KR101444191B1 - 열저항 나노복합체 투명필름 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열저항 나노복합체 투명필름에 관한 것으로, 베이스필름; 나노클레이를 포함하여 이루어지는 열저항층;을 포함하고, 상기 나노클레이가 상기 베이스필름의 경계면에 대하여 각을 형성하여 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 균일하게 분산된 나노클레이를 최적의 각도로 배향된 나노복합체 필름은 가시광선 투과율을 향상시키고, 보다 효과적으로 열저항 특성을 향상시켜 에너지 효율을 극대화시키며, 단순화된 공정으로 제조비용이 감소하고, 내구성이 개선되어 차량 및 건축물 등 다양한 분야에 적용가능한 친환경 열저항 나노복합체 투명필름이라는 장점이 있다.

Description

열저항 나노복합체 투명필름 {Heat resistance nanocomposite transparent film}

본 발명은 열저항 나노복합체 투명필름에 관한 것으로, 상세하게는 균일하게 분산된 나노클레이를 일정한 각도로 배향시킨 투명한 나노복합체 필름으로써, 가시광선 투과율을 향상시키고, 보다 효과적으로 열저항 특성을 향상시켜 에너지 효율을 극대화시키며, 또한 단순화된 공정으로 제조비용을 감소시킬 수 있는, 친환경적인 열저항 나노복합체 투명필름에 관한 것이다.

전세계적으로 화석연료의 고갈 및 지구온난화의 주범인 온실가스의 발생문제를 해결하기 위하여 신재생에너지 및 대체 에너지 개발에 주력하고 있다.

지구온난화 온실가스의 발생원 중 80%이상이 에너지소비에서 발생하고 있으며, 건물 에너지 소비의 80% 이상이 냉난방 및 전기설비 등을 운영하는 과정에서 소비되고 있다. 따라서 건물 부분은 온실가스 저감을 위해서는, 에너지 절약 및 에너지 효율 관리 강화가 필요하다.

이처럼, 에너지 절약 및 에너지 효율증대에 대한 관심이 집중되면서 여름철에는 태양광에 의한 채광은 확보하면서 실외의 태양복사열이 실내로 들어오는 것을 차단하고, 겨울철에는 실내의 난방기구에서 발생되는 적외선이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있는 기능성 소재에 대한 수요가 급증하고 있다.

열선흡수 물질에 대한 개념은 1960년대에 제안되었지만, 본격적인 연구는 1998년 경부터 시작되었고, 2000년 경 첫 상품이 출시되었으며, 2005년 경에 이르러 1세대 상품군이 형성되었다.

이렇게 열선을 제어하기 위한 시도는 틴트유리(tinted glass), 틴트필름, 로이유리(Low-E glass:저방사유리), 스퍼터 코팅유리 및 스퍼터 코팅필름 등의 기술로 다양하게 개발되었으며, 일부는 이미 상용화되었으나, 아직 널리 보급되기에는 성능, 신뢰성 및 단가 부분에 한계가 있다.

틴트유리 혹은 틴트필름은 백금, 티타늄 및 구리 등의 금속 및 금속합금을 유리 또는 필름에 진공증착 또는 스퍼터링시켜 제조된 고기능 사계절 단열필름으로써, 열차단 특성은 우수하나, 산화 및 변색에 약하여 내구성이 떨어지는 단점이 있다. 이에 유럽에서는 적외선 반사율이 높은 특수금속막(일반적으로 은을 사용)을 증착시킨 유리를 복층으로 하고, 중간에 헬륨이나 아르곤과 같은 불활성 가스로 채워진 형태의 단열창호(저방사 유리, Low-E glass)를 개발하여 사용하였다. 그러나 로이유리(Low-E glass)는 열차단 성능이 높은 만큼 외부에서 유입된 열선의 흡수로 열팽창 특성의 차이가 크게 발생하여, 지속적으로 응력을 받고 있던 복층 저방사유리가 폭발하는 문제점을 가지고 있다.

또한, 금속코팅형태의 저방사유리는 독일을 시작으로 오스트리아, 스위스, 영국 등지에서 수요가 증가해 왔으며, 아시아에서도 일본, 중국 등의 사용 비율이 점차 상승하고 있다. 다만, 한국에서는 아직 에너지 관리기술에 대한 인식이 부족하여 국제적으로 최저수준의 적용률을 나타내고 있다.

박막금속 또는 금속산화물을 필름 또는 유리에 코팅을 입히는 기술은 높은 투과율과 열선차단특성 등의 성능적 특성은 어느 정도 구현이 가능하나, 습도가 높은 지역에서는 부식이 발생하여 막이 분리되거나 크랙이 발생하고, 변색이 되며, 이동전화 송수신에 방해가 되는 문제가 있다.

또한, 일반적으로 열차폐 물질로 사용되는 ITO(인듐틴옥사이드), ATO(안티몬틴옥사이드) 및 텅스텐 브론즈 등과 같은 무기산화물은 높은 열차단 특성을 가지고 있지만, 낮은 가시광선 투과율 때문에 그 활용범위가 한정되어 있으며, 진공증착 및 스퍼터링 공정이 복잡하고 예민하며, 공정 비용과 원료의 가격이 고가라는 문제점이 있다.

즉, 종래의 열차단 유리 및 필름 개발기술의 경우, 열저항 특성과 경제성 및 내구성을 동시에 만족시킬 수 없으므로, 종래의 방식이 아닌 새로운 개념을 적용하여 획기적으로 이러한 문제들을 해결하고 상용화할 수 있는 기술개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 균일하게 분산된 나노클레이를 최적의 각도로 배향시켜 나노복합체 필름을 제조함으로써, 가시광선 투과율을 향상시키고, 보다 효과적으로 열저항 특성을 향상시켜 에너지 효율을 극대화시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 종래의 금속박막 코팅 필름 및 유리가 부식 등의 문제로 내구성이 낮고, 로이유리(Low-E glass)는 폭발위험이 있어 안정성이 떨어진다. 이처럼, 내구성이 낮아 지속적인 보수 및 교체가 필요하고 불안정한 것과 달리, 본 발명은 내구성이 획기적으로 개선되어 장기간 사용이 가능하고 매우 안정적이므로, 차량용 윈도우 뿐만 아니라, 건축물의 윈도우까지 바로 적용 가능한 열저항 나노복합체 투명필름을 제조하는 것을 목적으로 한다.

또한, 종래의 진공증착 또는 스퍼터링 공정과 같은 복잡하고 고비용 공정을 거치지 않아, 공정단계가 단순해지고, 제조단가가 감소하며, 대면적에도 적용이 가능하여 경제성이 향상된 열저항 나노복합체 투명필름을 제조하는 것을 목적으로 한다.

또한, 열차단 기능을 갖는 나노클레이의 배향각도의 조절을 통해, 가시광선의 투과율은 높이면서도 열선차단율, 열관류율 및 UV 차단율을 비약적으로 향상시킴으로써, 에너지 효율이 현저히 향상되어 차량 및 건축물의 에너지 절약에 효과적이며 친환경적인 열저항 나노복합체 투명필름을 제조하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 열저항 나노복합체 투명필름은, 베이스필름; 나노클레이를 포함하여 이루어지며, 상기 나노클레이가 상기 베이스필름의 경계면에 대하여 각을 형성하여 위치하는 열저항층;으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 열저항층은 희석용 반응물과 반응성 바인더를 포함하여 형성되며, 상기 희석용 반응물은 이소보르닐아크릴레이트 또는 이소보르닐메타크릴레이트 중 적어도 하나이고, 상기 반응성 바인더는 에폭시계 아크릴레이트 수지 또는 우레탄계 아크릴레이트 수지 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 베이스필름은 폴리에스테르, 에틸렌테레프탈레이트·에틸렌이소프탈레이트 공중합체, 부틸렌테레프탈레이트·부틸렌이소프탈레이트 공중합체, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 열저항층은, 상기 희석용 반응물 100 중량부에 대하여, 상기 나노클레이는 0.1 내지 30 중량부를 포함하고, 상기 반응성 바인더 100 중량부에 대하여, 상기 나노클레이가 분산된 상기 희석용 반응물은 30 내지 100 중량부 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 열저항층에서 상기 나노클레이는 상기 베이스필름의 경계면과 10 내지 30도로 배향되는 제1배열 또는 150 내지 170도로 배향되는 제2배열 중 적어도 하나의 형태로 위치하며, 상기 제1배열 또는 상기 제2배열의 배향각도와 상기 나노클레이들이 각각 위치한 각도와의 차이는 0.1 내지 5도인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1배열과 상기 제2배열 중 적어도 하나가 교대로 위치하여 배향되고, 상기 제1배열 또는 상기 제2배열은 적어도 하나의 연신축을 기준으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 열저항층에서, 상기 분산된 나노클레이의 두께는 30 내지 100nm이고, 길이는 100 내지 500nm이며, 상기 열저항층의 두께는 10 내지 1000㎛로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 열차단 나노복합체 투명필름에 따르면, 균일하게 분산된 나노클레이를 최적의 각도로 배향된 나노복합체 필름을 형성함으로써 열저항 특성을 현저히 향상시키는 장점이 있다.

또한, 최적의 비율로 나노클레이가 포함되어 있고, 나노클레이가 최적화된 각도를 갖도록 배향되어 형성됨으로써, 가시광선의 투과율은 높이면서도 열선차단율, 열관류율 및 UV 차단율을 비약적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

뿐만 아니라, 종래의 금속박막 코팅 필름 및 유리가 부식 등의 문제로 내구성이 낮아 지속적인 보수 및 교체가 필요한 것과는 달리, 베이스필름과의 나노복합체 코팅층의 접착력을 높여 내구성이 획기적으로 개선되어 장기간 사용이 가능하고, 이러한 내구성 향상에 따라 차량용 윈도우 뿐만 아니라, 건축물의 윈도우까지 바로 적용 가능한 열저항 나노복합체 투명필름이라는 장점이 있다.

또한, 종래의 진공증착 또는 스퍼터링 공정과 같은 복잡하고 고비용 공정을 거치지 않고, 간단하고 작업이 용이한 코팅방법을 이용함으로써, 공정단계가 단순해지고 제조단가가 감소하며, 대면적에도 적용이 가능하여 경제성이 향상된 열저항 나노복합체 투명필름이라는 장점이 있다.

또한, 종래에 비하여 열저항 특성과 경제성 및 내구성을 획기적으로 개선할 수 있을 뿐만 아니라, 나노복합체 코팅층을 통하여 외부에서 들어오는 적외선을 차단하고, 바깥으로 유출되는 내부의 열 또한 효과적으로 차단함으로써, 에너지 효율을 현저히 향상시켜 차량 및 건축물의 에너지 소비를 줄일 수 있어 친환경적인 열저항 나노복합체 투명필름이라는 장점이 있다.

도 1는 본 발명의 열저항 나노복합체 투명필름의 구조를 나타낸 단면도
도 2(a) 및 2(b)는 본 발명의 열저항 나노복합체 투명필름 열저항층에 형성된 나노클레이의 배향을 나타낸 단면도
도 3는 본 발명의 열저항 나노복합체 투명필름 열저항층에 형성된 나노클레이의 배향을 나타낸 단면도
도 4는 본 발명의 열저항 나노복합체 투명필름 열저항층의 나노클레이의 배향에 따른 적외선의 반사효과를 나타낸 단면도
도 5은 본 발명의 열저항 나노복합체 투명필름의 파장별 투과율을 나타낸 그래프
도 6은 본 발명의 열저항 나노복합체 투명필름의 투과율을 비교 촬영한 사진

이하, 본 발명에 의한 열저항 나노복합체 투명필름에 대하여 바람직한 실시형태를 첨부된 도 1 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이고, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고 하는 것은 아니다.

먼저, 본 발명에 의한 열저항 나노복합체 투명필름은, 도 1에 도시된 바와 같이, 베이스필름(10) 및 열저항층(20)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 베이스필름(10)은 어떠한 필름을 사용해도 무방하나, 폴리에스테르, 에틸렌테레프탈레이트·에틸렌이소프탈레이트 공중합체, 부틸렌테레프탈레이트·부틸렌이소프탈레이트 공중합체, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트 중 어느 하나로 이루어지는 것이 본 발명의 열저항층(20)과의 부착력을 향상시켜 열저항 나노복합체 투명필름의 내구성을 향상시키는데 가장 효과적이다.

다음으로, 상기 열저항층(20)은 나노클레이(21)를 포함하는 희석용 반응물과 반응성 바인더를 포함하여 형성된다. 이는 나노클레이(21)의 높은 열차단 특성을 이용하여, 외부에서 들어오는 열을 차단할 뿐만 아니라, 내부에서 방출되는 열 또한 차단하여, 자동차 및 건축물 등 다양한 분야에 적용되어 에너지 효율을 월등히 향상시킬 수 있는 열저항 나노복합체 투명필름을 형성할 수 있다.

상기 나노클레이(21)는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 벤토나이트(bentonite), 헥토라이트(hectorite), 플루오로헥토라이트(Fluorohectorite), 사포나이트(saponite), 베이델라이트(beidelite), 논트로나이트(nontronite), 스티븐사이트(stevensite), 버미큘라이트(vermiculite), 볼콘스코이트(volkonskoite), 마가다이트(magadite), 케냐라이트(kenyalite) 또는 이들의 유도체 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 암모늄염으로 개질된 몬모릴로나이트(montmorillonite), 사포나이트(saponite), 헥토라이트(hectorite), 벤토나이트(bentonite) 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것이 효과적이다. 이는 암모늄염으로 개질된 나노클레이(21)가 고분자 수지와 상용성이 우수하므로, 보다 효과적으로 나노클레이(21)를 분산시키기 위함이다.

또한, 상기 열저항층(20)은 나노클레이(21)를 희석용 반응물에 분산하여 반응성 바인더와의 상용성을 높임으로써, 열저항층을 형성했을 때 나노클레이(21)가 보다 균일하게 분산되어 최적의 열저항 특성을 구현할 수 있다.

상기 희석용 반응물은 이소부틸(메타)아크릴레이트, 이소데실(메타)아크릴레이트, 이소보르닐(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴(메타)아크릴레이트, 스테아릴(메타)아크릴레이트, 카프로락톤아크릴레이트 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 이소보르닐아크릴레이트 또는 이소보르닐메타크릴레이트 중 적어도 어느 하나로 이루어지는 것이 효과적이다. 이와 같은, 희석용 반응물은 점도를 조절하는 역할을 하여 나노클레이(21)의 응집없이 균일한 분산이 가능하고, 부착력 및 유연성을 증가시켜 내구성을 향상시키는 효과가 있다.

상기 나노클레이(21)의 함량은 상기 희석용 반응물 100 중량부에 대하여, 0.1 내지 30 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1 내지 25중량부, 가장 바람직하게는 2 내지 18 중량부를 포함하는 것이 효과적이다. 0.1 중량부 미만인 경우에는 나노클레이(21)의 함량이 너무 적어 열차단 효과가 미미하게 나타나며, 30 중량부를 초과하는 경우에는 과도한 함량으로 오히려 가시광선의 빛 차단율이 높아져 열저항 나노복합체 투명필름의 투명성이 현저히 낮아지는 문제가 발생한다.

상기 반응성 바인더는 나노클레이가 분산된 희석용 반응물과 균일하게 혼합되어, 경화 후에 견고하면서 유연한 도막을 형성하여, 최적화된 열저항 특성을 구현할 수 있게 한다.

상기 반응성 바인더는 알키드계 아크릴레이트 수지, 에스테르계 아크릴레이트 수지, 에폭시계 아크릴레이트 수지 또는 우레탄계 아크릴레이트 수지 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 우레탄계 아크릴레이트 수지로 이루어지는 것이 효과적이다. 상기 우레탄계 아크릴레이트 수지는 무황변 수지로 필름의 투명성에 도움을 주고, 강도와 유연성을 동시에 가지는 수지로 베이스필름(10)과의 접착력을 향상시켜 경화 후에도 크랙형성 또는 베이스필름(10)과의 박리현상을 감소시켜 필름의 내구성을 향상시켜, 열저항 특성을 크게 향상시킬 수 있다.

상기 나노클레이(21)가 분산된 희석용 반응물의 함량은 상기 반응성 바인더 100 중량부에 대하여, 30 내지 100 중량부를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 30 내지 80 중량부, 가장 바람직하게는 40 내지 60 중량부를 포함하는 것이 효과적이다.

상기 나노클레이(21)가 분산된 희석용 반응물이 30 중량부 미만인 경우에는 최종 혼합물의 점도가 너무 높아 균일한 분산이 어렵고 이를 경화했을 때 수축률이 높아져 상기 베이스필름(10)과 접착력이 감소하여 박리현상이 일어나며, 분산된 나노클레이(21)의 함량이 적어 열저항 효과가 미미하게 나타나는 문제가 발생한다. 또한 100 중량부를 초과하는 경우에도 최종 혼합물의 점도가 낮아 필름 형성이 어려우며, 필름이 형성되더라도 강도가 약하여 열저항 특성이 저하되는 문제가 있다.

다음으로 열저항층(20)은, 나노클레이(21)가 베이스필름(10)의 경계면에 대하여 각을 형성하는 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 구조는 최적조건의 연신을 통하여 형성할 수 있다. 이는 나노클레이(21)가 열저항층(20)과 베이스필름(10)의 경계면에 대하여 최적의 각도로 배향됨으로써 열저항 특성을 현저히 향상시키기 위함이다.

여기서, 각을 형성하는 구조라 함은, 도 2에 나타난 바와 같이, 나노클레이(21)가 베이스필름(10)의 경계면 대하여 평행하지 않고, 즉, 0도가 아닌 각을 갖는 것을 의미한다.

도 2(a) 및 도 2(b)에 나타난 바와 같이, 나노클레이(21)가 베이스필름(10)의 경계면 대하여 10 내지 30도의 각도를 가지는 제1배열로 배향되거나 150 내지 170도의 각도를 가지는 제2배열로 배향되는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 10 내지 20도의 각도를 가지는 제1배열로 배향되거나 160 내지 170도의 각도를 가지는 제2배열로 배향되는 것이 효과적이다. 이와 같은 각도로 배향하는 것은 열차단 나노복합체 투명필름의 가시광선의 투과율을 저해하지 않으면서 적외선의 반사율을 향상시켜 나노클레이(21)의 열차단 효과를 극대화하기 위한 것이다.

그리고, 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 제1배열과 상기 제2배열이 교대로 위치하여 배향되는 것이 가장 효과적이다. 이는 열차단 나노복합체 투명필름의 투명도를 저해하지 않으면서, 나노클레이(21) 단독으로 다층구조 또는 다양한 입자의 열저항 효과를 발휘함으로써, 경제성을 향상시킬 수 있으며, 최적의 열저항 특성을 구현하기 위함이다.

상기 제1배열 및 제2배열의 각도는 열저항층(20) 내부에 존재하는 나노클레이(21) 각각의 입자들이 열저항층(20)과 베이스필름(10)의 경계면과 이루는 각도로써, 도 3에 나타난 바와 같이, 제1배열과 제2배열이 교대로 위치할 경우, 상기 각도가 좌에서 우로 보았을 경우와 우에서 좌로 보았을 경우가 동일하여 좌우 어느 방향에서 보더라도 동일한 각도로 위치하고 있어 보는 방향에 따라 제1배열과 제2배열이 바뀔 수 있다.

또한, 제1배열 또는 제2배열의 배향각도와 나노클레이가 실제 위치한 각도와의 차이는 0.1 내지 5도인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1도인 것이 가장 바람직하다. 상기 각도차이가 0도인 것이 이상적이나 실질적으로 열저항층(20)에 존재하는 모든 나노클레이(21) 입자들이 형태와 크기가 다양하여 오차없이 동일한 각도로 형성되기 어려우며, 이를 최적조건의 연신을 통하여, 나노클레이(21)가 일정하고 균일하게 위치하도록 제1배열 또는 제2배열의 배향각도의 오차범위를 적게 함으로써, 입사되는 적외선의 반사율을 최대로 하여 열저항 특성을 현저하게 향상시킬 수 있다. 상기 각도 차이범위가 5도를 초과할 경우, 적외선의 반사율을 감소시켜 열저항 특성의 향상을 미미하게 하는 문제가 발생한다.

그리고, 제1배열 또는 제2배열은 적어도 하나의 연신축을 기준으로 형성되는 것이 가장 바람직하다. 이는 연신축을 기준으로 필름에 가하는 힘과 방향에 따라 나노클레이(21)의 각도가 정해지며, 다수의 연신축을 활용할 경우, 제1배열과 제2배열이 교대로 위치한 형태를 얻을 수 있다. 이는 적어도 하나의 연신축을 가짐으로써 제1배열 또는 제2배열의 각도를 보다 용이하게 형성할 수 있으므로, 열저항 특성이 향상된 나노복합체 투명필름을 얻을 수 있다.

상술한 열저항층(20)의 구조는 도 4에 나타난 바와 같이, 가시광선 및 적외선이 입사하는 다양한 각도에 따라 투과율 및 반사율을 효과적으로 조절하기 위한 것으로, 종래 고가의 금속 및 금속산화물의 사용 없이 나노클레이(21) 단독으로 열저항 효과를 극대화하기 위한 것이다. 또한, 낮에는 빛을 더 차단하여 열저항 나노복합체 투명필름의 전반적인 열차단 효과를 더 높이고, 아침이나 저녁에는 빛이 낮보다 더 투과할 수 있도록 하여 내부의 에너지 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다. 상기 제1배열 또는 제2배열의 각도 범위를 벗어나는 경우에는 가시광선 및 적외선의 투과율 및 반사율이 현저히 저하되어 열차단 효과가 상당부분 감소하는 문제가 있다.

상기 열저항층(20)에 분산된 나노클레이(21)는 일정한 범위의 크기로 균일하게 분산되어 있어야 하며, 동시에 최적의 두께를 유지하고 있어야 한다. 최적 조건의 초음파를 이용하여 나노클레이(21)를 일정한 크기로 끊어주고 균일하게 분산시킴으로써, 나노클레이(21) 단독으로 다층구조 또는 다양한 입자의 열저항 효과를 발휘하여 경제성을 향상시킬 수 있으며, 보다 효과적인 열저항 특성을 구현할 수 있다.

따라서, 최적의 초음파 분산을 통하여 형성되는 나노클레이(21)의 두께는 30 내지 100nm이고, 길이는 100 내지 500nm인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 두께는 40 내지 80nm이고, 길이는 200 내지 400nm인 것이 효과적이다. 상기 나노클레이는 입자 또는 판상 구조로써, 두께는 짧은 길이방향을 의미하고, 길이는 긴 길이방향을 의미한다. 두께 및 길이가 각각 30nm 및 100nm 미만일 경우에는, 적외선을 반사시킬 수 있는 나노클레이(21)의 크기 및 면적이 너무 작아져 최적의 각도로 배향됨에도 불구하고 충분한 열저항 특성을 구현하지 못하며, 두께 및 길이가 각각 100nm 및 500nm를 초과할 경우에는, 나노클레이(21)의 크기 및 면적이 너무 커짐으로 적외선뿐만 아니라 가시광선의 차단율도 높여 열저항 나노복합체 투명필름의 투명도를 저하시키는 문제가 발생한다.

또한, 열저항층(20)의 두께는 바람직하게 10 내지 1000㎛로 형성되며, 더욱 바람직하게 100 내지 1000㎛로 형성되며, 가장 바람직하게는 300 내지 800㎛로 형성되는 것이 효과적이다. 10㎛ 미만일 경우에는 두께가 너무 얇아 충분한 열저항 특성을 나타낼 수 없고, 1000㎛ 초과일 경우에는 두께가 너무 두꺼워 가시광선의 빛 차단율이 높아져 열저항 나노복합체 투명필름의 투명성이 현저히 낮아지며, 경화 후에는 열저항층(20)이 베이스필름(10)으로부터 박리되는 등의 문제가 발생하여 최적의 열저항 특성이 약화된다.

이하에서는, 본 발명의 앞서 본 목적을 달성하기 위하여 열저항 나노복합체 투명필름을 형성하여 열저항 특성이 현저히 향상된 실시예를 상세히 설명한다.

실시예 1

이소보닐아크릴레이트 100 중량부에 대하여 나노클레이 10 중량부를 출력이 400W인 초음파로 10분간 분산하고, 이 분산된 혼합물을 우레탄아크릴레이트 수지 100 중량부에 대하여 40 중량부 혼합하여, 출력이 600W인 초음파로 15분간 분산한다. 이를 폴리에틸렌테레프탈레이트 베이스필름 위에 700㎛로 바코팅 한다. 80℃에서 상하로 50% 연신시킨 후 365nm를 주파장으로 사용되는 고압수은등으로 150W/cm의 출력으로 2분간 UV 경화하여 제조된 열저항 나노복합체 투명필름.

실시예 2

나노클레이의 함량이 15 중량부인 것을 제외하고, 상기 실시예1과 동일한 방법으로 제조된 열저항 나노복합체 투명필름.

실시예 3

나노클레이의 함량이 20 중량부인 것을 제외하고, 상기 실시예1과 동일한 방법으로 제조된 열저항 나노복합체 투명필름.

비교예 1

시판중인 3M사의 열저항필름

비교예 2

시판중인 일본 크리스탈본드사의 열저항필름

비교예 3

실시예 1,2,3에서 베이스필름으로 사용된 필름

이하 <표 1>에서는 본 발명에 따라 형성된 열저항 나노복합체 투명필름(실시예1,2,3)과 종래 사용되는 열차단필름(비교예1,2,3)의 열차단특성, 즉, ⅰ) 열관류율, ⅱ) 열선차단율, ⅲ) 가시광선 투과율, ⅳ) UV 차단율을 비교하였다.

전체적인 열차단성능은 UV 차단율이 10%이며, 나머지 3항목은 모두 30%가량의 비중을 가진다.

여기서, 열관류율은 KS L2525 시험규격, 열선차단율은 JIS K7350 시험규격, 가시광선 투과율은 JIS K7105 시험규격, UV차단율은 JIS K 7105 시험규격으로 측정되었다. 또한, 열관류율은 다음과 같은 공식을 통해 계산되었다.

열관류율 = (1 / 열저항) = (열전도율 / 두께)

열전도율 = (두께 / 열저항)

열저항 = (실내표면 열전달저항 + 재료의 두께 / 재료의 열전도율)

	열관류율 (U-value) (Kcal/m2hr℃)	열선차단율 (IR cut.) (%)	가시광선투과율 (VLT) (%)	UV 차단율 (UV cut.) (%)
실시예 1	4.3	89	89	99
실시예 2	4.4	90	90	99
실시예 3	3.9	92	92	99
비교예 1	5.6	65	80	99
비교예 2	5.0	80	60	98
비교예 3	5.8	50	96	80

상기 <표 1>의 실험결과에 나타난 바와 같이, 본 발명에 해당하는 실시예 1,2,3의 경우 종래의 비교예 1,2,3에 비하여 열관류율 및 열선차단율은 각각 약 20%, 35%가량 향상되었고, 가시광선투과율 및 UV 차단율은 각각 약 10% 및 약 7%가량 향상되었다.

도 5은 실시예 1,2,3에 따른 가시광선 영역에서 파장대별 투과율을 나타낸 그래프이다. 400nm에서 최저 투과율이 실시예 1로 약 89%로 나타나고, 최고 투과율이 실시예 3으로 약 92%로 나타난다. 최고와 최저의 차이가 약 5%로써 미미하고, 최저 투과율이 비교예 1,2보다 월등히 우수하므로, 실시예 1,2,3에서 최적의 나노클레이 함량으로 가시광선 영역에서 투과율의 감소없이 우수한 열저항 특성을 구현하고 있음을 알 수 있다.

또한, 도 6은 실시예 1,2,3의 투과율을 비교 촬영한 사진이다. 상기 실시예 1,2,3이 필름으로 제조되었을 때, 나노클레이의 함량이 증가함에도 불구하고, 투명도가 육안으로는 구분하기 힘들 정도로 유사하여 가시광선 영역에서 투과율의 감소 없이 열저항 특성이 우수함을 알 수 있다.

따라서, 본 발명의 열저항 나노복합체 투명필름(실시예 1,2,3)의 열저항 특성이 종래의 비교예 1,2,3에 비하여 모두 월등히 우수한 것으로 나타났다.

이처럼, 상기의 실험결과에 나타난 바와 같이, 본 발명의 열저항 나노복합체 투명필름은 종래 기술에 비해, 단순화된 공정과 원료비 절감으로 경제성이 향상되고, 내구성이 향상되어 안정적이며, 열저항 특성 또한 현저히 향상되어, 해당 기술분야에서 새로운 개념을 이용한 획기적인 에너지절감소재로 자동차뿐만 아니라 건축물 등 다양한 분야에 적용될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

10 : 베이스필름
20 : 열저항층
21 : 나노클레이

Claims (12)

1. 베이스필름;
   나노클레이를 포함하여 이루어지는 열저항층;을 포함하고,
   상기 나노클레이는 상기 베이스필름의 경계면에 대하여 각을 형성하여 위치하며, 상기 열저항층은 희석용 반응물과 반응성 바인더를 포함하여 형성되며,
   상기 열저항층은, 상기 희석용 반응물 100 중량부에 대하여, 상기 나노클레이는 10 내지 20 중량부를 포함하고, 상기 반응성 바인더 100 중량부에 대하여, 상기 나노클레이가 분산된 상기 희석용 반응물은 40 내지 60 중량부를 포함하며,
   상기 열저항층에서, 상기 나노클레이는 상기 베이스필름의 경계면과 10 내지 30도로 배향되는 제1배열 및 150 내지 170도로 배향되는 제2배열의 형태로 위치하고, 상기 제1배열 또는 상기 제2배열의 배향각도와 상기 나노클레이들이 각각 위치한 각도와의 차이는 0.1 내지 5도이며, 상기 제1배열과 상기 제2배열이 교대로 위치하여 배향되며,
   상기 열저항층에서, 상기 분산된 나노클레이의 두께는 30 내지 100nm이고, 길이는 100 내지 500nm인 것을 특징으로 하는 열저항 나노복합체 투명필름.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 희석용 반응물은 이소보르닐아크릴레이트 또는 이소보르닐메타크릴레이트 중 적어도 하나이고, 상기 반응성 바인더는 에폭시계 아크릴레이트 수지 또는 우레탄계 아크릴레이트 수지 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 열저항 나노복합체 투명필름.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 나노클레이는 암모늄염으로 개질된 몬모릴로나이트, 사포나이트, 헥토라이트 또는 벤토나이트 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열저항 나노복합체 투명필름.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 베이스필름은 폴리에스테르, 에틸렌테레프탈레이트·에틸렌이소프탈레이트 공중합체, 부틸렌테레프탈레이트·부틸렌이소프탈레이트 공중합체, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 폴리부틸렌테레프탈레이트 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 열저항 나노복합체 투명필름.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제1배열 및 상기 제2배열은 적어도 하나의 연신축을 기준으로 형성되는 것을 특징으로 하는 열저항 나노복합체 투명필름.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 열저항층의 두께는 10 내지 1000㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 열저항 나노복합체 투명필름.
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