KR100827922B1 - 김서림 방지방법 및 이를 이용하여 제조된 유리 및 렌즈 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 김서림 방지방법은, 투명 수정을 10나노미터 이하의 크기로 분쇄하여 미세한 입자들로 만드는 단계; 분쇄한 미세 입자들을 세정수에 혼합하여 수정 현탁액을 제조하는 단계; 유리, 플라스틱 또는 렌즈와 같은 대상물을 상기 수정 현탁액에 담그고 대상물을 상하운동 또는 좌우운동시켜, 상기 수정 현탁액을 대상물의 다수의 공극 내부로 진입시키는 단계; 및 대상물을 현탁액에서 꺼내어 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

김서림, 수정분말, 현탁액, 공극

Description

김서림 방지방법 및 이를 이용하여 제조된 유리 및 렌즈{Method of preventing fog on glass and rens}

본 발명은 유리 및 렌즈의 김서림 방지방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 유리나 렌즈의 제작 시에 형성되는 다수의 공극에 미세한 수정분말을 충진시킴으로써 유리나 렌즈에 형성되는 김서림을 최적으로 방지하면서도 유리나 렌즈의 표면강도를 그대로 유지할 수 있고 김서림의 효과를 영구적으로 얻을 수 있도록 한 유리 및 렌즈의 김서림 방지방법에 관한 것이다.

기온이 내려가면 우리는 일상생활에서 곧 유리나 안경렌즈에 뿌연 김이 서려서 앞이 보이지 않는 답답한 현상을 경험하게 된다. 또한 욕실에서 거울을 사용하려 할 때 거울에 김이 서려 보이지 않게 되어 물을 끼얹게 되는 경험을 해 본 사람들도 다수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 불편한 점을 제거하는데 목적이 있다.

이러한 김서림 현상은 고체 표면이 저온 환경에서 고온 다습한 환경으로 전이될 때 그 표면 온도가 대기의 이슬점보다 낮아질 경우 수증기가 표면에 응축하여 다량의 작은 물방울로 바뀌게 되어 발생하는 현상으로, 수증기와 고체 표면의 접촉 각이 30°이하 보다 바람직하게는 10°이하의 상태가 될 경우 공기 중의 수분이나 김이 결로하더라도 하나의 수막이 되어 응축물은 개개의 물방울을 형성하지 않는 것으로 알려져 있으며, 고체의 표면을 친수성을 띠게 하려는 노력이 계속되고 있다.

유리, 플라스틱, 안경 렌즈 등은 양품이라 할지라도 그 표면에는 크기가 1㎛ 미만의 미세한 요철들 및 공극들이 매우 많이 존재하는데 특히 이러한 미세한 공극들은 조성물 원소들 간의 결합 구조에 의하여 자연적으로 형성되거나 가공 중 불가피하게 형성되게 된다.

유리, 플라스틱, 안경 렌즈 등은 표면이 친수성으로 되어 있다고 하여도 시일이 경과함에 따라 유기물 입자 등의 오염물질들이 표면에 흡착되어 친수성이 떨어지게 하며 물방울이 응축되는 핵의 역할을 한다.

특히 공극들 속으로 흡착된 오염물질들은 공극벽과 반데르발스 인력이 작용하여 더욱 강하게 흡착되어 제거하기가 어렵게 되므로, 일단 흡착이 된 후에는 지속적으로 친수성을 떨어지게 한다.

현재 사용되고 있는 김서림 방지 방법은 크게 세 가지로 구분될 수 있다.

첫째는 접착력이 좋고 투명하며 친수성이 좋은 실리카 졸이나 이산화티타늄을 혼합하여 물체에 도포하는 방법이 있다. 강도를 좀 더 높이기 위하여 자외선 경화를 이용하는 UV 코팅도 여기에 포함된다. 그러나 이 방법에 의하여 만들어지는 피막의 강도에는 한계가 있어서 3H를 넘지 못한다. 또한 피막을 아무리 얇게 하여 도 도포 물질의 굴절율이 다르기 때문에 다양하게 시각상 효과를 주기 위하여 처리된 멀티의 효과가 사라지게 되어 실용성이 없어지는 문제가 있다.

두 번째는 플라즈마로 표면을 처리하는 방법이 있다. 산소, 수소, 질소, 헬륨, 아르곤 등의 플라즈마를 이용하여 대상물의 표면을 개질하는 것은 분명히 효과는 있으나 어떤 플라즈마도 처리 두께 또는 깊이를 증가시키려 하면 물체에 변질이 오기 때문에 극히 얇게 할 수밖에 없다. 결과적으로 개질된 피막의 강도가 약하여 한번 문지르기만 하여도 효력이 상실되는 정도이므로 처리 효과가 미흡하다.

세 번째로 피막에 전도성 물질로 전기 회로를 구성하는 방법이 있는데 자동차 유리창에 도선을 깔아 전기를 가하면 발열을 하도록 한 것이 이 방법을 활용한 사례의 하나이다. 이 방법은 사용처가 제한되며 시설비 및 유지비가 들어가게 되는 단점이 있다. 단순히 유리 자체가 김서림을 방지하도록 하는 것과는 비교가 되지 않을 것이다.

또한, 김서림이 발생하는 물체 표면에 친수성을 갖는 유기물 코팅층을 형성시키는 방법들로서, 실란 화합물(한국공개특허 2002-042787; 미국특허 6,040,053 및 4,625,031; 일본공개특허 2001-337211), 폴리우레탄 화합물(한국공개특허 2002-010251; 미국특허 4,789,720, 4,743,673, 4,451,635 및 3,975,350), 계면활성제에 친수성 유기물을 포함한 세정 및 도포액(한국공개특허 2000-073475, 1999-０83774, 1994-024028; 미국특허 4,615,738, 5,716,921, 5,254,284, 4,374,745, 5,846,650, 6,384,120; 일본공개특허 1999-137389 및 2001-233979), 폴리에테르 블로카미드 화 합물(한국공개특허 1997-706346), 알파 올레핀(한국공개특허 1997-033826), 폴리비닐 알콜(미국특허 4,127,682), 에스테르 화합물(미국특허 6,046,254 및 4,486,552; 일본특허 4180942 및 10148705), 폴리 에틸렌 옥시 알콜(영국특허 767,955), 합성수지 필름(유럽특허 0933400 및 0931805; 미국특허 5,567,533 및 5,520,764; 일본특허 11335486), 유기 실리콘 화합물(일본공개특허 2000-239655), 유기 및 무기 혼합물 코팅(일본특허 9113704) 등이 있으며 대부분이 습식도포 후 건조하거나 유기물 라미네이트를 부착시키는 방법으로 코팅한다.

상기와 같은 각종 유기물의 친수능은 대부분 경시 열화되거나, 박막의 균일한 코팅층 형성이 어렵거나, 코팅막의 투명도가 떨어지거나, 코팅막의 강도가 약해지는 등 김서림 방지용 코팅막으로 사용하거나 응용할 때 김서림 방지능이 쉽게 저하되고 내구성 떨어질 뿐 아니라, 광학기구에의 응용 제한 등의 문제점들이 있다.

상기 외에도, 플라즈마를 이용하여 친수성 고분자 중합막을 코팅하는 방법이 한국공개특허 2001-013160, 2001-013156, 1999-047370 및 1999-041210 또는 학술지 ("Plating and Surface Finishing" 1994년도 10월호 52쪽) 등에 개시되어 있는 바, 상기 방법들은 탄화수소 및 질소가 함유된 진공분위기 내에 직류 또는 고주파 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마 내에 소지 표면의 위치와 인가 전류를 조절하여 친수성의 고분자(탄소, 수소, 질소 및 산소의 화합물) 중합막을 물체의 표면에 코팅시키는 방법으로서, 특정 제조 조건에서 형성되는 중합막의 친수성에 따라 김서림의 방지 성능의 정도가 결정된다.

즉, 소지 표면의 형상과 위치 및 방전 조건에 따라 중합막의 두께와 친수성 의 차이가 심하여 균일성을 확보하기 어렵고, 플라즈마 가열 및 중합막의 안정화를 위한 열처리에 의한 소지 물질이 열변화를 많이 받게 되는 문제점들이 있다.

또한, 상기 특허들은 대부분 코팅막을 형성하여 김서림을 방지하는 것으로 공극에 투명 수정분말을 충진하여 김서림을 방지하는 본 발명의 기술과는 완전히 상이한 기술들이다.

본 발명의 목적은 상기의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 코팅막을 형성하는 것 대신에 공극에 미세한 수정분말을 충진시킴으로써, 장기간 동안 김서림 방지효과를 갖도록 하는 김서림 방지방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 코팅막을 형성하지 않음으로써, 유리나 렌즈의 표면강도를 그대로 유지할 수 있으며 최초 원물체에 어떠한 영향이나 변화도 주지 않도록 한 김서림 방지방법을 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 제조가 간편하고 환경친화적이며 그로 인해 경제성 및 생산성을 크게 증대시킬 수 있도록 한 김서림 방지방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 김서림 방지방법은, 유리, 플라스틱 또는 렌즈의 표면에 피막을 형성하지 않고, 다수의 공극에 수정입자를 침투시키는 김서림 방지방법으로서,
투명 수정을 10나노미터 이하의 크기로 분쇄하여 미세한 수정입자들로 만드는 단계; 분쇄한 상기 미세 수정입자들을 세정수에 혼합하고, 계면활성제를 0.1∼1% 추가로 혼합하여 수정 현탁액을 제조하는 단계; 상기 수정 현탁액을 가열하는 단계; 유리, 플라스틱 또는 렌즈와 같은 대상물을 상기 가열된 수정 현탁액에 담그고 대상물을 상하운동 또는 좌우운동시켜, 상기 수정 현탁액을 대상물의 다수의 공극 내부로 진입시키는 단계; 및 대상물을 현탁액에서 꺼내어 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 수정 현탁액을 제조하는 단계는, 세정수에 상기 수정입자를 혼합하여 교반기로 교반하여 12%의 현탁액으로 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기 계면활성제는 실리콘계 폴리에틸렌 올레일(polyethylene oleyl) 또는 비실리콘계 음이온 소디움 디옥틸석시네이트(sodium dioctylsuccinate)인 것을 특징으로 한다.

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

본 발명에 따른 김서림 방지방법에 의하여 제조된 발명품은 그 표면에 어떠한 도막도 형성하지 않음으로써, 원물체의 표면강도를 그대로 유지할 수 있고, 어떠한 물리적인 영향이나 변화를 주지 않으며, 영구적으로 김서림이 방지될 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명은 제조 시설면에 있어 극히 간결하고 환경친화적이며 경제성 및 생산성이 극히 우수하고, 적은 인원으로 대량생산을 할 수 있다는 장점이 있다.

본 출원인은 김서림을 제거하는 방안을 찾기 위하여 고심하던 중 예로부터 수정렌즈의 안경이 여름에는 시원하고 겨울에는 김이 서리는 현상이 거의 없는 점을 상기하여, 분쇄 또는 침전 분리 등의 방법으로 얻어지는 10나노미터 정도 크기의 미세한 SiO₂ 또는 투명 수정 입자들을 유리, 플라스틱, 안경 렌즈 등의 표면에 분산되어 존재하는 공극들 속에 침투시켜 고정시킴으로써, 이들 입자들이 친수성을 발현시켜 김서림을 방지하게 하는 방법을 고안하게 되었다.

즉, 유리, 플라스틱, 안경 렌즈 등에 형성된 미세한 공극들을 더욱 미세한 크기의 투명한 수정 또는 SiO₂ 입자들로 채운 후 더 이상 이탈이 되지 않도록 그 자리에 고정시키면 대상물의 표면은 친수성 표면적이 수배까지 증가하게 되어 친수성이 향상되고, 유기물 입자 등의 오염물질들은 유리, 플라스틱, 안경렌즈 등의 표면에만 흡착되어 사용 중 용이하게 제거될 수 있게 되며, 공극 속에 고정된 입자들은 대상물의 표면을 세척하거나 닦아도 그대로 존재하게 되므로 장기간 친수성을 유지할 수 있게 된다.

또한 이 방법에 의하면 표면에 존재하는 미세한 공극들이 투명한 수정 또는 SiO₂ 입자들로 메워지므로 유리, 플라스틱, 안경 렌즈의 선명도까지 높아지는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 김서림 방지방법에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 김서림 방지방법은,

(1) 투명 수정을 10나노미터 이하의 크기로 분쇄하여 미세한 입자들로 만든 다.

(2) 분쇄한 미세 입자들을 사용하여 12% 정도의 수정 현탁액을 만든다.

수정 현탁액의 농도가 12% 이하일 경우에는 수정분말의 양이 너무 적어서 공극에 함침되기가 쉽지 않고, 12% 이상일 경우에는 수정분말의 양이 너무 많아서 함침이 잘 안되는 문제점이 있다.

상기 수정 현탁액은 세정수에 미세한 수정입자를 혼합하여 교반기로 수 분동안 교반하여 제조한다. 또한, 상기 현탁액에 계면활성제를 세정수 대비 0.1∼1% 만큼 혼합하여 추가로 수 분동안 재차 교반한다.

상기 계면활성제는 실리콘계 폴리에틸렌 올레일(polyethylene oleyl) 또는 비실리콘계 음이온 소디움 디옥틸석시네이트(sodium dioctylsuccinate)인 것이 바람직하다.

나노 입자의 특성상 계면활성제는 사용하지 않아도 무방하지만, 미세한 수정입자들이 공극으로 침투하는 것을 촉진시키기 위하여 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다.
(3) 상기 수정 현탁액을 가열한다.
하기 표1에 기재된 바와 같이, 대상물이 유리일 경우에는 현탁액을 94∼98℃로 가열하고, 대상물이 일반렌즈일 경우에는 현탁액을 70∼76℃로 가열하며, 대상물이 멀티렌즈일 경우에는 현탁액을 58∼62℃로 가열한다.

(4) 유리, 플라스틱, 렌즈 등의 대상물을 상기 수정 현탁액에 담그고 대상물을 상하운동 또는 좌우운동시킨다.

이와 같이, 대상물을 수정 현탁액 속에서 상하운동 또는 좌우운동을 시킴으로써, 상기 현탁액이 골고루 다수의 공극 내부로 진입시킬 수 있는 것이다.

이때, 수정 현탁액의 온도, 함침 시간 및 운동 횟수는 대상물의 크기나 두께 등에 따라 달라질 수 있으며, 최적의 범위를 하기 표 1에 기재하였다.

대상물	유리	일반렌즈	멀티렌즈
현탁액 온도	94-98℃	70-76℃	58-62℃
함침 시간	16시간	20시간	24시간
대상물 운동횟수	60회/분	80회/분	80회/분

(5) 대상물을 현탁액에서 꺼내어 건조시킨다.

건조 방법은 건조실에서 외부의 오염을 차단한 상태로 건조시킬 수도 있고, 자연건조시킬 수도 있다.

건조가 되는 과정에서 유리, 플라스틱, 렌즈 등의 표면에 존재하는 공극들 속으로 침투한 투명 수정 미세 입자들은 자체들끼리 결합을 하여 큰 입자로 되거나 공극 벽들과 결합을 하여 공극들 속에서 고정된다.

대상물의 형태에 따라 내부를 650mmHg 내지 860mmHg(1기압) 범위의 저진공 상태로 유지하는 반응기를 이용하여 함침을 촉진시키고 함침 시간을 수 시간 정도로 단축시킬 수도 있다.

친수성 물질들은 SiO₂만은 아니다. TiO₂, BaTiO₃, TaTiO₃, LiNbO₃, KNbO₃, B₁₂GeO₂₀ 등이 있으며 이들 중에는 투명하고 친수성을 나타내는 것들이 있으나 많은 입자들이 집합하여 중첩을 하게 되면 굴절율이 심하게 왜곡되거나 투명이 떨어지거나 친수성에 이상이 생긴다.

이하, 본 발명에 따른 김서림 방지방법의 실시예를 설명한다.

<실시예>

수정분말(SiO₂)을 10나노미터로 분쇄하여 준비하고, 분쇄된 수정분말 1,2g을 물 100g에 혼합한 다음 고속 교반기로 10분간 교반한다. 그 후 계면활성제(실리콘계 폴리에틸렌 올레일) 0.6g을 추가로 투입하여 3분간 재교반한 후, 8시간 정지시켜 침전된 큰 입자를 제거하여 현탁액을 정비시킨다. 상기 현탁액을 58∼62℃의 온도로 가열한 후에, 상기 현탁액에 멀티렌즈를 24시간 동안 상하로 운동시키면서 함침시킨다. 함침이 완료된 후에 대상물을 자연건조시켜서 제품을 완성한다.

유리에 본 발명의 김서림 방지방법을 처리하기 이전과 처리한 후의 상태를 전자현미경으로 10만배 확대하여 촬영한 사진을 도 1에 도시하고, 멀티렌즈에 본 발명의 김서림 방지방법을 처리하기 이전과 처리한 후의 상태를 전자현미경으로 10만배 확대하여 촬영한 사진을 도 2에 도시하였다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 처리 전의 사진에는 다수의 공극들이 형성되어 있음을 알 수 있는 반면에, 처리 후의 사진에서는 공극들이 수정분말들로 채워저서 공극들을 찾아볼 수 없음을 쉽게 알 수 있다.

본 발명은 종래의 김서림 방지방법인 코팅이나 도막을 형성하는 것이 아니라 공극을 수정분말로 충진시키는 것이기 때문에, 거의 영구적으로 김서림 방지를 할 수 있는 효과가 있는 것이다. 종래의 김서림 방지방법은 코팅막이 벗겨지거나 손상될 경우에 김서림 방지효과가 없어지는 문제가 있었지만, 본 발명에서는 그런 문제점이 전혀 없는 장점이 있는 것이다.

도 1은 유리에 본 발명의 김서림 방지방법을 처리하기 이전과 처리한 후의 상태를 전자현미경으로 10만배 확대하여 촬영한 사진이다.

도 2는 멀티렌즈에 본 발명의 김서림 방지방법을 처리하기 이전과 처리한 후의 상태를 전자현미경으로 10만배 확대하여 촬영한 사진이다.

Claims (7)

1. 유리, 플라스틱 또는 렌즈의 대상물 표면에 피막을 형성하지 않고, 대상물에 존재하는 다수의 공극에 수정입자를 침투시키는 김서림 방지방법으로서,

   투명 수정을 10나노미터 이하의 크기로 분쇄하여 미세한 수정입자들로 만드는 단계;

   분쇄한 상기 미세 수정입자들을 세정수에 혼합하고, 계면활성제를 0.1∼1% 추가로 혼합하여 수정 현탁액을 제조하는 단계;

   상기 수정 현탁액을 가열하는 단계;

   유리, 플라스틱 또는 렌즈와 같은 대상물을 상기 가열된 수정 현탁액에 담그고 대상물을 상하운동 또는 좌우운동시켜, 상기 수정 현탁액을 대상물의 다수의 공극 내부로 진입시키는 단계; 및

   대상물을 현탁액에서 꺼내어 건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 김서림 방지방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수정 현탁액을 제조하는 단계는,

   세정수에 상기 수정입자를 혼합하여 교반기로 교반하여 12%의 현탁액으로 제조하는 것을 특징으로 하는 김서림 방지방법.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 계면활성제는 실리콘계 폴리에틸렌 올레일(polyethylene oleyl) 또는 비실리콘계 음이온 소디움 디옥틸석시네이트(sodium dioctylsuccinate)인 것을 특징으로 하는 김서림 방지방법.
5. 제 1항, 제 2항 및 제 4항 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조되어,

   유리의 표면에 피막을 형성하지 않고, 다수의 공극에 10나노미터 이하 크기의 미세한 수정입자를 침투시켜 형성되어 김서림을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 유리.
6. 제 1항, 제 2항 및 제 4항 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조되어,

   플라스틱의 표면에 피막을 형성하지 않고, 다수의 공극에 10나노미터 이하 크기의 미세한 수정입자를 침투시켜 형성되어 김서림을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱.
7. 제 1항, 제 2항 및 제 4항 중 어느 한 항의 제조방법에 따라 제조되어,

   렌즈의 표면에 피막을 형성하지 않고, 다수의 공극에 10나노미터 이하 크기의 미세한 수정입자를 침투시켜 형성되어 김서림을 방지할 수 있는 것을 특징으로 하는 렌즈.

Images