목적: 플라스틱 렌즈의 온도에 의한 영향을 조사하고자 열 충격을 주어 렌즈 재질과 코팅의 변화를 살펴보았다. 방법: 본 연구에서는 굴절률이 다른 3 가지의 렌즈(2 종류의 thiourethane계열 렌즈, 한 종류의 allyl diglycol carbonate, ADC 렌즈)를 5 시간 동안 고온(50, 80, 그리고 $100^{\circ}C$)에 노출시켰을 때 각각의 코팅(반사방지코팅, 하드 코팅, 그리고 수막방지코팅)의 변화를 측정하였다. 결과: 그 결과 고굴절률 렌즈들에서는 경도의 변화가 미미하였으나 중굴절률 렌즈는 고온의 열에 노출될수록 경도가 점차 감소하여 하드코팅이 손상됨을 확인하였다. 모든 렌즈의 광투과율이 $80^{\circ}C$ 이상의 열 충격 시 큰 감소가 나타나 멀티코팅 층이 파괴됨을 유추할 수 있었다. 렌즈에 열 충격이 가해질수록 표면 접촉각이 작아져 $80^{\circ}C$ 이상 가열 시 수막발수코팅이 손상되기 시작함을 보였다. 결론: 굴절률이 다른 3가지 렌즈 모두에서 $80^{\circ}C$ 이상의 열 충격을 받았을 때 발수코팅을 포함한 멀티코팅이 손상되었고 고분자 재료 소재에 따라 기계적, 물리적 특성 변화정도가 다르게 나타났다.
목적: 플라스틱 렌즈의 온도에 의한 영향을 조사하고자 열 충격을 주어 렌즈 재질과 코팅의 변화를 살펴보았다. 방법: 본 연구에서는 굴절률이 다른 3 가지의 렌즈(2 종류의 thiourethane계열 렌즈, 한 종류의 allyl diglycol carbonate, ADC 렌즈)를 5 시간 동안 고온(50, 80, 그리고 $100^{\circ}C$)에 노출시켰을 때 각각의 코팅(반사방지코팅, 하드 코팅, 그리고 수막방지코팅)의 변화를 측정하였다. 결과: 그 결과 고굴절률 렌즈들에서는 경도의 변화가 미미하였으나 중굴절률 렌즈는 고온의 열에 노출될수록 경도가 점차 감소하여 하드코팅이 손상됨을 확인하였다. 모든 렌즈의 광투과율이 $80^{\circ}C$ 이상의 열 충격 시 큰 감소가 나타나 멀티코팅 층이 파괴됨을 유추할 수 있었다. 렌즈에 열 충격이 가해질수록 표면 접촉각이 작아져 $80^{\circ}C$ 이상 가열 시 수막발수코팅이 손상되기 시작함을 보였다. 결론: 굴절률이 다른 3가지 렌즈 모두에서 $80^{\circ}C$ 이상의 열 충격을 받았을 때 발수코팅을 포함한 멀티코팅이 손상되었고 고분자 재료 소재에 따라 기계적, 물리적 특성 변화정도가 다르게 나타났다.
Purpose: To observe changes of coatings and lens materials with varying temperature to understand effect of temperature on plastic lens. Methods: In this study, three lenses of different refractive indices (2 of thiourethane oriented lenses, an allyl diglycol carbonate oriented lens) were exposed to...
Purpose: To observe changes of coatings and lens materials with varying temperature to understand effect of temperature on plastic lens. Methods: In this study, three lenses of different refractive indices (2 of thiourethane oriented lenses, an allyl diglycol carbonate oriented lens) were exposed to high temperature (50, 80, and 100 degree) for 5 hours and changes of individual coating (anti-refractive coating, hard coating, and water repellent coating) were measured. Results: As a result, high-refractive index lenses did not exhibit significant variation of hardness. However, hardness of mid-refractive index lens were decreased when exposed to high temperature and destructions of hard coating layer was inferred. Surface contact angles of lens were decreased with increasing temperature and water repellent coating layer were damaged at higher than 80 degree. Conclusions: Multi including water repellent coatings on all three lenses with different refractive indices were damaged when exposed to at or higher than 80 degree. The degree of changes in mechanical and physical properties were depended on polymer material type.
Purpose: To observe changes of coatings and lens materials with varying temperature to understand effect of temperature on plastic lens. Methods: In this study, three lenses of different refractive indices (2 of thiourethane oriented lenses, an allyl diglycol carbonate oriented lens) were exposed to high temperature (50, 80, and 100 degree) for 5 hours and changes of individual coating (anti-refractive coating, hard coating, and water repellent coating) were measured. Results: As a result, high-refractive index lenses did not exhibit significant variation of hardness. However, hardness of mid-refractive index lens were decreased when exposed to high temperature and destructions of hard coating layer was inferred. Surface contact angles of lens were decreased with increasing temperature and water repellent coating layer were damaged at higher than 80 degree. Conclusions: Multi including water repellent coatings on all three lenses with different refractive indices were damaged when exposed to at or higher than 80 degree. The degree of changes in mechanical and physical properties were depended on polymer material type.
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문제 정의
고온에 의한 플라스틱 안경 렌즈의 광학적 특성변형에 대한 연구가 있으나[4] 이로 인한 코팅 층의 변화와 렌즈의 기계적 성질 변화에 관한 연구는 미비하다. 본 연구는 시중에 판매되고 있는 굴절률이 다른 3가지 렌즈(MR-8, MR-7, CR-39)에 열 충격을 가한 후 경도, 접촉각, 그리고 압축 강도 등에 따른 렌즈의 변화로 여러 코팅 막의 재료적, 광학적 특성 차이를 살펴보았다.
시중에 판매되고 있는 플라스틱 안경렌즈가 고온에 노출될 시 렌즈 재질과 코팅 박막에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. 본 연구에서는 굴절률이 다른 3가지 종류의 렌즈에 온도변화(상온, 50, 80, 그리고 100℃)를 주어 각각의 코팅층의 변화를 알아보았다.
압축 강도 실험으로 온도에 의해 렌즈의 자체 변화가 있는지를 확인해 보았다. Fig.
제안 방법
고온에 노출 시 수막코팅 층의 변성 유무를 알아보기 위해 렌즈 표면위의 접촉각을 측정하였다. 그 결과 Table 2에 나타난 바와 같이 A 렌즈의 경우 접촉각이 가열 전 120.
다층반사방지코팅의 손상되어 있는지를 확인하기 위해서 광투과율은 광투과율 측정기(TM-1, Topcon, Japan)를 광투과율 측정기(CL-100, Topcon, Japan)에 연결하여 측정하였으며, 380 nm에서 780 nm 파장내의 평균 광투과율을 측정하였다.
로 기울여서 물방울의 앞, 뒤 접촉각을 측정하였다. 렌즈 중심부의 접촉각을 측정하였으며 촬영에 사용한 카메라는 캐논 EOS 650D이며 그림판과 각도를 잴 수 있는 프로그램을 이용하여 측정하였다.
렌즈의 표면변화를 광학현미경과 세극등(HS-5000, Huvitz, Korea)을 이용하여 관찰하였다. 전계방사형주사전자현미경FE-SEM(VEGA3 LMU, Tescan, USA)을 이용하여 5,000배율로 미세표면을 관찰하였고 세극등은 40배율을 이용하여 초고속카메라로 측정하였다.
마이크로 비커스 경도계를 사용하여 열에 노출된 렌즈의 경도의 변화를 알아보았다. 경도(Hv)를 구하는 공식은 오목부의 표면적 A(mm²)를 하중 P로 나눈 값으로(Hv=P/ A)[9] 표면적이 크면 경도가 낮아짐을 의미하며 경도 값 (Hv)은 작아진다.
만능재료시험기(TO-100-IC, Test one, Korea)를 사용하여 플라스틱 렌즈 자체의 변형을 알아보기 위해 20 kg·f의 힘을 가하여 압축되었을 때의 렌즈 높이의 변형율을 측정 하였다.
시중에 판매되고 있는 플라스틱 안경렌즈가 고온에 노출될 시 렌즈 재질과 코팅 박막에 미치는 영향을 조사하고자 하였다. 본 연구에서는 굴절률이 다른 3가지 종류의 렌즈에 온도변화(상온, 50, 80, 그리고 100℃)를 주어 각각의 코팅층의 변화를 알아보았다. 그 결과, 우레탄계열과 알릴계 렌즈 모두 80℃ 이상의 열 충격을 받았을 때 멀티 코팅과 수막 코팅이 손상되었다.
수막코팅의 손상을 알아보기 위해 마이크로 피펫을 이용하여 1 µl의 물을 렌즈에 떨어뜨린 후 렌즈를 45o로 기울여서 물방울의 앞, 뒤 접촉각을 측정하였다.
렌즈의 표면변화를 광학현미경과 세극등(HS-5000, Huvitz, Korea)을 이용하여 관찰하였다. 전계방사형주사전자현미경FE-SEM(VEGA3 LMU, Tescan, USA)을 이용하여 5,000배율로 미세표면을 관찰하였고 세극등은 40배율을 이용하여 초고속카메라로 측정하였다.
플라스틱 렌즈들을 가열 전에 렌즈의 기본 상태를 측정 하였다. 이후 렌즈를 50, 80, 또는 100℃로 가열된 오븐에 5시간 동안 위치하였다.
대상 데이터
렌즈 선정은 안경원에서 가장 보편화되어 있는 렌즈인 −3.00 D를 선정하였으며 안경원에서 가장 많이 판매되는 구면 중굴절률, 고굴절률 렌즈와 비구면 초고굴절률 렌즈 3종류를 사용하였다.
실험에 사용된 플라스틱 렌즈는 −3.00 D의 중굴절률 (n=1.55), 고굴절률(n=1.60) 그리고 초고굴절률(n=1.67) 렌즈이다.
데이터처리
고온으로 가열된 렌즈를 상온에 위치한 후 30분 후에 실험하였다. 굴절률이 다른 각각의 렌즈를 5개씩 실험하여 평균과 표준편차를 구하였다.
이론/모형
하드코팅의 변화를 알아보기 위해 마이크로 비커스 경도계(MXT-70, Matsuzawa, Japan)를 이용하였다. 하중은 500 g으로 측정하였으며 경도(Vickers Hardness, Hv)를 구하는 방법은 오목부의 표면적 A(mm2)를 하중 P로 나눈 값이다(Hv=P/A).
성능/효과
5에 나타난 바와 같이 80℃ 가열한 렌즈에도 뚜렷한 렌즈 표면의 손상을 확인할 수 있었다. 100℃로 가열한 렌즈는 육안으로도 확인이 될 정도로 렌즈 표면의 손상이 있었으며, 80℃로 가열한 렌즈들의 비해서 더 촘촘하고 진한 표면의 손상이 관찰되었다. 또한 렌즈 전면뿐만 아니라 렌즈 후면의 손상도 같이 촬영된 것을 확인할 수 있었다.
4a). b), e), f), h), 그리고 i)) 그러나 100℃로 가열 시 Fig. 4c(A 렌즈. 굴절률1.67)를 보면 렌즈 표면에 손상이 생긴 것을 확인할 수 있었고 다른 굴절률의 렌즈들에 비해 더 뚜렷한 손상이 나타났다. Fig.
고온에 노출 시 수막코팅 층의 변성 유무를 알아보기 위해 렌즈 표면위의 접촉각을 측정하였다. 그 결과 Table 2에 나타난 바와 같이 A 렌즈의 경우 접촉각이 가열 전 120.2o에서 50℃로 가열 시 113.9o , 80℃ 가열 시 110.9o,그리고 100℃ 가열 시 104.9o로 최대 12.7% 감소 변화를 보였다. B 렌즈의 경우 접촉각이 가열 전 115.
본 연구에서는 굴절률이 다른 3가지 종류의 렌즈에 온도변화(상온, 50, 80, 그리고 100℃)를 주어 각각의 코팅층의 변화를 알아보았다. 그 결과, 우레탄계열과 알릴계 렌즈 모두 80℃ 이상의 열 충격을 받았을 때 멀티 코팅과 수막 코팅이 손상되었다. 특히 수막 코팅의 경우 50℃의 열 충격에도 손상이 됨을 확인하였다.
따라서 렌즈의 소재에 따라 온도에 따른 강도와 경도의 변화의 추이가 다르게 나타난 것으로 유추된다. 모든 렌즈에서 80℃이상의 온도에 5시간 노출된 경우 표면 손상 및 기계적 물리적 물성변화가 관찰됨에 따라 플라스틱 렌즈의 지속적인 고온에의 노출은 코팅 막의 손상 뿐 아니라 렌즈 재질 자체에도 변질이 나타나므로 플라스틱 렌즈 사용 시 작업 환경의 온도에 유의하는 것이 바람직하다.
1에 나타난 바와 같이 렌즈의 광투과율은 가열 전보다 가열 후 낮아지는 경향을 보인다. 모든 렌즈에서 가열전과 50℃에서 5시간 가열한 후 광 투과율의 차이가 미미하지만 80℃와 100℃에서 5시간 가열한 렌즈는 가열 전 렌즈보다 광투과율이 낮아졌다. 80℃에서 가열된 경우 굴절률별로 보면 A 렌즈는 광투과율이 가열 전보다 2.
3). 본 실험에 사용된 ADC 렌즈와 Thiourethane계(A와 B 렌즈, 굴절률 1.67, 1.60)의 고굴절률 렌즈 모두 유리 전이 온도(Tg)가 100℃ 내외로 모두 100℃ 이상 고온에 노출 시 재질에 손상이 오기 쉬운 것으로 사료된다. 두 재질 모두 열경화성이고 ADC 소재는 열확산계수(specific heat, Btu/lb/F)가 0.
압축강도에 따른 렌즈의 압축 높이의 변화는 하드코팅 막의 손상여부와 함께 렌즈 재질 자체의 구조변화를 예측할 수 있다. 실험 결과에 따르면 ADC 재질은 thiourethane 계열 재질보다 상온에서 압축강도에 의한 안정성이 더 우수한 것을 알 수 있다(Fig. 3). 본 실험에 사용된 ADC 렌즈와 Thiourethane계(A와 B 렌즈, 굴절률 1.
안경 사용자들은 ‘안경렌즈(60.3%)’를 ‘안경테(12.0%)’보다 더 중요하게 생각하는 것으로 조사되었고 그에 따라 미적요소를 위하여 더 얇은 고굴절률 렌즈를 선호하게 되었다.
특히 수막 코팅의 경우 50℃의 열 충격에도 손상이 됨을 확인하였다. 재료의 경도 차이를 측정하여 하드코팅 손상유무를 실험 한 결과 알릴계(C 렌즈, 굴절률 1.55)의 경우 온도에 의해 코팅층의 손상이 우레탄계 소재보다 심하였으며 우레탄계(A와 B 렌즈, 굴절률 1.67, 1.60)의 렌즈가 압축강도에 의해 렌즈 재질 자체의 손상이 더 많음을 관찰할 수 있었다. 따라서 렌즈의 소재에 따라 온도에 따른 강도와 경도의 변화의 추이가 다르게 나타난 것으로 유추된다.
55렌즈)의 경우 미세한 렌즈 표면 손상이 확인되었지만 SEM을 이용하여 촬영 시에는 별다른 표면 손상을 발견하지 못했다. 주사전자현미경을 통해서는 100℃로 가열한 우레탄계 소재인 A, B 렌즈에서만 뚜렷한 손상을 발견할 수 있었고 알릴계 소재인 C 렌즈에서는 별다른 차이를 보이지 않았다. 이는 주사전자현미경을 이용한 표면 촬영 시 재료 표면에 처리하는 금 코팅 층으로 인해 미세한 손상이 나타나지 않은 것으로 보인다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라에 시력교정이 필요한 사람의 비율은?
한국 갤럽 조사 연구소에서 실시한 조사에 따르면 2013년 기준 만 19세 이상 성인 남녀의 절반에 달하는 47.1%가 안경·콘택트렌즈를 사용하는 것으로 나타났고 시력교정이 필요한 사람은 우리나라 전 인구의 56.7%나 되었다. 안경 사용자들은 ‘안경렌즈(60.
플라스틱 렌즈의 사용률이 급격히 증가하였기 때문에 새로이 연구되는 분야는?
[1,2] 2011년 플라스틱 렌즈의 사용률이 약 70-80%였지만 요즘 소비자들은 가볍고 안전한 플라스틱 렌즈를 더욱 더 선호하여 플라스틱 렌즈의 사용률이 급격히 증가하여 95%에 이르는 것으로 조사되었다. [1,2] 이에 따라 유리 렌즈의 장점들을 유지, 보완하기 위하여 플라스틱 안경 렌즈에 코팅을 첨가하거나 개발된 플라스틱 렌즈의 기능향상에 관한 연구가 이루어지고 있다. [3-5] 상업적인 요구와 기술적인 보완에도 불구하고 플라스틱 렌즈는 유리 렌즈보다 상대적으로 열에 의해 쉽게 팽창되거나 변형될 수 있어서 사우나와 찜질방 같은 고온의 작업 및 사용 환경은 렌즈 자체의 변형이나 코팅에 변화가 일어날 수 있다.
안경 사용자들은 안경렌즈와 안경테 중 무엇을 더 중요하게 생각하는가?
7%나 되었다. 안경 사용자들은 ‘안경렌즈(60.3%)’를 ‘안경테(12.0%)’보다 더 중요하게 생각하는 것으로 조사되었고 그에 따라 미적요소를 위하여 더 얇은 고굴절률 렌즈를 선호하게 되었다.[1,2] 2011년 플라스틱 렌즈의 사용률이 약 70-80%였지만 요즘 소비자들은 가볍고 안전한 플라스틱 렌즈를 더욱 더 선호하여 플라스틱 렌즈의 사용률이 급격히 증가하여 95%에 이르는 것으로 조사되었다.
참고문헌 (16)
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Schmauder T, Nauenburg K, Kruse K, Ickes G. Hard coatings by plasma CVD on polycarbonate for automotive and optical applications, Thin Solid Films. 2006;502(1-2):270-274.
Nagai D, Sato M, Ochiai B, Endo T. Synthesis and properties of the polythiourethanes obtained by the cationic ring-opening polymerization of cyclic thiourethanes. J Polym Sci Pol Chem. 2006;44(16):4795-4803.
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