KR100966248B1 - 유리용 수용성 열방사 방지 도료 및 열방사 방지 유리 및 열방사 방지방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 전체 음이온량이 700mgCaCO3/L 이하인 탈이온수에 화학식 1의 실란 커플링제(여기서, X는 유기 재료와의 반응성 또는 상용성이 있는 그룹이고, R1, R2 및 R3은 OH 그룹 또는 가수분해하여 실란올을 생성시킬 수 있는 그룹이다) 0.001 내지 10중량%를 배합하여 수득하는 유리용 수용성 열방사 방지 도료에 관한 것으로, 당해 도료를 유리 기판의 한쪽 면에 도포하여 열방사 방지 피막을 형성시킨 뒤, 피막면을 공간 내부로 향하도록 배치함으로써 유리로부터 내부로의 열방사를 방지할 수 있다. 따라서, 유리에 대한 밀착성과 내구성이 뛰어난 열방사 방지 피막을 균일하고 간편하게 형성시킬 수 있다. 본 발명은 또한 이러한 피막이 설치되어 있는 열방사 방지 유리, 및 유리로부터의 열방사를 방지하는 방법을 제공할 수 있다.
화학식 1
열방사 방지, 도료, 유리
Description
[기술분야]
본 발명은 열방사 방지능을 갖는 피막을 형성시킬 수 있는 신규한 유리용 수용성 열방사 방지 도료, 및 유리 기판에 이러한 열방사 방지능을 갖는 피막이 설치되어 있는 신규한 열방사 방지 유리, 및 이를 사용한 열방사 방지방법에 관한 것이다. 상세하게는 본 발명은 건물이나 차량 등의 폐쇄된 공간의 창 유리면이 일사에 의해 가열되어 온도가 상승하더라도, 일사열을 흡수한 유리로부터 폐쇄 공간내로의 열방사를 방지할 수 있는 피막을, 저렴하고도 간편하게 형성시킬 수 있는 피막형성재료, 및 이러한 열방사 방지 피막이 설치됨으로써 피막측으로부터 폐쇄 공간내로의 열방사를 방지할 수 있는 열방사 방지 유리에 관한 것이다.
[배경기술]
일반적으로, 건물이나 차량 등 유리창이 있는 폐쇄 공간을 갖는 것에 있어서는 유리면이 일사에 의해 가열되어 고온으로 되고, 유리에 흡수된 일사열이 실내나 차내 등의 폐쇄 공간 내부에 방사되어 내부의 온도가 상승하고, 특히 하절기 등에 에어콘의 효과가 나빠지는 등의 여러 가지 문제를 야기하는 경우가 있다.
이러한 일사열의 방사를 방지하기 위해, 종래부터, 각종 무기질 또는 유기질물질을 사용한, 일사를 흡수하는 열선 흡수 유리나 일사를 반사하는 열선 반사 유리 등이 개발되어 있다. 그러나, 이들은 유리를 투과하여 직접 폐쇄 공간내에 입사하는 일사열을 차단시키기 위해, 일사열 자체를 흡수하는 유기물이나 무기물을 사용하거나, 일사열을 반사하는 금속이나 무기물 등을 사용한다.
이러한 일사열을 직접 흡수하거나 반사하는 열선 흡수 유리나 열선 반사 유리에 있어서, 일사열 차단효과를 높이기 위해서는 일사열을 흡수하거나 반사하는 물질을 증가시키는 방법이 있지만, 비용이 비싸지거나, 혹은 가시광선 대역의 투명도가 크게 저하하기 때문에 내부가 어두워지는 등의 실용면에서의 불리함을 동반한다.
또한, 일사열을 흡수하는 유리는 유리에 흡수된 열이 시간이 지남에 따라 다시 내부에 열방사되기 때문에, 폐쇄 공간 내부의 열부하의 저감을 크게 기대할 수 없다는 결점이 있었다.
한편, 일사열을 반사하는 유리는 상온 열방사의 파장역의 파장을 거의 흡수하지 않기 때문에 재방사의 원인이 되지 않지만, 이들도 마찬가지로, 적외선을 반사시키는 금속이나 세라믹스 등을 사용하고 있기 때문에 가시광선까지 반사하여 속이 어두워지는 결점이 있었다.
이를 해결하기 위해서 금속층을 중앙에 배치하고, 이의 양측에 금속커버층을 형성함으로써 굴절률을 조정하여 가시광선 투과율을 70% 정도까지 올리고, 유리에 접착함으로써 적외선을 반사시키는 다층계의 보온재(일본 공개특허공보 제(소)59-103749호)나, 방사를 저하시키는 저방사막으로서 SnO2:F 막을 사용하여, 색 불균일성(色ムラ)을 저감시키기 위해 SnO2막과 SiO2막을 유리 기판 가운데에 적층한 저방사 유리와 당해 저방사 유리를 사용한 유리 물품(일본 공개특허공보 제2001-2449호) 등이 있지만, 가시광선 대역의 투명도는 아직 충분하다 할 수 없다.
또한, 이러한 유리 및 필름을 제조하기 위해서는, 금속이나 세라믹을 유리에 코팅시키기 위해 진공증착이나 스퍼터링 등의 장치를 사용해야 하기 때문에, 경제적으로도 크게 불리해진다.
이러한 사실로부터, 가시광선 대역에서의 투명도가 높고, 일사열을 흡수한 유리로부터의 열방사를 방지하여 일사에 의한 열부하를 저감시킬 수 있는 저렴한 열방사 방지 유리가 기대되고 있었다.
이에 대해, 본 발명자들은 유리 기판의 한쪽 면에 가시광선 투과율이 크고 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 작아지도록 피막을 형성하고, 당해 피막면을 실내나 차내 등의 폐쇄된 공간의 내부측에 배치함으로써, 일사를 흡수하여 고온으로 된 유리로부터 상온 열방사의 파장역에서의 열방사를 유효하게 방지하고, 폐쇄 공간 내부의 열부하를 저감시킬 수 있음을 실험을 통해 발견하였다.
그러나, 이러한 열방사 방지능을 갖는 피막을 유리에 형성하는 것이 반드시 용이하지 않았다. 즉, 주택의 창유리, 차의 창유리 등에 피막을 형성하기 위해, 통상적으로 미리 필름형 또는 시트형으로 형성된 피막이나 피막을 형성한 필름 또는 시트를 유리에 열융착하거나 접착시켜 붙이는 방법, 플라스틱을 적당한 용제에 녹여 유리에 도포하여 건조ㆍ고화시키는 방법, 고착시키는 방법 등이 취해지나, 이러한 방법에는 대규모의 설비가 요구되고, 유기용제계 플라스틱을 사용하는 경우 플라스틱을 녹이기 위한 용제의 회수처리가 요구되며, 기존의 유리면에 뒤에서부터 수용성 플라스틱을 사용하여 창유리에 피막을 형성하는 경우 건조시간이 느려 얼룩이 다수 발생하는 것과 같은 여러 가지 결점이 있었다.
따라서, 코터(coater) 등에 의해 각종 필름에 균일하게 도포한 필름 또는 시트 이외에는 접착하기 어려우며, 이러한 필름이나 시트를 창유리에 접착시키기 위해서는 전문 작업원이 필요하기 때문에 경제적으로도 불리하였다.
따라서, 유리의 한쪽 면에, 밀착성 및 내구성이 뛰어난 열방사 방지 피막을 균일하고 간단하게, 게다가 저렴하게 형성시키기 위한 유효한 방법의 개발이 기대되고 있다.
[발명의 개시]
본 발명은 유리에 대한 밀착성 및 내구성이 뛰어난 피막을 균일하고 간편하게 게다가 저렴하게 형성시키기 위한 유리용 수용성 열방사 방지 도료, 이러한 피막이 형성되어 있는 열방사 방지 유리, 및 일사에 의해 온도가 상승된 유리로부터 상온 열방사의 파장역에서의 열방사를 유효하게 방지하는 열방사 방지방법의 제공을 과제로 한다.
본 발명자들이 예의 검토한 결과, 실란 커플링제를 탈이온수에 배합하여, 유리에 대한 밀착성 및 내구성이 뛰어난 열방사 방지 피막을 균일하고 간편하게 형성시키는 저렴한 유리용 수용성 열방사 방지 도료가 수득됨을 발견하여, 본 발명을 완성하였다.
즉, 본 발명은 다음의 (1) 내지 (9)에 나타낸 유리용 수용성 열방사 방지 도료, 이를 사용한 열방사 방지 유리 및 이의 제조방법, 및 이를 사용한 열방사 방지방법에 관한 것이다.
(1) 전체 음이온량이 700mgCaCO3/ℓ이하인 탈이온수에 화학식 1의 실란 커플링제 0.001 내지 10중량%를 배합하여 이루어짐을 특징으로 하는, 유리용 수용성 열방사 방지 도료.
위의 화학식 1에서,
X는 유기 재료와의 반응성 또는 상용성이 있는 그룹이고,
R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 OH 그룹 또는 가수분해하여 실란올을 생성시킬 수 있는 그룹 중에서 선택되며, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
(2) (1)에 있어서, 화학식 1에서 X가 아미노 그룹임을 특징으로 하는 유리용 수용성 열방사 방지 도료.
(3) (1) 또는 (2)에 있어서, 양이온 계면활성제 또는 비이온 계면활성제를 0.005 내지 3.5중량% 함유하는 유리용 수용성 열방사 방지 도료.
(4) 유리 기판의 한쪽 면에, (1) 내지 (3) 중의 어느 하나에 기재된 유리용 수용성 열방사 방지 도료로 이루어진 도포층에 의해 형성된 열방사 방지 피막이 설치되어 있음을 특징으로 하는, 열방사 방지 유리.
(5) (4)에 있어서, 상기 열방사 방지 피막의 가시광선 투과율이 유리 기판의 가시광선 투과율보다 크고, 당해 열방사 방지 피막의 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 유리 기판의 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율보다도 작음을 특징으로 하는, 열방사 방지 유리.
(6) (4) 또는 (5)에 있어서, 상기 열방사 방지 피막의 가시광선 투과율이 90% 이상이고, 일사열 흡수율이 0.01 내지 11%이며, 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 0.01 내지 20%임을 특징으로 하는, 열방사 방지 유리.
(7) 유리 기판의 한쪽 면에, (1) 내지 (3) 중의 어느 하나에 기재된 유리용 수용성 열방사 방지 도료를 도포하여 도포층을 형성시키는 도포공정과 당해 도포층을 건조시켜 열방사 방지 피막을 형성시키는 건조공정을 포함함을 특징으로 하는, 열방사 방지 유리의 제조방법.
(8) (7)에 있어서, 상기 열방사 방지 피막의 가시광선 투과율이 90% 이상이고, 일사열 흡수율이 0.01 내지 11%이며, 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 0.01 내지 20%임을 특징으로 하는, 열방사 방지 유리의 제조방법.
(9) 일사열을 흡수한 유리로부터의 열방사를 방지하는 방법에 있어서, (4) 내지 (6) 중의 어느 하나에 기재된 열방사 방지 유리를, 상기 유리 기판면이 일사열이 조사되는 쪽으로 향하도록 배치하여, 상기 열방사 방지 피막면으로부터의 열방사를 방지함을 특징으로 하는, 열방사 방지방법.
유리는 태양광선으로부터 조사되는 일사열 등의 조사열을 흡수한다. 여기서, 태양광선의 파장범위는 0.3 내지 3.0㎛이지만, 통상적으로, 일반적인 투명판 유리에 있어서도 2.5㎛ 이상의 적외선 대역의 흡수 뿐만 아니라, 2.5㎛ 이하의 가시광선과 근적외선도 흡수한다. 또한, 유리의 일사열 흡수에 의해 유리의 온도가 상승하고, 유리에 흡수된 열은 대류 및 방사에 의해 실내 또는 외기로 방열된다.
여기서, 실내나 차내 등의 폐쇄된 공간 내부의 공기는 대류가 작기 때문에, 대류 열전달은 비교적 작다. 한편, 방사에 의한 열전달은 유리와 속의 공기 등의 물질이나 내부의 물체와의 사이의 직접적인 열전달이며, 공기의 대류에는 거의 영향을 받지 않는다. 즉, 유리를 통과하여 공간 내부에 입사하는 열은 폐쇄 공간내에 있어서는 방사에 의한 열전달의 비율이 커진다.
또한, 유리에 흡수되는 일사열은 유리의 두께가 두꺼워질수록 커져, 3mm 유리에 있어서도 약 6% 이상이 된다. 또한, 유리로부터의 열방사는 폐쇄 공간내에 있어서는 큰 열부하가 된다. 따라서, 유리에 흡수된 일사열이 재방사에 의해 폐쇄 공간내에 입사하는 것을 방지하고, 외기로 다수 방사시키면, 폐쇄 공간내의 열부하의 저감을 도모할 수 있다고 사료된다.
일반적으로, 유기물은 무기물과 달리 가시광선 대역과 적외선 대역의 흡수 및 반사가 작고 투과가 크다. 본 발명자들은 적외선 대역의 흡수 및 반사가 작고 투과가 큰 특정한 유기 재료로 이루어지는 피막을 유리의 한쪽 면에 형성하고, 당해 피막을 폐쇄 공간의 내측으로 향하여 배치하면, 유리의 가시광선 투과율을 거의 저하시키지 않고서 공간 내부의 열부하를 저감시킬 수 있는 것을 발견하여, 본 발명을 완성한 것이다.
또한, 태양광선으로부터 조사되는 파장의 범위는 0.3 내지 3.0㎛이지만, 일사열을 흡수하여 온도가 높아진 유리로부터 열방사되는 파장의 범위는 5 내지 50㎛의 상온 열방사의 파장역이다. 따라서, 유리에 흡수된 열이 방사에 의해 폐쇄 공간 내부에 입사하는 것을 방지하기 위해서는 5 내지 50㎛의 파장역의 열방사를 방지하는 것이 바람직하다.
즉, 유리 표면의 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율을 작게 하면 바람직하다. 즉, 상온 열방사의 파장역 5 내지 50㎛에서 흡수율이 작은 물체로 이루어지는 피막을, 유리의 표면에 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 피막을 형성한쪽 면을 폐쇄 공간의 내측으로 향하여 배치함으로써, 유리와 속의 물체 사이의 방사열 전달량은 보다 감소한다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
1. 유리용 수용성 열방사 방지 도료
본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료는 실란 커플링제를 탈이온수와 배합하여 이루어짐을 특징으로 한다. 즉, 본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료는 기재인 물에 실란 커플링제를 용해시킨 것이다.
(1) 실란 커플링제
본 발명에서 사용되는 실란 커플링제는 하기 화학식 1의 화합물이다.
화학식 1
위의 화학식 1에서,
X는 유기 재료와의 반응성 또는 상용성이 있는 그룹이고,
R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 OH 그룹 또는 가수분해하여 실란올을 생성시킬 수 있는 그룹 중에서 선택되며, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
X 그룹의 구체적인 예에는 아미노 그룹, 아미노알킬 그룹, 비닐 그룹, 에폭시 그룹, 글리시독시 그룹, 아크릴 그룹, 메타크릴 그룹, 머캅토 그룹 등, 및 이들 그룹을 함유하는 알킬 그룹 등의 유기 그룹이 있다.
R1, R2 및 R3 그룹의 구체적인 예에는 OH 그룹 외에, 알콕시 그룹, 아릴옥시 그룹, 아르알킬옥시 그룹, 알릴옥시 그룹, 할로겐 그룹 등이 있다. 바람직하게는 메톡시 그룹, 에톡시 그룹 등, 혹은 염소 등의 할로겐 그룹이 있다.
이러한 실란 커플링제로는 구체적으로는 비닐트리크롤실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(β메톡시에톡시)실란, β-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3,4-에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시실란, 아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, N-(β아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-(β아미노에틸)γ-아미노프로필트리에톡시실란, N-(β아미노에틸)γ-아미노프로필메틸디메톡시실란 등이 있다.
이 중에서, 비닐트리크롤실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(β메톡시에톡시)실란, β-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란, γ-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, γ-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3,4-에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시실란 등의 실란 커플링제는 수용액 중에서 실란올 그룹의 축합반응이 빨리 일어나 겔화하기 쉽기 때문에, 탈이온수에 실란 커플링제를 배합한 후 즉시 유리에 도포하는 것이 바람직하다.
실란 커플링제 중에는 가수분해하기 어려운 것도 있으므로, 이러한 경우는 아세트산이나 아세트산과 알콜의 혼합물을 약 0.1 내지 2중량% 혼합시켜 가수분해 속도를 빠르게 할 수도 있다. 또한, 에폭시 그룹을 함유하는 실란 커플링제는 물 단독 또는 알콜에서는 가수분해가 진행되지 않는 경우가 있으므로, 이 때는 촉매를 사용하는 것이 바람직하다.
아미노프로필트리메톡시실란, 아미노프로필트리에톡시실란, N-(β아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-(β아미노에틸)γ-아미노프로필트리에톡시실 란, N-(β아미노에틸)γ-아미노프로필메틸디메톡시실란 등의 아미노 그룹을 함유하는 실란 커플링제가 통상적으로 가수분해 속도가 빠르고 촉매도 불필요하다. 또한, 아미노 그룹과의 상호작용에 의해 수용액 속에서 안정하게 겔화할 때까지 시간이 걸린다. 따라서, 장기 보존하여 사용하는 경우에는 아미노 그룹을 함유하는 실란 커플링제를 사용하는 것이 바람직하다. 단, 너무 오래 보존하는 경우 아미노 그룹이 산화되어 NO2가 되어 적색이나 황색을 띠기 때문에, 장기 보존하여 사용하는 경우에는 산화방지제 등을 병용하는 것이 바람직하다.
이러한 실란 커플링제는 소망에 따라 당해 기술분야의 기술자들에 의해 용이하게 합성될 수 있다. 또한, 각종 시판품을 사용할 수도 있는데, 예를 들면, 상품명「KBE403」,「KBM603」및「KBM6123」으로 신에쓰카가쿠고교가부시키가이샤에서 제조하는 제품 등을 입수할 수 있다.
일반적으로, 물체에 도료를 부착시킬 때에는 극성인 물체에는 극성인 도료를, 비극성인 물체에는 비극성의 도료를 사용하면 부착이 용이한 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 깨끗한 유리 표면은 전기적으로 불균형하기 때문에 대단히 극성이지만, 대부분의 플라스틱은 비극성이기 때문에 유리 표면에 부착하기 어렵다. 이 때문에, 유리와 플라스틱을 밀착시키기 위해 -OH 그룹, -COOH 그룹, -C=O 그룹, -COOCH3 그룹과 같은 극성 그룹을 가진 에폭시, 부티랄, 폴리비닐아세테이트, 폴리아크릴레이트 등이 사용된다. 또한, 극성인 유리 표면과 비극성인 플라스틱을 부착시키기 위한 결합제로서, 각종 실란 커플링제가 사용된다.
그러나, 본 발명에서는 실란 커플링제를 단순한 결합제로서가 아니라, 이것 자체로 열방사 방지 피막을 형성하여 열방사 방지효과를 발휘할 수 있음을 밝혀냈다. 따라서, 극성인 유리 표면에 실란 커플링제를 포함하는 도료를 도포하는 것만으로 밀착성 뿐만 아니라 뛰어난 열방사 방지효과를 갖고, 가시광선 대역에서의 투명도가 높은 피막을 형성시킬 수 있다.
실란 커플링제의 가수분해반응에 대해서는 명확하지 않는 부분도 많지만, 실란 커플링제의 알콕시실릴 그룹(Si-OR)은 물에 용해되면 즉시 가수분해되어 실란올 그룹이 되어 무기물(금속) 등과 결합하여, Si-0-M(유리ㆍ금속 등) 결합을 형성한다고 사료된다. 또한, 유리 표면에는 실란올 그룹이 정온에서 건조 중에 중합이 일어나 사슬형 폴리실록산 피막을 형성한다.
이 표면에 형성된 폴리실록산 피막과 유리는 커플링 반응에 의한 것으로, 단지 유리에 중합체가 밀착하는 것과는 달리, 밀착성 및 내구성 또한 대단히 뛰어난, 가시광선 투과율이 높고 상온 열방사의 파장역에 있어서 방사열 흡수율이 작은 유리용 열방사 방지 피막을 형성시킬 수 있다. 또한, 당해 폴리실록산 피막과 유리의 조합이 의외로 유리판에 우수한 열방사 방지 효과를 부여한다.
또한, 위의 식의 실란 커플링제는 중합체와의 배합에 의해 금속성 도료 조성물(일본 공개특허공보 제(평)6-19080) 또는 발수형 방오 도료 조성물(일본 공개특허공보 제(평)6-192596)로서 사용되고 있지만, 실란 커플링제 단체 및 이의 조성물을 유리용 열방사 방지 도료로 한 사례는 없으며, 이를 수용성으로 한 유리용 열방사 방지 도료의 사례는 없다.
(2) 탈이온수
본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료에 사용되는 기재인 물은 전체 음이온량이 700mgCaCO3/ℓ이하인 탈이온수이다.
즉, 실란 커플링제를 혼합하기 전의 물(다른 임의의 성분을 모두 용해시킨 후)의 전체 음이온량은 700mgCaCO3/ℓ이하이고, 바람직하게는 600mgCaCO3/ℓ이하이며, 더욱 바람직하게는 580mgCaCO3/ℓ이하이다.
물 속에서 실란올 그룹은 현탁된 무기물(금속 등) 및 이의 화합물, 또는 용해된 무기물(금속 등) 및 이의 화합물 등과 결합한다. 또한, 물 속에서 염을 구성하고 있는 무기 이온, 예를 들면, Ca2+, Na+, K+, Mg2+, Fe2+, Fe3+ 등과 결합한다. 또한, 실란올 그룹은 약산성으로서 양이온 교환능을 갖기 때문에, 물 속에 유리되어 있는 음이온이 존재하는 경우 실란올 그룹과 반응한다.
따라서, 실란 커플링제를 용해시키는 물은 여과 및 이온교환 등의 방법을 사용하여, 물 속의 무기물(금속 등)의 현탁물 및 물 속에 용해된 무기 이온, 유리되어 있는 음이온을 제거할 필요가 있다. 즉, 전체 양이온 및 유리되어 있는 음이온을 일정 범위 이하로 제거한 탈이온수를 사용할 필요가 있다.
중성의 물 속에서 양이온은 모두 염을 구성하고 있다. 따라서, 양이온의 양을 측정하기 위해서는 음이온의 양을 측정하면 바람직하다. 또한, 과망간산칼륨에 의해 산화 적정하면 염 구성 음이온과 물 속에 유리되어 있는 음이온(유리(free) 탄산ㆍ규산 등)도 측정할 수 있다. 즉, 전체 음이온(염 구성 음이온+유리되어 있는 음이온)을 측정함으로써 전체 양이온 및 유리되어 있는 음이온을 측정할 수 있다. 따라서, 여기서 말하는 전체 음이온은 "전체 양이온(염 구성 양이온) + 유리되어 있는 음이온"이다.
본 발명에 있어서는 측정한 전체 음이온량의 단위로서, 과망간산칼륨 소비량을 CaCO3의 양으로 환산한「mgCaCO3/ℓ」를 사용하였다. 따라서, 과망간산칼륨에 의한 방법 이외의 방법으로 전체 양이온 및 유리되어 있는 음이온의 양을 측정하여 구한 수치라도, 이것을 CaCO3의 양으로 환산하면 본 발명의 전체 음이온량(mgCaCO3/ℓ)을 구할 수 있다. 또한, 이온 제거방법은 여과나, 양이온 교환수지, 음이온 교환수지 등을 사용한 이온교환 등 종래의 공지된 임의의 방법을 사용하는 것 또한 바람직하다.
또한, 물 속에 유기물이 존재하면 화학식 1의 X 그룹과 반응 또는 상용하기 때문에, 유기물을 제거한 물을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 물 속에 유기물 등이 존재하면 과망간산칼륨을 소비하기 때문에, 과망간산칼륨 소비량의 측정은 물 속의 유기물을 제거한 후에 측정할 필요가 있다. 또한, 유기물의 제거도, 여과나 이온교환 등의 방법으로 수행할 수 있다.
(3) 실란 커플링제의 농도
본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료 중에 있어서의 실란 커플링제의 농도는, 탈이온수 전량에 대해, 0.001 내지 10중량%이고, 바람직하게는 0.005 내지 8중량%이며, 보다 바람직하게는 0.01 내지 6중량%이고, 특히 바람직하게는 0.01 내지 5중량%이다.
일반적으로 실란올 그룹은 수용액속에서는 대단히 불안정하고, 시간 경과에 따른 변화에 의해 실란올 그룹의 축합반응이 일어나고, 겔화한다. 실란올 그룹이 겔화하여 폴리실록산으로 되면, 유리면과의 Si-0-M 결합이 곤란해져 열방사 방지 유리의 열방사 방지 피막의 형성을 용이하게 할 수 없게 된다. 또한, 물에 용해되어 있는 실란올 그룹의 농도가 높을 수록 축합반응은 일어나기 쉬워진다.
한편, 물에 용해되는 실란 커플링제의 양이 적으면, 반대로 실란올 그룹의 농도가 지나치게 낮아지고, 표면을 덮는 도막의 형성, 즉 열방사 방지 피막의 형성이 어려워진다. 이러한 사실로부터, 물에 용해되는 실란 커플링제의 양은 탈이온수 전체에 대해 상기 범위로 하는 것이 바람직하다.
(4) 그 밖의 임의의 성분
본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료를 유리에 칠할 때, 튀기 쉬워 균등하게 칠하기 힘든 경우에는, 젖음성을 크게 하여 칠하기 쉽게 하는 것이 바람직하다. 젖음성을 크게 하기 위해서는 계면활성제가 유효하고, 이의 종류 등에는 특별한 제한은 없지만, 음이온 계면활성제, 양성 계면활성제를 사용하면 음이온과 실란올 그룹이 반응하는 경우가 있기 때문에, 통상적으로는 양이온 계면활성제, 비이온 계면활성제를 사용하는 것이 바람직하다.
양이온 계면활성제에는 모노알킬아민염, 디알킬아민염, 트리알킬아민염, 염화(또는 브롬화, 요오드화)알킬트리메틸암모늄, 염화알킬벤잘코늄 등이 있다. 비이온 계면활성제로서는 글리세린지방산에스테르, 솔비탄지방산에스테르, 자당지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르, 폴리옥시에틸렌, 폴리옥시프로필렌글리콜, 지방산폴리에틸렌글리콜, 지방산폴리옥시에틸렌솔비탄, 지방산알칸올아미드 등이 있다.
일반적으로 계면활성제는 임계 미셀(micelle) 농도 이상의 농도에서 비로소 계면활성제로서의 본래의 성질이 나타나지만, 본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료에 있어서는 유리면에 균등하게 칠할 수 있으면 바람직하다. 그러나, 한편으로, 계면활성제를 대량으로 지나치게 넣으면 얼룩의 원인이 되는 경우가 있다. 따라서, 양이온 계면활성제 또는 비이온 계면활성제의 농도는 도료 전량에 대해 0.005 내지 3.5중량%, 바람직하게는 0.01 내지 2중량% 정도가 바람직하다.
또한, 상기 유리용 수용성 열방사 방지 도료에는 부패방지나 가수분해촉진 등을 위해, 메틸파라벤이나 알콜, 혹은 실란 커플링제와 반응 혹은 상용하지 않는 부패방지제나 산화방지제 등을, 필요에 따라서 함유시킬 수 있다.
알콜을 사용하는 경우는 메탄올, 에탄올, IPA 등의 저급 알콜을 1 내지 10중량% 정도 사용하는 것이 바람직하다.
(5) 유리용 수용성 열방사 방지 도료의 제조방법
본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료는 상기 탈이온수에 실란 커플링제를, 필요에 따라서 다른 임의의 성분과 함께 배합하여 용해시킴으로써 수득된다. 배합 순서는 특별한 제한은 없지만, 겔화방지 등의 관점에서, 다른 임의의 성분을 배합한 후에 실란 커플링제를 배합하는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는 탈이온수에 실란 커플링제를 첨가한 후, 또는 메탄올, 에탄올 등의 저급 알콜에 실란 커플링제를 용해시킨 후에 탈이온수를 첨가한 후, 필요에 따라서 아세트산, 염산, Sn 등의 가수분해촉매를 첨가하여, 교반, 초음파 진동 등을 수행하여 실란 커플링제 용액을 제조한다.
(6) 유리용 수용성 열방사 방지 도료의 용도
본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료는 구축물이나 건물, 차량 등의 창유리로서 사용되는 여러 가지 유리 기판의 한쪽 면에 도포하여 건조시킴으로써, 가시광선 투과율이 크고, 또한 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 작고, 게다가 밀착성 및 내구성이 뛰어난 열방사 방지 피막을, 균일 또한 간단하게 형성시킬 수 있다.
이렇게 수득되는 유리 기판과 열방사 방지 피막으로 이루어지는 유리 복합체는 가시광 대역에서의 투명도가 높고, 또한 일사에 의해 온도가 상승된 유리로부터 피막측으로의 열방사를 효과적으로 방지할 수 있기 때문에, 실내나 차내 등의 폐쇄 공간 내부측에 상기한 피막이 향하도록 배치함으로써, 공간 내부로의 열방사를 효과적으로 방지하고, 유리에 흡수된 열을 외기로 대부분 방사시킴으로써 내부의 열부하를 저감시킬 수 있다. 또한, 종래부터 임의의 구축물이나 건물, 차량 등의 창 유리에 뒤에서부터 상기 도료를 도포함으로써, 열방사 방지 피막을 형성하고, 같은 효과를 수득할 수도 있다.
2. 열방사 방지 유리
본 발명의 열방사 방지 유리는 유리 기판의 한쪽 면에, 상술한 본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료로 이루어진 도포층에 의해 형성된 열방사 방지 피막을 설치한 것으로, 유리 기판과 열방사 방지 피막과의 복합체로 구성된다.
(1) 유리 기판
유리 기판에 사용되는 유리의 종류에는 특별한 제한은 없고, 투명판유리 뿐만 아니라, 열선 흡수 유리, 열선 반사 유리 등을 사용할 수 있다. 일사를 받아 흡수한 일사열을 열방사할 수 있는 성질을 갖는 것이면, 모두 본 발명의 효과를 충분하게 발휘할 수 있다.
열선 흡수 유리, 열선 반사 유리 등은 또한 한쪽 면에 열방사 방지 피막을 형성함으로써, 직접 입사하는 일사를 저지함과 동시에, 일사를 흡수하여, 고온으로 된 유리로부터의 열방사도 저지할 수 있기 때문에, 본 발명의 열부하의 저감 효과가 더욱 향상된다.
유리 기판의 두께에 대해서도 특별한 제한은 없지만, 바람직하게는 0.1 내지 20mm이고, 보다 바람직하게는 1 내지 20mm이다. 유리의 소재가 같더라도, 두께가 두꺼워지질수록 일사열 흡수율은 증가하여 유리로부터의 열방사가 증가하기 때문에, 유리로부터의 열방사를 차단하는 효과는 커진다.
(2) 열방사 방지 피막
본 발명의 열방사 방지 유리에 있어서의 열방사 방지 피막은 상술한 본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료로 이루어진 도포층에 의해서 형성되어 있다. 즉, 유리용 수용성 열방사 방지 도료를 유리 기판의 일면에 도포하여, 건조시킴으로써 형성된다.
또한, 열방사 방지 피막의 가시광선 투과율이 유리 기판의 가시광선 투과율보다 크고, 열방사 방지 피막의 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 유리 기판의 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율보다도 작아지도록, 열방사 방지 피막을 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 방사열 전달량과, 물질의 가시광선 투과율, 일사열 흡수율 및 방사열흡수율의 관계에 대해 아래에 언급한다.
< 방사열 전달량과 물체의 방사율과의 관계 >
방사열 전달에 있어서의 방사열(Q)은 수학식 1로 나타나며, 이는 진공 중에서도 전달이 가능하다.
위의 수학식 1에서,
δ는 스테판ㆍ볼츠만 정수이고,
ε는 물체의 방사율이며,
T는 물체의 절대온도이다.
위의 식으로부터 명백한 바와 같이, 방사율을 작게 하면 물체로부터 방사되는 열량은 적어진다.
또한, 물체 표면에서 저온대역의 유체 등의 물체에 전달되는 방사열전달(방사전열)에 의한 열전달량(Q2)은 식으로 나타내면 다음과 같다.
위의 수학식 2에서,
δ는 스테판ㆍ볼츠만 정수이고,
f(ε)는 물체간의 방사전열의 방사계수이며,
Tr은 물체의 표면온도(K)이고,
To는 저온대역의 물체의 표면온도(K)이다.
위의 식으로부터 분명한 바와 같이, 물체 표면간의 방사전열의 방사계수를 작게 하면, 물체간의 방사열 전달량은 감소한다.
또한, 방사전열계수는 다음 식으로 나타낸다.
위의 수학식 3에서,
ε1은 고온대역측의 물질의 방사율이고,
ε2는 저온대역측의 물질의 방사율이다.
따라서, 물체간의 한쪽의 방사율을 작게 하면, 방사전열계수[f(ε)]가 작아져, 방사열 전달량이 감소된다.
즉, 유리의 양측에 같은 물체가 있으면 유리 표면에서의 방사에 의한 열전달은 같다. 따라서, 유리의 한쪽 면에 방사율이 작은 물질로 이루어지는 피막을 형성하면, 피막을 형성한 쪽 면의 방사율은 작아지기 때문에, 피막을 형성한 쪽 면과 물체간의 방사전열계수도 작아지고, 피막이 형성되어 있지 않은 유리 표면으로부터의 방사열 전달량에 비해 감소한다.
즉, 폐쇄된 건물이나 차량 등에 설치된 창유리의 실내측 표면에 방사율이 작은 물질로 이루어지는 피막을 형성하면, 일사를 받아 고온으로 된 유리의 실내측 표면과, 실내(폐쇄 공간 내부)에 있는 공기 등의 물체 사이의 방사열 전달량은 감소하여, 유리에 흡수된 열은 외기로 다수 방열되기 때문에, 내부의 열부하는 저감된다.
< 물체의 방사율과 방사열 흡수율의 관계 >
통상적으로, 금속과 같은 물체는 일사열 등의 일부를 흡수하고, 다른 것을 전부 반사하므로 흡수율α, 반사율ρ 사이에 관계식「α+ρ= 1」이 성립하고, 가시광선, 적외선 대역에 있어서 투과하지 않게 되는 것을 알 수 있다. 그러나, 유리나 플라스틱 등의 물체는 일사열 등을 일부 흡수하여, 일부 반사하고, 또한 일부 투과하는 회색체이다. 이러한 회색체의 경우는 흡수율 α, 반사율 ρ및 투과율 τ의 사이에 관계식 「α+ρ+ τ= 1」이 성립하고, 가시광선, 적외선 대역에 있어서 투과하는 방사열이 있는 것을 알 수 있다.
키르히ㆍ호프의 법칙(Kirch-Hoff's law)에 의하면, 이러한 열의 흡수율과 방사율은 같기 때문에, 일사에 의해 온도가 상승된 유리로부터의 방사열을 차단시키기 위해서는 이러한 유리로부터의 열방사의 파장범위, 즉 상온 열방사에 있어서의 파장역에 있어서, 투과가 크고, 흡수율이 작은 물질을 선택하는 것이 바람직하다. 이 때의 상온 열방사의 파장역은 5 내지 50㎛의 범위이다.
즉, 본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료로 이루어지는 열방사 방지 피막을 5 내지 50㎛의 파장역에서의 방사열 흡수율이 유리 기판의 이것보다 작아지도록 유리 기판면에 형성시키면, 이의 피막 표면에서의 상온 열방사의 파장역)에 있어서의 방사열 전달량은 더욱 감소한다.
이와 같이, 본 발명의 열방사 방지 유리에 사용되는 열방사 방지 피막은 가시광선 투과율이 유리 기판의 가시광선 투과율보다 크고, 또한 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 모두 유리 기판의 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율보다 작아지도록 형성시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 가시광선 투과율이 90% 이상(특히 바람직하게는 92% 이상)이고, 일사열 흡수율이 0.01 내지 11%이며, 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 0.01 내지 20%가 되도록 형성시키는 것이 바람직하다.
가시광선 투과율이 상기 범위보다 작으면, 충분히 높은 투명감을 갖는 열방사 방지 유리가 수득되지 않은 경우가 있다. 또한, 일사열 흡수율 및 방사열 흡수율이 상기 범위보다 높으면, 폐쇄 공간 내부로의 열방사를 효율 좋게 방지할 수 없고, 내부의 열부하를 저감시키는 본 발명의 효과가 충분히 발휘되지 않는 경우가 있다.
또한, 상기 가시광선 투과율 및 일사열 흡수율 및 방사열 흡수율은 실란 커플링제의 농도를 바꿈으로써 조정할 수 있다. 실란 커플링제의 농도가 높아지면 피막의 두께가 두꺼워지고, 농도가 낮아지면 두께가 얇아지는 경향이 있다. 피막의 두께를 조정함으로써, 소망의 가시광선 투과율 및 일사열 흡수율 및 방사열 흡수율을 수득할 수 있다.
< 열방사 방지 피막의 두께 >
본 발명의 열방사 방지 피막의 두께는 특히 한정되지 않지만, 램버트ㆍ비어의 법칙(Lambert-Beer's law)에 의하면, 방사, 예를 들면, 빛을 흡수하는 재료의 두께를 두껍게 하면 방사열 흡수량이 증가하고, 얇게 하면 방사열 흡수량은 감소하는 경향이 있기 때문에, 본 발명에 있어서도, 피막의 두께를 어느 정도 얇게 함으로써 방사열 흡수를 삭감하고, 가시광선 투과율을 크게 하여, 일사열 흡수율, 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율을 작게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 피막의 두께로서는 바람직하게는 상술한 가시광선 투과율, 일사열 흡수율, 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율의 범위를 만족할 수 있는 두께가 되도록 유리 기판면에 얇게 도포하면 좋고, 특히 구체적인 막두께의 제한은 없지만, 바람직하게는 최저 두께는 0.01㎛이고, 보다 바람직하게는 0.02㎛이며, 더욱 바람직하게는 0.04㎛이고; 최고 두께는 10㎛이고, 보다 바람직하게는 5㎛이며, 더욱 바람직하게는 1㎛이고, 특히 바람직하게는 O.1㎛이다. 피막이 지나치게 두꺼우면 가시광선 투과율이 저하할 뿐만 아니라, 열흡수량이 증가하여, 일사열 흡수율 및 방사열 흡수율이 커지는 경향이 있다.
< 방사열 흡수율의 측정방법 >
본 발명의 열방사 방지 유리에 있어서의, 열방사 방지 피막의 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율의 측정방법을 나타낸다.
JIS-R-3106의 상온 열방사의 파장역에 있어서의 측정에 준거하여, 일반 화학분석용 적외분광광도계를 사용하여, 알루미늄판 위에 피막을 형성하여 JIS-R-3106의 표준반사율 값을 사용하여 반사율을 측정하였다. 또한, 회색체의 흡수율α과 반사율ρ과 투과율τ에서의 사이에 관계식 「α+ ρ+ τ = 1」이 성립하는 것에 근거하여, 흡수율α을 「흡수율 α= 1-(반사율 ρ+투과율 τ)」로 구하였다. 또한, 투과율에 대해서는 알루미늄판의 반사율과 알루미늄판에 피막을 형성하였을 때의 반사율을 구하고, 이의 차를 피막의 투과율로 하였다.
또한, 알루미늄판 위에 형성되었을 때의 피막의 방사열흡수는 방사열이 입사된때와 반사된 때의 2회가 생기기 때문에, 흡수율α은 측정치의 1/2로 하였다. 이 수치를 이론치로서 사용하여, 유리 표면 및 폴리에스테르 필름 표면에 형성된 피막의 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율로 하였다. 또한, 피막 표면에 생기는 반사는 O으로서 계산한 수치를 사용하였다.
가시광선 투과율 및 일사열 흡수율은 JIS-R-3106에 의해 유리와 유리에 피막을 형성한 상태에서 측정하여, 이의 차를 피막의 가시광선 투과율 및 일사열 흡수율로 하였다.
(3) 열방사 방지 유리
다음에 첨부한 도면에 따라서, 본 발명의 열방사 방지 유리에 관해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 열방사 방지 유리의 일 예의 구조를 도시하는 단면도이고, 유리 기판(1)의 한쪽 면에, 본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료로부터 형성되는 피막(2)이 설치되어 있다. 상기 피막은 바람직하게는 가시광선 투과율이 유리 기판의 가시광선 투과율보다 크고(보다 바람직하게는 90% 이상, 더욱 바람직하게는 92% 이상), 또한 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 모두 유리 기판의 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율보다 작은(바람직하게는 일사열 흡수율이 0.01 내지 11%이고, 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 0.01 내지 20%) 피막이다.
본 발명의 열방사 방지 유리의 형상에는 특별한 제한은 없으며, 방형상, 원형상, 통형상, 반구형, 구형 등 임의의 형상으로 형성시킬 수 있고, 파형 표면, 요 철 표면, 돌기형 표면 등의 표면 형상으로 가공된 유리도 바람직하다.
또한, 도 1에 도시한 열방사 방지 유리의 일례는 유리 기판 및 피막이 각각 단층인 경우의 예이지만, 본 발명에 있어서는 유리 기판 및 피막의 한쪽 혹은 양쪽을 또한 다층으로 구성한 복합체로 할 수도 있다. 이 경우에 있어서는 피막층 중, 폐쇄 공간 내부측의 공기층에 접하는 층(최내층)이 유리용 수용성 열방사 방지 도료에 의해 형성된 열방사 방지 피막이 되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 열방사 방지 유리는 구축물이나 건물, 차량 등의 창유리로서 사용할 수 있는 것 외에, 종래부터 임의의 구축물이나 건물, 차량 등의 창유리에 뒤에서부터 열방사 방지 피막을 형성시킬 수도 있다. 또한, 본 발명의 열방사 방지 유리는 종래의 열선 흡수 유리나 열선 반사 유리와 병용하는 것도 가능해진다.
이러한 본 발명의 열방사 방지 유리는 구체적으로는, 주택, 보냉창고, 천정, 벽, 차량, 각종 용기 등의 창유리나 유리건재로 효과적으로 사용할 수 있다.
또한, 고온으로 된 유리로부터의 열방사를 작게 하기 위해서는 반사율이 크고 흡수율이 작은 금속이나 세라믹스 등을, 유리면에 피복하여 방사열 흡수율을 작게 하는 것도 가능하기 때문에, 종래의 기술에 의한 제품이라도 결과적으로 고온으로 된 유리로부터의 방사를 저감하는 것은 가능하지만, 가시광선도 반사하기 때문에 내부가 어두워져 버린다. 또한, 반사율이 큰 금속층의 배치를 외기측으로 하면 유리에 흡수된 열은 속에 대부분 입사하여, 내부의 열부하는 증가한다. 또한, 금속층을 다층계의 중앙에 배치하면 저방사면이 폐쇄 공간의 내부측에 배치되지 않으므로, 역시 내부의 열부하는 저감되지 않고, 본 발명의 효과를 수득할 수 없다.
즉, 본 발명과 같이, 건물이나 차량 등의 창유리의 내측에 실란 커플링제를 사용한 도료로 이루어지는 방사열 흡수율이 작은 피막을 형성시킴으로써, 유리 본래의 가시광선의 투명도를 손상시키지 않고서, 고온으로 된 유리로부터의 상온 열방사만을 방지하여, 실내나 차내의 일사에 의한 열부하를 저감시키는 것을 가능하게 한 열방사 방지 유리는 없다.
3. 열방사 방지 유리의 제조방법
유리 기판상에 피막을 형성하여 본 발명의 열방사 방지 유리를 제조하는 방법으로서는 유리 기판의 한쪽 면에, 상술한 본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료를 도포하여 도포층을 형성시키는 도포공정과 당해 도포층을 건조시켜 열방사 방지 피막을 형성시키는 건조공정을 포함한다.
실란 커플링제에 의한 처리방법은 통상적으로, 습식처리 또는 건식처리가 있다. 본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료의 도포방법은 어떠한 방법에 의한 것이라도 좋고, 유리 기판상에 도포층을 형성하는 데 관용되고 있는 여러 가지 방법 중에서 임의로 선택할 수 있다.
건조공정에 대해서도 특별한 제한은 없으며, 통상의 도료의 건조공정에 관용되고 있는 방법을 적절하게 선택할 수 있다.
이 경우, 열방사 방지 피막은 가시광선 투과율이 유리 기판의 가시광선 투과율보다 크고, 또한 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 모두 유리 기판의 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율보다 작아지도록 두께를 조정하여 얇게 형성시키는 것이 바람직하다.
보다 바람직하게는 가시광선 투과율이 90% 이상(보다 바람직하게는 92% 이상)이고, 일사열 흡수율이 0.01 내지 11%이며, 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 0.01 내지 20%가 될 수 있는 두께가 되도록 형성시키는 것이 바람직하다.
4. 열방사 방지방법
본 발명의 열방사 방지방법은 상술한 본 발명의 열방사 방지 유리를, 유리 기판면이 일사열이 조사되는 쪽으로 향하도록 배치하고(일사열을 흡수하여), 열방사 방지 피막면으로부터의 열방사를 방지함을 특징으로 하는 방법이다. 즉, 열방사 방지 유리의 열방사 방지 피막의 형성된 면을, 건물이나 차량의 임의의 폐쇄 공간의 내부측으로 향하여 배치한다. 이로써, 일사를 흡수하여 고온으로 된 유리로부터 내부로의 열방사를 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 종래부터 임의의 구축물이나 건물, 차량 등의 창유리의, 실내 또는 차내 등의 폐쇄 공간 내부측의 측면에 상기 피막을 형성함으로써도, 고온으로 된 유리로부터의 상온 열방사를 차단시켜, 실내나 차내의 일사에 의한 열부하를 저감시킬 수 있다.
[도면의 간단한 설명]
도 1은 본 발명의 열방사 방지 유리의 구조를 도시하는 단면도이다. 도 1에서, 1은 유리 기판이고, 2는 피막이며, A는 일사열이 조사되는 측, B는 폐쇄 공간 내를 나타낸다.
[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]
이하에, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명이 당해 실시예에 제한되지는 않는다.
실시예 1
양이온 교환수지 및 음이온 교환수지를 사용하여 정제한 물에 CaCO3, NaCl, KCl, MgSO4, FeSO4의 염구성물, 및 유리산으로서 SiO2를 혼합한, 전체 음이온이 각각 51.3, 102.7, 302.5, 558.9, 750(단위는 모두「mgCaCO3/ℓ」)인 탈이온수를 제조하였다.
당해 물에 N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리에톡시실란[상품명「KBM603」:신에쓰카가쿠고교가부시키가이샤 제조]를 용해시켜, 0.001중량%, 0.005중량%, 0.01중량%, 0.1중량%, 1.0중량%, 3.0중량%, 5.0중량%, 6.0중량% 용액을 제조하였다. 그 다음, 당해 용액을 60℃로 유지한 항온조 속에 넣고, 24시간 경과 후의 용액의 겔화의 상태를 육안으로 확인하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.
| 실란 커플링제 |
전체 음이온 51.3mgCaCO3/ℓ |
전체 음이온 102.7mgCaCO3/ℓ |
전체 음이온 302.5mgCaCO3/ℓ |
전체 음이온 558.9mgCaCO3/ℓ |
전체 음이온 750mgCaCO3/ℓ |
| 0.001% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | △ |
| 0.005% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | △ |
| 0.01% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | △ |
| 0.1% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | △ |
| 1.0% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | × |
| 3.0% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | × |
| 5.0% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | × |
| 6.0% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | × |
(◎: 겔화 없음, △: 겔화 조금 있음, ×:겔화 많음)
전체 음이온이 700mgCaCO3/ℓ를 초과하는 탈이온수에 실란 커플링제 N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리에톡시실란[상품명「KBM603」:신에쓰카가쿠고교가부시키가이샤 제조]을 혼합시키면, 겔화하는 것을 알 수 있다.
실시예 2
실시예 1에서 작성한 탈이온수에 아세트산을 1.2중량% 혼합한 용액에, γ-글리시독시프로필트리메톡시실란(KBM403: 신에쓰카가쿠고교가부시키가이샤 제조)을 용해시켜, 0.001중량%, 0.005중량%, 0.01중량%, 0.1중량%, 1.0중량%, 3.0중량%, 5.0중량%, 6.0중량% 용액을 제조하였다. 그 다음, 당해 용액을 60℃로 유지한 항온조 속에 넣고, 24시간 경과 후의 용액의 상태를 육안으로 확인하였다. 결과를 표 2에 나타낸다.
| 시료 | 전체 음이온 51.3mgCaCO3/ℓ |
전체 음이온 102.7mgCaCO3/ℓ |
전체 음이온 302.5mgCaCO3/ℓ |
전체 음이온 558.9mgCaCO3/ℓ |
전체 음이온 750mgCaCO3/ℓ |
| 0.001% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
| 0.005% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
| 0.01% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
| 0.1% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
| 1.0% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ |
| 3.0% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | △ |
| 5.0% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | △ |
| 6.0% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | △ |
(◎: 겔화 없음, △: 겔화 조금 있음, ×:겔화 많음)
전체 음이온이 700mgCaCO3/ℓ를 초과하는 탈이온수에 γ-글리시독시프로필트리메톡시실란(KBM403; 신에쓰카가쿠고교가부시키가이샤 제조)을 혼합시키면, 겔화하는 것을 알 수 있다.
실시예 3
실시예 1에서 작성한 탈이온수에 실란 커플링제(KBM6123: 신에쓰카가쿠고교가부시키가이샤 제조)를 용해시켜, 0.001중량%, 0.005중량%, 0.01중량%, 0.1중량%, 1.0중량%, 3.0중량%, 5.0중량%, 6.0중량% 용액을 제조하였다. 그 다음, 당해 용액을 60℃로 유지한 항온조 속에 넣어, 24시간 경과 후의 용액의 상태를 육안으로 확인하였다. 결과를 표 3에 나타낸다.
| 실란 커플링제 |
전체 음이온 51.3mgCaCO3/ℓ |
전체 음이온 102.7mgCaCO3/ℓ |
전체 음이온 302.5mgCaCO3/ℓ |
전체 음이온 558.9mgCaCO3/ℓ |
전체 음이온 750mgCaCO3/ℓ |
| 0.001% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | △ |
| 0.005% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | △ |
| 0.01% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | △ |
| 0.1% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | △ |
| 1.0% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | △ |
| 3.0% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | △ |
| 5.0% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | × |
| 6.0% | ◎ | ◎ | ◎ | ◎ | × |
(◎: 겔화 없음, △: 겔화 조금 있음, ×:겔화 많음)
전체 음이온이 700mgCaCO3/ℓ를 초과하는 탈이온수에 실란 커플링제(KBM6123; 신에쓰카가쿠고교가부시키가이샤 제조)를 혼합시키면, 겔화하는 것을 알 수 있다.
실시예 4
실시예 1에서 사용한 전체 음이온 51.3mgCaCO3/ℓ의 탈이온수에 N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리에톡시실란(KBM603: 신에쓰카가쿠고교가부시키가이샤 제조)를 용해시켜, 유리용 수용성 열방사 방지 도료인 0.01% 용액(시료 1), 0.1% 용액(시료 2), 1.0% 용액(시료 3), 3.0% 용액(시료 4), 및 5.0% 용액(시료 5)를 제조하였다.
그 다음, 한쪽이 개방되어 있고 외측치수가 세로 50cm ×가로 50cm ×높이 50cm로 동일한 발포스티롤제 상자를 8개 준비하였다. 또한, 유리용 수용성 열방사 방지 도료를 유리 기판의 한쪽 면에 도포하여 건조시켜 열방사 방지 피막을 형성시킨 유리판(열방사 방지 유리), 및 도포하지 않는 유리판을 준비하였다.(열방사 방지 피막의 두께; 시료 1=0.04㎛, 시료 2=0.05㎛, 시료 3=0.06㎛, 시료 4=0.07㎛, 시료 5= 0.08㎛. 유리 기판의 두께; 5mm)
이어서, 유리판을, 열방사 방지 유리의 경우는 열방사 방지 피막의 형성면이 안쪽이 되도록, 상기 발포스티롤제의 상자의 개방부분에 실리콘 실란트에 의해 밀착시키고, 시험체를 제작하였다.
또한, 유리판을 설치한 개구부를 위를 향하여, 태양광선의 잘 부딪치는 넓은 장소에 설치하고, 태양광선을 조사하였을 때의 상자 속이 평형이 되었을 때의 온도를 측정하였다. 피막의 가시광선 투과율, 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율은 이론치를 사용하였다. 이 때의 외기온은 33.8℃이었다. 결과를 표 4에 나타낸다.
| 시료 | 피막의 일사열 흡수율 (%) |
상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율 (%) |
피막의 가시광선 투과율 (%) |
상자 내부의 평균 온도 (℃) |
| 0.01% 용액 | 0.08 | 0.12 | 99.9 | 50.3 |
| 0.1% 용액 | 0.11 | 0.55 | 99.8 | 50.5 |
| 1.0% 용액 | 0.19 | 3.24 | 99.8 | 50.3 |
| 3.0% 용액 | 0.24 | 4.21 | 99.8 | 50.4 |
| 5.0% 용액 | 0.25 | 4.78 | 99.8 | 50.4 |
| 유리만 | 11.1*1 | 89.9*1 | 89.1*1 | 52.3 |
*1) 유리판만의 일사열 흡수율, 방사열 흡수율 및 가시광선 투과율
0.1% 내지 5.0%인 용액을 도포하면, 가시광선 투과율이 99.8% 이상이고 일사열 흡수율이 0.08% 내지 0.25%이며 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 0.12% 내지 4.78%의 범위인 피막이 형성되고, 일사가 조사되었을 때의 상자 속의 평형온도가 1.8℃ 내지 2.0℃ 낮아지며, 유리 표면에서 상자 속으로의 열방사가 저감됨을 알 수 있다.
[산업상이용가능성]
본 발명의 유리용 수용성 열방사 방지 도료를 구축물이나 건물, 차량 등의 창유리로 사용되는 여러 가지 유리 기판의 한쪽 면에 도포하여 건조시켜, 가시광선 투과율이 크고, 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 작으며, 게다가 밀착성 및 내구성이 뛰어난 열방사 방지 피막을 균일하고 또한 간단하게 형성시킬 수 있다.
이와 같은 열방사 방지 피막을 유리 기판의 한쪽 면에 설치한 본 발명의 열방사 방지 유리는 가시광 대역에서의 투명도가 높고, 일사에 의해 온도가 상승된 유리로부터 피막측으로의 열방사를 효과적으로 방지할 수 있기 때문에, 실내나 차내 등의 폐쇄 공간 내부측에 상기 피막이 향하도록 배치함으로써, 공간 내부로의 열방사를 효과적으로 방지하고, 유리에 흡수된 열을 외기로 대부분 방사시킴으로써 내부의 열부하를 저감시킬 수 있다.
또한, 유리 고유의 가시광선의 투명도를 손상시키지 않기 때문에, 실내나 차내를 어둡게 하지 않아도 내부의 온도상승을 억제할 수 있다. 따라서, 주택, 보냉창고, 천정, 벽, 차량, 각종 용기 등의 창유리나 유리건재 등으로 효과적으로 사용할 수 있다.
Claims (10)
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- 유리 기판의 한쪽 면의 최표면 전체에, 전체 음이온량이 700mgCaCO3/ℓ 이하인 탈이온수에 화학식 1-1의 실란 커플링제 0.001 내지 10중량%를 배합하여 이루어진 유리용 수용성 열방사 방지 도료로 이루어진 도포층에 의해 형성된 열방사 방지 피막이 설치되어 있음을 특징으로 하는, 열방사 방지 유리.[화학식 1-1]
위의 화학식 1-1에서,X는 유기 재료와의 반응성 또는 상용성이 있는 그룹이고,R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 OH 그룹 또는 가수분해하여 실란올을 생성시킬 수 있는 그룹 중에서 선택되며, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. - 제4항에 있어서, 상기 열방사 방지 피막의 가시광선 투과율이 유리 기판의 가시광선 투과율보다 크고, 당해 열방사 방지 피막의 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 유리 기판의 일사열 흡수율 및 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율보다도 작음을 특징으로 하는, 열방사 방지 유리.
- 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 열방사 방지 피막의 가시광선 투과율이 90% 이상이고, 일사열 흡수율이 0.01 내지 11%이며, 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 0.01 내지 20%임을 특징으로 하는, 열방사 방지 유리.
- 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 열방사 방지 피막의 두께가 0.01 내지 10㎛임을 특징으로 하는, 열방사 방지 유리.
- 유리 기판의 한쪽 면의 최표면 전체에, 전체 음이온량이 700mgCaCO3/ℓ 이하인 탈이온수에 화학식 1-1의 실란 커플링제 0.001 내지 10중량%를 배합하여 이루어진 유리용 수용성 열방사 방지 도료를 도포하여 도포층을 형성시키는 도포공정과 당해 도포층을 건조시켜 열방사 방지 피막을 형성시키는 건조공정을 포함함을 특징으로 하는, 열방사 방지 유리의 제조방법.화학식 1-1
위의 화학식 1-1에서,X는 유기 재료와의 반응성 또는 상용성이 있는 그룹이고,R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 OH 그룹 또는 가수분해하여 실란올을 생성시킬 수 있는 그룹 중에서 선택되며, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다. - 제8항에 이어서, 상기 열방사 방지 피막의 가시광선 투과율이 90% 이상이고, 일사열 흡수율이 0.01 내지 11%이며, 상온 열방사의 파장역에서의 방사열 흡수율이 0.01 내지 20%임을 특징으로 하는, 열방사 방지 유리의 제조방법.
- 일사열을 흡수한 유리로부터의 열방사를 방지하는 방법에 있어서, 제4항 또는 제5항에 기재된 열방사 방지 유리를, 상기 유리 기판면이 일사열이 조사되는 쪽으로 향하도록 배치하여, 상기 열방사 방지 피막면에서의 열방사를 방지함을 특징으로 하는, 열방사 방지방법.
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