KR101492386B1 - 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법 및 그에 의해 제조된 적외선 반사소재 - Google Patents
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Abstract
[과제] 본 발명은 적외선 반사안료 및 세라믹 입자를 포함하는 적외선 반사소재의 표면을 소수성 실란 커플링제로 개질하여, 도료에 묻히지 않고 높은 적외선 반사율 및 차폐효과를 가지는 적외선 반사소재를 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
[해결수단] 상기 목적은 본 발명의 일 실시예에 따라, 적외선 반사안료, 세라믹 입자 및 혼합용매를 혼합하여 혼합액을 제조하는 혼합단계, 상기 혼합액을 건조하여 적외선 반사소재를 제조하는 건조단계, 및 상기 적외선 반사소재, 소수성 실란커플링제 및 유기용매를 교반하여 현탁액을 제조하는 교반단계, 및 상기 현탁액을 가열하여 상기 적외선 반사소재의 표면을 개질하는 표면개질단계를 포함하고, 상기 적외선 반사안료는 산화티탄 또는 산화아연이고, 상기 세라믹 입자는 펄, 마이카 또는 실리카 중공구 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법에 의해 달성된다.
[해결수단] 상기 목적은 본 발명의 일 실시예에 따라, 적외선 반사안료, 세라믹 입자 및 혼합용매를 혼합하여 혼합액을 제조하는 혼합단계, 상기 혼합액을 건조하여 적외선 반사소재를 제조하는 건조단계, 및 상기 적외선 반사소재, 소수성 실란커플링제 및 유기용매를 교반하여 현탁액을 제조하는 교반단계, 및 상기 현탁액을 가열하여 상기 적외선 반사소재의 표면을 개질하는 표면개질단계를 포함하고, 상기 적외선 반사안료는 산화티탄 또는 산화아연이고, 상기 세라믹 입자는 펄, 마이카 또는 실리카 중공구 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법에 의해 달성된다.
Description
본 발명은 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법 및 그에 의해 제조된 적외선 반사소재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적외선 반사안료와 세라믹 입자가 혼합된 적외선 반사소재를 소수성 실란커플링제로 표면을 개질시켜 적외선 반사효율 및 차열효과가 우수한 적외선 반사소재를 제조하는 방법 및 그에 의해 제조된 적외선 반사소재에 관한 것이다.
최근 도시로의 인구 집중, 건축물에 의한 녹지의 감소, 도시화에 의한 대기오염의 악화 등에 의해 도시 내의 기온이 국소적으로 상승하는 열섬(Heat Island)현상이 큰 사회문제로 대두되고 있다.
여름철 건물의 내부온도를 상승시키는 직접적인 요인은 적외선이 콘크리트 건물의 외면 또는 옥상에 흡수되어 열에너지를 발생시키기 때문이며, 건물 내부온도의 상승으로 인해 건축물, 산업체 등에서 30% 이상의 열 손실이 발생하고 있어, 도시의 열섬현상 및 냉, 난방비의 증가의 원인이 되고 있다.
따라서, 적외선을 효과적으로 반사시키고, 건물 표면의 온도를 낮춤으로써, 건물 내부로 유입되는 열을 감소시켜 실내 온도 상승을 억제할 필요가 있으며, 이에 따라, 적외선 차단 소재 및 도료가 개발되어 실제 건축물에 이용되고 있다.
그러나, 기존 열을 차단하는 소재는 이미 상용화된 적외선 반사안료, 실리카, 티타니아, 지르코니아 입자, 중공구 등을 도료 원료와 단순 혼합하여 차열 도료로 사용하는 것이 대부분이다.
이때, 혼합물 내의 차열소재의 비중이 크기 때문에, 도료와 차열소재를 혼합하여 도포시 도료 내부에 차열소재가 묻히게 되어, 본래의 차열 성능이 발휘되지 못하는 문제가 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 적외선을 효율적으로 반사할 수 있고, 적외선 반사소재를 도료에 혼합하여 도포시, 적외선 반사소재가 혼합물의표면에 위치할 수 있는 적외선 반사 소재의 개발이 절실하게 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위한 것으로, 적외선 반사안료 및 세라믹 입자를 포함하는 적외선 반사소재의 표면을 소수성 실란커플링제로 개질하여, 도료에 묻히지 않고 높은 적외선 반사율 및 차폐효과를 가지는 적외선 반사소재를 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적은 본 발명의 일 실시예에 따라, 적외선 반사안료, 세라믹 입자 및 혼합용매를 혼합하여 혼합액을 제조하는 혼합단계, 상기 혼합액을 건조하여 적외선 반사소재를 제조하는 건조단계, 및 상기 적외선 반사소재, 소수성 실란커플링제 및 유기용매를 교반하여 현탁액을 제조하는 교반단계, 및 상기 현탁액을 가열하여 상기 유기용매를 제거하고, 상기 적외선 반사소재의 표면을 개질하는 표면개질단계를 포함하고, 상기 적외선 반사안료는 산화티탄 또는 산화아연이고, 상기 세라믹 입자는 펄, 마이카 또는 실리카 중공구 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법에 의해 달성된다.
상기 혼합단계는 10분 내지 2시간 동안 수행될 수 있다.
또한, 상기 건조단계는 50℃ 내지 200℃ 온도에서, 1시간 내지 24시간 건조될 수 있으며, 상기 교반단계는 10분 내지 3시간 동안 수행될 수 있다.
더불어, 상기 표면개질단계는 50℃ 내지 500℃ 온도에서, 1시간 내지 24시간 열처리되는 것일 수 있다.
또한, 상기 소수성 실란커플링제는 데실트리메틸실란일 수 있다.
상기 목적은 본 발명의 일 실시예의 제조방법에 의해 제조된 적외선 반사소재에 의해 달성된다.
상기 세라믹 입자 100 중량부에 대하여, 상기 적외선 반사안료는 0.1 내지 90 중량부이고, 상기 실란커플링제는 0.1 내지 40 중량부일 수 있다.
실란커플링제에 의해 표면이 개질된 적외선 반사소재를 제조함으로써, 적외선 반사소재를 도료와 혼합시, 적외선 반사소재가 도료에 묻히지 않고 도료 표면에 위치할 수 있어, 적외선 반사효과가 극대화될 수 있으며, 기계적, 전기적 특성이 우수하며, 내수성 및 접착성이 뛰어난 적외선 반사소재를 제공할 수 있다.
또한, 차열 및 단열에 최적화된 적외선 반사안료 및 세라믹 입자를 포함하는 적외선 반사소재를 제공함으로써, 건물 표면의 온도 및 건물 내부로 유입되는 열이 감소되면서 냉난방비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3의 적외선 반사율을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 3의 적외선 반사율을 나타낸 그래프이다.
이하, 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법 및 그에 의해 제조된 적외선 반사소재에 대하여 본 발명의 바람직한 하나의 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 본 발명의 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법에 대해 상세하게 설명한다.
도 1를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법은 혼합단계(S10), 건조단계(S20), 교반단계(S30) 및 표면개질단계(S40)를 포함한다.
혼합단계는(S10)는 적외선 반사안료, 세라믹 입자 및 혼합용매를 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계이다.
본 발명에서 사용되는 상기 적외선 반사안료는 특별히 한정되지 않고, 통상의 적외선 반사안료는 모두 사용할 수 있으며, 구체적으로는 금속산화물이고, 더 구체적으로는 산화티탄(TiO2) 또는 산화아연(Zn0)일 수 있다.
적외선 반사안료는 태양광에 노출된 외표면에 도포되는 경우, 고반사작용에 의해 태양복사열의 대부분을 반사시켜 내부에 열이 침입하는 것을 방지하여 표면온도를 대폭 저하시킨다.
상기 세라믹 입자는 특별히 한정되지 않고, 통상의 세라믹 입자는 모두 사용될 수 있으며 구체적으로는 펄, 마이카 또는 실리카 중공구 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
세라믹 입자는 일사 반사율 및 장파 반사율이 높아 열전도율을 저하시켜 단열효과를 얻을 수 있다.
상기 혼합용매는 해당 기술분야에서 통용되는 용매는 제한없이 사용할 수 있으며, 구체적으로는 물(H2O)일 수 있다.
혼합단계(S10)는 10분 내지 2시간 동안 수행되고, 바람직하게는 20분 내지 1시간, 더 바람직하게는 30분 동안 수행될 수 있다.
혼합시간이 10분 미만인 경우 적외선 반사안료 및 세라믹 입자가 용매에 균일하게 혼합되지 못하고, 2시간을 초과하는 경우 공정시간의 늘어남에 따라 제조비용이 증가하는 문제가 있다.
건조단계(S20)는 적외선 반사안료, 세라믹 입자 및 혼합용매를 포함하는 혼합액을 건조하는 단계로, 혼합용매를 제거하여 적외선 반사소재를 제조하는 단계이다.
상기 건조단계(S20)에서 사용되는 용매를 건조할 수 있는 기술은 제한없이 적용할 수 있으며, 바람직하게는 회전증발기를 이용하여 용매를 제거할 수 있다.
또한, 상기 건조단계(S20)는 50℃ 내지 200℃의 온도에서 수행되고, 바람직하게는 100℃ 내지 150℃이고, 더 바람직하게는 120℃에서 수행될 수 있다.
건조시간은 1 시간 내지 24시간이고, 바람직하게는 10시간일 수 있다.
건조 온도가 50℃ 미만이면서, 건조시간이 1시간 미만인 경우 혼합용매가 완전히 제거되지 않는 문제가 있다.
또한, 건조온도가 200℃를 초과하고, 건조시간이 24시간을 초과하는 경우 적외선 반사소재를 구성하는 적외선 반사안료 및 세라믹 입자가 열에 의해 물성이 변하여 적외선 반사 효율이 감소한다.
교반단계(S30)는 건조단계(S20)에서 제조된 적외선 반사소재에 소수성 실란커플링제 및 유기용매를 추가하여 교반하면서 현탁액을 제조하는 단계로, 적외선 반사소재가 실란커플링제와 반응할 수 있도록 접촉시키는 단계이다.
소수성 실란커플링제는 무기물질인 적외선 반사소재의 표면에 부착될 수 있는 것이면 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 데실트리메틸실란(decyltrimethylsilane)일 수 있다.
유기용매는 적외선 반사소재를 균일하게 분산시켜 슬러지화할 수 있는 물질은 제한없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 메틸렌클로라이드(Methylene Chloride)일 수 있다.
교반단계(S30)는 적외선 반사소재를 소수성 실란커플링제로 미리 표면처리하는 직접처리과정으로, 슬러지화된 적외선 반사소재와 유기용매에 실란 커플링제를 첨가하여 처리효율을 높이고, 적외선 반사소재 표면에 실란 커플링제가 균일하게 반응할 수 있다.
교반단계(S30)는 10분 내지 3시간 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 30분 내지 1시간 동안 수행될 수 있으며, 교반시간이 10분 미만인 경우 표면에 실란 커플링제가 접촉하지 않은 적외선 반사소재로 인해 불량률이 증가하며, 3시간을 초과하는 경우 공정시간이 증가하는 문제가 발생한다.
표면개질단계(S40)는 교반단계(S30)에서 제조된 현탁액을 가열하여 용매를 제거하고, 적외선 반사소재의 표면을 개질하는 단계로, 실란 커플링제에 의해 적외선 반사소재의 표면이 개질되어, 적외선 반사소재가 도료와 혼합되어도 도료에 묻히지 않고 도료의 표면에 위치할 수 있는 특성을 부여하는 단계이다.
표면개질단계(S40)는 50℃ 내지 500℃의 온도이고, 바람직하게는 150℃의 온도에서 열처리될 수 있다.
또한, 표면개질단계(S40)는 1시간 내지 24시간 동안 수행될 수 있고, 바람직하게는 5시간 동안 수행될 수 있다.
표면개질단계(S40)가 50℃ 미만의 온도에서 1시간 미만으로 열처리되는 경우 적외선 반사소재의 표면이 개질되지 않아 종래 도료와 혼합시, 적외선 반사소재가도료에 묻혀 적외선 반사효율이 저하되는 문제를 해결할 수 없으며, 500℃를 초과하는 온도에서 24시간을 초과하여 가열하는 경우, 고온을 장시간 유지하기 위하여 많이 비용이 소모되는 문제가 있다.
또한, 표면개질단계(S40)는 밀폐된 반응기에서 수행될 수 있고, 바람직하게 수열합성반응기에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따라 표면이 개질된 적외선 반사소재는 상기 혼합단계(S10), 건조단계(S20), 교반단계(S30) 및 표면개질단계(S40)에 의해 제조될 수 있다.
상기 표면이 개질된 적외선 반사재료는 세라믹 입자 및 적외선 반사안료를 포함하며, 상기 세라믹 입자 100중량부에 대하여 상기 적외선 반사안료는 0.1 내지 90중량부이고, 바람직하게는 20 내지 50중량부이다.
상기 적외선 반사안료가 0.1중량부 미만인 경우 적외선 반사재료의 차열효과가 현저히 감소하며, 90중량부를 초과하는 경우 일사반사율 및 장파반사율이 감소하여 단열효율이 감소하는 문제가 생긴다.
또한, 적외선 반사재료의 표면을 개질하기 위해 사용하는 실란커플링제는 상기 세라믹 입자 100중량부에 대하여, 0.1 내지 40중량부이고, 바람직하게는 5 내지 20중량부이며, 실란커플링제가 0.1중량부 미만인 경우 적외선 반사재료의 표면이 균일하게 개질되지 않아 종래 도료와 혼합시 적외선 반사재료가 도료에 묻혀 적외선 반사 기능이 현저히 감소하던 문제를 해결할 수 없으며, 40중량부를 초과하는 경우 적외선 반사율이 감소하여 차열효과 및 단열효과가 감소한다.
이때, 상기 표면이 개질된 적외선 반사소재에 포함되는 세라믹 입자는 펄, 마이카 또는 실리카 중공구 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 적외선 반사안료는 산화티탄 또는 산화아연일 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 들어 설명한다.
[실시예 1]
적외선 반사안료로 산화티탄(TiO2)입자와 세라믹 입자로 일정량의 펄을 물에 혼합한 후 30분 동안 교반하였다. 회전 증발기를 이용하여 용매를 제거한 후 120℃에서 10시간 동안 건조하였다. 담지된 산화티탄입자는 펄 대비 10중량%를 사용하였다. 건조한 산화티탄입자(TiO2)/펄입자와 실란커플링제로 DTMS (Decyltrimethylsilane)를 사용하여 염화 메틸렌 용액에 혼합하고, 30분 동안 교반한 후 회전 증발기를 이용하여 염화 메틸렌을 제거하였다. 넣은 DTMS 양은 펄 대비 5중량%를 사용하였다. 이 입자를 수열 합성 반응기에 넣고 밀폐한 후 150℃에서 5시간 동안 열처리하여 표면이 개질된 적외선 반사소재 샘플을 제조하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 세라믹 입자로는 마이카를 사용하여 표면이 개질된 적외선 반사소재 샘플을 제조하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 세라믹 입자로는 실리카 중공구를 사용하여 표면이 개질된 적외선 반사소재 샘플을 제조하였다.
[실시예 4]
상기 실시예 1과 동일하게 실시하되, 적외선 반사안료로는 산화아연(ZnO)을 사용하여 표면이 개질된 적외선 반사소재 샘플을 제조하였다.
[실시예 5]
상기 실시예 4와 동일하게 실시하되, 세라믹 입자로는 마이카를 사용하여 표면이 개질된 적외선 반사소재 샘플을 제조하였다.
[실시예 6]
상기 실시예 4와 동일하게 실시하되, 세라믹 입자로는 실리카 중공구를 사용하여 표면이 개질된 적외선 반사소재 샘플을 제조하였다.
[비교예 1]
세라믹 입자인 펄만을 이용하여 적외선 반사소재 샘플을 제조하였다.
[비교예 2]
세라믹 입자인 마이카만을 이용하여 적외선 반사소재를 샘플로 제조하였다.
[비교예 3]
세라믹 입자인 실리카 중공구만을 이용하여 적외선 반사소재를 샘플로 제조하였다.
| 적외선 반사율(%) | |
| 실시예 1 | 89.0 |
| 실시예 4 | 88.6 |
| 비교예 1 | 83.0 |
[표 1]은 펄을 세라믹 입자로 사용하는 실시예 1,4 및 비교예 1의 적외선 반사율을 나타낸 것으로, 적외선 반사안료를 포함하고, 적외선 반사소재의 표면이 실란 커플링제에 의해 개질된 실시예 1 및 2의 적외선 반사소재의 적외선 반사율이 펄만을 사용하는 비교예 1의 적외선 반사율보다 높은 것을 알 수 있다.
| 적외선 반사율(%) | |
| 실시예 2 | 86.0 |
| 실시예 5 | 86.3 |
| 비교예 2 | 85.0 |
[표 2]는 마이카를 세라믹 입자로 사용하는 실시예 2,5 및 비교예 2의 적외선 반사율을 나타낸 것으로, 상기 [표 1]에서와 마찬가지로, 적외선 반사안료를 포함하고, 적외선 반사소재의 실란 커플링제에 의해 표면이 개질된 실시예 2 및 5의 적외선 반사소재의 적외선 반사율이 마이카만을 사용하는 비교예 2의 적외선 반사율보다 높은 것을 알 수 있다.
| 적외선 반사율(%) | |
| 실시예 3 | 82.3 |
| 실시예 6 | 82.3 |
| 비교예 3 | 80.0 |
[표 3]은 실리카중공구를 세라믹 입자로 사용하는 실시예 3,6 및 비교예 3의 적외선 반사율을 나타낸 것으로, 적외선 반사안료를 포함하고, 적외선 반사소재의 실란커플링제에 의해 표면이 개질된 실시예 3 및 6의 적외선 반사소재의 적외선 반사율이 실리카 중공구만을 사용하는 비교예 3의 적외선 반사율보다 높은 것을 알 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 내에 있는 것으로 본다.
Claims (9)
- 적외선 반사안료, 세라믹 입자 및 혼합용매를 혼합하여 혼합액을 제조하는 혼합단계;
상기 혼합액을 건조하여 적외선 반사소재를 제조하는 건조단계;
상기 적외선 반사소재, 소수성 실란커플링제 및 유기용매를 교반하여 현탁액을 제조하는 교반단계; 및
상기 현탁액을 가열하여 상기 유기용매를 제거하고, 상기 적외선 반사소재의 표면을 개질하는 표면개질단계;를 포함하고,
상기 적외선 반사안료는 산화티탄 또는 산화아연이고,
상기 세라믹 입자는 펄, 마이카 또는 실리카 중공구 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 혼합단계는 10분 내지 2시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 건조단계는 50℃ 내지 200℃ 온도에서, 1시간 내지 24시간 건조되는 것을 특징으로 하는 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 교반단계는 10분 내지 3시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 표면개질단계는 50℃ 내지 500℃ 온도에서, 1시간 내지 24시간 동안 열처리되는 것을 특징으로 하는 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법. - 제 1항에 있어서,
상기 소수성 실란커플링제는 데실트리메틸실란인 것을 특징으로 하는 표면이 개질된 적외선 반사소재 제조방법. - 제 1항 내지 제 6항 중 어느 하나에 의해 제조된 적외선 반사소재.
- 제 7항에 있어서,
상기 세라믹 입자 100 중량부에 대하여, 상기 적외선 반사안료는 0.1 내지 90 중량부인 것을 특징으로 하는 적외선 반사소재. - 제 7항에 있어서,
상기 세라믹 입자 100 중량부에 대하여, 상기 실란커플링제는 0.1 내지 40 중량부인 것을 특징으로 하는 적외선 반사소재.
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