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고굴절률을 위한 UV 경화재료의 설계

전문가 제언: ○ UV 경화수지를 광학재료로 사용하는 사례가 증가함에 따라 광학재료로 사용되는 UV 경화수지에 요구되는 일반적인 성질 외에 굴절률의 조절이 요구되고 있다. 시판되는 UV 경화수지로는 조절이 가능한 굴절률의 범위가 좁아서 원하는 성능을 달성할 수 없다. UV 경화수지의 고굴절률화를 고려한 분자설계가 필요하다. 무기성분을 하이브리드화 하거나 무기입자를 분산하고 안정화시키는 기술의 발전이 필요하다.

○ 고분자의 화학구조와 굴절률 간에는 밀접한 관계가 있으며 구조의 치환기를 변화시키면 비교적 광범위한 굴절률 조절이 가능하다. 그러나 유기화합물로 조절 가능한 굴절률 범위는 한정되어 있어서 무기화합물에 비하면 조절 가능한 굴절률 범위는 좁다. 최근에는 금속화합물과 유기재료와의 하이브리드화로 굴절률이 이론값을 넘는 고분자재료도 얻어져서 앞으로 고굴절률화의 우수한 방법으로 기대된다.

○ 굴절률은 온도의 함수이며, 분자분극과 체적팽창에 의해 영향을 받는다. 엄밀하게는 분자분극도 온도에 따라 변화하지만 그 정도가 매우 작다. 고분자재료에 있어서 굴절률의 온도변화는 체적팽창에 의해서 조절할 수 있다. 경화물의 굴절률은 UV 램프의 종류, 램프 강도, 회전속도 등의 차에 의한 것으로, UV 경화수지의 굴절률을 조절하기 위해서는 제조공정의 관리가 매우 중요하다.

○ UV 경화수지의 고굴절률화를 위한 구체적인 방법으로는 벤젠고리와 지방족 고리구조의 도입이다. 벤젠고리는 매우 분극률이 크기 때문에 벤젠고리의 도입은 Abbe수를 저하시켜 굴절률 향상에 효과가 있다. 분자 중에 고리구조를 도입하면 굴절률이 상승한다. 구성 원자가 같아도 분자가 고리인가 사슬인가의 차이에 따라 굴절률이 변한다.

○ 분자 속에 할로겐 원자를 도입하여 굴절률을 조절하는 방법도 널리 사용된다. 가장 굴절률이 높은 고분자재료는 벤젠고리에 5개의 브롬 원자를 갖는 페닐기를 도입하는 것이다. 황 원자를 포함하는 결합은 원자굴절이 매우 크기 때문에 고굴절률화의 방법으로 잘 알려져 있으며 렌즈용도 등으로는 싸이오우레탄계의 재료가 사용된다.

저자: Sanai, Y,
자료유형: 학술정보