Ⅰ. 서 론
최근 국내의 안경렌즈는 다양한 기능성 제품들이 개발되면서 누진굴절력 렌즈를 비롯한 청색광차단 렌 즈, 핀홀효과 렌즈, 초고굴절율 렌즈, 초경도 렌즈, 컬러 렌즈, 항균 렌즈 등이 출시되고 수입제품들의 판매량이 급증하고 있는 현실에서 안경렌즈의 가격은 매우 높은 상승을 보여주고 있다. 이에 따라 안경 착 용자들은 안경의 장기 사용을 위하여 렌즈의 도수 교 체 주기를 미루거나 렌즈 손상 등을 방치하여 사용하 는 경우가 증가하고 있다. 렌즈 손상의 대표적인 경 우는 부주위에 따른 표면 흠집이나 렌즈 코팅 막의 균열이다. 일상생활 속에서 가벼운 흠집이나 주변의 높은 온도에 의해 코팅막이 쉽게 깨어질 수 있다는 것은 잘 알려져 있다.1,2) 플라스틱 렌즈는 자외선 차 단을 위해 자외선 차단제를 침습시킨 후 플라스틱의 단점인 흠집 발생을 줄이기 위하여 표면에 고경도의 코팅 막을 입히는 하드 코팅을 하게 되며 여기에 광 투과율의 증가와 유령허상의 제거를 위하여 반사방지 멀티 코팅을 하게 된다.3) 하지만 이러한 코팅 막들은 열에 의해 쉽게 팽창하는 플라스틱 재질의 특성으로 쉽게 떨어지거나 균열 현상이 나타날 수 있다.4) 이러 한 현상은 렌즈의 광학적 질에 대한 저하로 나타나게 된다. 일반 플라스틱렌즈는 일반렌즈로 굴절률이 1.50 이하인 아릴계 CR-39 렌즈와 굴절률이 1.51~ 1.60 미만인 NK-55 소재의 중굴절률 렌즈, 그리고 굴절률이 1.60 이상인 MR소재의 고굴절율 렌즈가 있 다. 이러한 렌즈 소재의 차이는 결국 열에 의한 팽창 율의 차이를 나타내게 된다.5) 2014년 노6)는 우레탄 계열과 아릴 계열의 렌즈는 80℃의 열에 의해 코팅막 이 손상되었고 수막코팅은 50℃에서도 손상되었으며 광투과율이 감소하였다고 보고하였다. 2011년 조 등7) 은 시중에 유통되고 있는 일반렌즈(아릴 계)를 끓는 물 환경에서 실험하여 70℃는 1시간, 75℃는 10분, 100℃는 10초를 렌즈 표면의 변화를 일으키는 시작점 으로 보고하였다. 또한 가열온도가 높을수록, 굴절률 이 높을수록 렌즈의 균열이 더 심하게 발생되었고 투 과율도 감소하였다고 하였다. 이러한 연구 결과에도 불구하고 우리는 여름철의 야외 주차장에서 자동차 실내에 비치되어 있는 안경을 흔하게 볼 수 있으며 사우나 또는 한증막 시설 내에서도 안경을 착용하고 있는 경우를 종종 볼 수 있다. 보도 자료에 따르면 건 식 사우나 실의 온도는 섭씨 70℃~100℃, 한증막은 70℃~130℃에 이른다고 하였으며8) 여름철 야외 주 차장의 자동차 실내온도는 50℃~90℃까지 오른다고 한다.9) 이에 본 연구는 여름철 야외 주차장의 자동차 실내 온도와 사우나 및 한증막의 실내 온도와 같은 온도 환경에서 플라스틱 렌즈의 코팅 막이 깨지는 시 간대를 측정하여 확인함으로서 차후 올바른 안경의 사용과 관리에 대한 안경 착용자 교육 및 홍보 자료 구축에 기초 자료를 제공하고자 한다.
Ⅱ. 재료 및 방법
1. 실험 재료
실험에 사용된 렌즈는 결과의 비교와 보편성 등을 위하여 국내에서 가장 많이 유통되어지는 렌즈 제조 사의 한 가지 종류의 제품으로 한정하였으며 굴절력 도 재료의 내열 특성의 오차를 줄이기 위해 모두 같 은 굴절력(-2.00D.)의 렌즈를 사용하였다. 렌즈의 소재는 NK-55 이다. 실험에 사용된 렌즈의 특성은 Table 1과 같다.
2. 실험 방법
플라스틱 렌즈의 고온 환경을 설정하기 위하여 전 기 오븐을 사용하여 실험을 진행하였다. 여름철 야외 주차장의 자동차 실내 온도 환경은 보도 자료의 평균 온도인 70℃로 하여 전기오븐 내의 온도가 70℃로 완 성된 후 관찰렌즈에 가열 시간을 5분, 10분, 15분, 20 분으로 각각 표시하여 동시에 가열하였다. 각 가열 시 간이 표시된 렌즈를 해당시간에 꺼내어 코팅 막의 상 태를 관찰하였다. 사우나 및 한증막의 실내 온도 환경 도 보도 자료의 평균 온도인 90℃로 하여 동일하게 실 험하되 가열 시간을 1분부터 3분 단위로 9분까지 하였 다. 코팅 막의 관찰은 세극등 현미경(SL-102, Zeiss, Germany)을 이용하여 32배율로 균열(crack)을 확인 하였다. 렌즈의 코팅 막이 깨진 후 분광 광도계 (UV-2450, Shimadzu, Japan)를 이용하여 380 nm ~780 nm의 범위에 대한 광투과율과 반사율을 측정하 여 비교하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 70℃의 온도에서 관찰 시간에 따른 코팅 막의 변화
여름철 야외 주차장의 자동차 실내온도의 평균값 인 70℃를 전기오븐으로 재현하여 5분 단위로 20분 까지 관찰한 결과, 가열 시간이 5분인 경우에는 균열 이 나타나지 않았고 10분에서 균열이 최초 관찰되었 다(Table 2). 균열 상태는 세극등 현미경(SL-102, Zeiss, Germany)을 이용하여 32배율로 균열을 확인 하였다(Fig. 1).
2. 90℃의 온도에서 관찰 시간에 따른 코팅 막의 변화
Table 3과 같이 대중 사우나 및 한증막의 실내온도 의 평균값인 90℃를 전기오븐으로 재현하여 최초 1분 을 가열하고 3분 단위로 9분까지 관찰한 결과, 가열 시간 1분에서는 균열이 나타나지 않았지만 3분에서 균열이 최초 관찰되었다(Fig. 2).
2011년 조 등7)은 70℃의 끓는 물에 렌즈(Index 1.55)를 담가 실험한 결과 1시간이 경과된 후 코팅 막 의 균열이 시작되었다고 하여 본 연구와 확연한 차이 를 보였다. 이것은 렌즈의 내온수성에 대한 평가 결 과로 건열 손상에 대한 평가를 실시한 본 실험과는 크게 다르기 때문이라고 판단한다.10) 건열 손상에 대 한 2014년 노6)의 연구에서는 본 연구와 같이 전기 오 븐을 이용하여 건열 손상을 측정하였으나 5시간 가열 후 표면의 변화를 관찰하여 코팅 막의 변화 시간을 확인하기에는 어려움이 있었을 것으로 생각한다. 본 연구 역시 코팅 막의 최초 변화 시기를 측정하기 위 해서는 측정 시간 간격을 더욱 좁히는 방법이 요구된 다고 하겠다.
3. 코팅 막의 균열에 따른 투과율과 반사율의 변화
실험을 하기 전의 렌즈를 분광 광도계(UV-2450, Shimadzu, Japan)를 이용하여 380 nm~780 nm의 범위에 대한 광투과율과 반사율을 측정한 결과, 사용 된 렌즈 8개에 대한 실험 전 평균 광투과율은 92.226, 반사율은 2.312이었다(Table 4).
실험을 진행한 후 70℃ 환경에서는 20분이 경과된 렌즈에서 광투과율이 90.709로, 반사율도 2.185로 감 소를 보였다. 90℃ 환경에서도 전체적으로 광투과율이 감소하여 9분이 경과된 렌즈에서 광투과율은 90.985, 반사율은 2.182로 감소되었다. 반사율은 일반적으로 코팅이 없는 렌즈에서는 투과율이 감소하면 반사율이 증가가 나타나는데 반사 방지 코팅 렌즈에서는 조금 다 르게 나타난다. 또한 가열에 의하여 반사방지 코팅의 깨짐이 불규칙하게 나타나고 이로 인해 렌즈의 표면이 불규칙해져 난반사에 의한 빛의 산란이 증가됨에 따라 측정장비의 반사율 측정값에 감소를 유발한다. 이와 같은 결과는 일반적으로 렌즈의 코팅 종류와 조건, 깨 짐의 상태, 렌즈의 표면 조건, 매질의 조건 등에 따른 측정 손실분으로 이해된다. 이러한 이유로 반사율도 미세하게 감소한 것으로 판단된다(Fig. 3, Fig. 4).
선행 연구인 조 등7)의 연구와 노6)의 연구에서 코팅 막의 균열이 심해짐에 따라 광투과율이 감소하였다는 결과는 본 연구와 동일함을 보여 주었다. 하지만 조 등7) 은 고굴절율 렌즈가 중굴절율 렌즈보다 코팅 막의 균열 이 더 심하다고 하였으며 노6)는 고굴절율 렌즈들이 중굴 절율 렌즈보다 하드코팅의 손상이 적었다고 보고하였 다. 이에 따라 굴절율에 따른 안경렌즈의 코팅 막 변화에 대한 추가적 연구가 있어야 할 것으로 생각한다.
Ⅳ. 결 론
자외선 차단 처리가 된 안경렌즈에 하드코팅, 반사 방지 멀티코팅이 되어 있는 굴절력 –2.00 D, 굴절률 1.56, 중심두께 1.20 mm, 렌즈직경 73 mm의 렌즈를 이용하여 전기오븐에서 건열에 의한 70℃에서 5분부 터 5분 간격으로 20분까지 90℃에서는 1분부터 3분 간격으로 9분까지 코팅 막의 균열 상태를 관찰하였다. 여름철 야외 주차장 내 자동차 실내의 평균 온도와 같 은 온도인 70℃에서는 5.1분~10분 사이에 코팅 막의 균열이 나타났고 대중 사우나 및 한증막의 실내 평균 온도와 같은 온도인 90℃에서는 1.1분~3분 사이에 코 팅 막의 균열이 확인되었다. 코팅 막의 균열로 인하여 안경렌즈의 광투과율과 반사율이 모두 감소하였다. 실생활 속에서 작업 환경이나 주변 여건에 의하여 안 경이 고온에 노출되는 경우가 종종 발생하는 환경에서 코팅 막의 균열 온도를 알고 이를 안경 관리에 대한 착 용자의 세심한 주의를 인식시킴으로서 안경 렌즈에 의 한 광학적 교정효과를 극대화하고 렌즈의 수명을 연장 등의 교육에 필요한 기초 자료를 제공하여 안경원 등 에서의 활용이 필요하다고 하겠다.
