등의 지환족골격을 갖는 에피설파이드화합물; 1,3 및 1,4-비스(β-에피티오프로필티오메틸)벤젠, 비스[4-(β-에피티오프로필티오)페닐]메탄, 2,2-비스[4-(β-에피티오프로필티오)페닐]프로판, 비스[4-(β-에피티오프로필티오)페닐]설파이드, 비스[4-(β-에피티오프로필티오)페닐]설핀, 4,4-비스(β-에피티오프로필티오)비페닐 등의 방향족골격을 갖는 에피설파이드화합물; 2,5-비스(β-에피티오프로필티오메틸)-1,4-디티안, 2,5-비스(β-에피티오프로필티오에틸티오메틸)-1,4-디티안, 2,5-비스(β-에피티오프로필티오에틸)-1,4-디티안, 2,3,5-트리(β-에피티오프로필티오에틸)-1,4-디티안 등의 디티안사슬 골격을 갖는 에피설파이드화합물; 2-(2-β-에피티오프로필티오에틸티오)-1,3-비스(β-에피티오프로필티오)프로판, 1,2-비스[(2-β-에피티오프로필티오에틸)티오]-3-(β-에피티오프로필티오)프로판, 테트라키스(β-에피티오프로필티오메틸)메탄, 1,1,1-트리스(β-에피티오프로필티오메틸)프로판, 비스-(β-에피티오프로필)설파이드 등의 지방족 골격을 갖는 에피설파이드화합물 등이 될 수 있다. 이외에도 에피설파이드화합물로 에피설파이드기를 가진 화합물의 염소 치환체, 브롬 치환체 등의 할로겐 치환체, 알킬 치환체, 알콕시 치환체, 니트로 치환체나 폴리티올과의 프리폴리머형 변성체 등도 될 수 있다.
바람직하게는 비스(2,3-에피티오프로필)설파이드, 비스(2,3-에피티오프로필)디설파이드, 1,3 및 1,4-비스(β-에피티오프로필티오)시클로헥산, 1,3 및 1,4-비스(β-에피티오프로필티오메틸)시클로헥산, 2,5-비스(β-에피티오프로필티오메틸)-1,4-디티안, 2,5-비스(β-에피티오프로필티오에틸티오메틸)-1,4-디티안, 2-(2-β-에피티오프로필티오에틸티오)-1,3-비스(β-에피티오프로필티오)프로판 중 1종 이상이다.
에피설파이드계 고굴절 광학재료용 조성물의 제조
본 발명의 에피설파이드계 고굴절 광학재료용 조성물의 제조방법은,
상기와 같은 방법으로 상기 화학식 2로 표시되는 광학재료용 에피설파이드 화합물을 제조하는 단계와,
상기 에피설파이드 화합물과 중합촉매를 포함하는 조성물을 제조하는 단계를 포함한다.
상기 조성물을 제조하는 단계는, 상기 조성물에 황, 폴리티올 화합물, 폴리이소시아네이트 화합물 중 어느 하나 이상을 더 포함시킬 수 있다.
상기 폴리티올화합물은, 특별히 한정되지 않고 최소한 1개 이상의 티올기를 가진 화합물이면 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는, 비스(2-메르캅토에틸)설파이드, 4-메르캅토메틸-1,8-디메르캅토-3,6-디티아옥탄, 2,3-비스(2-메르캅토에틸티오)프로판-1-티올, 2,2-비스(메르캅토메틸)-1,3-프로판디티올, 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, 비스(2-(2-메르캅토에틸티오)-3-메르캅토프로필)디설파이드, 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-펜타티아헵타데칸-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-디티안 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 이외에도 1개 이상의 티올기를 가진 화합물이면 1종 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 폴리티올화합물에 이소시아네이트나 에피설파이드 화합물, 티에탄 화합물 또는 수지개질제로 불포화 결합을 가진 화합물과의 예비중합에서 얻어진 중합 변성체도 사용이 가능하다.
폴리티올화합물로, 특히 바람직하게는, 비스(2-메르캅토에틸)설파이드 또는 4-메르캅토메틸-1,8-디메르캅토-3,6-디티아옥탄 또는 여기에 다른 폴리티올화합물을 1종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
폴리티올은 바람직하게는 상기 광학재료용 조성물 중에 1~15중량% 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 4~13중량%, 더욱 바람직하게는 5~11중량% 포함될 수 있다.
상기 폴리이소시아네이트 화합물은, 특별히 한정되지 않고 최소한 1개 이상의 이소시아네이트 기 및/또는 이소티오시아네이트 기를 가진 화합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDI), 2,2-디메틸펜탄디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥산디이소시아네이트, 부텐디이소시아네이트, 1,3-부타디엔-1,4-디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 1,6,11-운데칸트리이소시아네이트, 1,3,6-헥사메틸렌트리이소시아네이트, 1,8-디이소시아네이트-4-이소시아네이토메틸옥탄, 비스(이소시아네이토에틸)카보네이트, 비스(이소시아네이토에틸)에테르 등의 지방족 이소시아네이트 화합물; 이소포론디이소시아네이트, 1,2-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산, 1,3-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산, 1,4-비스(이소시아네이토메틸)시클로헥산, 디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(H12MDI), 시클로헥산디이소시아네이트, 메틸시클로헥산디이소시아네이트, 디시클로헥실디메틸메탄이소시아네이트, 2,2-디메틸디시클로헥실메탄이소시아네이트, 노보란디이소시아네이트(NBDI), 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, 2,5-비스(이소시아나토메틸)비시클로[2,2,1]헵탄, 2,6-비스(이소시아나토메틸)비시클로[2,2,1]헵탄 등의 지환족 이소시아네이트 화합물; 자일릴렌디이소시아네이트(XDI), 비스(이소시아네이토에틸)벤젠, 비스(이소시아네이토프로필)벤젠, 비스(이소시아네이토부틸)벤젠, 비스(이소시아네이토메틸)나프탈렌, 비스(이소시아네이토메틸)디페닐에테르, 페닐렌디이소시아네이트, 에틸페닐렌디이소시아네이트, 이소프로필페닐렌디이소시아네이트, 디메틸페닐렌디이소시아네이트, 디에틸페닐렌디이소시아네이트, 디이소프로필페닐렌디이소시아네이트, 트리메틸벤젠트리이소시아네이트, 벤젠트리이소시아네이트, 디페닐디이소시아네이트, 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'-디이소시아네이트 등의 방향족 이소시아네이트 화합물; 비스(이소시아네이토에틸)설파이드, 비스(이소시아네이토프로필)설파이드, 비스(이소시아네이토헥실)설파이드, 비스(이소시아네이토메틸)설폰, 비스(이소시아네이토메틸)디설파이드, 비스(이소시아네이토프로필)디설파이드, 비스(이소시아네이토메틸티오)메탄, 비스(이소시아네이토에틸티오)메탄, 비스(이소시아네이토에틸티오)에탄, 비스(이소시아네이토메틸티오)에탄, 1,5-디이소시아네이토-2-이소시아네이토메틸-3-티아펜탄 등의 함황 지방족 이소시아네이트 화합물; 디페닐설파이드-2,4-디이소시아네이트, 디페닐설파이드-4,4'-디이소시아네이트, 3,3'-디메톡시-4,4'-디이소시아네이토디벤질티오에테르, 비스(4-이소시아네이토메틸벤젠)설파이드, 4,4-메톡시벤젠티오에틸렌글리콜-3,3-디이소시아네이트, 디페닐디설파이드-4,4'-디이소시아네이트, 2,2'-디메틸디페닐디설파이드-5,5'-디이소시아네이트, 3,3'-디메틸디페닐디설파이드-5,5'-디이소시아네이트, 3,3'-디메틸디페닐디설파이드-6,6'-디이소시아네이트, 4,4'-디메틸디페닐디설파이드-5,5'-디이소시아네이트, 3,3'-디메톡시디페닐디설파이드-4,4'-디이소시아네이트, 4,4'-디메톡시디페닐디설파이드-3,3'-디이소시아네이트 등의 함황 방향족 이소시아네이트 화합물; 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-디티오란 등의 함황 복소환 이소시아네이트 화합물 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 화합물이 사용될 수 있다. 이외에도 최소한 1개 이상의 이소시아네이트 기 및/또는 이소티오시아네이트 기를 가진 화합물이면 1종 또는 2종 이상을 혼합 사용할 수 있다. 또한, 이들 이소시아네이트 화합물의 염소 치환체, 브롬 치환체 등의 할로겐 치환체, 알킬 치환체, 알콕시 치환체, 니트로 치환체나, 다가 알코올 혹은 티올과의 프리폴리머형 변성체, 카르보디이미드 변성체, 우레아 변성체, 뷰렛 변성체 혹은 다이머화, 트라이머화 반응 생성물 등도 사용 가능하다.
이소시아네이트 화합물로, 바람직하게는, 이소포론디이소시아네이트(IPDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDI), 디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(H12MDI), 자일릴렌디이소시아네이트(XDI), 노보란디이소시아네이트(NBDI), 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, 2,5-비스(이소시아나토메틸)비시클로[2,2,1]헵탄, 2,6-비스(이소시아나토메틸)비시클로[2,2,1]헵탄 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다.
이소시아네이트 화합물은 상기 광학재료용 조성물 중 0.01~20중량%로 포함되며, 보다 바람직하게는 0.05~10중량%로 포함될 수 있다.
상기 에피설파이드계 광학재료용 조성물은 황을 더 포함할 수 있는데, 황을 포함할 경우 굴절률을 1.71 이상의 초고굴절로 높일 수 있다. 조성물에 포함되는 황은 바람직하게는 순도 98% 이상이다. 98% 미만의 경우, 불순물의 영향으로 광학재료의 투명도가 떨어질 수 있다. 황의 순도는 보다 바람직하게는 99.0% 이상이며, 특히 바람직하게는 99.5% 이상이다. 통상 상업적으로 입수 가능한 황은 형상이나 정제법의 차이에 의해 구분되는데, 미분황, 콜로이드황, 침강황, 결정황, 승화황 등이 있다. 본 발명에서는, 순도 98% 이상이면 어떤 황이나 사용 가능하다. 바람직하게는, 광학재료용 조성물 제조시 용해가 용이한 미세입자의 미분황을 사용할 수 있다. 상기 광학재료용 조성물 중에 황은 바람직하게는 1~40중량%로 포함되며, 보다 바람직하게는 2~30중량%, 가장 바람직하게는 3~22중량%로 포함된다.
상기 중합촉매는, 바람직하게는 아민, 제4급 암모늄염, 제4급 포스포늄염, 제3급 술포늄염, 제2급 요오드늄염, 포스핀 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 사용한다. 보다 바람직하게는 제4급 암모늄염, 제4급 포스포늄염, 포스핀 화합물 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있다. 제4급 암모늄염으로는, 예를 들어, 테트라-n-부틸암모늄브로마이드, 테트라페닐암모늄브로마이드, 트리에틸벤질암모늄클로라이드, 세틸디메틸벤질암모늄클로라이드, 1-n-도데실피리디늄클로라이드 등을 사용할 수 있다. 제4급 포스포늄염으로는, 예를 들어, 테트라-n-부틸포스포늄브로마이드, 테트라페닐포스포늄브로마이드 등을 사용할 수 있다. 포스핀 화합물로는 트리페닐포스핀 등을 사용할 수 있다. 특히 바람직하게는 상기 중합촉매는 제4급 포스포늄염이며, 테트라-n-부틸포스포늄브로마이드, 테트라페닐포스포늄브로마이드 중 어느 하나를 포함한다. 이들 중합 촉매는 단독으로 사용하거나 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 에피설파이드계 광학재료용 조성물은 중합조절제로 주석할로겐 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 주석할로겐 화합물은 바람직하게는 디부틸주석디클로라이드, 디메틸주석디클로라이드 중 어느 하나 또는 여기에 모노메틸주석트리클로라이드가 소량 포함된 것을 사용할 수 있다. 더욱 바람직하게는 모노메틸주석트리클로라이드는 0.1~3.5중량%로 포함될 수 있다. 에피설파이드계 광학재료용 조성물은 중합 경화시킬 때 반응이 빠르게 진행되어 조성물의 점도가 급격하게 상승될 수 있다. 상기 중합 조절제는 반응속도를 조절함으로써 점도의 급격한 상승을 억제할 수 있다. 상기 중합 조절제는 광학재료용 조성물 전체 중량 중 0.01~5 중량%로 사용하는 것이 바람직하다. 이 중합 조절제의 사용으로 중합 속도를 조절하여 점도의 급격한 상승을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 그 결과 중합 수율이 높아지고, 기포의 발생 또한 없어진다.
상기 에피설파이드계 광학재료용 조성물 중에 황을 포함할 경우, 프리폴리머를 형성한 후 중합하는 것이 바람직한데, 이때 프리폴리머의 형성을 원활하게 하기 위해 바람직하게는 중합조절제로 알킬이미다졸을 더 포함할 수 있다. 상기 알킬이미다졸은 특히 바람직하게는 2-메르캅토-1-메틸이미다졸을 포함한다. 2-메르캅토-1-메틸이미다졸은 바람직하게는 순도 98% 이상의 것을 사용한다. 광학재료용 조성물 중에 바람직하게는 0.01~5중량% 포함될 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.1~3중량%, 더욱 바람직하게는 0.15~1중량%가 포함될 수 있다.
본 발명의 광학재료용 조성물은 내부이형제를 더 포함할 수 있다. 바람직하게는 내부이형제로 인산에스테르 화합물을 포함할 수 있다. 인산에스테르 화합물은 포스포러스펜톡사이드(P2O5)에 2~3몰의 알코올 화합물을 부가하여 제조하는데 이때 사용하는 알코올 종류에 따라 여러 가지 형태의 인산에스테르 화합물을 얻을 수 있다. 대표적인 것으로는 지방족 알코올에 에틸렌옥사이드 혹은 프로필렌 옥사이드가 부가되거나 노닐페놀기 등에 에틸렌 옥사이드 혹은 프로필렌 옥사이드가 부가된 종류들이다. 본 발명의 중합성 조성물에, 에틸렌 옥사이드 혹은 프로필렌 옥사이드가 부가된 인산에스테르화합물이 내부이형제로 포함될 경우, 이형성이 좋고 품질이 우수한 광학재료를 얻을 수 있어 바람직하다. 본 발명의 조성물은, 내부이형제로, 바람직하게는, 4-PENPP[폴리옥시에틸렌노닐페놀에테르포스페이트(에틸렌옥사이드가 5몰 부가된 것 5중량%, 4몰 부가된 것 80중량%, 3몰 부가된 것 10중량%, 1몰 부가된 것 5중량%)], 8-PENPP[폴리옥시에틸렌노닐페놀에테르포스페이트(에틸렌옥사이드 9몰 부가된 것 3중량%, 8몰 부가된 것 80중량%, 9몰 부가된 것 5중량%, 7몰 부가된 것 6중량%, 6몰 부가된 것 6중량%)], 12-PENPP[폴리옥시에틸렌노닐페놀에테르포스페이트(에틸렌옥사이드 13몰 부가된 것 3중량%, 12몰 부가된 것 80중량%, 11몰 부가된 것 8중량%, 9몰 부가된 것 3중량%, 4몰 부가된 것 6중량%)], 16-PENPP[폴리옥시에틸렌 노닐페놀에테르포스페이트(에틸렌옥사이드가 17몰 부가된 것 3중량%, 16몰 부가된 것 79중량%, 15몰 부가된 것 10중량%, 14몰 부가된 것 4중량%, 13몰 부가된 것 4중량%)], 20-PENPP[폴리옥시에틸렌노닐페놀에테르 포스페이트(에틸렌옥사이드가 21몰 부가된 것 6중량%, 20몰 부가된 것 76중량%, 19몰 부가된 것 7중량%, 18몰 부가된 것 6중량%, 17몰 부가된 것 5중량%)], 4-PPNPP[폴리옥시프로필렌노닐페놀에테르포스페이트(프로필렌옥사이드가 5몰 부가된 것 5중량%, 4몰 부가된 것 80중량%, 3몰 부가된 것 10중량%, 1몰 부가된 것 5중량%)], 8-PPNPP[폴리옥시프로필렌노닐페놀에테르포스페이트(프로필렌옥사이드 9몰 부가된 것 3중량%, 8몰 부가된 것 80중량%, 9몰 부가된 것 5중량%, 7몰 부가 된 것 6중량%, 6몰 부가된 것 6중량%)], 12-PPNPP[폴리옥시프로필렌노닐페놀에테르포스페이트(프로필렌옥사이드 13몰 부가된 것 3중량%, 12몰 부가된 것 80중량%, 11몰 부가된 것 8중량%, 9몰 부가된 것 3중량%, 4몰 부가된 것 6중량%)], 16-PPNPP[폴리옥시프로필렌 노닐페놀에테르포스페이트(프로필렌옥사이드 17몰 부가된 것 3중량%, 16몰 부가된 것 79중량%, 15몰 부가된 것 10중량%, 14몰 부가된 것 4중량%, 13몰 부가된 것 4중량%)], 20-PPNPP[폴리옥시프로필렌노닐페놀에테르포스페이트(프로필렌옥사이드가 21몰 부가된 것 6중량%, 20몰 부가된 것 76중량%, 19몰 부가된 것 7중량%, 18몰 부가된 것 6중량%, 17몰 부가된 것 5중량%)] 및 Zelec UNTM 중에서 선택된 1종 이상을 사용한다. 이러한 인산에스테르화합물의 할로겐화합물 치환체를 비롯한 각종 치환체들도 같은 목적으로 사용이 가능하다.
본 발명의 광학재료용 조성물은, 광학재료의 광학적인 물성을 향상시키기 위해, 내충격성, 비중 및 모노머 점도 등을 조절하는 목적으로 올레핀 화합물을 반응성 수지개질제로 더 포함할 수 있다. 수지개질제로서 첨가할 수 있는 올레핀 화합물로는, 예를 들어, 벤질아크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 부톡시에틸아크릴레이트, 부톡시메틸메타크릴레이트, 시클로헥실아크릴레이트, 시클로헥실메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시메틸메타크릴레이트, 글리시딜아크릴레이트, 글리시딜메타크릴레이트, 페녹시 에틸아크릴레이트, 페녹시에틸메타크릴레이트, 페닐메타크릴레이트, 에틸렌글리콜디아크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜디아크릴레이트, 디에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 네오펜틸글리콜디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜디메타크릴레이트, 에틸렌글리콜비스글리시딜아크릴레이트, 에틸렌글리콜비스글리시딜메타크릴레이트, 비스페놀 A 디아크릴레이트, 비스페놀 A 디메타크릴레이트, 2,2-비스(4-아크록시에톡시페닐)프로판, 2,2-비스(4-메타크록시에톡시페닐)프로판, 2,2-비스(4-아크록시디에톡시페닐)프로판, 2,2-비스(4-메타크록시디에톡시페닐)프로판, 비스페놀 F 디아크릴레이트, 비스페놀 F 디메타크릴레이트, 1,1-비스(4-아크록시에톡시페닐)메탄, 1,1-비스(4-메타크록시에톡시페닐)메탄, 1,1-비스(4-아크록시디에톡시페닐)메탄, 1,1-비스(4-메타크록시디에톡시페닐)메탄, 디메티롤트리시클로데칸디아크릴레이트, 트리메티롤프로판트리아크릴레이트, 트리메티롤프로판트리메타크릴레이트, 글리세롤디아크릴레이트, 글리세롤디메타크릴레이트, 펜타에리트리톨트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라메타크릴레이트, 메틸티오아크릴레이트, 메틸티오메타크릴레이트, 페닐티오아크릴레이트, 벤질티오메타크릴레이트, 크실리렌디티올디아크릴레이트, 크실리렌디티올디메타크릴레이트, 메르캅토에틸설파이드디아크릴레이트, 메르캅토에틸설파이드디메타크릴레이트 등의 (메타)아크릴레이트 화합물 및, 알릴글리시딜에테르, 디알릴프탈레이트, 디알릴테레프탈레이트, 디알릴이소프탈레이트, 디알릴카보네이트, 디에틸렌글리콜비스알릴카보네이트 등의 알릴 화합물 및 스티렌, 클로로스티렌, 메틸스티렌, 브로모스티렌, 디브로모스티렌, 디비닐벤젠, 3,9-디비닐스피로비(m-디옥산) 등의 비닐 화합물 등이 있으며, 사용 가능한 화합물이 이들 예시 화합물로 제한되는 것은 아니다. 이들 올레핀 화합물은 단독, 또는 2종류 이상을 혼합하여 사용해도 좋다.
본 발명의 광학재료용 조성물은 필요에 따라 자외선 흡수제를 더 포함할 수 있다. 자외선 흡수제는 광학재료의 내광성 향상 및 자외선 차단을 위하여 사용되는데, 광학재료에 사용되는 공지의 자외선 흡수제가 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 에틸-2-시아노-3,3-디페닐아크릴레이트, 2-(2'-히드록시-5-메틸페닐)-2H-벤조트리아졸; 2-(2'-히드록시-3',5'-디-t-부틸페닐)-5-클로로-2H-벤조트리아졸; 2-(2'-히드록시-3'-t-부틸-5'-메틸페닐)-5-클로로-2H-벤조트리아졸; 2-(2'-히드록시-3',5'-디-t-아밀페닐)-2H-벤조트리아졸; 2-(2'-히드록시-3',5'-디-t-부틸페닐)-2H-벤조트리아졸; 2-(2'-히드록시-5'-t-부틸페닐)-2H-벤조트리아졸; 2-(2'-히드록시-5'-t-옥틸페닐)-2H-벤조트리아졸; 2,4-디히드록시벤조페논; 2-히드록시-4-메톡시벤조페논; 2-히드록시-4-옥틸옥시벤조페논; 4-도데실옥시-2-히드록시벤조페논; 4-벤조록시-2-히드록시벤조페논; 2,2',4,4'-테트라히드록시벤조페논; 2,2'-디히드록시-4,4'-디메톡시벤조페논 등이 단독으로 또는 2종 이상 혼합 사용될 수 있다.
바람직하게는, 400㎚ 이하의 파장역에서 양호한 자외선 흡수능을 가지고, 본 발명의 조성물에 양호한 용해성을 갖는, 2-(2'-히드록시-3'-t-부틸-5'-메틸페닐)-5-클로로-2H-벤조트리아졸과 2-(2'-히드록시-5'-t-옥틸페닐)-2H-벤조트리아졸 등을 사용할 수 있다. 이와 같은 자외선 흡수제는 광학재료용 조성물 100g에 대해 0.6g 이상으로 사용될 때 400nm 이상의 차단이 가능하다.
본 발명의 광학재료용 조성물은 이밖에도 필요에 따라 쇄연장제, 가교제, 광안정제, 산화방지제, 착색 방지제, 유기염료, 충전제, 밀착성 향상제 등의 여러 가지의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
위와 같이 조성된 본 발명의 광학재료용 조성물은, 중합 후 고상굴절율(Ne)이 황을 포함하지 않을 경우 1.67~1.70, 황을 포함할 경우 1.71~1.77 이다.
에피설파이드계 고굴절 광학재료의 제조
본 발명의 에피설파이드계 고굴절 광학재료의 제조방법은,
방법으로 제조되고 아래 화학식 2로 표시되는 광학재료용 에피설파이드 화합물과 중합촉매를 포함하는 광학재료용 조성물을 제조하는 단계와;
상기 광학재료용 조성물을 중합시키는 단계를 포함한다.
즉, 상기와 같이 준비된 광학재료용 조성물을 중합시킴으로써 에피설파이드계 고굴절 광학재료를 얻을 수 있다. 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 개스켓 또는 테이프 등으로 유지된 성형 몰드 사이에, 본 발명의 중합성 조성물을 주입한다. 이때, 얻어지는 광학재료에 요구되는 물성에 따라, 또 필요에 따라, 감압 하에서의 탈포처리나 가압, 감압 등의 여과처리 등을 실시하는 것이 바람직한 경우가 많다. 중합조건은, 중합성 조성물, 촉매의 종류와 사용량, 몰드의 형상 등에 의해서 크게 조건이 달라지기 때문에 한정되는 것은 아니지만, 약 -50~130℃의 온도에서 1~50시간에 걸쳐 실시된다. 경우에 따라서는, 10~130℃의 온도범위에서 유지 또는 서서히 승온하여, 1~48 시간에서 경화시키는 것이 바람직하다.
경화로 얻어진 에피설파이드화합물계 광학재료는, 필요에 따라, 어닐링 등의 처리를 실시해도 좋다. 처리 온도는 통상 50~130℃의 사이에서 행해지며, 90~120℃에서 실시하는 것이 바람직하다.
본 발명의 광학재료는, 주형 중합 시의 몰드를 바꾸는 것으로 여러 가지의 형상의 성형체로 얻을 수 있으므로, 안경 렌즈, 카메라 렌즈, 발광다이오드(LED) 등의 각종 광학재료로 사용하는 것이 가능하다. 특히, 안경 렌즈, 카메라 렌즈, 발광다이오드 등의 광학재료, 광학소자로서 적합하다.
본 발명에 따라 얻어진 에피설파이드계 고굴절 광학재료는 하드 접착성이 뛰어나 프라이머 없이도 하드 코팅이 가능하고, 코팅이 매우 용이하며, 코팅의 안정성 또한 매우 우수하다. 본 발명에 따라 얻어진 플라스틱 광학렌즈는 이밖에도 필요에 따라, 단면 또는 양면에 다양한 코팅층을 형성하여 사용할 수 있다. 코팅층으로서는, 프라이머층, 하드코팅층, 반사방지막층, 방담코트막층, 방오염층, 발수층 등이 모두 가능하며, 이들 코팅층은 각각 단독으로 사용하는 것도 복수의 코팅층을 다층화하여 사용해도 좋다. 또한, 양면에 코팅층을 형성하는 경우, 각각의 면에 동일한 코팅층을 형성하는 것이나, 상이한 코팅층을 형성하는 것 모두 가능하다.
이하 구체적인 실시예를 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.
[ 합성예 1]
비스(2,3-에폭시프로필)설파이드 ( BEOS - 1)의 합성
10리터의 반응용기에 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드 (1070.48g, 4.88 mol), 톨루엔 1300g, 메탄올 100g을 넣고 교반하면서 잘 혼합하여 균일한 용액으로 만들고 외부반응온도를 40℃에 맞추었다. 25℃에 도달했을 때 NaOH(15% (aq), 2608g, 9.78 mol)를 천천히 적가하고 적가 시 반응온도는 40℃를 유지하면서 반응시켰다. 적가는 1시간 이내로 하였으며, 숙성은 40℃에서 2시간 20분 동안 하였고, 숙성의 종결은 출발물질이 없어지고 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드가 더 이상 생성되지 않을 때로 하였다. 숙성이 끝나면 톨루엔 2000g을 첨가하여 약 10분 동안 교반한 후 층 분리하여 물층은 제거하고, 상층액인 유기층은 물로 2회 세척하여 GC 분석에서 순도가 97%인 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드(BEOS-1)을 얻었다.
[ 합성예 2]~[ 합성예 10]
비스(2,3-에폭시프로필)설파이드 ( BEOS -2 ~ BEOS-10)의 합성
위 합성예 1과 같은 방법으로 동일한 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드 화합물을 이용하여 표 1에 기재된 NaOH(aq) 중량% 및 온도조건에 따라 BEOS-2 ~ BEOS-10의 화합물을 제조하였다.
[ 비교합성예 1]
비스(2,3-에폭시프로필)설파이드 ( BEOS - 11)의 합성
10리터의 반응용기에 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드 (1070.48g, 4.88 mol), 톨루엔 1300g, 메탄올 100g을 넣고 교반하면서 잘 혼합하여 균일한 용액으로 만들고 외부반응온도를 25℃에 맞추었다. 25℃에 도달했을 때 NaOH(10% (aq), 3912g, 9.78 mol)를 천천히 적가하고 적가 시 반응온도는 25℃를 유지하면서 반응시켰다. 적가는 1시간 이내로 하였으며, 숙성은 25℃에서 5시간 동안 하였고, 숙성의 종결은 출발물질이 없어지고 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드가 더 이상 생성되지 않을 때로 하였다. 숙성이 끝나면 톨루엔 2000g을 첨가하여 약 10분 동안 교반하고 층분리하여 물층은 제거하고, 상층액인 유기층은 물로 2회 세척하여 GC 분석에서 순도가 94.5%인 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드(BEOS-11)을 얻었다.
[ 비교합성예 2] ~ [ 비교합성예 5]
비스(2,3-에폭시프로필)설파이드 ( BEOS -12 ~ BEOS-15)의 합성
위 합성예 1 및 비교합성예 1과 같은 방법으로 동일한 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드 화합물을 이용하여 표 1에 기재된 NaOH(aq) 중량% 및 온도조건에 따라 BEOS-2 ~ BEOS-10의 화합물을 제조하였다. 결과는 표 1에 나타내었다.
[ 합성예 11]
비스(2,3-에피티오프로필)설파이드 ( BEPS - 1)의 합성
10리터의 반응용기에 앞의 합성예 1에서 얻은 BEOS -1 (1070.48g, 4.88 mol) 용액에 메탄올 400g을 더 첨가하여 교반하였다. 반응온도 8℃에서 티오우레아(1117.65g, 14.68 mol) 및 무수초산(70g)을 첨가하고, 반응온도 18℃에서 18시간 동안 반응시켰다. 반응의 종결은 HPLC로 확인하여 출발물질이 거의 사라지고, 2,3-에폭시프로필(2,3-에피티오프로필)설파이드 화합물이 GC 분석에서 적분의 함량으로 8.6% 존재할 때 반응을 종결하고 교반을 정지하였다. 층 분리에서 얻은 유기층은 물로 5회 세척하고, 감압 하에서 유기용매를 제거하여 비스(2,3-에피티오프로필)설파이드 화합물 BEPS -1을 얻었다.
[ 합성예 12] ~ [ 합성예 20]
비스(2,3-에피티오프로필)설파이드 ( BEPS -2 ~ BEPS-10)의 합성
합성예 11과 같은 방법으로 표 1에 기재된 출발물질 BEOS -2 내지 BEOS - 10 중 어느 하나를 이용하여 에피설파이드 화합물 BEPS-2 ~ BEPS-10을 합성하였다.
[ 비교합성예 6]
비스(2,3-에피티오프로필)설파이드(BEPS-11)의 합성
110리터의 반응용기에 비교합성예 1에서 얻은 BEOS -11 (1070.48g, 4.88 mol) 용액에 메탄올 400g을 더 첨가하여 교반하였다. 반응온도 8℃에서 티오우레아(1117.65g, 14.68 mol) 및 무수초산(70g)을 첨가하고, 반응온도 18℃에서 18시간 동안 반응시켰다. 반응의 종결은 HPLC로 확인하여 출발물질이 거의 사라지고, 2,3-에폭시프로필(2,3-에피티오프로필)설파이드 화합물이 GC 분석에서 적분의 함량으로 8.6% 존재할 때 반응을 종결하고 교반을 정지하였다. 층 분리에서 얻은 유기층을 물로 5회 세척한 후, 감압 하에서 유기용매를 제거하여 비스(2,3-에피티오프로필)설파이드 화합물 BEPS -11을 얻었다.
[ 비교합성예 7] ~ [ 비교합성예 10]
비스(2,3-에피티오프로필)설파이드 ( BEPS -12 ~ BEPS-15)의 합성
반응예 1 및 비교반응예 1과의 같은 방법으로 표 1에 기재된 출발물질 BEOS -12 내지 BEOS - 15 중 어느 하나를 이용하여 각각의 에피설파이드 화합물인 BEPS-12 ~ BEPS - 15을 합성하였다.
[ 실시예 1]
광학렌즈의 제조
티오에폭시 화합물로 합성예 11에서 얻은 비스(2,3-에피티오프로필)설파이드 (BEPS-1) 89g, 이소시아네이트화합물로 이소포론디이소시아네이트 5g, 티올화합물로 비스(2-메르캅토에틸)설파이드 6g, 내부이형제로 인산에스테르인 8-PENPP [폴리옥시에티렌노닐페놀에테르포스페이트(에틸렌옥사이드 9몰 부가된 것 3중량%, 8몰 부가된 것 80중량%, 9몰 부가된 것 5중량%, 7몰 부가된 것 6중량%, 6몰 부가된 것 6중량%)] 0.15g, 테트라부틸포스포늄브로마이드 0.2g, 트리페닐포스핀 0.1g, 유기염료 HTAQ(20ppm) 및 PRD(10ppm), 그리고 자오선 흡수제 HOPBT 1.5g을 20℃에서 혼합하여 균일용액으로 만들었다. 이 혼합용액을 400Pa에서 1시간 동안 탈포를 실시했다. 그 후, 1㎛ PTFE 필터로 여과를 실시하고, 유리 몰드와 테이프로 조립된 몰드에 주입하였다. 이 몰드를 중합 오븐에 넣고 25℃~130℃까지 21시간에 걸쳐 서서히 승온하여 중합시켰다. 중합 종료 후, 오븐으로부터 몰드를 꺼내고 몰드로부터 중합된 수지를 이형시켰다. 이때 이형성은 양호했다. 얻어진 수지를 100℃에서 4시간 더 어닐링처리를 실시했다. 얻어진 수지의 물성은 굴절률(nE) 1.699, 아베수 35이었다. 몰드에 주입 전 용해된 상태를 육안으로 관찰하였고, 탈형 후 표면링의 불량 여부를 확인한 결과 이상이 없었고, 뿌연이는 보이지 않았으며, 안정한 품질의 렌즈가 얻어졌다.
물성 실험방법
실시예에서 제조된 광학렌즈의 물성을 아래의 실험방법으로 측정하여 그 결과를 표 2에 기재하였다.
1) 열안정성: 경화된 광학렌즈를 100℃에서 3시간 동안 유지하고, 색상변화의 측정에서 APHA 값의 변화가 2 이하면 "◎"로 표시하고, 3~5이면 "○"로 표시하고, 6 이상이면 "×"로 표시하였다.
2) 투명성: 100매의 렌즈를 USHIO USH-10D인 수은 아크램프(Mercury Arc Lamp) 아래 육안으로 관찰하여, 렌즈의 탁함이 발견되지 않으면 "○"로 표시하고, 렌즈의 탁함이 한 개라도 발견되면 "×"로 표시하였다.
[ 실시예 2] ~ [ 실시예 10]
광학렌즈의 제조
표 2에 기재된 에피설파이드 화합물(BEPS -2 ~ BEPS - 10)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 광학렌즈를 제조하였다.
비교예 1
광학렌즈의 제조
티오에폭시 화합물로 비교합성예 6에서 얻은 비스(2,3-에피티오프로필)설파이드 (BEPS -11) 89g, 이소시아네이트화합물로 이소포론디이소시아네이트 5g, 티올화합물로 비스(2-메르캅토에틸)설파이드 6g, 내부이형제로 인산에스테르인 8-PENPP [폴리옥시에티렌노닐페놀에테르포스페이트(에틸렌옥사이드 9몰 부가된 것 3중량%, 8몰 부가된 것 80중량%, 9몰 부가된 것 5중량%, 7몰 부가된 것 6중량%, 6몰 부가된 것 6중량%)] 0.15g, 테트라부틸포스포늄브로마이드 0.2g, 트리페닐포스핀 0.1g, 유기염료 HTAQ(20ppm) 및 PRD(10ppm), 그리고 자오선 흡수제 HOPBT 1.5g을 20℃에서 혼합하여 균일용액을 만들었다. 이 혼합용액을 400Pa에서 1시간 동안 탈포를 실시했다. 그 후, 1㎛ PTFE 필터로 여과를 실시하고, 유리 몰드와 테이프로 조립한 몰드에 주입하였다. 이 몰드를 중합 오븐에 넣고 25℃~130℃까지 21시간에 걸쳐 서서히 승온하여 중합시켰다. 중합 종료 후, 오븐으로부터 몰드를 꺼내고, 몰드로부터 중합된 수지를 이형시켰다. 이때 이형성은 양호하였다. 얻어진 수지를 100℃에서 4시간 더 어닐링처리를 실시했다. 얻어진 수지의 물성은 굴절률(nE) 1.699, 아베수 35이었다. 그 물성의 결과는 표 2에 나타내었다.
비교예 2-5
광학렌즈의 제조
표 2에 기재된 에피설파이드 화합물 BEPS -12 ~ BEPS - 15을 사용하는 것을 제외하고는 비교예 1과 같은 방법으로 광학렌즈를 제조하고 그 결과를 표 2에 나타내었다.
반응조건 등 생성물
중량% NaOH(aq) 내부온도(℃) 반응시간(h) 생성물 순도(%)
합성예 1 15 40 3.5 97 BEOS-1
합성예 2 20 35 4.0 96.5 BEOS-2
합성예 3 25 30 3.8 98.1 BEOS-3
합성예 4 30 25 4.0 97.5 BEOS-4
합성예 5 35 20 4.3 96.8 BEOS-5
합성예 6 40 35 3.0 96.3 BEOS-6
합성예 7 45 25 3.5 96.6 BEOS-7
합성예 8 50 15 4.2 97.5 BEOS-8
합성예 9 25 40 3.2 96.7 BEOS-9
합성예 10 30 35 3.0 96.0 BEOS-10
비교합성예 1 10 25 6.0 94.5 BEOS-11
비교합성예 2 10 40 5.2 94.0 BEOS-12
비교합성예 3 55 30 2.5 94.8 BEOS -13
비교합성예 4 55 10 8.5 94.2 BEOS -14
비교합성예 5 25 50 2.2 93.6 BEOS -15
에폭시 화합물: A 에피설파이드 화합물: B 열안정성 투명성
실시예 1 BEOS -1 합성예 11 BEPS -1 ○ ○
실시예 2 BEOS -2 합성예 12 BEPS -2 ◎ ○
실시예 3 BEOS -3 합성예 13 BEPS -3 ◎ ○
실시예 4 BEOS -4 합성예 14 BEPS -4 ◎ ○
실시예 5 BEOS -5 합성예 15 BEPS -5 ◎ ○
실시예 6 BEOS -6 합성예 16 BEPS -6 ○ ○
실시예 7 BEOS -7 합성예 17 BEPS -7 ○ ○
실시예 8 BEOS -8 합성예 18 BEPS -8 ○ ○
실시예 9 BEOS -9 합성예 19 BEPS -9 ○ ○
실시예 10 BEOS -10 합성예 20 BEPS -10 ◎ ○
비교예 1 BEOS -11 비교합성예 6 BEPS -11 ○ ×
비교예 2 BEOS -12 비교합성예 7 BEPS -12 × ×
비교예 3 BEOS -13 비교합성예 8 BEPS -13 × ○
비교예 4 BCPS -14 비교합성예 9 BEPS -14 × ×
비교예 5 BEOS -15 비교합성예 10 BEPS -15 × ○
<약어>
A: 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드
B: 2,3-에폭시프로필(2,3-에피티오프로필)설파이드 화합물이 8.3%가 포함한 비스(2,3-에피티오프로필)설파이드 화합물
본 발명에 따른 불순물의 함량이 낮고 황색을 띠지 않는 고품질의 광학재료용 에폭시 화합물은 에피설파이드계 고굴절 광학재료 등 다양한 광학재료의 제조를 위해 널리 이용될 수 있다. 또한, 본 발명에서는 이를 이용하여 고순도의 색상이 좋은 에피설파이드 화합물을 생산할 수 있으므로, 기존의 제조방법을 대체하여 에피설파이드 화합물이 필요한 다양한 분야에서 이용될 수 있다. 본 발명에 따라 얻어진 에피설파이드계 고굴절 광학재료는 색상이 좋고 맑고 투명하며 열안정성이 우수하므로, 교정용 렌즈, 선글라스용 렌즈, 패션렌즈, 변색렌즈, 카메라렌즈, 광학 장치용 렌즈 등에 유용하게 이용될 수 있다.

Claims (6)

  1. 에피클로로 히드린과 황화수소를 반응시켜 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 얻는 단계와, 상기 단계에서 얻은 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 알칼리와 반응시켜 아래 화학식 1로 표시되는 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드를 얻는 단계를 포함하는 에폭시 화합물의 제조방법으로서,
    상기 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드를 얻는 단계는 상기 알칼리로 12~50중량%의 가성소다를 사용하여 초기 반응기 온도를 15~40℃로 유지하면서 반응시키는 것을 특징으로 하는 광학재료용 에폭시 화합물의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00008
  2. 제1항에 있어서,
    상기 알칼리로 15~35중량%의 가성소다를 사용하고 초기 반응기 온도를 20~35℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 광학재료용 에폭시 화합물의 제조방법.
  3. (a) 에피클로로 히드린과 황화수소를 반응시켜 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 얻는 단계;
    (b) 상기 단계 (a)에서 얻은 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 12~50중량%의 가성소다와 초기 반응기 온도를 15~40℃로 유지하면서 반응시켜 아래 화학식 1로 표시되는 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드를 얻는 단계;
    (c) 상기 단계 (b)에서 얻은 비스(2,3-에폭시프로필)설파이드를 티오우레아와 반응시키는 단계를 포함하는, 아래 화학식 2로 표시되는 광학재료용 에피설파이드 화합물의 제조방법.
    [화학식 1]
    Figure pat00009

    [화학식 2]
    Figure pat00010

    (식 중에서 X는 O 또는 S이며, m은 0~4의 정수이고, n은 0~2의 정수이다)
  4. 제3항에 있어서,
    상기 단계 (b)에서 비스(3-클로로-2-히드록시프로필)설파이드를 15~35중량%의 가성소다와 초기 반응기 온도를 20~35℃로 유지하면서 반응시키는 것을 특징으로 하는 광학재료용 에피설파이드 화합물의 제조방법.
  5. 제3항 또는 제4항의 방법으로 제조되고 아래 화학식 2로 표시되는 광학재료용 에피설파이드 화합물과 중합촉매를 포함하는 광학재료용 조성물을 제조하는 단계와;
    상기 광학재료용 조성물을 중합시키는 단계를 포함하는, 에피설파이드계 고굴절 광학재료의 제조방법.
    [화학식 2]
    Figure pat00011

    (식 중에서 X는 O 또는 S이며, m은 0~4의 정수이고, n은 0~2의 정수이다)
  6. 제5항에 있어서,
    상기 조성물을 제조하는 단계는 상기 조성물에 황, 폴리티올 화합물, 폴리이소시아네이트 화합물 중 어느 하나 이상을 더 포함시키는 것을 특징으로 하는, 에피설파이드계 고굴절 광학재료의 제조방법.
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