KR101098836B1

KR101098836B1 - 공정성이 우수한 친환경성 적외선 차단 필름

Info

Publication number: KR101098836B1
Application number: KR1020100009312A
Authority: KR
Inventors: 박형석; 이관형; 우세윤; 주천용; 신대용; 손병국
Original assignee: 에스케이씨 주식회사
Priority date: 2010-02-01
Filing date: 2010-02-01
Publication date: 2011-12-26
Also published as: KR20110089770A

Abstract

반사층 및 상기 반사층의 전후에 배치되는 1층 이상의 보호층을 포함하고, 상기 반사층은 폴리에틸렌테레프탈레이트를 포함하는 수지층 A, 및 폴리에틸렌계 또는 폴리에스터계 수지와 PLA 수지와의 혼합수지를 포함하는 수지층 B가 두께방향으로 2층 이상 교대로 적층되어 이루어지고, 상기 수지층 A 및 B의 중량비가 1.5:1 내지 1:1.5이며, 하기 수학식으로 표시되는 Z의 값이 1 이상인 적외선 차단 필름은, 적외선 차단 효율이 우수하면서 가시광선의 투과율이 높고, 제조공정이 개선되어 공정률이 우수하며 친환경성을 갖추고 있다:
Z = (Y/X) x (Δd₂-Δd₁) / Δd₂
상기 식에서, X, Y, Δd₁ 및 Δd₂는 명세서 중에 정의하는 바와 같다.

Description

공정성이 우수한 친환경성 적외선 차단 필름{ENVIRONMENTALLY FRIENDLY INFRARED RAY SHIELDING FILM WITH IMPROVED PROCESSABILITY}

본 발명은 가시광선의 투과율이 높으면서 적외선 차단율이 높은 친환경성 적외선 차단 필름에 관한 것이다.

최근 태양으로부터 들어오는 열에너지를 막아 실내 온도를 낮추는 여러 필름들이 제안되고 있다.

예컨대, 적외선의 특정 영역의 빛을 흡수하는 물질을 사용하여 필름을 제조하고, 제조된 필름을 유리면에 부착시켜 열에너지를 차단하는 방안이 제시되고 있다. 그러나, 이런 방식의 필름의 경우, 적외선의 차단율을 높이면 가시광선 영역의 빛도 같이 차단되어 시안성의 문제가 발생하고, UV에 매우 불안정해질 뿐만 아니라, 대부분의 적외선 영역의 빛이 흡수되기 때문에 필름이나 유리의 온도가 증가하여 열차단 효율이 저하되는 등의 문제점이 있어, 건축물 외부의 유리창용이나 자동차용으로의 사용이 제한적이었다.

또한 금속 물질을 증착하거나 코팅하는 방안도 제시되어 있는데, 이는 적외선 영역뿐만 아니라 통신 영역까지 차단하기 때문에, 건축물 실내의 전자 기기나 차량의 각종 기기, 예컨대 하이패스 등의 오작동을 유발하고, 가시광 투과율이 극히 낮아져 시안성이 매우 낮다는 단점이 있다.

또한, 이러한 문제를 해결하기 위하여 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 단일 수지층을 교대로 적층하여, 가시광선 투과율이 높고 가시광 반사가 적으며 적외선 차단효율이 높은 필름이 개발되고 있으나, 이러한 기존의 필름은 제조공정상에 수율이 낮아지는 문제가 있거나 필름재질 자체에 친환경성이 부여되지 않은 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 적외선의 투과율이 낮고 가시광선의 투과율이 높으면서도 공정성이 우수하고 친환경적인 적외선 차단 필름을 제공하는 것이다.

상기 목적에 따라, 본 발명은 반사층 및 상기 반사층의 전후에 배치되는 1층 이상의 보호층을 포함하고, 상기 반사층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 포함하는 수지층 A, 및 폴리에틸렌계 또는 폴리에스터계 수지와 폴리락트산(PLA) 수지와의 혼합수지를 포함하는 수지층 B가 두께방향으로 2층 이상 교대로 적층되어 이루어지고, 상기 수지층 A 및 B의 중량비가 1.5:1 내지 1:1.5이며, 하기 수학식 1로 표시되는 Z의 값이 1 이상인 것을 특징으로 하는, 적외선 차단 필름을 제공한다:

[수학식 1]

Z = (Y/X) x (Δd₂-Δd₁)/Δd₂

상기 식에서, X는 400 내지 500 nm 영역에서의 가시광선 반사율(%)이고, Y는 900 내지 1,000 nm 영역에서의 적외선 차단율(%)이며, Δd₁은 300 내지 500 nm 파장 범위 내에서의 반사율이 40% 이상인 파장의 최대값과 최소값의 차(nm)이고, Δd₂는 900 내지 1,000 nm 파장 범위 내에서의 반사율이 70% 이상인 파장의 최대값과 최소값의 차(nm)이다.

본 발명에 따른 적외선 차단 필름은 금속물질을 포함하지 않기 때문에 가시광선 영역에서의 빛 투과율이 높고 적외선 차단능력이 매우 우수하며, 공정성이 우수하고 친환경성을 갖추고 있다. 이와 같은 적외선 차단 필름이 시공된 유리는 태양에너지 중 열에너지를 차단하여 실내의 온도를 낮추는 특징이 있으므로, 건축물의 외장 유리나 자동차 유리 등에 시공하여 에어컨 가동율을 낮춤으로써 에너지 소비를 저감시킬 수 있다.

도 1은 본 발명에 따르는 적외선 차단 필름의 일례를 나타낸 단면도이다.
도 2는 실시예 5에 따른 적외선 차단 필름에 빛을 조사하여 파장에 대한 반사 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 3 및 4는 각각 비교예 1 및 4에 따른 적외선 차단 필름에 빛을 조사하여 파장에 대한 반사 스펙트럼을 나타낸 것이다.

이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따르는 적외선 차단 필름의 일례를 나타낸 단면도로서, 본 발명의 적외선 차단 필름은 반사층(12) 및 상기 반사층의 전후에 배치되는 1층 이상의 보호층(11)으로 이루어진다. 상기 보호층은 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지로 이루어지고, 두께는 1 내지 15 μm인 것이 바람직하며, 특히 3.5 내지 5.0 μm인 것이 좋다. 보호층의 두께를 상기 범위로 함으로써, 반사층의 층간균일성을 유지할 수 있다.

상기 반사층(12)은 수지층 A (21) 및 수지층 B (22)가 두께방향으로 2층 이상 교대로 적층되어 이루어지며, 상기 수지층 A는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 주성분으로 하고, 상기 수지층 B는 폴리에틸렌계 수지와 폴리락트산 수지의 혼합수지 또는 폴리에스터계 수지와 폴리락트산 수지의 혼합수지를 주성분으로 한다.

본 발명에 따르는 필름의 수지층 B에서 사용될 수 있는 폴리에틸렌계 수지로는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)가 바람직하며, 폴리에스터계 수지로는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)가 바람직하다.

상기 반사층에 있어서, 수지층 A 및 B의 중량비는 1.5:1 내지 1:1.5이고, 바람직하게는 1.2:1 내지 1:1.2이다. 수지층 A 및 B의 중량비를 상기 범위로 함으로써, 900 내지 1,000 nm 파장의 빛의 차단율이 70% 이상이면서, 동시에 가시광선(400 내지 700 nm)의 반사율이 20% 미만인 필름을 제공할 수 있다.

또한, 수지층 B를 이루는 혼합수지 내의 폴리락트산 수지의 함량은 10 내지 90 중량%가 바람직하고, 20 내지 80 중량%인 것이 더욱 바람직하며 25 내지 35 중량%인 것이 더욱 더 바람직하다.

한편, 상기 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지는 결정화도가 0 내지 80 %인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10 내지 70 %, 가장 바람직하게는 40 내지 60 %이다.

적외선 차단 필름이 산업상으로 사용되기 위해서는, 여러 물성값을 만족시켜야 하는데, 특히 요구되는 물성은 IR 영역에서의 차단율과 빛의 특성상 발생하는 고차반사 또는 n차반사이다. 특히, IR 차단율의 경우, 900 내지 1,000 nm 영역에서의 차단율이 적어도 50% 이상이 되어야 하며, 고차반사 또는 n차반사가 발생하는 경우, 필름이 특정 범위의 색을 나타낼 뿐만 아니라 투명도가 저하되므로, 고차반사 영역에서의 가시광선 반사율이 40%를 넘지 않아야 한다.

따라서, 본 발명의 적외선 차단 필름은 상기 수학식 1로 표시되는 Z의 값이 1 이상, 바람직하게는 1.25 이상, 더욱 바람직하게는 1.5 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 적외선 차단 필름에 있어서, 수지층 A 및 B 간의 굴절률 차는 0.05 이상인 것이 바람직하며, 특히 배향 공정을 통하여 상기 굴절률 차를 증가시키는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 적외선 차단 필름은 2축으로 연신될 수 있으며, 종방향 및 횡방향의 연신비를 각각 2.0 내지 5.0, 바람직하게는 3.0 내지 4.5로 하여 연신하는 것이 바람직하다.

본 발명의 적외선 차단 필름의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 10 내지 100 μm인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20 내지 40 μm이다. 특히, 본 발명의 수지층 A 및 B는, 수지층 간의 두께차를 일정하게 하여 적층하거나, 또는 그 두께차가 점진적으로 증가되도록 적층하는 것이 바람직하다. 두께차를 일정하게 하여 적층하면 적외선 영역에서 반사율을 높힐 수 있고, 두께차를 점진적으로 증가시키면 적외선의 반사영역(파장 nm)을 넓힐 수 있다.

본 발명의 적외선 차단 필름에 있어서, 반사층은 50층 내지 400층으로 이루어지는 것이 바람직하며, 70층 내지 250층으로 이루어지는 것이 더욱 바람직하다. 반사층을 상기 범위로 함으로써 가시광선 영역에서의 반사율을 최소화시킬 수 있고, 본 특허의 목적인 적외선 영역 중 특정 파장에서 70% 이상의 반사율을 얻을 수 있다.

또한, 상기 반사층의 총 두께는 10 내지 100 μm인 것이 바람직하며, 14 내지 48 μm인 것이 더욱 바람직하다. 그리고, 반사층의 각 수지층의 두께는 60 nm 내지 800 nm인 것이 바람직하며, 90 nm 내지 200 nm인 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 적외선 차단 필름은 적외선 영역(800 내지 2500 nm)의 빛을 효과적으로 차단시킬 수 있으며, 그 중에서 특정 적외선 영역, 즉 900 내지 1,000 nm 파장의 빛의 차단율은 70% 이상이며, 바람직하게는 80% 이상이다.

또한, 본 발명의 적외선 차단 필름은 가시광선 영역(400 내지 700 nm)의 반사율이 40% 미만이며, 바람직하게는 20% 미만이다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀 더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 제한되는 것은 아니다.

실시예 1

결정화도가 75% 이상인 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, 결정화도: 40~60%)를 120℃에서 2시간 이상 진공 공조하고 180℃에서 3시간 이상 진공 공조한 후 약 200 내지 300 ℃로 용융 및 압출시켜 수지층 A를 제조하였다. 그리고 폴리락트산(PLA, NatureWorks 4032d)과 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, LGChem. Normal Grade)의 혼합 수지(1:9 중량비)를 약 200 내지 260 ℃의 온도에서 용융 및 압출시켜 수지층 B를 제조하였다. 이 때, 상기 수지층 A 및 수지층 B는 1:1.1의 중량비로 압출되도록 하였다.

제조된 상기 수지층 A 및 수지층 B를 다층 피드블럭을 이용하여 교대로 적층시켜 총 143층의 반사층을 형성하였다. 이 때 첫층과 마지막층이 모두 수지층 B가 되도록 하였으며 형성된 반사층의 총 두께는 21μm였다.

상기 반사층을 보호하기 위한 보호층으로서 PET 수지를 각 4.5 μm의 두께로 반사층의 양면에 도포한 후, 종방향으로 3.5배, 횡방향으로 4.5배 연신하여 총 두께 30μm의 필름을 제조하였다.

실시예 2

수지층 A와 수지층 B의 중량비를 1:1.5로 변경한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

실시예 3

수지층 B의 원료수지로서 PLA/PMMA 혼합수지(2:8 중량비)를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

실시예 4

수지층 B의 원료수지로서 PLA/PMMA 혼합수지(2:8 중량비)를 사용하고, 수지층 A와 수지층 B를 1:1.5의 중량비로 압출한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

실시예 5

수지층 B의 원료수지로서 PLA/PMMA 혼합수지(3:7 중량비)를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

실시예 6

수지층 B의 원료수지로서 PLA/PMMA 혼합수지(3:7 중량비)를 사용하고, 수지층 A와 수지층 B를 1:1.5의 중량비로 압출한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

실시예 7

수지층 B의 원료수지로서 PLA/PMMA 혼합수지(3:7 중량비)를 사용하고, 수지층 A와 수지층 B를 1.5:1의 중량비로 압출한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

실시예 8

수지층 B의 원료수지로서 PLA/PMMA 혼합수지(5:5 중량비)를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

실시예 9

수지층 B의 원료수지로서 PLA/PMMA 혼합수지(5:5 중량비)를 사용하고, 수지층 A와 수지층 B를 1:1.5의 중량비로 압출한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

비교예 1

수지층 B의 원료수지로서 PMMA 수지를 사용하고, 수지층 A와 수지층 B를 1:2의 중량비로 압출한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

비교예 2

수지층 B의 원료수지로서 PMMA 수지를 사용하고, 수지층 A와 수지층 B를 2:1의 중량비로 압출한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

비교예 3

수지층 B의 원료수지로서 폴리락트산/폴리부틸렌테레프탈레이트(PLA/PBT) 혼합수지(3:7 중량비)를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

비교예 4

수지층 B의 원료수지로서 PBT 수지를 사용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 제조하였다.

시험예

실시예 및 비교예에서 제조된 필름을 이하의 시험방법에 의해 평가하였다.

시험예 1. 적외선 차단 필름 성능 평가

(1) 반사 스펙트럼

필름에 빛을 조사하여 반사 피크를 시뮬레이션한 결과를 도 2 내지 4에 나타내었다.

(2) 가시광선 반사율

필름을 폭 21.0 cm, 길이 29.7 cm 크기로 절단한 후, 필름 표면에 묻은 이물질을 제거하고, 광 투과율 측정기(Nippon Densho kukogy사, NHD 5000W)에 넣어 측정하였다 [ASTM D 1003 MODE]. 400 내지 500 nm 영역에서의 가시광 반사율(%)을 X로 하였으며, 300 내지 500 nm 영역에서의 반사율이 40% 이상인 파장의 최대값과 최소값의 차(nm)를 Δd₁으로 하였다.

(3) 적외선 차단율

필름을 폭 10 cm, 길이 10 cm 크기로 절단한 후, 필름 표면에 묻은 이물질을 제거하고, 스펙트로미터(Hunterlab사, Ultrascan pro)에 넣어 반사와 투과모드로 측정하였다. 900 내지 1,000 nm 영역에서의 IR 차단율(%)을 Y로 하였으며, 900 내지 1000 nm 영역에서의 반사율이 70% 이상인 파장의 최대값과 최소값의 차(nm)를 Δd₂로 하였다.

이상의 결과를 종합하여 하기 표 1에 정리하였다.

상기 표 1을 볼 때, 다층으로 이루어진 적외선 차단필름 제조시 수지층 A와 수지층 B와의 중량비율이 중요한 것을 알 수 있으며 수지층 B의 물질 구성이 단독 혹은 여러 수지와 복합되어 있는지에 따라 Z값 차이가 발생하는 것을 알 수 있다.

본 발명의 적외선 차단 필름은 가시광 투과율이 우수하면서도 적외선 차단율 또한 매우 높아서, 높은 시안성을 유지함과 동시에 열차단 효과가 우수하므로, 건축물 외장용 또는 자동차용 유리에 사용하기에 매우 적합하다.

시험예 2. 공정성의 평가

상기 실시예 및 비교예에 따른 필름의 제조과정 중의 공정성을 다음과 같이 평가하였다.

(1) 공정률의 평가

공정률의 평가를 위해 필름 제조공정중 종/횡 방향으로 압출공정을 거칠때 5시간동안의 연신부하 또는 기타의 문제로 필름이 파괴되는 현상이 발생되는 빈도수를 아래와 같은 식을 통해 계산하였다.

공정률 = (5시간 x 2) / (1 + 필름 파괴횟수) x 10

그 결과, 상기 실시예 1 내지 9의 필름은 모두 70% 이상의 우수한 공정률을 나타냈으며, 특히 실시예 5 내지 7의 필름은 100%의 공정률을 나타내었다.

(2) 그 외 공정성 평가

상기 실시예 및 비교예에 따른 필름의 제조공정을 관찰하였다.

그 결과, 실시예 1 내지 9의 필름의 제조공정에서는 장시간 운전시 기포가 발생하는 문제점이 일부 발생하는 것을 제외하고는 공정성이 우수하였다. 특히 실시예 5 내지 7에 따르는 필름의 제조과정에서는 공정상의 문제점이 전혀 발생하지 않았다.

반면, 비교예 1 내지 4의 필름의 제조공정에서는 연신공정이 불안정하는 등 여러 문제점이 발생하였다. 특히, 비교예 4와 같이 수지층 A와 B의 중량비를 최적으로 설정하여도 수지간의 굴절률 차이가 발생하는 경우 가시광 반사율이 높아져서 무늬가 발생하며 아울러 헤이즈(haze)가 높아져 투명성이 저하되는 문제점이 발생하였다.

이상, 본 발명을 상기 실시예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 이하에 첨부한 청구범위 내에서 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.

11: 보호층 12: 반사층
21: 수지층 A 22: 수지층 B

Claims

반사층 및 상기 반사층의 전후에 배치되는 1층 이상의 보호층을 포함하고,
상기 반사층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지를 포함하는 수지층 A, 및 폴리에틸렌계 또는 폴리에스터계 수지와 폴리락트산(PLA) 수지와의 혼합수지를 포함하는 수지층 B가 두께방향으로 2층 이상 교대로 적층되어 이루어지고,
상기 수지층 A 및 수지층 B의 중량비가 1.5:1 내지 1:1.5이며, 하기 수학식 1로 표시되는 Z의 값이 1 이상인 것을 특징으로 하는, 적외선 차단 필름:
[수학식 1]
Z = (Y/X) x (Δd₂-Δd₁)/Δd₂
상기 식에서,
X는 400 내지 500 nm 영역에서의 가시광선 반사율(%)이고,
Y는 900 내지 1,000 nm 영역에서의 적외선 차단율(%)이며,
Δd₁은 300 내지 500 nm 파장 범위 내에서의 반사율이 40% 이상인 파장의 최대값과 최소값의 차(nm)이고,
Δd₂는 900 내지 1,000 nm 파장 범위 내에서의 반사율이 70% 이상인 파장의 최대값과 최소값의 차(nm)이다.
제1항에 있어서,
상기 Z의 값이 1.5 이상인 것을 특징으로 하는, 적외선 차단 필름.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 폴리에틸렌계 수지는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)인 것을 특징으로 하는, 적외선 차단 필름.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 폴리에스터계 수지는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)인 것을 특징으로 하는, 적외선 차단 필름.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 혼합수지 내의 폴리락트산 수지의 함량은 10 내지 90 중량%인 것을 특징으로 하는, 적외선 차단 필름.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수지층 A 및 수지층 B 간의 굴절률 차가 0.05 이상인 것을 특징으로 하는, 적외선 차단 필름.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반사층에 포함된 폴리에틸렌테레프탈레이트 수지의 결정화도가 0 내지 80 %인 것을 특징으로 하는, 적외선 차단 필름.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적외선 차단 필름이 종방향 및 횡방향으로 3배 내지 4.5배 연신된 것을 특징으로 하는, 적외선 차단 필름.
제1항 또는 제2항에 있어서,
수지층 A 및 수지층 B의 중량비가 1.2:1 내지 1:1.2인 것을 특징으로 하는, 적외선 차단 필름.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 적외선 차단 필름의 두께가 10 내지 100 μm인 것을 특징으로 하는, 적외선 차단 필름.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 수지층 A 및 수지층 B의 두께차가 일정하거나 점진적으로 증가되는 것을 특징으로 하는, 적외선 차단 필름.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반사층이 50층 내지 400층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 적외선 차단 필름.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 반사층의 두께가 10 내지 100 μm인 것을 특징으로 하는, 적외선 차단 필름.