[논문]아크릴계 공중합체에서 친수성가교제 특성에 따른 렌즈의 물리적 성질 변화

김기상; 심상연

doi:10.12925/jkocs.2019.36.1.305

아크릴계 공중합체에서 친수성가교제 특성에 따른 렌즈의 물리적 성질 변화
Effects of the Content of Hydrophilic Crosslinking agents in Acrylate Copolymers on Physical Properties of Lens 원문보기

Journal of the Korean Applied Science and Technology = 한국응용과학기술학회지, v.36 no.1, 2019년, pp.305 - 311

김기상 (강릉원주대학교 공과대학 생명화학공학과) , 심상연 (강릉원주대학교 공과대학 생명화학공학과)

초록
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높은 함수율을 갖는 소프트렌즈를 제조하기 위하여 아크릴계 공중합체를 설계, 제조하였다. 공중합체용 모노머로 2-hydroxyethyl methacrylate(HEMA)를 사용하였고 가교제로는 ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA), glycerol dimethacrylate(GD) 혹은 glycerol 1,3-diglycerolate diacrylate(GDD)를 이용하여 렌즈를 제조하였다. 함수율 측정결과, 고함수율 렌즈는 기존의 36%에서 46%로 높게 나타났으며 접촉각도 38.6 에서 34.4 로 낮아져 표면 친수성이 높게 나타남을 확인하였다. 인장강도는 가교제의 친수성이 증가함에 따라 0.1MPa 에서 0.08 그리고 0.05 로 감소하였고 전자현미경으로 렌즈의 단면을 확인한 결과 상분리 현상은 나타나지 않았다. 광중합은 Real-time infrared(RTIR)로 측정하였는데 초기 중합 속도가 가교제에 따라 0.6 에서 0.9 로 나타났다.

Abstract ▼ AI-Helper

The acrylic copolymer was designed and prepared for soft lens with high content. The copolymers were prepared using 2-hydroxyethyl methacrylate(HEMA) as a monomer and ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA), glycerol dimethacrylate(GD), or glycerol 1,3-diglycerolate diacrylate (GDD) as a cross linking agent. The water content for high water content lens was 46%, which was higher compared to general purpose of 36%. The contact angle decreased from 38.6 to 34.4, which appears hydrophilic surface. The tensile strength decreased from 0.1 Mpato 0.08, then again to 0.05 as hydrophilic properties of cross linking agents increased. No phase separation was observed in the cross section of lens using scanning electron microscope. The real-time infrared technique was used in photo-polymerization. The initial polymerization rate increased from 0.6 to 0.9, depending on crosslinking agent.

주제어

표/그림 (9)

그림 Scheme 1. Chemical structures of Crosslinkers.
표 Table 1. The Feed Ratios of Copolymerization
그림 Fig. 1. Effect of crosslinkeron water content.
그림 Fig. 2. Effect of crosslinkeron contact angle.
그림 Fig. 3. Water contact angle profiles of dry cured films, B, GD and GDD.
그림 Fig. 4. Effect of crosslinker on tensile strength.
그림 Fig. 5. Cross-sectional SEM image of hydrogel lens, (a) B (b) GD (C) GDD.
그림 Fig. 6. RTIR curves versus irradiation timeplots for the photo-initiated radicalpolymerization of GD.
그림 Fig. 7. RT-FTIR study of the photo-initiated radical polymerization of GD and GDD.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 소프트렌즈의 물성저하를 최소화하면서 함수율을 높이는 연구를 수행하였다. 따라서, 기존에 사용되는 Poly(HEMA)는 그대로 사용하면서 다양한 친수성가교제를 도입하여 배합, 제조하여 물성변화 특성을 조사하였다.

제안 방법

가교제로는 EGDMA 가 가장 많이 사용되고 있는데 상대적 소수성이지만 가교특성이 우수하고 HEMA 와 혼용이 잘된다는 장점이 있다. GD 혹은 GDD 는 diacrylate 계로 라디칼에 의한 가교특성을 나타내지만 사슬 중간에 친수계인 OH 작용기를 함유하고 있어 기존에 사용하는 EGDMA 보다 친수특성이 우수할 것으로 예측되어 가교제의 친수특성 변화가 함수율이나 접촉각 등 렌즈의 물성에 미치는 영향을 조사하였다.
고함수 소프트 렌즈를 설계, 배합 그리고 제조하여 물성을 비교 분석하였다. 고함수율을 특성을 나타내기 위하여 친수성가교제(GD, GDD)를 도입하여 formulation 하였고 가교 중합반응을 하여 렌즈를 제조하였다. 함수율 측정 결과 B 는 36%인데 비해 GD 는 44%, GDD 는 46%로 높은 친수성을 나타내었다.
본 연구에서는 소프트렌즈의 물성저하를 최소화하면서 함수율을 높이는 연구를 수행하였다. 따라서, 기존에 사용되는 Poly(HEMA)는 그대로 사용하면서 다양한 친수성가교제를 도입하여 배합, 제조하여 물성변화 특성을 조사하였다. 또한, 광중합에 적용 가능성을 확인하기 위하여 라디칼광개시제를 기존의 열개시제 대신 도입하여 광중합 특성을 비교 분석하였다.

대상 데이터

2-Hydroxyethyl methacylate (HEMA)는 Junsei Chemical제를 진공 증류하여 사용하였다. Ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA), glycerol dimethacrylate(GD), glycerol 1,3-diglycerolate diacrylate(GDD)는 Aldrich Chemical사 제품으로 그대로 사용하였으며 개시제로 사용한 Azobisisobutyronitrile(AIBN)은 에탄올에 재결정하여 사용하였다.
2-Hydroxyethyl methacylate (HEMA)는 Junsei Chemical제를 진공 증류하여 사용하였다. Ethylene glycol dimethacrylate(EGDMA), glycerol dimethacrylate(GD), glycerol 1,3-diglycerolate diacrylate(GDD)는 Aldrich Chemical사 제품으로 그대로 사용하였으며 개시제로 사용한 Azobisisobutyronitrile(AIBN)은 에탄올에 재결정하여 사용하였다. 광개시제로 사용한 Irgacure651은 Ciba Chemicals사 제품으로 정제 없이 그대로 사용하였다.

이론/모형

GD 와 GDD 포함된 렌즈 용액이 기존의 열중합법이 아닌 저온 고속공정인 광중합법으로의 적용 가능성을 확인하기 위하여 광경화특성을 조사하였다. 렌즈용액은 열 개시제인 AIBN 대신 Irgacure651 라디칼광개시제를 단량체 대비 0.

성능/효과

제조된 렌즈는 상분리 현상이 일어나지 않아 투명성이 우수하였고 친수성이 기존의 렌즈에 비하여 높게 나타나서 착용감이 우수할 것으로 예측된다. 또한, 광중합에서 초기 중합속도를 측정한 결과 GD 가 GDD 비해 초기 중합속도가 높게 나타났는데 이것은 분자내에 OH 기의 농도가 낮을수록 초기 중합속도가 높게 나타남을 확인할 수 있었다.
접촉각 측정에서도 B 는 38도인데 GD 그리고 GDD 는 36, 34 도로 낮아지고 있어 표면 친수성이 높아지고 있음을 확인할 수 있었다. 인장강도는 친수성가교제를 사용할수록 감소하는 경향을 나타내고 있으며 전자현미경 확인 결과 상분리는 관찰되지 않았다. 제조된 렌즈는 상분리 현상이 일어나지 않아 투명성이 우수하였고 친수성이 기존의 렌즈에 비하여 높게 나타나서 착용감이 우수할 것으로 예측된다.
함수율 측정 결과 B 는 36%인데 비해 GD 는 44%, GDD 는 46%로 높은 친수성을 나타내었다. 접촉각 측정에서도 B 는 38도인데 GD 그리고 GDD 는 36, 34 도로 낮아지고 있어 표면 친수성이 높아지고 있음을 확인할 수 있었다. 인장강도는 친수성가교제를 사용할수록 감소하는 경향을 나타내고 있으며 전자현미경 확인 결과 상분리는 관찰되지 않았다.
고함수율을 특성을 나타내기 위하여 친수성가교제(GD, GDD)를 도입하여 formulation 하였고 가교 중합반응을 하여 렌즈를 제조하였다. 함수율 측정 결과 B 는 36%인데 비해 GD 는 44%, GDD 는 46%로 높은 친수성을 나타내었다. 접촉각 측정에서도 B 는 38도인데 GD 그리고 GDD 는 36, 34 도로 낮아지고 있어 표면 친수성이 높아지고 있음을 확인할 수 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재 소프트렌즈는 주로 무엇을 사용하고 있는가?	따라서 소프트 렌즈의 기본 물성을 크게 손상시키지 않으면서 함수율을 높이는 렌즈의 개발이 칼라렌즈나 일회용 렌즈에서 특히 중요하다고 할 수 있다. 현재 소프트렌즈는 주로 Poly(HEMA)에 가교제로 ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA)를 사용하고 그외 제조사에 따라 다양한 첨가제가 물성개선을 위하여 사용되고 있다.
	Poly(HEMA)는 무엇인가?	Poly(HEMA)는 대표적인 친수성 수용성 고분자로 가교제와 혼용하여 소프트 렌즈의 재료로 가장 많이 사용되고 있는데 Poly(HEMA)에 기반을 둔 렌즈는 함수율이약 36% 정도로 렌즈에 익숙하지 않으면 착용감이 낮다는 단점이 지적되어왔다. 특히, 스포츠나 미용 목적으로 단시간 착용하는 일회용렌즈나 칼라렌즈의 경우에는 착용감이 렌즈의 핵심 물성으로 인식되고 있어 렌즈의착용감을 높이는 방안이 꾸준히 요구 되어 왔다.
	poly(2-hydroxyethyl methacrylate)에 기반을 둔 렌즈는 어떤 단점이 있는가?	Poly(HEMA)는 대표적인 친수성 수용성 고분자로 가교제와 혼용하여 소프트 렌즈의 재료로 가장 많이 사용되고 있는데 Poly(HEMA)에 기반을 둔 렌즈는 함수율이약 36% 정도로 렌즈에 익숙하지 않으면 착용감이 낮다는 단점이 지적되어왔다. 특히, 스포츠나 미용 목적으로 단시간 착용하는 일회용렌즈나 칼라렌즈의 경우에는 착용감이 렌즈의 핵심 물성으로 인식되고 있어 렌즈의착용감을 높이는 방안이 꾸준히 요구 되어 왔다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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