KR100966125B1

KR100966125B1 - 태양열차단 코팅액과 이를 이용한 태양열차단 코팅 유리

Info

Publication number: KR100966125B1
Application number: KR1020100018590A
Authority: KR
Inventors: 현애란; 황훈; 박지혜; 김봉규
Original assignee: (주) 네패스 리그마
Priority date: 2010-03-02
Filing date: 2010-03-02
Publication date: 2010-06-29
Anticipated expiration: 2030-03-02
Also published as: WO2011108787A1; CN102869733A; US20130059148A1; JP2013538237A

Abstract

본 발명은 태양열 차단을 위한 태양열차단 코팅액 및 이를 이용하여 유리에 직접 코팅하는 것을 특징으로 하는 태양열차단 코팅유리에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 아크릴 고분자 수지와 무기 세라믹인 졸-겔 실리케이트의 혼합물 졸-겔 유무기 복합수지와 용제를 혼합하여 구성된 졸-겔 유무기 복합 바인더 액과; 나노 금속산화물과 나노 금속산화물을 효과적으로 분산 가능하게 하는 분산제와 용제로 구성된 나노 금속산화물 잉크를 혼합한 태양열차단 코팅액과 이를 이용한 태양열차단 코팅 유리에 관한 것이다.
또한 본 발명에 의한 태양열차단 코팅 유리를 통하여 코팅액의 두께가 두껍지 않으면서 투명성을 유지하고 가시광선 투과율, 적외선 차단율, 경도, 내후성, 내용제성, 부착성 등이 우수하며, 기존에 많이 사용하는 필름형태가 아닌 유리에 직접 코팅하여 태양열차단 기능을 수행하는 태양열차단 코팅 유리를 제공하는 효과가 있다.

Description

태양열차단 코팅액과 이를 이용한 태양열차단 코팅 유리 {Anti-stain solar heat coating solution and Anti-stain solar heat coating glass of using that}

본 발명은 태양열 차단을 위한 태양열차단 코팅액 및 태양열차단 코팅 유리에 관한 것으로써, 아크릴 고분자 수지와 무기 세라믹인 졸-겔 실리케이트의 혼합물 졸-겔 유무기 복합수지와 용제를 혼합하여 구성된 졸-겔 유무기 복합바인더 액과 나노 금속산화물과 나노 금속산화물을 효과적으로 분산 가능하게 하는 분산제 및 잉크 용제로 구성된 나노 금속산화물 잉크를 혼합한 태양열차단 코팅액 및 이를 이용하여 기존에 많이 사용하는 필름형태가 아닌 유리에 직접 코팅하여 기능을 발현하는 태양열차단 코팅 유리에 관한 것이다.

보통 태양광의 파장은 감마선, X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 초단파, 라디오파로 구분할 수 있는데 이 중에서 우리가 시각적인 태양빛으로 느끼는 파장은 가시광선 영역이고, 일상생활에서 태양열로 느끼는 파장은 적외선 영역으로 가시광선 영역보다 파장이 길다. 아울러 일반 유리는 적외선 부분의 일부만 반사시키는데 이 때문에 여름의 경우 실외의 태양열로부터 발생하는 복사열이 실내로 들어와 실내온도를 높이고, 겨울의 경우 실내의 난방기구에서 발생되는 적외선이 실외로 빠져나가 실내온도를 낮추는 등, 냉-난방기의 효율을 떨어뜨려 에너지가 낭비되고 있다. 상기 현실과 연관하여, 바람직한 유리는 여름에는 외부의 태양열이 실내로 유입되는 것을 막는 차열 효과가 우수하고, 겨울에는 실내의 난방열이 외부로 빠져나가는 것을 방지하는 단열 효과가 우수한 구성을 가져야 할 것이다.

구체적으로 종래에는 유리에 보다 우수한 차열 효과를 부여하기 위하여 열선반사유리를 사용하고 있으나, 가시광선 투과율이 40%으로 겨울철에는 실내로 들어오는 가시광선을 막아 난방을 필요이상으로 해야하는 문제가 있다. 차열 효과 향상을 위한 또다른 경우는 필름을 부착하여 차열하는 경우인데, 이 경우 접착제 소진시 부착성능이 떨어지고 필름 제거시 남아있는 접착제로 인해 재시공이 어려우며 일반적으로 필름의 색이 한정되어 있어 빛의 투과나 반사율을 조절하기 어려운 단점이 있다. 또한 유리의 단열 효과를 향상시키기 위하여 스퍼터링 코팅 방법을 이용한 로이유리가 출시되어 판매되고 있으나, 코팅물이 산화되는 것을 방지하기 위해 코팅부분이 복층의 유리판에 내재되도록 구성해야 하고, 복층의 유리판 사이에는 불활성 기체로 충진해야 하는 구조를 하고 있어, 제조방법이 난해하고 복층유리 제작 시 에지 스트립핑 처리 설비가 필요하여 제조 및 취급이 까다롭고 제조비용이 비싼 단점이 있다.

본 출원인이 선출원한 국내 등록특허 제10-0909976는 나노 크기로 분산된 안료 및 첨가제를 포함하는 유색 투명 코팅 도료 조성물 및 이의 제조 방법에 관한 것으로써, 나노 크기의 유기안료, 분산제, 용제를 혼합하여 유기안료가 나노 크기로 안정하게 분산되어 있는 안료분산액을 제조한 후, 바인더로 사용되는 졸-겔 유무기 복합수지액과 혼합하여 유기안료가 나노 크기로 안정되게 분산되어 유리에 코팅하였을 때 유색의 투명 유리가 제조 가능한 유색 투명 코팅 도료 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 공지기술은 나노 크기의 유기안료가 안정하게 분산된 안료 분산액을 목적물에 효과적으로 결착시키기 위한 바인더로써 졸-겔 유무기 복합수지액을 이용하였고, 상기 졸-겔 유무기 복합수지액 바인더를 통하여 경도, 부착성, 내용제성이 우수한 유색 투명 코팅 도료 조성물을 실현하였다. 또한 상기 구성을 하는 유색 투명 코팅 도료 조성물에 금속 산화물을 더 첨가시켜 열차단 기능을 하는 유색 투명 코팅 도료 조성물을 제조하려 하였으나, 그러한 구성에는 상당의 난해성이 요구되어 실시를 위한 바람직한 구성을 제시하지 못한 문제가 있었다.

JP56-156606, JP58-117228, JP63-281837에는 안티몬 첨가 산화주석(Antimony doped Tin Oxide, 이하 'ATO'라 한다)을 바인더수지(binder resin)에 혼합시키거나, 유기용제에 녹인 수지바인더에 직접 첨가하는 방법 및 유기바인더와 산화주석 미립자를 유기용제와 계면활성제를 첨가하여 제조한 코팅 조성물을 도포하여 열선차단 피막을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 하지만, 이 피막에 의해 충분한 적외선 차단기능을 발현시키기 위해서는 두꺼운 피막이 필요하며, 이와 같은 두꺼운 피막은 투명성이 저하되어 가시광선투과율이 낮아진다는 결점이 있다.

또한 기능성 피막조성물, 상기 피막조성물 상에 형성된 필름, 그리고 상기 피막조성물 및 필름을 형성하는 방법에 관한 것으로 수계, 알콜계, 비수계 수지바인더와 기능성 피막 조성물 및 이를 이용한 피막, 그리고 이들을 제조하는 방법을 제시한 공지기술이 있으나, 상기 공지기술에 의한 조성물은 양쪽성 용매에 균일하게 분산된 기능성 미립자 및 기능성 미립자의 표면 전하를 조정하기 위한 산(acid)을 포함하는데 이로 인해 분산과정이 까다롭고, 기능성 미립자를 더욱 안정하게 결착하기 위한 바인더를 구성하는 수지가 특정되어 있지 않아, 수지의 성형 온도, 중합 및 경화 조건 때문에 야기되는 가교 조건에 대해 제약을 받는 문제점을 가지기 때문에 이에 관한 지속적인 연구개발이 요구된다.

본 발명은 종래 태양열차단 코팅액과 이를 이용한 기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로써, 구성의 난해성으로 인하여 졸-겔 유무기 복합수지를 바인더로 하는 졸-겔 유무기 복합 바인더 액과 유기 안료 분산액이 혼합되어 있는 코팅액에 금속 산화물을 더 첨가시켜 열차단 기능을 갖는 유색 투명 코팅 도료 조성물을 바람직하게 제조하기 어려웠던 문제와; 양쪽성 용매에 균일하게 분산된 기능성 미립자 및 기능성 미립자의 표면 전하를 조정하기 위한 산(acid)을 포함하는데 이로 인해 분산과정이 까다로운 문제와; 기능성 미립자를 더욱 안정하게 결착하기 위한 바인더를 구성하는 수지가 특정되어 있지 않아, 수지의 성형 온도, 중합 및 경화 조건 때문에 야기되는 가교 조건에 대해 제약을 받는 문제점을 해결하는 태양열차단 코팅액을 제조하고 이를 유리에 직접 코팅할 수 있는 코팅 유리를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

이에 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 아크릴 수지와 무기 세라믹인 졸-겔 실리케이트의 혼합물 졸-겔 유무기 복합수지 50 - 80 중량%, 용제 20 - 50중량%가 혼합된 졸-겔 유무기 복합 바인더 액 10 - 97 중량%와; 10 - 200 nm 범위 내의 크기를 갖는 나노 금속산화물 1 - 70 중량%와 분산제 1 - 10 중량% 및 잉크용제 25 - 90 중량%를 포함하여 구성된 나노 금속 산화물 잉크 3 - 90 중량%를 혼합하여 이루어진 태양열차단 코팅액과 이를 이용하여 코팅된 태양열차단 코팅 유리를 제시한다.

상기 구성을 하는 본 발명은 졸-겔 유무기 복합 바인더 액과 나노 금속산화물 분산 잉크를 혼합하여 제조한 태양열차단 코팅액을 제시하여 졸-겔 유무기 복합 바인더 액을 이용한 태양열차단 코팅액의 바람직한 구성을 제시하는 효과와; 상기 코팅액을 목적물(피코팅물)에 코팅하였을 때, 공기 및 물 등의 외부에 노출시 문제되었던 내후성을 개선하였으며;양쪽성 용매에 균일하게 분산된 기능성 미립자 및 기능성 미립자의 표면 전하를 조정하기 위한 산(acid)을 포함하기 때문에 분산 과정이 까다롭고; 기능성 미립자를 더욱 안정하게 결착하기 위한 바인더를 구성하는 수지가 특정되어 있지 않아, 수지의 성형 온도, 중합 및 경화 조건 때문에 야기되는 가교 조건에 대해 제약을 받는 문제를 졸-겔 유무기 복합 바인더 액을 통하여 해결할 수 있다. 또한 상기 문제를 해결함으로써, 코팅액의 두께가 두껍지 않으면서 투명성을 유지하고 가시광선 투과율, 적외선 차단율, 경도, 내후성, 내용제성, 부착성 등이 우수하며, 기존에 많이 사용하는 필름형태가 아닌 유리에 직접 코팅하여 태양열차단 기능을 수행하는 태양열차단 코팅 유리를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 태양열차단 코팅액의 조성물 블럭도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예 1, 실시예 2 및 무처리 유리의 UV-VIS-NIR spectrometer 그래프.

이하 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 태양열차단 코팅액은 아크릴 고분자 수지와 무기세라믹인 졸-겔실리케이트의 화합물 졸-겔 유무기 복합수지 50 - 80 중량%, 용제 20 - 50중량%가 혼합된 졸-겔 유무기 복합 바인더 액 10 - 97 중량%와; 10 - 200 nm 범위 내의 크기를 갖는 나노 금속산화물 1 - 70 중량%와 분산제 1 - 10 중량% 및 잉크용제 25 - 90 중량%를 포함하는 나노 금속산화물 잉크 3 - 90 중량%가 혼합되어 있는 것을 특징으로 하며, 상기 코팅액을 유리에 직접 코팅하여 사용하는 태양열차단 코팅 유리에 관한 것이다.

이하 본 발명을 첨부한 도면 1 내지 2를 참고하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

<태양열차단 코팅액>

유색 투명 코팅액에 사용되는 바인더로는 연필경도, 부착성, 내용제성이 우수한 졸-겔 유무기 복합 바인더 액이 사용된다. 졸-겔 유무기 복합 바인더 액에 사용되는 졸-겔 유무기 복합수지는 아크릴계 공중합체의 유기수지와 금속 콜로이달 졸과 실란을 반응시켜 합성된 무기세라믹인 졸-겔 실리케이트를 혼합하여 구성된 수지로 알려져 있다.

본 발명의 졸-겔 유무기 복합 바인더 액은 아크릴 고분자 수지와 졸-겔 실리케이트의 화합물인 졸-겔 유무기 복합수지 50 - 80 중량%, 용제 20 - 50중량%가 혼합하여 구성되었으며, 나노 금속산화물을 포함하는 나노 금속산화물 잉크가 목적물에 균일하게 분포하여 효과적이고 안정적으로 결착될 수 있게 하고, 피코팅물(이하, '유리'라 칭함)과의 밀착성, 가소성 등을 고려하였을 때, 투명성이 우수하며 경도, 부착성, 내용제성 등 물리적 강도를 향상시킨다.

특히, 본 발명의 졸-겔 유무기 복합수지는, 아크릴 고분자 수지와 무기 세라믹인 졸-겔 실리케이트의 화합물로서, 희석용제의 선택 및 혼합비의 결정은 지촉건조시간, 흐름 등의 불량발생, 도막의 융착, 갈라짐 현상(Mud Crack) 발생 여부 등을 고려하여 적절하게 조합하여 사용하는 것이 바람직하다. 졸-겔 유무기 복합수지 희석시 사용되는 유기용제로는 디에틸렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노메틸에테르, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, 프로필렌글리콜모노에틸에테르, 프로필렌글리콜모노에틸에테르아세테이트, 메틸셀로솔브, 에틸셀로솔브, 에폭시프로피온산, 자이렌, 톨루엔, 에틸아세테이트, 메틸아세테이트, 부틸아세테이트, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논, 부탄올, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올 중에서 단독 또는 2종 이상 혼합되어 사용된다. 이때, 상기 아크릴 고분자 수지는 소수성을 나타내고, 상기 무기 세라믹인 졸-겔 실리케이트 화합물은 친수성을 나타내기 때문에 용제는 비극성 용매 및 극성 용매를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다.

종래기술의 졸-겔 유무기 복합 바인더는 유기안료를 둘러싸고 있는 분산제 내에 들어 있는 염기의 작용기와 반응하여 유기안료의 분산안정성이 떨어지게 되므로 유기안료의 분산제를 아민가를 나타내지 않거나 낮은 값을 가지는 분산제를 사용하여 나노 크기의 유기 안료를 뭉침 현상이 없이 안료분산액이 유무기 복합수지액에 균일하고 안정하게 분산되게 하는 것인데 비해, 본 발명의 졸-겔 유무기 복합 바인더 액은 나노 금속산화물을 포함하는 나노 금속 산화물 잉크과 유리와의 밀착성, 가소성 등을 고려하였을 때, 경도, 부착성, 내용제성 등의 물리적 강도를 향상시키는 역할을 한다.

본 발명은 졸-겔 유무기 복합 바인더 액 10 - 97 중량%와; 나노 금속산화물 잉크 3 - 90 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열차단 코팅액의 제조 방법으로써, 본 발명에서의 나노 금속산화물 잉크는 전체 태양열차단 코팅액의 3 - 90 중량%를 포함하며, 3 중량% 미만으로 포함되면 적외선 차단효과가 미흡하여 적외선을 효과적으로 차단하지 못하고, 나노 금속산화물의 분산력이 감소하여 나노 금속산화물의 입자 크기 증가로 인한 헤이즈(Haze)가 발생하여 코팅액이 코팅된 유리가 불투명해지는 문제점이 발생할 수 있고, 90 중량%를 초과하여 포함되면 상대적으로 바인더의 함량이 줄어들어 부착성이 떨어지는 등의 물성 저하가 발생하기 때문에 상기 함량비를 구성하는 것이 바람직하다.

상기 나노 금속산화물 잉크는 나노 금속산화물을 효과적으로 분산시키기 위한 분산제에 나노 금속산화물과 잉크용제가 효과적으로 혼합되어 구성된다. 구체적으로 나노 금속산화물의 잉크의 함량비는 나노 금속산화물 1 - 70 중량%와 분산제 1 - 10 중량% 및 잉크용제 25 - 90 중량%를 갖는 것이 바람직한데, 나노 금속산화물의 1 중량% 미만으로 포함하면 나노 금속산화물에 의한 적외선 차단 효과가 낮고, 70 중량%를 초과하여 포함하면 나노 금속산화물의 입자 크기를 조절하는데 많은 시간이 소요되며, 나노 금속산화물을 적절히 분산하는데 어려움이 있기 때문에 상기 함량비 내의 범위가 바람직하다.

본 발명에 의한 나노 금속산화물 잉크의 주재인 나노 금속산화물은 태양광 중 적외선 영역의 빛을 차단하는 특성을 갖는 나노 금속산화물로 구성되는데, 대부분의 나노 금속산화물은 금속 결합을 하기 때문에 분자간 간격이 일정한 규칙적인 구조를 가져 대부분 영역의 적외선을 차단할 수 있으므로 일반적인 나노 금속산화물 모두가 이용 가능하나, 본 발명에 있어서는 산화주석(Tin Oxide), ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), Al₂O₃(Aluminium Oxide), ZnO(Zinc Oxide), TiO₂(Titanium Oxide) 등의 금속산화물을 이용하는 것이 바람직하다.

좀 더 자세하게는 상기 나노 금속산화물 중, ITO의 Tin 함량이 Indium 함량 대비 5 - 20중량%인 것, ATO의 Tin 함량은 5 - 30중량%인 것이 바람직한데 상기 구성을 하는 ITO 또는 ATO는 나노 금속산화물이 수지와 결합할 때 생기는 적외선차단효과의 저하가 적고, 가시광선 투과율은 고수준으로 유지하면서 가시광선 영역에 가까운 근적외선 영역부터 넓은 파장범위에 걸쳐 적외선을 차단할 수 있다는 특성을 갖는다.

또한 나노 금속산화물의 입자 크기는 태양열차단효과에는 큰 차이를 보이지 않으나 나노 금속산화물을 포함하는 태양열차단 코팅액이 유리에 코팅되었을 때, 나노 금속산화물의 입자 크기가 10 nm 미만일 경우 분산력이 떨어지고, 입자 크기가 200nm를 초과할 경우 나노 금속 산화물 입자로 인한 haze가 발생하여 가시광선의 투과율이 낮아지고 코팅표면이 고르지 못해지는 문제가 발생하므로 10 - 200 nm 범위 내의 나노 금속산화물을 이용하는 것이 바람직하다.

나노 금속산화물을 효과적으로 분산시키기 위한 분산제는, 2-2-2-메톡시에톡시 에톡시 아세틱산(2-2-2-Methoxyethoxy ethoxy acetic acid), 5-메톡시 펜틸옥시 아세틱산(5-Methoxy pentyloxy acetic acid), 3,6,9-트리옥사데칸산(3,6,9-Trioxadecane acid), 팔미트산(Palmitic acid), 스테아르산(Stearic acid), 프로피온산(Propionic acid), 소듐 폴리아크릴레트(Sodium polyacrylate), 암모늄폴리아크릴레이트(Ammonium polyacrylate), 세틸트리메틸암모늄브로마이드(Cetyltrimethyl ammonium bromide; CTAB), 폴리아크릴소듐염(Polyacrylic sodium salt), 도데실벤젠설포네이트(Dodecyl benzene sulfonate) 혹은 소듐도데실설페이트(Sodium dodecyl sulfate; SDS) 중 어느 한 가지 이상을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 분산제는 일반적으로 나노 금속산화물에 흡착하는 작용기가 카복시산(R-COOH; carboxylic acid), 카복시산염(R-COO-; carboxylate), 알코올(R-OH; alcohol), 글리콜(R-(OH)2; glycol), 암모늄염(R-NH3+; ammoniate), 소듐염(R-Na+; sodium salt), 설포네이트(R-SO3-; sulfonate) 혹은 설페이트(SO42-; sulfate) 중 어느 하나 이상을 이용하고 상기 작용기와 결합하는 알킬(-R) 혹은 알콕시(-OR) 탄소사슬로 구성된 계면활성제이다.

상기 구조를 갖는 본 발명의 분산제는 나노 금속산화물 표면에 친화성이 있어 나노 금속산화물이 분산제 표면에 흡착되어 용제에 효과적으로 분산될 수 있도록 하는 작용기를 갖는 동시에, 나노 금속산화물이 흡착되어 생성된 분자 자체 구조가 용제 속에서 안정할 수 있도록 하는 사슬 형태의 알킬(-R) 혹은 알콕시(-OR) 와 같은 탄소화합물이 결합된 형태를 갖기 때문에 일반적 분산제에 비하여 분산성 및 안정성이 우수한 효과를 발휘한다.

또한 나노 금속산화물 잉크 제조시 사용하는 용제는 잉크의 분산성 및 안정성, 독성, 점도, 화학적 안정성, 박막코팅 용이성, 건조 조건 등을 고려하여, 물, 메탄올, 부틸글리콜, 아이소프로필글리콜, 아릴글리콜, 에틸아세테이트, 다이부틸에테르, 메틸 에틸 케톤, 다이메틸포름아미드와 같이 R1-O-R2, R1-CO-R2의 구조를 갖는 화합물을 사용할 수 있다.

상기 치환기(R1, R2)의 탄소 수가 늘어나면, 용제를 구성하는 분자 부피가 커지고 전자 수가 증가하게 되는데, 이로 인하여 분자내 전자 분포의 비대칭성이 커지며 편극이 일어나 잉크용제 분자의 자체 분산력이 증가하기 때문에, 상기의 분산력은 나노 금속산화물과 잉크용제 분자의 정전기 유도현상을 유도하여 전체 분자간 응집현상이 발생하고, 이러한 현상은 나노 금속 산화물 입자가 나노 금속산화물 잉크에 효과적으로 분산될 수 없게 하는 문제가 발생한다. 따라서 용제의 치환기 R1과 R2는 각각 수소 또는 탄소수 1 - 10개의 n-알킬기, iso-알킬기, 헤테로 아릴기, 아릴기 또는 탄소수 1 - 10개의 알킬기가 치환된 에테르기, 에스테르기, 아미드기 등으로 구성된 치환기을 이용하는 것이 잉크용제를 구성하는 분자의 분산력에 의해 나노 금속산화물 입자가 응집을 일으키지않을 만큼 치환기의 부피와 전자 수가 적당하여 본 발명의 잉크용제로서 바람직하다.

아울러 나노 금속산화물 잉크의 나노 금속산화물이 용제에 잘 분산되게 하기 위하여 비드 밀링, 볼 밀링, 초음파 밀링법 등 기계적인 방법을 이용하면 나노 금속산화물 입자 간의 인력에 의한 염료의 응집을 방지하여 더욱 효과적으로 균일하게 분산할 수 있다.

<태양열차단 코팅 유리>

본 발명에 의한 상기 태양열차단 코팅액으로 유리의 표면을 코팅하여 제조하는 태양열차단 코팅 유리는 다음과 같은 단계를 거쳐 제조한다.

1. 태양열차단 코팅액을 제조하는 단계

- 본 단계는 상기에서 언급한 조성물을 이용하여 태양열차단 코팅액을 제조하는 단계이다. 본 단계에 대한 구체적인 사항은 상기 <태양열차단 코팅액>의 설명으로 대체한다.

2. 태양열차단 코팅액을 유리 표면에 코팅하는 단계

- 본 단계는 단계 1.에서 제조한 태양열차단 코팅액을 유리 표면에 코팅하는 단계로써 스프레이 코팅, 딥 코팅, 슬롯다이 코팅, 플로우 코팅, 스핀 코팅, 잉크젯 코팅 등의 방법을 이용하여 태양열차단 코팅액을 유리 표면에 코팅할 수 있고, 코팅방법은 특별히 여기에 한정된 것은 아니다. 본 발명에 의한 태양열차단 코팅액을 이용하여 상기에서 언급한 코팅방법으로 유리 표면을 코팅하면 다양한 나노 사이즈 금속산화물을 수 nm - 수백 μm의 균일한 두께로 형성시킬 수 있어 가시광선의 투과율이나 적외선 차단율 등의 물성을 고르게 하는 특징이 있다. 아울러 본 발명의 코팅액의 코팅 두께는 1 - 10 μm 가 바람직한데, 태양열 차단 코팅액의 나노금속산화물 중량이 20% 미만일 때 이는 두께가 1 μm 미만인 경우 적외선 차단에 효과적이지 않고, 두께가 10 μm를 초과할 경우 투명성 및 가시광선 투과율이 낮아지는 문제가 발생하고, 코팅액의 두께가 10 μm 이내인 경우와 이를 초과할 경우를 비교하였을 때, 비슷한 적외선 차단 효과를 얻을 수 있기 때문에 상기 범위 내의 두께를 유지하는 것이 바람직하다.

3. 태양열차단 코팅액이 코팅된 유리를 건조하는 단계

- 본 단계는 단계 2에서 코팅된 유리를 건조하는 단계로써 NIR 건조, 열풍 건조, hot plate 건조 등의 방법을 이용하여 태양열차단 코팅액이 표면에 코팅된 유리를 건조할 수 있으며, 상기 건조 방법 이외의 방법으로도 건조할 수 있다. 다만, 본 단계에서 태양열차단 코팅액이 유리 표면에 코팅된 후 250℃ 이상의 온도에서 빠르게 건조되면 태양열차단 코팅액이 불안정한 구조를 갖게 되어 코팅된 표면에 굴곡이 생기거나 표면 갈라짐 등의 물성변화가 발생할 수 있고, 50℃ 이하의 온도에서 느리게 건조되면 태양열차단 코팅액 내에서 핵이 형성되고 이 주위로 불순물이 응집되어 결정이 생겨 haze가 발생할 수 있으므로 이를 고려하여 50 - 250℃의 온도에서 10 - 60분 동안 건조하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명은 졸-겔 유무기 복합 바인더 액을 사용하여 상기 열건조 단계만으로 건조 및 경화를 동시에 할 수 있어 생산 공정을 단순화시켜 경비를 줄일 수 있는 장점이 있다.

다음은 본 발명에 의한 태양열차단 코팅액 및 이를 이용한 태양열차단 코팅 유리의 실시예 및 비교예이며, 이를 [표 1]을 통하여 간단히 나타내었다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 보호 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

1. 아크릴 고분자 수지 (MIO-YO67G) 15.2g과 무기 세라믹인 졸-겔 실리케이트 (EC) 3.8g 및 용제 (PGMEA) 19g이 혼합된 졸-겔 유무기 복합 바인더 액 38g과; 입도 사이즈 평균 70nm로 분쇄한 나노 금속산화물 (ITO) 19.2g를 분산제 (5-Methoxy pentyloxy acetic acid) 1.2g, 용제 (Butyl glycol) 25.7g 에 혼합하여 구성된 나노 금속산화물 잉크 46.1g을 혼합하여 태양열차단 코팅액을 제조한다.

2. 상기에서 제조한 태양열차단 코팅액을 분사기에 주입한 후, 깨끗이 닦은 6 mm 두께의 투명한 유리의 일측 표면에 스핀 코팅방법을 사용하여 3 μm 두께로 코팅한다.

3. 상기에서 태양열차단 코팅액이 코팅된 유리를 180℃로 유지되는 오븐에 입하시켜 30분간 건조시켜 태양열차단 코팅 유리를 제조한다.

[실시예 2]

1. 아크릴 고분자 수지 (MIO-YO67G) 15.2g과 무기세라믹인 졸-겔 실리케이트 (EC) 3.8g 및 용제 (PGMEA) 19g이 혼합된 졸-겔 유무기 복합 바인더 액 38g과; 입도 사이즈 평균 70nm로 분쇄한 나노 금속산화물 (ITO) 9.2g를 분산제 (5-Methoxy pentyloxy acetic acid) 0.2g, 용제 (Butyl glycol) 5.1g 에 혼합하여 구성된 나노 금속산화물 잉크 9.1g을 혼합하여 태양열차단 코팅액을 제조한다.

2. 실시예 1의 2.와 동일한 방법으로 태양열 차단 코팅액을 유리 표면에 코팅한다.

3. 실시예 1의 3.과 동일한 방법으로 유리 표면에 코팅된 태양열차단 코팅액을 건조하여 태양열차단 코팅 유리를 제조한다.

[실시예 3]

1. 실시예 2의 1.과 동일한 방법으로 태양열 차단 코팅액을 제조한다

2. 상기에서 제조한 태양열차단 코팅액을 분사기에 주입한 후, 깨끗이 닦은 6 mm 두께의 투명한 유리의 일측 표면에 스핀 코팅방법을 사용하여 0.8 μm 두께로 코팅한다.

[실시예 4]

1. 실시예 1의 1.과 동일한 방법으로 태양열 차단 코팅액을 제조한다

2. 상기에서 제조한 태양열차단 코팅액을 분사기에 주입한 후, 깨끗이 닦은 6 mm 두께의 투명한 유리의 일측 표면에 스핀 코팅방법을 사용하여 10.5 μm 두께로 코팅한다.

[비교예 1]

1. 시중 판매용 열차단 필름(M사)을, 깨끗이 닦은 6 mm 두께의 투명한 유리의 일측 표면에 붙인다.

[비교예 2]

1. 시중 판매용 열차단 필름(T사)을, 깨끗이 닦은 6 mm 두께의 투명한 유리의 일측 표면에 붙인다.

[물성 평가방법]

상기 실시예 , 비교예의 유리와 및 상기 실시예, 비교예와 동일한 재질의 어떠한 처리도 하지 않은 유리(무처리 유리)를 다음과 같은 물성 평가 방법으로 평가한다.

(1) 가시광선 투과율(VIS.T%) / 적외선 투과율(IR.T%)

UV/VIS/NIR spectrometer (Cary 5000)을 사용하여 측정하였다.

(2) 경도

MITSUBISHI 연필 사용, 하중 1kg, 각도 45도, 속도 50mm/분, 이송 거리 100mm로 측정하였다.

(3) 부착성

코팅 도막을 1mm 간격으로 가로 및 세로로 잘라 100칸을 만든 후 100℃의 끓는 물에 코팅된 유리를 30분간 넣었다가 꺼내어 셀로판 테이프를 절단면에 고르게 부착한 후 순간적으로 탈착하여 절단면에 남은 칸의 개수를 관찰한다.

(4) 내용제성

에탄올을 묻힌 헝겊을 시편에 100회 동안 왕복시킨 후 육안으로 관찰하였다.

[결과]

실시예, 비교예 및 무처리 유리를 상기 물성평가 방법으로 평가하면 [표 2]와 같은 결과를 나타낸다. 구체적으로 무처리 유리는 가시광선 영역의 파장을 대부분 투과하여 투명하게 보이고, 자외선, 적외선 영역의 파장은 어느 정도 흡수하여 차단 효과를 나타내나 그 효과는 미비하다는 것을 알 수 있으며; 실시예 1과 실시예 2를 통하여 졸-겔 유무기 복합바인더 액과 나노 금속산화물 잉크의 혼합하여 만든 태양열차단 코팅액의 조성을 달리함으로써 나노 금속산화물 잉크의 비율이 더 높은 실시예 1이 실시예 2 보다 더 우수한 적외선 차단 효과를 얻을 수 있는 것을 알 수 있으며, 실시예 1, 3 및 4를 통하여 태양열차단 코팅액의 조성, 코팅, 건조 방법은 같으나 실시예 3의 코팅 두께를 실시예 2보다 얇게 처리함으로써 적외선 차단이 효과적이지 않음을 알 수 있고, 실시예 4를 통해 일정 두께 이상으로 코팅처리 시 적외선을 대부분 차단할 수 있다는 것을 알 수 있으며; 비교예와 실시예의 비교를 통하여 나노 금속산화물 잉크와 혼합된 졸-겔 유무기 복합바인더 액에 의하여 적외선 차단율이 우수하며, 높은 경도, 부착성, 내용제성을 갖는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1과 같은 방법으로 제조된 태양열차단 코팅액을 스핀 코팅 방법을 통하여 유리 표면에 도포한 후, 일정한 온도로 유지되는 오븐에 온도를 달리하여 30분간 건조한 뒤 표면의 굴곡, 표면의 왜곡상태, 갈라짐 현상을 관찰하였고, 그 결과를 [표 3]에 나타내었다.

상기 [표 3]은 동일한 조건으로 제조, 도포된 태양열차단 코팅액이 코팅된 각각의 유리를 40℃ 간격으로 온도를 달리하면서 30분간 건조한 결과이며, 온도가 50℃ 이하로 건조한 경우, 온도가 낮아 충분한 건조가 이루어지지 않아 표면 굴곡 및 갈라짐은 나타나지 않았으나, 표면 왜곡(haze)이 일어나 투명성이 떨어졌고; 250℃ 이상으로 건조한 경우 표면 왜곡은 크게 발생하지 않았으나 표면 굴곡이나 갈라짐 현상이 나타난 것으로 보아, 온도 50 - 250 ℃ 내의 범위에서 건조시켰을 때 코팅액의 물성 변화나 손상이 없는 최적의 코팅효과를 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다.

상기에서 정의한 본 발명에 의한 '태양열차단 코팅 유리'의 유리는 일반적인 규소 재질의 유명한 유리뿐만 아니라 칼라 유리, 강화 유리, 방탄 유리 등의 기능성 유리에도 적용 가능하고, 상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

Claims

아크릴 고분자 수지와 졸-겔 실리케이트의 화합물인 졸-겔 유무기 복합수지 50 - 80 중량%, 용제 20 - 50중량%가 혼합된 졸-겔 유무기 복합 바인더 액 10 - 97 중량%와;
나노 금속산화물 잉크 3 - 90 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열차단 코팅액.
제 1 항에 있어서,
상기 나노 금속산화물 잉크는 10 - 200 nm 범위 내의 입자 크기를 갖는 나노 금속산화물 1 - 70 중량%와 분산제 1 - 10 중량% 및 잉크용제 25 - 90 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양열차단 코팅액.
제 2 항에 있어서,
상기 분산제는 금속산화물에 흡착 가능한 작용기와;
작용기 이외의 알킬(-R), 알콕시(-OR) 중 어느 하나 이상의 탄소사슬로 구성된 계면활성제로서,
상기 금속산화물에 흡착가능한 작용기는 카복시산(R-COOH; carboxylic acid), 카복시산염(R-COO-; carboxylate), 알코올(R-OH; alcohol), 글리콜(R-(OH)2; glycol), 암모늄염(R-NH3+; ammoniate), 소듐염(R-Na+; sodium salt), 설포네이트(R-SO3-; sulfonate) 및 설페이트(SO42-; sulfate) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 태양열차단 코팅액.
제 3 항에 있어서,
상기 분산제는 2-2-2-메톡시에톡시 에톡시 아세틱산(2-2-2-Methoxyethoxy ethoxy acetic acid), 5-메톡시 펜틸옥시 아세틱산(5-Methoxy pentyloxy acetic acid), 3,6,9-트리옥사데칸산(3,6,9-Trioxadecane acid), 팔미트산(Palmitic acid), 스테아르산(Stearic acid), 벤조산(Benzoic acid), 프로피온산(Propionic acid), 소듐 폴리아크릴레트(Sodium polyacrylate), 암모늄폴리아크릴레이트(Ammonium polyacrylate), 세틸트리메틸암모늄브로마이드(Cetyltrimethyl ammonium bromide; CTAB), 폴리아크릴소듐염(Polyacrylic sodium salt), 도데실벤젠설포네이트(Dodecyl benzene sulfonate) 혹은 소듐도데실설페이트(Sodium dodecyl sulfate; SDS) 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 태양열차단 코팅액.
제 2 항에 있어서,
상기 나노 금속산화물은 산화주석(Tin Oxide), ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), Al₂O₃(Aluminium Oxide), ZnO(Zinc Oxide), TiO₂(Titanium Oxide) 중 어느 하나 이상을 이용하는 것을 특징으로 하는 태양열차단 코팅액.
제 2 항에 있어서,
상기 잉크용제는 R1 또는 R2를 치환기로 갖는 R1-O-R2, R1-CO-R2의 결합구조의 화합물이며, 상기 치환기 R1과 R2는 각각 수소 또는 탄소수 1~10개의 n-알킬기, iso-알킬기, 헤테로 아릴기, 아릴기 또는 탄소수 1~10개의 알킬기가 치환된 에테르기, 에스테르기, 아미드기 중 어느 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 태양열차단 코팅액.
제 6 항에 있어서,
상기 잉크용제는 물, 메탄올, 부틸글리콜, 아이소프로필글리콜, 아릴글리콜, 에틸아세테이트, 다이부틸에테르, 메틸 에틸 케톤, 다이메틸포름아미드 중 어느 하나 이상을 이용하는 것을 특징으로 하는 태양열차단 코팅액.
졸-겔 유무기 복합 바인더 액 10 - 97 중량%와; 나노 금속산화물 잉크 3 - 90 중량%를 포함하는 태양열차단 코팅액을 제조하는 단계와;
태양열차단 코팅액을 유리 표면에 일정의 두께로 코팅하는 단계와;
태양열차단 코팅액이 코팅된 유리를 건조하는 단계로 가공되는 것을 특징으로 하는 태양열차단 코팅 유리.
제 8 항에 있어서,
유리표면에 코팅되는 태양열차단 코팅액의 도포 두께가 1 - 10μm 인 것을 특징으로 하는 태양열차단 코팅 유리.
제 8 항에 있어서,
태양열차단 코팅액이 코팅된 유리를 건조하는 단계는 NIR 건조, 열풍 건조, hot plate 건조방법 중 어느 하나 이상의 건조방법으로 50 - 250℃ 온도에서 10 - 60분간 건조된 것을 특징으로 하는 태양열차단 코팅 유리.