KR102633186B1 - A functional building material for windows - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투명 기재; 상기 투명 기재의 상부에 위치하는 하나 이상의 층을 포함하는 저방사 코팅; 및 상기 저방사 코팅의 상부에 위치하는 최상부 보호층;을 포함하며, 상기 최상부 보호층은 금속 지르코늄과 지르코늄 산화물을 포함하는 제1 최상부 보호층; 상기 제1 최상부 보호층 상에 위치하며 탄소를 포함하는 제2 최상부 보호층;을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재에 관한 것이다.The present invention relates to a transparent substrate; A low-emissivity coating comprising one or more layers located on top of the transparent substrate; and a top protective layer located on top of the low-emissivity coating, wherein the top protective layer includes a first top protective layer including metal zirconium and zirconium oxide; It relates to a functional building material for windows and doors including a second top protective layer located on the first top protective layer and containing carbon.
Description
본 발명은 최상부 보호층을 포함하는 창호용 기능성 건축자재에 관한 것이다.The present invention relates to a functional building material for windows and doors including a top protective layer.
저방사 유리(Low-Emissivity glass)는 은(Ag)과 같이 적외선 영역에서의 반사율이 높은 금속을 포함하는 저방사층이 박막으로 증착된 유리를 말한다. 이러한 저방사 유리는 적외선 영역의 복사선을 반사시켜 여름에는 실외의 태양 복사열을 차단하고 겨울에는 실내의 난방 복사열을 보존함으로써 건축물의 에너지 절감 효과를 가져오는 기능성 소재이다.Low-emissivity glass refers to glass in which a low-emissivity layer containing a metal with a high reflectivity in the infrared region, such as silver (Ag), is deposited as a thin film. This low-emission glass is a functional material that reflects radiation in the infrared range, blocking outdoor solar radiation in the summer and preserving indoor heating radiation in the winter, resulting in energy savings in buildings.
일반적으로 저방사층으로 사용되는 은(Ag)은 공기 중에 노출되었을 때 산화가 되므로, 상기 저방사층의 상부 및 하부에 산화방지막으로 메탈 및/또는 유전체층을 증착시킨 저방사 코팅을 유리에 증착시킨다. 이러한 유전체층은 가시광 투과율을 증가시키는 역할도 한다.Since silver (Ag), which is generally used as a low-emissivity layer, is oxidized when exposed to air, a low-emissivity coating in which a metal and/or dielectric layer is deposited as an oxidation prevention film on the top and bottom of the low-emission layer is deposited on the glass. . This dielectric layer also serves to increase visible light transmittance.
그러나 저방사 코팅은 고온 다습한 환경에서 대기중의 산소, 클로라이드, 설파이드, 이산화황 등과 같은 부식제와 접촉하게 되면 은(Ag)층의 부식이 발생하여 손상되는 문제가 발생한다. 또한, 저방사 코팅은 외부 충격에 취약하여 운송 또는 취급시에도 긁힘에 의한 코팅의 손상이 빈번하게 발생한다. 특히 유리와 같이 하중이 무거운 건축자재의 경우, 무거운 하중으로 인해 운송 및 취급(handling) 중에 긁힘 등이 더욱 빈번하게 일어난다. However, when low-emissivity coatings come into contact with corrosive agents such as oxygen, chloride, sulfide, and sulfur dioxide in the atmosphere in a high temperature and humidity environment, the silver (Ag) layer is corroded and damaged. In addition, low-emissivity coatings are vulnerable to external shocks, so damage to the coating due to scratches frequently occurs during transportation or handling. In particular, in the case of construction materials with heavy loads, such as glass, scratches occur more frequently during transportation and handling due to the heavy load.
이와 같은 손상 등의 문제를 해결하기 위하여 종래에는 도 1(a)와 같은 종래 투명 기재(1) 및 저방사 코팅(2) 상부에 금속 등을 포함하는 최상부 보호층(3)을 코팅함으로써 저방사 코팅에 대한 1차 보호를 하여 왔다.In order to solve problems such as damage, low-emission protection has been achieved by coating a top protective layer (3) containing a metal, etc. on top of the conventional transparent substrate (1) and low-emission coating (2) as shown in FIG. 1(a). Primary protection has been provided for the coating.
그러나 종래 기술에서의 상기 최상부 보호층(3)에 외력에 의한 스크래치가 발생하는 경우(도 1(a)), 열강화 수행 시 도 1(b)와 같이 최상부 보호층(3)에 발생된 스크래치가 더욱 확장되어 하부의 저방사 코팅(2) 부분까지 손상시키는 문제가 있다.However, in the case where scratches occur on the top
본 발명은 외부로부터의 물리적 및 화학적 공격에 대한 내구성이 우수한 창호용 기능성 건축자재를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.The object of the present invention is to provide a functional building material for windows and doors with excellent durability against physical and chemical attacks from the outside.
또한 본 발명은 후속 열강화 공정 시 쉽게 제거되면서 동시에 스크래치가 쉽게 제거될 수 있는 창호용 기능성 건축자재를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.In addition, the present invention aims to provide a functional building material for windows that can be easily removed during the subsequent heat strengthening process and at the same time, scratches can be easily removed.
또한 본 발명은 하부의 금속층의 자연 산화를 최소화할 수 있는 창호용 기능성 건축자재를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.In addition, the present invention aims to provide a functional building material for windows that can minimize natural oxidation of the lower metal layer.
또한 본 발명은 스크래치가 쉽게 제거됨으로써 취급이 용이하고 불량률을 획기적으로 감소시킬 수 있는 창호용 기능성 건축자재를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.In addition, the present invention aims to provide a functional building material for windows and doors that is easy to handle and can dramatically reduce the defect rate by easily removing scratches.
또한 본 발명은 우수한 평활도를 가지는 표면 특성으로 인해 마찰에 의한 스크래치를 경감시킬 수 있는 창호용 기능성 건축자재를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.In addition, the present invention aims to provide a functional building material for windows and doors that can reduce scratches due to friction due to surface characteristics having excellent smoothness.
또한 본 발명은 화학적 내구성이 우수한 표면층을 가지는 창호용 기능성 건축자재를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.In addition, the present invention aims to provide a functional building material for windows and doors having a surface layer with excellent chemical durability.
전술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 창호용 기능성 건축자재는, 금속 지르코늄과 지르코늄 산화물을 포함하는 제1 최상부 보호층;상기 제1 최상부 보호층 상에 위치하며 탄소를 포함하는 제2 최상부 보호층;을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재인 것을 특징으로 한다.As a means to solve the above-described problem, the functional building material for windows and doors of the present invention includes a first uppermost protective layer containing metal zirconium and zirconium oxide; a second uppermost protective layer located on the first uppermost protective layer and containing carbon; It is characterized as a functional building material for windows and doors including a top protective layer.
보다 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 창호용 기능성 건축 자재는 투명 기재; 상기 투명 기재의 상부에 위치하는 하나 이상의 층을 포함하는 저방사 코팅; 및 상기 저방사 코팅의 상부에 위치하는 최상부 보호층;을 포함하며, 상기 최상부 보호층은 금속 지르코늄과 지르코늄 산화물을 포함하는 제1 최상부 보호층; 상기 제1 최상부 보호층 상에 위치하며 탄소를 포함하는 제2 최상부 보호층;을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재인 것을 특징으로 한다.More specifically, the functional building material for windows and doors according to an embodiment of the present invention includes a transparent base material; A low-emissivity coating comprising one or more layers located on top of the transparent substrate; and a top protective layer located on top of the low-emissivity coating, wherein the top protective layer includes a first top protective layer including metal zirconium and zirconium oxide; It is characterized as a functional building material for windows and doors including a second uppermost protective layer located on the first uppermost protective layer and containing carbon.
또한, 상기 창호용 기능성 건축 자재에서 상기 탄소의 혼성 오비탈의 전체 혼성화 비율 중 sp3 오비탈의 혼성 비율이 40% 이상인 것을 특징으로 한다. In addition, the functional building material for windows is characterized in that the hybridization ratio of sp 3 orbitals out of the total hybridization ratio of carbon hybrid orbitals is 40% or more.
또한, 상기 창호용 기능성 건축 자재에서 탄소의 -O(산소) 결합기의 전체 비율이 탄소의 전체 결합 비율 대비 15% 이하인 것을 특징으로 한다. In addition, the functional building material for windows is characterized in that the total ratio of -O (oxygen) bonding groups of carbon is 15% or less compared to the total bonding ratio of carbon.
또한, 상기 창호용 기능성 건축 자재에서 상기 제2 최상부 보호층의 RMS 표면 조도는 0.5 ㎚ 이하인 것을 특징으로 한다. In addition, in the functional building material for windows, the RMS surface roughness of the second top protective layer is 0.5 nm or less.
또한, 상기 창호용 기능성 건축 자재는 상기 제2 최상부 보호층을 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. In addition, the functional building material for windows is characterized in that it does not include the second uppermost protective layer.
또한, 상기 창호용 기능성 건축 자재는 온도 50℃, 습도 90%RH 에서 3주간 방치하는 장기 보관 성능 가속 시험 후 표면 핀홀의 최대 직경이 20㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.In addition, the functional building material for windows is characterized in that the maximum diameter of the surface pinhole is 20㎛ or less after an accelerated long-term storage performance test in which the material is left at a temperature of 50°C and a humidity of 90%RH for 3 weeks.
또한, 제1 최상부 보호층과 상기 제2 최상부 보호층 사이에 위치하는 유전체층을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that it includes a dielectric layer located between the first uppermost protective layer and the second uppermost protective layer.
또한, 상기 지르코늄의 두께는 1 내지 2㎚이고, 상기 지르코늄 산화막의 두께는 2 내지 3nm인 것을 특징으로 한다. In addition, the thickness of the zirconium is 1 to 2 nm, and the thickness of the zirconium oxide film is 2 to 3 nm.
또한, pH 2의 산성 용액에 5분간 노출된 후, 상기 창호용 기능성 건축 자재의 색상변화(△E)는 투과 색상 변화(color (T))와 유리면 반사 색상 변화(color (S))가 1 미만, 코팅면 반사 색상 변화(color R)는 2 미만인 것을 특징으로 한다. In addition, after exposure to an acidic solution of
또한, 상기 저방사 코팅은 배리어층, 차단층, 유전체층에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the low-emissivity coating is characterized in that it includes at least one selected from a barrier layer, a blocking layer, and a dielectric layer.
본 발명의 최상부 보호층은 창호용 건축 자재에 적용 시 최종 가공 이후 창호용 기능성 건축 자재의 광학적 성능에 영향을 주지 않고, 이에 따라 기존의 창호용 건축 자재 제품의 최상부 보호층에 바로 적용할 수 있는 효과가 있다. When applied to building materials for windows and doors, the top protective layer of the present invention does not affect the optical performance of functional building materials for windows and doors after final processing, and therefore can be directly applied to the top protective layer of existing building materials for windows and doors. It works.
특히 본 발명의 고유의 Zr 금속/ Zr 산화물 적층 구조는 물리적 및 화학적 내구성은 물론이거니와 가혹한 산성 또는 염기성 조건에서 변색에 대한 저항성 확보에 매우 효과적이다. In particular, the unique Zr metal/Zr oxide layered structure of the present invention is very effective in securing not only physical and chemical durability, but also resistance to discoloration under harsh acidic or basic conditions.
또한, 운반 또는 시공 시 외부 충격에 의해 최상부 보호층의 일부에 스크래치가 발생하더라도 열 강화 시 제2 최상부 보호층이 먼저 반응함으로써 제1 최상부 보호층의 자연 산화를 감소시키는 효과가 있다. 이에 따라 창호용 기능성 건축자재의 장기 보관 성능을 개선시키고, 열 강화 시 스크래치가 확장되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, even if scratches occur on a portion of the uppermost protective layer due to external impact during transportation or construction, the second uppermost protective layer reacts first during heat strengthening, thereby reducing natural oxidation of the first uppermost protective layer. This has the effect of improving the long-term storage performance of functional building materials for windows and preventing the expansion of scratches during heat strengthening.
특히 본 발명 고유의 제2 최상부 보호층은 산소 결합기의 비율이 낮고 동시에 sp3 혼성 결합 비율이 높아서 물리적인 내구성은 물론이거니와 화학적 내구성도 매우 뛰어난 효과를 가질 수 있다. In particular, the second top protective layer unique to the present invention has a low ratio of oxygen bonding groups and a high sp 3 hybrid bonding ratio, so it can have excellent physical durability as well as chemical durability.
나아가, 본 발명의 최상부 보호층을 포함하는 창호용 기능성 건축자재는 스크래치 발생 빈도 및 불량률이 감소하고, 운반 및 취급이 용이한 효과가 있다.Furthermore, the functional building material for windows and doors including the top protective layer of the present invention has the effect of reducing the frequency of scratches and defective rates and making it easy to transport and handle.
도 1은 종래의 최상부 보호층이 코팅된 저방사 유리의 (a)최상부 보호층에 스크래치가 형성된 경우 및 (b)열 강화 이후 최상부 보호층의 스크래치가 저방사 코팅층까지 확장된 경우를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 창호용 기능성 건축 자재의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 최상부 보호층의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 최상부 보호층의 또 다른 일 실시 예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 최상부 보호층을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재의 (a)제2 최상부 보호층에 스크래치가 형성된 경우 및 (b)열 강화 이후 제2 최상부 보호층이 제거됨으로써 스크래치가 제거된 경우를 나타내는 단면도이다.
도 6은 실시예 1의 장기 보관 성능 가속 시험을 수행한 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 비교예 1의 장기 보관 성능 가속 시험을 수행한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 1의 제2 최상부 보호층에 스크래치를 재연한 경우, 열강화 전후의 스크래치 변화를 나타낸 도면이다.
도 9는 비교예 1의 최상부 보호층에 스크래치를 재연한 경우, 열강화 전후의 스크래치 변화를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시예 1의 제1 및 제2 최상부 보호층에 스크래치를 재연한 경우, 열강화 전후의 스크래치 변화를 나타낸 도면이다.
도 11은 비교예 1의 최상부 보호층에 스크래치를 재연한 경우, 열강화 전후의 스크래치 변화를 나타낸 도면이다.
도 12의 (a)(왼쪽)는 종래예의 제2최상부 보호층의 sp 혼성 오비탈 및 결합기를 분석한 라만(Raman) 분석 결과의 그래프이고, (b)(오른쪽)는 실시예 1의 제2 최상부 보호층의 sp 혼성 오비탈 및 결합기를 분석 한 라만(Raman) 분석 결과 그래프이다.
도 13은 실시예 1 및 비교예 1의 다층 구조의 표면 조도를 AFM(atomic force microscope)으로 측정한 결과이다.
도 14는 실시예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 투명 투명 기판인 유리의 세척기의 브러쉬를 통과한 후 관찰된 표면이다.
도 15는 비교예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 투명 투명 기판인 유리의 세척기의 브러쉬를 통과한 후 관찰된 표면이다.
도 16은 실시예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 40℃, 90% RH(습도)에서 3일 내지 7일 동안 노출된 후 관찰된 표면이다.
도 17은 비교예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 40℃, 90% RH(습도)에서 3일 내지 7일 동안 노출된 후 관찰된 표면이다.
도 18은 실시예 2 및 비교예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 각각 pH 2의 산성 용액에 5분간 노출된 후 측정된 색상변화(△E)를 나타낸다.
도 19는 실시예 2 및 비교예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 각각 pH 12의 염기성 용액에 5분간 노출된 후 측정된 색상변화(△E)를 나타낸다.Figure 1 is a cross-sectional view showing (a) a scratch formed on the top protective layer of low-emissivity glass coated with a conventional top protective layer and (b) a case where the scratch on the top protective layer extends to the low-emissivity coating layer after heat strengthening. .
Figure 2 is a cross-sectional view of a functional building material for windows and doors according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view showing one embodiment of the top protective layer of the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view showing another embodiment of the top protective layer of the present invention.
Figure 5 shows (a) a case where a scratch is formed on the second top protective layer of the functional building material for windows and doors including the top protective layer of the present invention, and (b) the scratch is removed by removing the second top protective layer after heat strengthening. This is a cross-sectional view showing the case.
Figure 6 is a diagram showing the results of the long-term storage performance accelerated test of Example 1.
Figure 7 is a diagram showing the results of an accelerated long-term storage performance test of Comparative Example 1.
Figure 8 is a diagram showing the change in scratches before and after heat strengthening when scratches were reproduced on the second top protective layer of Example 1.
Figure 9 is a diagram showing the change in scratches before and after heat strengthening when scratches were reproduced on the uppermost protective layer of Comparative Example 1.
Figure 10 is a diagram showing the change in scratches before and after heat strengthening when scratches were reproduced on the first and second uppermost protective layers of Example 1.
Figure 11 is a diagram showing the change in scratches before and after heat strengthening when scratches were reproduced on the uppermost protective layer of Comparative Example 1.
Figure 12 (a) (left) is a graph of the Raman analysis results of sp hybridized orbitals and bonding groups of the second top protective layer of the conventional example, and (b) (right) is a graph of the second top protective layer of Example 1. This is a graph of the Raman analysis results analyzing the sp hybrid orbitals and bonding groups of the protective layer.
Figure 13 shows the results of measuring the surface roughness of the multilayer structure of Example 1 and Comparative Example 1 using an atomic force microscope (AFM).
Figure 14 shows the surface of the functional building material for windows and doors having a multi-layer structure of Example 2 observed after passing through the brush of a glass washer, which is a transparent transparent substrate.
Figure 15 shows the surface of the functional building material for windows and doors having a multilayer structure of Comparative Example 2 observed after passing through the brush of a glass washer, which is a transparent transparent substrate.
Figure 16 shows the surface of the functional building material for windows and doors having a multilayer structure of Example 2 observed after being exposed to 40°C and 90% RH (humidity) for 3 to 7 days.
Figure 17 shows the surface of the functional building material for windows and doors having a multilayer structure of Comparative Example 2 observed after being exposed to 40°C and 90% RH (humidity) for 3 to 7 days.
Figure 18 shows the color change (ΔE) measured after the functional building materials for windows and doors having a multilayer structure of Example 2 and Comparative Example 2 were each exposed to an acidic solution of
Figure 19 shows the color change (ΔE) measured after the functional building materials for windows and doors having a multilayer structure of Example 2 and Comparative Example 2 were exposed to a basic solution of pH 12 for 5 minutes.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-mentioned objects, features, and advantages will be described in detail later with reference to the attached drawings, so that those skilled in the art will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of known technologies related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In the drawings, identical reference numerals are used to indicate identical or similar components.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.Hereinafter, the “top (or bottom)” of a component or the arrangement of any component on the “top (or bottom)” of a component means that any component is placed in contact with the top (or bottom) of the component. Additionally, it may mean that other components may be interposed between the component and any component disposed on (or under) the component.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. Additionally, when a component is described as being “connected,” “coupled,” or “connected” to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but the other component is “interposed” between each component. It should be understood that “or, each component may be “connected,” “combined,” or “connected” through other components.
이하, 본 발명의 창호용 기능성 건축자재에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the functional building material for windows and doors of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 창호용 기능성 건축 자재는 투명 기재(10), 상기 투명 기재(10)의 상부에 하나 이상의 층을 포함하는 저방사 코팅(20) 및 상기 저방사 코팅(20)의 상부에 최상부 보호층(100)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the functional building material for windows and doors according to an embodiment of the present invention includes a
도 3과 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 최상부 보호층(100)은 제1 최상부 보호층(30) 및 제2 최상부 보호층(40)을 순차적으로 포함할 수 있다. As shown in FIG. 3, in one embodiment of the present invention, the top
상기 제1 최상부 보호층(30)은 금속인 지르코늄을 포함할 수 있다. The first uppermost
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 제1 최상부 보호층(30)은 지르코늄 옥사이드를 더 포함할 수 있다. 상기 지르코늄 옥사이드는 상기 지르코늄의 상부에 형성된다.In another embodiment of the present invention, the first top
이 때 상기 지르코늄 옥사이드는 별도의 추가 공정에 의해 생성될 수도, 또는 상기 지르코늄이 자연 상태에서 산화됨으로써 형성될 수도 있다. 특히 상기 지르코늄은 메탈이기 때문에 공기 노출로 인해 자연 산화가 일어날 수 있다. 상기 지르코늄이 산화되어 지르코늄의 상부에 지르코늄 옥사이드를 형성하는 경우, 최상부 보호층(200)은 제1 최상부 보호층(30)에 지르코늄을 포함하는 층과 지르코늄 옥사이드를 포함하는 층으로 분리되는 구조를 형성한다. 이 때, 제2 최상부 보호층(40)은 지르코늄 옥사이드를 포함하는 층의 상부에 적층되는 구조를 갖는다. 이하, 상기 지르코늄을 포함하는 층을 '메탈 보호층(31)', 지르코늄 옥사이드를 포함하는 층을 '세라믹 보호층(32)'으로 칭한다. 이는 도 4와 같다. At this time, the zirconium oxide may be produced through a separate additional process, or may be formed by oxidation of the zirconium in a natural state. In particular, since zirconium is a metal, natural oxidation may occur due to exposure to air. When the zirconium is oxidized to form zirconium oxide on top of the zirconium, the uppermost
금속인 지르코늄을 포함하는 상기 메탈 보호층(31)은, 금속인 지르코늄이 가지는 우수한 내투습성과 수분에 강한 특성으로 인해, 하부의 저방사 코팅층 및 창호용 기능성 건축 자재의 화학적 내구성을 향상시키는 역할을 한다. 이에 따라 상기 메탈 보호층(31)은 창호용 기능성 건축 자재의 내구성과 장기 보관 성능을 향상 시킬 수 있다. The metal
상기 메탈 보호층(31)은 구성 성분인 금속 지르코늄이 완전히 산화되지 않고 금속 상태로 남아 있어야 최상부 보호층의 화학적 내구성을 향상시킬 수 있으므로 금속 지르코늄이 두께 방향으로 완전히(또는 전부) 산화되지 않는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 메탈 보호층(31)의 두께는 약 1 내지 2nm 일 수 있다. Since the chemical durability of the uppermost protective layer can be improved only when the metal zirconium, which is a component of the metal
한편 상기 메탈 보호층(31) 상에 위치하는 상기 세라믹 보호층(32)은 상기 메탈 보호층(31)의 공기 노출로 인해 지르코늄이 자연산화되어 형성될 수 있는 층으로서, 약 2 내지 3nm 두께로 형성된다. 상기 지르코늄의 산화로 인해 형성된 세라믹 보호층(32)은, 세라믹 고유의 소성변형에 대한 높은 저항성, 높은 경도 및 금속 지르코늄으로부터 세라믹 지르코늄 산화물의 형성 시 두께의 증가로 인하여, 최상부 보호층 뿐만 아니라 그 하부 적층 구조의 물리적 내구성을 향상시키고 그로 인해 내스크래치성을 향상시킬 수 있다.Meanwhile, the ceramic
이 때, 제1 최상부 보호층(30)은 두께가 약 3 내지 5nm 인 것이 바람직하다. 상기 제1 최상부 보호층의 두께가 3nm 미만인 경우 박막을 형성하지 못해 물리적 혹은 화학적 내구성 향상 폭이 적을 수 있고, 5nm 초과인 경우 흡수율 증가로 인해 최종 제품인 창호용 기능성 건축 자재의 투과율. 반사율 또는 색상의 관리가 어려워질 수 있다.At this time, the first uppermost
상기 제2 최상부 보호층(40)은 탄소를 포함할 수 있다. 상기 탄소는 그라파이트 물질을 타켓으로 이용한 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리적 기상 증착(physical vapor deposition) 공정을 통해 얻을 수 있다. The second top
이 때, 증착된 탄소는 sp2 및 sp3 혼성 오비탈의 혼합 형태를 가질 수 있다. 일반적으로 탄소는 sp2 혼성 오비탈을 가지는 2차원 구조의 흑연(graphite, 그라파이트)가 열역학적으로 안정한 상(phase)으로 알려져 있다. 한편 sp3 혼성 오비탈을 가지는 3차원 구조의 다이아몬드는 상기 흑연 대비 열역학적으로 안정한 상이 아니다. 상기의 열역학적 안정성과는 달리, 다이아몬드는 흑연 대비 높은 경도를 가지므로, 다이아몬드는 흑연보다 기계적 특성이 우수하다.At this time, the deposited carbon may have a mixed form of sp 2 and sp 3 hybrid orbitals. In general, carbon is known to be a thermodynamically stable phase of graphite, which has a two-dimensional structure with sp 2 hybrid orbitals. Meanwhile, diamond with a three-dimensional structure having sp 3 hybrid orbitals is not a thermodynamically stable phase compared to graphite. Unlike the above thermodynamic stability, diamond has higher hardness than graphite, so diamond has better mechanical properties than graphite.
따라서 상기 제2 최상부 보호층(40)을 구성하는 성분인 탄소의 혼성화 비율의 제어는 상기 제2 최상부 보호층(40)의 특성 제어에 있어 중요하다. 특히 상기 제2 최상부 보호층(40) 내 탄소의 sp3 혼성 오비탈 비율을 높이는 것은 매우 중요하다. 이 때 혼성화 비율은 라만(Raman) 분석법에 의하여 특성화 또는 정량화 될 수 있다.Therefore, controlling the hybridization ratio of carbon, which is a component of the second uppermost
상기 제2 최상부 보호층(40)은 제1 최상부 보호층(30)의 상부에 위치함으로써 창호용 기능성 건축 자재의 내스크래치성을 향상시키는 기능뿐만 아니라 창호용 기능성 건축 자재의 시공 시 수행되는 후속 열경화 처리 시 제1 최상부 보호층, 특히 메탈 보호층(31)에 포함된 지르코늄의 지나친 자연 산화, 특히 열 산화(thermal oxidation)를 감소시키는 역할을 한다. 특히 제1 최상부 보호층(30)에 세라믹 보호층(32)이 형성되면 물리적 내구성은 증가하지만 지나친 세라믹 보호층(32)의 형성은 그 하부에 위치하는 메탈 보호층(31)의 지나친 손실로 인한 화학적 내구성이 저하되는 바, 제2 최상부 보호층(40)은 제1 최상부 보호층(30)의 화학적 내구성의 저하를 감소시킬 수 있다. The second top
본 발명의 창호용 기능성 건축 자재에서의 상기 제2 최상부 보호층(40)은 상기 투명 기재에 코팅된 다층 구조의 저방사 코팅을 열처리를 통하여 강화시킬 수 있다.The second top
창호용 기능성 건축 자재에 외력에 의한 충격이 가해지는 경우, 상기 제2 최상부 보호층(40)은 최상부 보호층(100) 중에서 최외각에 위치하기 때문에 상기 외력에 의한 스크래치는 주로 제2 최상부 보호층(40)에 생기게 된다(도 5(a)). 그러나 상기 제2 최상부 보호층(40)에 형성된 스크래치는 열 강화 시 제거될 수 있다. When an impact from an external force is applied to a functional building material for windows, the second uppermost
구체적으로 만일 본 발명의 최상부 보호층(100)의 표면인 제2 최상부 보호층(40)에 스크래치가 발생하는 경우, 상기 창호용 기능성 건축 자재의 후 처리 공정 인 열 강화 단계에서 상기 제2 최상부 보호층(40)은 주성분이 탄소로 이루어지므로 열 강화 단계에서의 열에 의해 제거될 수 있다. 다시 말하면, 상기 창호용 기능성 건축 자재는 열 강화 후 제2 최상부 보호층(40)이 완전히 연소된다. 그 결과, 상기 제2 최상부 보호층(40)에 포함된 스크래치도 상기 제2 최상부 보호층(40)과 함께 동시에 제거되므로 최종적으로는 스크래치가 없는 제1 최상부 보호층(30)만이 최외각에 노출되게 된다. Specifically, if a scratch occurs on the second uppermost
만약 제2 최상부 보호층(40)의 두께를 넘어 제1 최상부 보호층(30)까지 스크래치가 발생하더라도, 상기 제2 최상부 보호층(40)이 존재함으로 인해 열강화 후 스크래치의 산화로 인한 확장 정도가 개선되는 효과가 있다. Even if a scratch occurs beyond the thickness of the second top
만일 강한 외력에 의해 스크래치가 상기 제2 최상부 보호층(40)을 통과하는 경우, 상기 제1 최상부 보호층(30)에도 스크래치가 발생될 수 있다. If a scratch passes through the second top
이 경우 열 강화가 수행되지 않으면, 상기 제1 최상부 보호층(30)에 발생한 스크래치는 그대로 남게 된다. 그러나 열강화가 수행되면, 상기 제1 최상부 보호층(30)에 발생한 스크래치 부분을 중심으로 산화가 진행됨에 따라 상기 스크래치는 육안으로 쉽게 관찰될 수 있을 정도로 옆으로 확장되게 된다.In this case, if heat strengthening is not performed, scratches generated on the first uppermost
그러나 만일 제2 최상부 보호층(40)이 상기 제1 최상부 보호층(30) 상에 존재하는 경우, 상기 열강화 과정 동안 제2 최상부 보호층의 탄소가 CO2로 산화되어 기화되는 동안 제1 최상부 보호층(30)의 산화가 상대적으로 억제되게 된다. 그 결과 상기 제1 최상부 보호층(30)에 발생한 스크래치의 산화가 줄어들게 되어 최종적으로 제1 최상부 보호층(30)에 존재하는 스크래치의 확장이 억제될 수 있다.However, if a second top
반면 제2 최상부 보호층(40)이 상기 제1 최상부 보호층(30) 상에 존재하지 않는 경우, 상기 열강화 과정 동안 제1 최상부 보호층(30)의 산화를 억제하지 못하게 된다. 그 결과 제1 최상부 보호층(30)에 발생한 스크래치의 확장은 피할 수 없게 된다.On the other hand, if the second top
상기 제2 최상부 보호층의 두께는 1 내지 5nm 이다. The thickness of the second top protective layer is 1 to 5 nm.
상기 제2 최상부 보호층의 두께가 5nm 보다 두꺼운 경우, 제2 최상부 보호층의 광 흡수에 의해 창호용 기능성 건축 자재의 투과율의 변화를 초래할 수 있어 바람직하지 못하다.If the thickness of the second top protective layer is thicker than 5 nm, light absorption by the second top protective layer may cause a change in transmittance of the functional building material for windows, which is not desirable.
반면 상기 제2 최상부 보호층의 두께가 1nm 보다 얇은 경우, 지나치게 얇은 제2 최상부 보호층의 두께는 하부의 제1 최상부 보호층의 보호에 효과적이지 못한 문제가 있디.On the other hand, when the thickness of the second top protective layer is thinner than 1 nm, there is a problem in that the thickness of the second top protective layer is too thin and is not effective in protecting the lower first top protective layer.
한편 상기 제2 최상부 보호층은 후속 열강화 공정 이후 모두 제거될 수 있으므로 이에 따라 저방사 코팅 적층 구조의 광학 특성에 영향을 미치지 않는다. Meanwhile, the second top protective layer can be completely removed after the subsequent heat strengthening process, so it does not affect the optical properties of the low-emissivity coating layered structure.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 최상부 보호층(30)과 상기 제2 최상부 보호층(40) 사이에는 유전체층이 추가적으로 위치할 수 있다. 상기 유전체층의 비한정적이고 구체적인 예로써 Si3N4:Al가 사용될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a dielectric layer may be additionally positioned between the first top
다만 제1 최상부 보호층(30)이 없이, 다시 말하면 후술할 저방사 코팅(20)에 직접적으로 상기 유전체층이 위치하는 것은 바람직하지 못하다. 왜냐하면, 저방사 코팅(20)의 적층 구조에 있어 상기 유전체층도 포함될 수 있어 동일한 유전체층이 단순히 중복되는 것과 실질적으로 동일할 뿐만 아니라 유전체층 단독의 배치는 하부층 또는 하부 구조의 보호에 효과적이지 못하기 때문이다. 그러나 상기 유전체층이 상기 제1 최상부 보호층(30) 상에 위치하는 경우, 상기 유전체층은 하부의 제1 최상부 보호층(30)의 물리적 및 화학적 저항성과 상승 작용을 일으켜 산 및/또는 염기와 같은 외부의 오염으로부터 하부의 저방사 코팅(20) 구조의 보호에 매우 효과적일 수 있다.However, it is not desirable for the dielectric layer to be located directly on the low-
본 발명의 창호용 기능성 건축 자재는 투명 기재(10)는 가시광선 투과율이 높은 투명 기재일 수 있다. 비한정적이고 구체적인 예로써 상기 투명 기재(10)는 약 80% 내지 약 100% 가시광선 투과율을 갖는 유리 또는 투명 플라스틱 기판일 수 있다. 보다 바람직하게는 유리일 수 있다. 상기 유리는 건축용으로 사용되는 유리가 제한 없이 사용될 수 있고, 예를 들어, 약 2mm 내지 약 12mm의 두께일 수 있고, 사용 목적 및 기능에 따라 달라질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.In the functional building material for windows and doors of the present invention, the
본 발명의 창호용 기능성 건축 자재는 상기 투명 기재 (10)의 상부에 저방사 코팅(20)이 코팅되어 있고, 최상부 보호층(100)은 저방사 코팅(20)의 상부에 증착되어 보호 역할을 한다. The functional building material for windows and doors of the present invention has a low-emissivity coating (20) coated on the top of the transparent substrate (10), and the top protective layer (100) is deposited on the top of the low-emission coating (20) to play a protective role. do.
상기 저방사 코팅(20)은 다층 박막 구조일 수 있다. 상기 저방사 코팅(20)은 임의의 적합한 광학 적층 구조일 수 있고 특별히 제한되지 않는다. 상기 저방사 코팅(20)은 바람직하게는 적어도 하나의 은 층, 상기 은 층을 보호하기 위한 적어도 하나의 배리어층, 선택적으로 열 처리 동안 산화로부터 은 층을 보호하는 적어도 하나의 차단층, 유전체층 등에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 저방사 코팅(20) 구조 내의 상기 층들은 광학 특성의 향상 또는 개질을 위해 다양하게 배열되거나 또는 변경될 수 있다.The low-
상기 저방사 코팅 구조는 투명 기재 위에서 1번 이상 반복될 수 있다. 전술한 층들 위 또는 아래에 다른 층들도 제공될 수 있다. 한편, 그 사이에 다른 층들이 제공될 수 있다. 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 한 다른 일 구현예에서 다른 층들이 추가될 수 있고, 또 다른 일 구현 예에서는 특정 층들이 제거될 수 있다. The low-emissivity coating structure may be repeated one or more times on the transparent substrate. Other layers may also be provided above or below the aforementioned layers. Meanwhile, other layers may be provided in between. Other layers may be added in another embodiment, and certain layers may be removed in another embodiment without departing from the purpose of the present invention.
바람직하게는 저방사 코팅(20)은 NiCr, Ag, ZnOx, TiOx 및 SiAlNx 중 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. Preferably, the low-
상기 최상부 보호층(100)은 창호용 기능성 건축 자재의 반사율 및 투과율 변화에 영향을 끼치지 않고, 투과 또는 반사와 같은 광학 특성에 심각하게 영향을 미치는 일 없이 저방사 코팅된 투명기재를 보호하고 스크래치를 실질적으로 감소시키는 보호층의 역할을 한다. The top
본 발명을 실시예들에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예들에 의해 한정되는 것은 아니다. The present invention is explained in more detail by examples. However, the following examples only illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.
실시예 1Example 1
투명 유리 기재에 마그네트론 스퍼터링 증착기를 이용하여 다층 구조의 저방사 코팅을 형성한다. 상기 저방사 코팅의 상부에 3 내지 5nm의 지르코늄을 증착시켜 제1 최상부 보호층을 형성한다. 상기 지르코늄은 공기중에서 일부 산화되어 지르코늄과 함께 제1 최상부 보호층을 형성한다. 상기 제1 최상부 보호층의 상부에 sp 혼성 오비탈 탄소를 증착시켜 1 내지 5nm 두께의 제2 최상부 보호층을 형성한다. 이 때 상기 제2 최상부 보호층은 그라파이트(graphite)를 타겟으로 사용하며, 진공도, 기판 온도, 압력, 가속 전압을 포함한 파워, 가스의 순도 등의 공정 제어를 통해 탄소와 산소의 다양한 결합들의 비율 과 sp 혼성 오비탈 내에서 sp3 혼성 오비탈의 비율을 제어하였다.A multi-layer low-emissivity coating is formed on a transparent glass substrate using a magnetron sputtering evaporator. A first uppermost protective layer is formed by depositing 3 to 5 nm of zirconium on top of the low-emissivity coating. The zirconium is partially oxidized in the air to form a first uppermost protective layer together with zirconium. Sp hybrid orbital carbon is deposited on the first top protective layer to form a second top protective layer with a thickness of 1 to 5 nm. At this time, the second uppermost protective layer uses graphite as a target, and the ratio of various bonds of carbon and oxygen is controlled through process control such as vacuum degree, substrate temperature, pressure, power including acceleration voltage, and gas purity. The ratio of sp 3 hybridized orbitals within sp hybridized orbitals was controlled.
비교예 1Comparative Example 1
투명 유리 기재에 마그네트론 스퍼터링 증착기를 이용하여 다층 구조의 저방사 코팅을 형성한다. 상기 저방사 코팅의 상부에 3 내지 5nm의 지르코늄을 증착시킨다. 상기 지르코늄은 공기중에서 일부 산화되어 지르코늄과 함께 최상부 보호층을 형성한다. A multi-layer low-emissivity coating is formed on a transparent glass substrate using a magnetron sputtering evaporator. 3 to 5 nm of zirconium is deposited on top of the low-emissivity coating. The zirconium is partially oxidized in the air and forms an uppermost protective layer together with zirconium.
실험예Experiment example
(1) 장기 보관 성능 가속 시험(1) Accelerated long-term storage performance test
도 6 및 7은 각각 상기 실시예 1(제2 최상부 보호층이 존재하는 경우) 및 비교예 1(제2 최상부 보호층이 존재하지 않은 경우)의 다층 구조를 온도 50℃, 습도 90%RH 에서 3주간 방치한 후, 표면의 핀홀(부식) 경향성을 광학현미경으로 관찰한 것이다. Figures 6 and 7 show the multilayer structures of Example 1 (when the second top protective layer is present) and Comparative Example 1 (when the second top protective layer is not present), respectively, at a temperature of 50°C and a humidity of 90%RH. After being left for 3 weeks, the pinhole (corrosion) tendency of the surface was observed using an optical microscope.
상기 실시예 1는 도 6와 같이 미세한 핀홀로서 육안으로 관찰 불가능한 수준, 다시 말하면 핀홀의 크기가 육안으로는 관찰되지 않은(최대 직경 20㎛ 이하) 미세 핀홀로 확인되었으며, 화학적 내구성이 개선된 것을 확인할 수 있다. Example 1 was confirmed to be a fine pinhole that cannot be observed with the naked eye as shown in Figure 6, that is, the size of the pinhole was not observed with the naked eye (maximum diameter of 20㎛ or less), and chemical durability was improved. You can check it.
반면 상기 비교예 1는 도 7과 같이 매우 큰 핀홀이 발생하여 육안으로 관찰되는 수준, 다시 말하면 육안으로도 명확하게 보이는 조대한 핀홀(부식)로 확인되었으며, 화학적 내구성이 떨어지고 불량 발생 가능성이 높음을 확인할 수 있다. On the other hand, in Comparative Example 1, as shown in FIG. 7, a very large pinhole was observed with the naked eye, that is, it was confirmed to be a coarse pinhole (corrosion) clearly visible to the naked eye, and the chemical durability was low and the possibility of defects was high. You can check it.
(2) 열강화에 의한 스크래치 확장 시험(얕은 스크래치)(2) Scratch expansion test by heat strengthening (shallow scratch)
도 8은 상기 실시예 1의 제2 최상부 보호층에만 스크래치를 재연한 후,도 9는 상기 비교예 1의 최상부 보호층(제1 최상부 보호층에 해당)에 스크래치를 재연한 후, 각각 약 650 ℃ 이상에서 열 강화 이후 스크래치 변화를 관찰한 것이다.Figure 8 shows scratches only on the second top protective layer of Example 1, and Figure 9 shows scratches on the top protective layer (corresponding to the first top protective layer) of Comparative Example 1, respectively. Scratch changes were observed after heat strengthening at ℃ or higher.
도 8에서 도시하는 바와 같이 상기 실시예 1에서는 제2 최상부 보호층에 형성된 스크래치가 열강화 이후 사라진 것이 관찰되었다. As shown in Figure 8, in Example 1, it was observed that scratches formed on the second uppermost protective layer disappeared after heat strengthening.
반면 도 9에서 도시하는 바와 같이 상기 비교예 1에서는 최상부 보호층에 형성된 스크래치가 열강화 이후 폭이 증가하여 육안으로 구분될 정도로 확장된 것이 관찰되었다. On the other hand, as shown in FIG. 9, in Comparative Example 1, it was observed that the scratches formed on the uppermost protective layer increased in width after heat strengthening and expanded to the point where they were visible to the naked eye.
(3) 열강화에 의한 스크래치 확장 시험(깊은 스크래치)(3) Scratch expansion test by heat strengthening (deep scratch)
도 10은 각각 1.0N 및 3.0N의 힘으로 상기 실시예 1의 제1 최상부 보호층 및 제2 최상부 보호층에 이르는 스크래치를 재연한 후 약 650 ℃ 이상에서 열 강화 이후 스크래치 변화를 관찰한 것이다.Figure 10 shows the scratch changes in the first and second top protective layers of Example 1 with forces of 1.0 N and 3.0 N, respectively, and observed after heat strengthening at about 650° C. or higher.
반면 도 11은 각각 1.0N 및 3.0N의 힘으로 상기 비교예 1의 최상부 보호층(제1 최상부 보호층)에 스크래치를 재연한 후, 약 650 ℃ 이상에서 열 강화 이후 스크래치 변화를 관찰한 것이다.On the other hand, Figure 11 shows scratch changes on the top protective layer (first top protective layer) of Comparative Example 1 with forces of 1.0N and 3.0N, respectively, and then observing changes in the scratch after heat strengthening at about 650°C or higher.
상기 실시예 1에서는 도 10과 같이 제1 최상부 보호층 및 제2 최상부 보호층에 걸쳐 형성된 스크래치가 열강화 이후 비교예 1에 비해 확장 정도가 개선된 것이 관찰되었다. 이는 앞에서 설명한 바와 같이, 제2 최상부 보호층의 존재로 인해 제1 최상부 보호층에 형성된 스크래치의 산화로 인한 확장이 억제되었기 때문이다.In Example 1, as shown in FIG. 10, it was observed that the degree of expansion of scratches formed across the first top protective layer and the second top protective layer was improved compared to Comparative Example 1 after heat strengthening. This is because, as described above, the expansion of scratches formed on the first top protective layer due to oxidation is suppressed due to the presence of the second top protective layer.
반면 상기 비교예 1에서는 도 11과 같이 최상부 보호층에 형성된 스크래치가 열강화 이후 폭이 증가하여 육안으로 구분될 정도로 확장된 것이 관찰되었다. On the other hand, in Comparative Example 1, as shown in FIG. 11, it was observed that the scratches formed on the uppermost protective layer increased in width after heat strengthening and expanded to the point where they were visible to the naked eye.
(4) 혼성 오비탈 비율 측정 시험(4) Hybridization orbital ratio measurement test
상기 실시예 1의 제2 최상부 보호층에 포함된 탄소의 혼성 오비탈의 혼성화 비율은 라만(Raman) 분석법을 이용하여 측정되었다. 한편 진공도, 기판 온도, 압력, 가속 전압을 포함한 파워, 가스의 순도 등의 공정 제어를 통해 얻어진 제2 최상부 보호층에 포함된 탄소의 결합은 하기의 표 1 및 도 12에 나타내었다. 한편, 표 1 및 도 12(a)(왼쪽)에서 종래예로 표시된 실험예는 통상적으로 알려진 공정 조건을 통해 제조된 탄소의 결합의 측정 결과이다.The hybridization ratio of carbon hybrid orbitals included in the second top protective layer of Example 1 was measured using Raman analysis. Meanwhile, the bonding of carbon contained in the second uppermost protective layer obtained through process control such as vacuum degree, substrate temperature, pressure, power including acceleration voltage, and gas purity is shown in Table 1 and Figure 12 below. Meanwhile, the experimental example indicated as a conventional example in Table 1 and FIG. 12(a) (left) is the measurement result of carbon bonding manufactured through commonly known process conditions.
[표 1][Table 1]
상기 분석을 통해 본 발명의 제2 최상부 보호층 탄소는 sp2와 sp3 오비탈의 혼합 형태이며 sp2 오비탈 비율이 높은 것을 확인할 수 있다. 실시예 1의 경우 종래예 대비, sp3 오비탈의 혼성 비율이 상대적으로 높고, 나아가 -O(산소) 결합기의 비율이 상대적으로 낮음을 상기 표 1로부터 확인할 수 있다. Through the above analysis, it can be confirmed that the carbon in the second uppermost protective layer of the present invention is a mixture of sp2 and sp3 orbitals and has a high sp2 orbital ratio. It can be seen from Table 1 above that in Example 1, compared to the conventional example, the hybridization ratio of sp3 orbitals is relatively high, and further, the ratio of -O (oxygen) bonding groups is relatively low.
먼저 -O(산소) 결합기의 비율이 낮다는 것은 제2 최상부 보호층 내의 탄소가 화학적으로 내구성이 높음을 의미할 수 있다. 나아가 sp3 오비탈의 혼성 비율이 높을수록, 물리적으로 안정한 다이아몬드 결합의 비율이 높음을 의미한다. 특히 실시예 1의 경우 sp3 오비탈의 혼성 비율이 sp2 오비탈의 혼성 비율 대비 90% 이상이고 탄소의 혼성 오비탈의 전체 혼성화 비율 중 sp3 오비탈의 혼성 비율이 40% 이상으로 높은 것은 본 발명의 실시예 1의 물리적 내구성이 매우 뛰어남을 의미한다. 또한 본 발명의 실시예 1에서 상대적으로 활성이 높은 산소와의 결합을 의미하는 -O(산소) 결합기의 전체 비율이 탄소의 전체 결합 비율 대비 13% 이하로 측정된 것은 본 발명의 실시예 1의 화학적 내구성 역시 매우 뛰어남을 의미한다.First, a low ratio of -O (oxygen) bonding groups may mean that the carbon in the second top protective layer is chemically durable. Furthermore, the higher the hybridization ratio of sp3 orbitals, the higher the proportion of physically stable diamond bonds. In particular, in the case of Example 1, the hybridization ratio of sp3 orbitals is more than 90% compared to the hybridization ratio of sp2 orbitals, and the hybridization ratio of sp3 orbitals among the total hybridization ratios of carbon orbitals is as high as 40% or more. This means that the physical durability is very excellent. In addition, in Example 1 of the present invention, the total ratio of -O (oxygen) bonding groups, which means bonding with relatively highly active oxygen, was measured to be 13% or less compared to the total bonding ratio of carbon. This means that the chemical durability is also very excellent.
결과적으로 표 1 및 도 12의 라만 스펙트럼 분석 결과는 본 실시예 1의 제2 최상부 보호층 내의 탄소는 물리적 및 화학적 내구성이 매우 우수함을 의미한다 할 것이다.As a result, the Raman spectrum analysis results in Table 1 and Figure 12 mean that the carbon in the second top protective layer of Example 1 has very excellent physical and chemical durability.
(5) 표면 거칠기 측정 시험(5) Surface roughness measurement test
아래의 표 2 및 도 13은 상기 실시예 1 및 비교예 1의 다층 구조의 표면 조도를 AFM(atomic force microscope)으로 측정한 결과를 나타낸다. Table 2 and Figure 13 below show the results of measuring the surface roughness of the multilayer structure of Example 1 and Comparative Example 1 using an atomic force microscope (AFM).
[표 2][Table 2]
본 발명의 비교예 1 대비 실시예 1의 평균 표면 거칠기 값은 약 18% 정도 개선되었다. 상기와 같은 개선된 표면 거칠기는 본 발명의 창호용 기능성 건축 자재의 외부 충격에 대한 스크래치 저항성뿐만 아니라 찍힘 저항성의 향상에 기여할 수 있다.The average surface roughness value of Example 1 compared to Comparative Example 1 of the present invention was improved by about 18%. The improved surface roughness as described above can contribute to improving not only the scratch resistance but also the dent resistance against external impact of the functional building material for windows and doors of the present invention.
한편, 본 발명의 제1 최상부 보호층(30)의 화학적 및 물리적 내구성 평가를 위해 이하의 실시예 2 및 비교예 2를 제조한 후 평가하였다.Meanwhile, in order to evaluate the chemical and physical durability of the first top
실시예 2Example 2
투명 유리 기재에 먼저 리액티브(reactive) 스퍼터링 증착기 또는 화학적 기상 증착을 통해 다층구조의 저방사 코팅이 형성된다. 상기 다층 구조의 저방사 코팅의 상부에 SiAlNx 조성의 유전체층이 형성된다. 상기 유전체층의 상부에 3 내지 5nm의 지르코늄을 증착시켜 제1 최상부 보호층을 형성한다. 상기 지르코늄은 공기중에서 일부 산화되어 지르코늄과 함께 제1 최상부 보호층을 형성한다.A multi-layer low-emissivity coating is first formed on a transparent glass substrate through a reactive sputtering evaporator or chemical vapor deposition. A dielectric layer of SiAlNx composition is formed on top of the multi-layer low-emissivity coating. A first uppermost protective layer is formed by depositing 3 to 5 nm of zirconium on top of the dielectric layer. The zirconium is partially oxidized in the air to form a first uppermost protective layer together with zirconium.
비교예 2Comparative Example 2
투명 유리 기재에 마그네트론 스퍼터링 증착기를 이용하여 다층 구조의 저방사 코팅을 형성한다. 상기 다층 구조의 저방사 코팅의 상부에 Si3N4:Al 조성의 유전체층이 형성된다. A multi-layer low-emissivity coating is formed on a transparent glass substrate using a magnetron sputtering evaporator. A dielectric layer of Si 3 N 4 :Al composition is formed on top of the multi-layer low-emissivity coating.
실험예Experiment example
(6) 물리적/화학적 내구성 평가(6) Physical/chemical durability evaluation
도 14 및 15은 각각 상기 실시예 2 및 비교예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 투명 투명 기판인 유리의 세척기의 브러쉬를 통과한 후 표면을 관찰한 것이다.Figures 14 and 15 show the surfaces of the functional building materials for windows and doors having a multi-layer structure of Example 2 and Comparative Example 2, respectively, after passing through the brush of a glass washer, which is a transparent transparent substrate.
상기 도 14 및 15에서 명확하게 도시한 바와 같이, 최상부 층이 Zr/ZrO 구조를 가지는 실시예 2는 표면에서 상대적으로 적은 수의 스크래치가 관찰된 반면 최상부 층이 유전체층을 가지는 비교예 2는 표면에서 상대적으로 많은 수의 스크래치가 관찰되었다. As clearly shown in FIGS. 14 and 15, a relatively small number of scratches were observed on the surface of Example 2, where the top layer had a Zr/ZrO structure, while Comparative Example 2, where the top layer had a dielectric layer, had scratches on the surface. A relatively large number of scratches were observed.
도 16 및 17은 각각 상기 실시예 2 및 비교예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 40℃, 90% RH(습도)에서 3일 내지 7일 동안 노출 후 표면을 관찰한 것이다.Figures 16 and 17 show the surfaces of the functional building materials for windows and doors having the multilayer structure of Example 2 and Comparative Example 2, respectively, after exposure to 40°C and 90% RH (humidity) for 3 to 7 days.
상기 도 16에서 명확하게 도시한 바와 같이, 최상부 층이 Zr/ZrO 구조를 가지는 실시예 2는 표면에서 비록 노출 시간이 증가할수록 표면에서의 부식점의 개수가 증가하는 경향을 보였으나 3일 동안의 노출에서는 대략 20개 수준으로 양호한 화학적 내구성을 가지며 7일 동안의 장기간의 노출 후에도 60개 이하의 우수한 내구성을 보였다.As clearly shown in FIG. 16, Example 2, in which the uppermost layer has a Zr/ZrO structure, showed a tendency for the number of corrosion points on the surface to increase as the exposure time increased, but showed corrosion for 3 days. Upon exposure, it had good chemical durability at approximately 20, and showed excellent durability at less than 60 even after long-term exposure for 7 days.
이에 반해 최상부 층이 유전체층을 가지는 비교예 2는 도 17에서 명확하게 드러나듯이 비교적 짧은 노출시간인 3일 동안의 노출 후에도 200개 이상의 부식점이 관찰되었고 7일 동안의 장기간의 노출 후에는 생성된 부식점의 성장이 육안으로도 관찰되었다.On the other hand, in Comparative Example 2, where the uppermost layer has a dielectric layer, more than 200 corrosion points were observed even after exposure for 3 days, which is a relatively short exposure time, as clearly shown in FIG. 17, and after long-term exposure for 7 days, the corrosion points created Growth was also observed with the naked eye.
도 14 내지 17의 상기 실험 결과는, 최상부 층이 Zr/ZrO 구조를 가지는 실시예 2는 우수한 물리적 및 화학적 내구성을 가짐을 직접적으로 입증하는 것이며 동시에 Zr/ZrO 적층 구조가 창호용 기능성 건축 자재의 내구성 향상에 매우 효과적인 적층구조임을 직접적으로 입증하는 것이라 할 수 있다.The experimental results of FIGS. 14 to 17 directly demonstrate that Example 2, in which the uppermost layer has a Zr/ZrO structure, has excellent physical and chemical durability, and at the same time, the Zr/ZrO laminated structure demonstrates the durability of functional building materials for windows and doors. This can be said to directly prove that it is a very effective layered structure for improvement.
(7) 내산/내염기 평가(7) Acid/base resistance evaluation
도 18 및 19는 각각 상기 실시예 2 및 비교예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 각각 pH 2 및 pH 12의 산성 및 염기성 용액에 5분간 노출된 후의 색상변화(△E)를 측정한 결과이다. 특히 △E 값은 색 좌표계에서 L, a, b 값의 변화에 대한 정도 값이며, 변색 정도를 나타내는 대표적인 지표이다.Figures 18 and 19 measure the color change (ΔE) after the functional building materials for windows and doors having the multilayer structure of Example 2 and Comparative Example 2 were exposed to acidic and basic solutions of
특히 도 18에서 도시한 바와 같이, 최상부 층이 유전체층을 가지는 비교예 2는 투과 색상 변화(color (T))과 유리면 반사 색상 변화(color (S))가 1 이상, 코팅면 반사 색상 변화(color R)는 2 이상의 변색이 발생한 반면, 최상부 층이 Zr/ZrO 구조를 가지는 실시예 2는 투과 색상 변화(color (T))과 유리면 반사 색상 변화(color (S))가 1 미만, 코팅면 반사 색상 변화(color R)는 2 미만의 매우 우수한 변색 특성을 가짐을 확인할 수 있었다.In particular, as shown in FIG. 18, Comparative Example 2, in which the uppermost layer has a dielectric layer, has a transmission color change (color (T)) and a glass surface reflection color change (color (S)) of 1 or more, and a coating surface reflection color change (color). R) had a discoloration of 2 or more, while Example 2, in which the uppermost layer had a Zr/ZrO structure, had a transmission color change (color (T)) and a glass surface reflection color change (color (S)) of less than 1, and a coating surface reflection. It was confirmed that the color change (color R) had very excellent discoloration characteristics of less than 2.
1, 10: 투명 기재
2, 20: 저방사 코팅
3: 최상부 보호층
30: 제1 최상부 보호층
31: 메탈 보호층
32: 세라믹 보호층
40: 제2 최상부 보호층
100, 200: 최상부 보호층1, 10: Transparent substrate
2, 20: low-emissivity coating
3: Top protective layer
30: first top protective layer
31: Metal protective layer
32: Ceramic protective layer
40: second top protective layer
100, 200: Top protective layer
Claims (11)
상기 투명 기재의 상부에 위치하는 하나 이상의 층을 포함하는 저방사 코팅; 및
상기 저방사 코팅의 상부에 위치하는 최상부 보호층;을 포함하며,
상기 최상부 보호층은 금속 지르코늄과 지르코늄 산화물을 포함하는 제1 최상부 보호층;
상기 제1 최상부 보호층 상에 위치하며 탄소를 포함하는 제2 최상부 보호층;을 포함하고,
상기 제1 최상부 보호층과 상기 제2 최상부 보호층 사이에 위치하는 유전체층;을 포함하며,
상기 제2 최상부 보호층은 열 강화 단계에서 연소되는 창호용 기능성 건축 자재.
transparent substrate;
A low-emissivity coating comprising one or more layers located on top of the transparent substrate; and
It includes a top protective layer located on top of the low-emissivity coating,
The top protective layer includes a first top protective layer including metal zirconium and zirconium oxide;
A second top protective layer located on the first top protective layer and containing carbon,
It includes a dielectric layer located between the first top protective layer and the second top protective layer,
The second top protective layer is a functional building material for windows and doors that is burned in the heat strengthening step.
상기 탄소의 혼성 오비탈의 전체 혼성화 비율 중 sp3 오비탈의 혼성 비율이 40% 이상인 창호용 기능성 건축 자재.
According to claim 1,
A functional building material for windows and doors in which the hybridization ratio of sp 3 orbitals is 40% or more among the total hybridization ratio of carbon hybridization orbitals.
탄소의 -O(산소) 결합기의 전체 비율이 탄소의 전체 결합 비율 대비 15% 이하인 창호용 기능성 건축 자재.
According to claim 1,
A functional building material for windows and doors in which the total ratio of -O (oxygen) bonding groups to carbon is 15% or less compared to the total bonding ratio of carbon.
상기 제2 최상부 보호층의 RMS 표면 조도는 0.5 ㎚ 이하인 창호용 기능성 건축 자재.
According to claim 1,
A functional building material for windows wherein the second top protective layer has an RMS surface roughness of 0.5 nm or less.
상기 창호용 기능성 건축 자재는 온도 50℃, 습도 90%RH 에서 3주간 방치하는 장기 보관 성능 가속 시험 후 표면 핀홀의 최대 직경이 20㎛ 이하인 창호용 기능성 건축 자재.
According to claim 1,
The functional building material for windows has a maximum surface pinhole diameter of 20㎛ or less after an accelerated long-term storage performance test in which the functional building material for windows is left at a temperature of 50℃ and a humidity of 90%RH for 3 weeks.
상기 제2 최상부 보호층의 두께는 1 내지 5nm인 창호용 기능성 건축 자재.
According to claim 1,
A functional building material for windows wherein the second top protective layer has a thickness of 1 to 5 nm.
상기 지르코늄의 두께는 1 내지 2㎚이고, 상기 지르코늄 산화막의 두께는 2 내지 3nm인 창호용 기능성 건축 자재.
According to claim 1,
A functional building material for windows wherein the zirconium has a thickness of 1 to 2 nm, and the zirconium oxide film has a thickness of 2 to 3 nm.
pH 2의 산성 용액에 5분간 노출된 후, 상기 창호용 기능성 건축 자재의 색상변화(△E)는 투과 색상 변화(color (T))와 유리면 반사 색상 변화(color (S))가 1 미만, 코팅면 반사 색상 변화(color R)는 2 미만인 창호용 기능성 건축 자재.
According to claim 1,
After exposure to an acidic solution of pH 2 for 5 minutes, the color change (△E) of the functional building material for windows is less than 1, with the transmission color change (color (T)) and the glass surface reflection color change (color (S)) being less than 1, A functional building material for windows with a coating surface reflection color change (color R) of less than 2.
상기 저방사 코팅은 배리어층, 차단층, 유전체층에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재.According to claim 1,
The low-emission coating is a functional building material for windows and doors including at least one selected from a barrier layer, a blocking layer, and a dielectric layer.
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