CHEMI.STORY

하드 코팅의 목적

일반 유리렌즈에서는 표면에서의 반사를 제거하기 위하여 다층막 코팅을 하게 되고, 플라스틱 렌즈에서도 표면반사방지를 위한 다층막 코팅을 한다. 또한 표면강도가 낮은 관계로 강화처리를 하나 최근에는 기능성 코팅인 전자파 차폐 처리, 원적외선 방사 처리 등의 코팅을 한다. 그러나 플라스틱 렌즈 자체 표면의 강도가 약하여 외부로부터의 스크래치 등에 쉽게 코팅막이 손상되는 경우가 발생하여 코팅 막의 수명을 단축시키는 단점을 내포하고 있다. 때문에 플라스틱 렌즈의 단점을 보완하기 위해 안경 렌즈에 하드코팅을 한다.

하드 코팅 원리 및 코팅제의 종류

플라스틱 수지는 유리와 달리 대부분 연질의 표면을 갖고 있어 마찰에 의해 긁히기 쉬우며, 용제 등에 대한 내성이 좋지 않아 그대로 사용할 경우에는 쉽게 손상되어 투명성이 떨어지며, 그 외에도 내약품성, 황변현상, 내열성 등의 사용상의 제한을 가지고 있다. 이러한 문제점들을 개선하기 위해 플라스틱 표면에 하드코팅을 한다. 일반적으로 하드코팅제는 유기 코팅제와 무기 코팅제로 나뉜다. 유기 코팅제로서는 멜라민, 아크릴 및 우레탄 등이 사용되고, 무기 코팅제는 실리콘계가 사용되며, 그 외 밑에서 설명할 졸-겔법을 이용해 실리콘계 무기물에 유기 실라인 커플링제를 반응시켜 얻어진 유-무기 하이브리드 코팅제가 있다. 이 졸-겔법을 이용하면 무기계 전구체에 유기물을 첨가하여 반응시킴으로써 무기물과 유기물의 중간 성격을 갖는 유-무기 고기능 하이브리드 코팅제를 제조할 수 있다.

일반적인 하드 코팅제는 열경화 타입과 UV경화 타입으로 구분하고 그 시작 전구체에 따라서 메커니즘이 다르다. 열경화타입의 대표적인 유기 실라인 커플링제로부터 졸-겔법을 통해 형성되는 하드코팅제는 형성된 피막이 silicic acid의 탈수 축합 반응에 의해 유리와 같은 silicate 구조를 기본 골격으로 가지게 됨으로써 강한 표면 경도를 갖는다. 자외선 경화 타입은 자외선 조사에 의해 광개시제로부터 생성된 라디칼 또는 양이온에 의해 개시 반응이 시작되어 반응성을 가진 올리고머 또는 모노머의 이중결합을 가교 시켜 경화하는 방식이다.

하드 코팅 방법 및 종류

무기재료를 전구체로 사용하며 주로 실라인에 유기물질을 결합시켜 유기성 무기재료를 렌즈에 흡착시켜 코팅한다.

안경렌즈에서 하드코팅은 sol-gel 법으로 널리 사용되고 있고 액상에서 가수분해에 의해 졸의 겔화 과정을 거쳐 열처리 과정과 건조과정이 필요하다. 보통 80°C 경화기에서 10~30분간 예비 경화 후 바로 120~140°C로 2~4시간 본 경화시킨다. 후에 자연건조를 시키는 방법이다.

plasma 중합반응 공정으로 플라스틱 렌즈에 하드 코팅하는 방법은 silane과 같은 모노머를 아르곤 plasma로 활성화시켜 Si 라디칼이 산소와 결합하여 SiO2로 전환되면서 코팅된다. 이 방법은 상대적으로 비용이 많이 드는 단점은 있으나 넓은 영역에 걸쳐 코팅의 굴절률 조절이 가능하고 고굴절에서 나타나는 광학적 간섭을 줄이거나 제거할 수 있다.

전자빔을 이용한 고진공을 이용한 코팅은 SiO2를 기화시켜 코팅하는 방법으로 비용이 많이 드는 단점은 있지만 하드코팅과 연계하여 반사방지 코팅이 가능한 것과 내마모성이 우수하다.

안경렌즈의 대량생산에서는 대다수가 비용이 적고 다년간에 걸쳐 기술 축적이 이루어진 sol-gel 법 의한 dip 또는 spin 공정으로 하고 있는 실정이다.