KR101619050B1 - Led 광경화를 이용한 냉난방 창호용 접합유리의 제조방법 - Google Patents

Led 광경화를 이용한 냉난방 창호용 접합유리의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 LED 광경화를 이용한 냉난방 창호용 접합유리의 제조방법에 관한 것으로서 본 발명에 의하면 기존의 열경화 접합 유리 방식 대비 약 92.7%의 에너지 절감율을 가지고, 연소에 의한 이산화탄소 무배출, 높은 전환도(degree of conversion)로 수세공정이 생략가능하여 친환경적인 제조방법을 제공할 뿐만 아니라 ,우수한 접착력을 가지고 기존의 높은 온도에서의 금속 코팅층 산화 때문에 접합용으로 적용되지 않았던 로이유리를 LED광 조건하의 낮은 온도에서 접합할 수 있어 다양한 기능성 물질을 분산시켜 다양한 성능을 부여할 수 있는 접합유리의 제조방법을 제공할 수 있다.

Description

LED 광경화를 이용한 냉난방 창호용 접합유리의 제조방법{Process Of LED Photocuring Laminated Glass For Cooling And Heating Windows}
본 발명은 LED 광경화를 이용한 냉난방 창호용 접합유리의 제조방법에 관한 것으로서 에너지 절감을 통해 친환경적인 접합유리의 제조방법에 관한 것이다.
저탄소 녹색성장과 에너지 절감 및 탄소배출을 줄이는 친환경 주택에 관련하여 정부의 법제화 기준이 강화되고 있는 시점에서 에너지절감에 있어서 유리의 비중은 크게 증가하고 있다. 건축물 에너지 절약에 가장 근간이 되는 '녹색 건축물 조성 지원법'은 건축물 부분의 2020년 온실가스 감축목표를 달성하고 녹색건축물 조성을 촉진하기 위해 재정된 지원법으로, 주요 핵심 내용은 에너지소비 총량제, 에너지절약 계획서 제출제, 녹색건축 인증제, 에너지효율 등급인증제, 에너지소비 증명제 등이다. 이는 전체적으로 에너지의 사용을 제한하는 내용으로, 에너지 절약을 실천하기 위해서 건축물에 있어 정부 및 지자체가 엄격한 관리 감독을 통해 건축물의 효율을 건축물 거래시 반드시 알려야 하는 사항도 주목할 만하다. 이는 에너지 절약에 대한 정부의 강력한 의지가 포함되어 있으므로, 에너지 절약형 건축물의 가장 기본적인 제도로 자리매김할 것으로 보인다.
건축물에서 유리를 통해서 빠져나가는 에너지 손실이 전체의 약 37%를 차지하고 있으며 유리의 특성이 투명하며 조망권 확보, 건축물의 디자인 구현 등 장점을 갖고 있기 때문에 세계적으로 유리의 사용은 늘어나고 있는 실정이다. 특히 국내는 유리의 사용 면적이 크기 때문에 더욱 에너지 손실이 클 수밖에 없다. 이에 정부에서 추진하고 있는 건축물의 에너지 절감을 위해서는 유리의 단열에 대한 특성을 잘 파악하고 고기능성의 고단열 유리의 적용은 반드시 선행되어야 한다.
건축용 판유리를 바탕으로 2차 가공 과정을 거쳐 에너지 절감 등의 특수한 목적을 위해 제작된 제품으로 기능성 유리가 각광을 받고 있다. 로이 유리를 바탕으로 지속적으로 적용이 확대됐으나 에너지 절감 등 그린 빌딩에 관한 관심이 높아지고 건축물 외관의 독특한 미를 중시하면서 자외선 차단, 단열ㅇ내화성능 등 다양한 첨단 기술을 결합한 기능성 유리 시장이 큰 폭으로 성장하고 있다. 기능성 유리를 적용한 신제품들이 활발히 선보이고 있는 가장 큰 이유는 기능성 유리를 적용한 창호제품의 판매가격이 일반 제품보다 10∼20% 더 비싸지만 냉방이 필요한 무더운 여름철에 시원하고 쾌적한 실내 환경을 유지할 수 있고 난방이 필요한 추운 겨울철에는 아늑한 환경에서 난방비를 절약할 수 있기 때문이다. 단판유리는 과거 아파트 창문이나 베란다문으로 많이 사용되었으며 건축물의 결로와 열손실의 주범으로, 6mm 기준으로 열관류율은 5.8 W/㎡·K 정도로 에너지 손실이 높은 소재이다.
반면, 접합유리는 유리와 유리사이에 PVB 필름 등을 넣고 자외선 및 열등으로 경화시켜서 만든 유리를 말하며, 자동차 유리처럼 깨져도 안전하고 단열과 소음차단이 우수한 특징을 가진다. 접합 유리의 가장 근본적인 개념은 안전에서부터 시작되어, 필름 등이 유리를 지지하여 파손시에도 안전성을 보장하며 방범, 차음, 자외선차단 성능까지 갖고 있기 때문에 쾌적한 주거 환경을 연출하는데 탁월하다.
복층유리는 단열을 목적으로 2매 이상의 판유리를 일정한 간격을 두고 나란히 놓고 그 간격을 외기압에 가까운 건조 공기를 채우고 주위를 봉착한 것을 말한다. 단판유리 이후 유리의 단열성능과 결로 방지 효과는 어느 정도 개선되어졌으며, 22mm(6mm+12mm공기층+6mm) 복층유리 열관류율은 2.6 W/㎡·K 으로 기능은 향상되었다.
또한, 로이유리는 판유리 표면에 전기 전도성이 우수한 금속막을 코팅해 단열성능을 높인 제품이다. 로이복층유리는 높은 단열, 차폐성능으로 건축물의 에너지 사용을 절감하며 친환경건축물의 필수 자재로 각광받고 있다. 여기에 정부의 에너지절약 정책에 따라 아르곤가스를 주입한 로이복층유리의 적용은 큰 폭으로 늘고 있다. 24mm(6+12+6)의 열관류율은 1.7 W/㎡·K 정도로 일반유리 대비 40%의 절감효과가 있다. 더 나아가 더블로이를 적용하였을 때는 1.3 W/㎡·K 까지도 떨어트릴 수 있다. 로이복층유리보다 더 에너지를 절감하고 열관류율을 낯추는 제품으로 최근에 적용이 확대되고 있는 제품은 삼복층유리이다. 열 이동을 극소화해 일반 유리 대비 60% 까지 열손실을 줄일 수 있고, 기본의 로이유리 대비 최고 30%까지 단열성능의 효과를 얻을 수 있으며, 난방비 절감과 에너지 사용량도 줄이며, 차음성능까지 개선되었다. 이는 과거와 비교하였을 때 벽체에 버금가는 단열성능을 통하여 에너지 절약을 더욱 높이는 계기가 되고 있다. 삼복층유리는 로이와 가스를 접목하고 기본적으로 싱글로이를 적용하였을 시 열관류율 1.2 W/㎡·K, 더블로이 1.0 W/㎡·K까지 낮출 수 있다.
상기와 같은 판유리 산업은 에너지 절약의 화두에 발맞춰 고기능성, 고효율의 유리 가공을 통해 경쟁력을 확보해야 한다. 하지만 에너지 절약에 있어 가장 중요한 부분은, 가공 산업인 제조업에서는 제품을 생산할 때부터 피부로 느낄 수 있는 생산 공정의 비용 부분이다. 이는 기존의 건축물의 에너지 절약을 위한 제품과 더불어 산업계에 가장 중요한 것으로 전기사용에 관한 절약이 포인트가 될 것이다. 제조업의 중심은 기계 가동을 통해 제품을 가공하여 생산하는 시스템으로 규모가 클수록 전기의 사용이 높은 시스템을 유지하고 있다. 이는 유리 가공업계도 예외가 아니어서 유리가공을 위한 설비 사용시 생산원가의 상당부분이 전기세로 빠져나가 원가 절감에 가장 치명적인 부분으로 다가오고 있다. 기존의 열경화 접합 유리 방식은 오토 크레이브(Autoclave)를 이용하는데 장기간의 가열 및 진공가압으로 장비의 대형화, 고에너지, 낮은 양산성의 문제점이 발생하는 단점을 가지고 있다.
대한민국공개특허제10-2011-0048447호(2011년05월11일 공개)
그러므로 본 발명에서는 기존의 열경화 접합 유리 방식 대비 약 92.7%의 에너지 절감율을 가지고, 연소에 의한 이산화탄소 무배출, 높은 전환도(degree of conversion)로 수세공정이 생략가능하여 친환경적인 제조방법을 제공할 뿐만 아니라 ,우수한 접착력을 가지고 기존의 높은 온도에서의 금속 코팅층 산화 때문에 접합용으로 적용되지 않았던 로이유리를 LED광 조건하의 낮은 온도에서 접합할 수 있어 다양한 기능성 물질을 분산시켜 다양한 성능을 부여할 수 있는 접합유리의 제조방법을 제공하는 것을 기술적과제로 한다.
그러므로 본 발명에 의하면, 유리판을 세정한 후,
세정된 유리판 두장을 포갠 후 삼면의 모서리부분의 변부를 봉합한 후,
LED광 경화 접착액을 상기 유리판 사이에 주입한 후,
나머지 유리판 모서리의 변부를 봉합한 후,
파장범위 370~430nm인 LED광을 조사하여 상기 접착액을 경화시키는 것을 특징으로 하는 LED광 경화 접합유리의 제조방법이 제공된다.
이하 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 LED광 경화 접합유리의 제조방법은 두장의 유리판 사이에 LED광 경화 접착액을 주입하고 유리판 모서리의 변부를 봉합한 후, LED광을 조사하여 상기 접착액을 경화하여 접합유리를 제조하는 방법에 관한 것이다.
먼저 본 발명의 접합유리에 있어서, 접합하고자 하는 유리판을 세정해야 하는데, 유리판는 유리세정장치로 이동하여 세척을 수행하며 2개의 브로쉬롤로 이물을 제거하며 3개의 스폰치 롤로 유리판에 뭍은 물을 완전히 제거하여야 한다.
이후, 세정된 유리판 두장을 포갠 후 삼면의 모서리부분의 변부를 봉합하는데, 주로 양면 접착테이프로 유리판의 모서리부분의 변부를 봉합하게 된다. LED광 경화 접착제를 투입하기 전에 먼저 양면 접착테이프를 유리판 모서리의 변부에 붙여 Sealing 마감하게 된다.
상기 유리판의 모서리부분의 변부를 봉합한 후에 LED광 경화 접착액을 상기 유리판 사이에 주입하게 된다. 본 발명에서 사용되는 LED광 경화 접합 방식은 액상의 LED광 경화 접착액을 유리판과 유리판사이에 주입하여 화학적 결합에 의해 LED광 경화라인에서 경화되어 접착되는 방식으로 단열, 방음, 자외선 차단, 비산방지, 차열, 내열성 등의 기능을 자유롭게 구현 할 수 있는 우수한 장점을 가지고 있다.
상기 LED광 경화 접착액은 2-하이드록시에틸아크릴레이트(2-hydroxyethyl acrylate)모노머 50~65중량%, 디에틸렌글리콜에틸이써아크릴레이트(Di(ethylene glycol)ethyl ether acrylate) 모노머 32~40중량%, 폴리비닐부티랄(Polyvivyl butyral)올리고머 2~5중량%, 광개시제로서 벤조페논(Benzophenone), 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논(2-Hydroxy-2-methylpropiophenone), 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드(Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide) 중 어느 하나이상이 1.0~5.0중량% 혼합된 접착액인 것이 바람직하다.
일반적으로 LED광 경화형 접착제의 경우 대부분 아크릴레이트 계열의 올리고머, 모노머로 조성되어 있는데, 본 발명의 경우 2-하이드록시에틸아크릴레이트(2-hydroxyethyl acrylate)모노머 50~65중량%,디에틸렌글리콜에틸이써아크릴레이트(Diethylene glycol ethylether acrylate) 모노머 32~40중량%, 폴리비닐부티랄(Polyvivyl butyral)올리고머 2~5중량%를 함유하여 내열성이 우수하고, 열전도가 낮아 진공상태와 유사한 단열성을 나타내며 로이유리와 접합 시 코팅막의 산화를 방지하여 성능을 유지시킬 수 있고, 내약품성이 우수하고, 외부의 충격을 흡수하여 유리가 비산되지 않도록 접착력이 우수하여 바람직하다. 로이유리를 접합하는 경우에는 3.0 W/㎡·K의 열관류율 또는 로이유리 및 열차단 기능성 미립자와의 열관류율 시너지 효과에 의해 2.0 W/㎡·K 이하의 열관류율을 구현 할 수 있다.
광개시제로서 수소치환형의 벤조페논(Benzophenone)계(255nm의 흡수파장), 자기붕괴형으로서 245, 280, 331nm의 흡수파장을 가진 Darocure 1173(2-Hydroxy-2-methylpropiophenone), 295, 368, 380, 393nm의 흡수파장을 가진 Darocure TPO(Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide), Irgacure 184(1-Hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 246, 280, 333nm의 흡수파장) 등이 있으며 자외선 발광원의 발광파장과 접착수지의 물성을 고려하여 선택할 수 있다. 상기 LED 광원의 발광 파장을 고려하면 Darocure TPO가 적합하나 접착수지의 유리접착력을 고려하여 벤조페논과 Darocure 1173을 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 LED광 경화 접착액에는 상기 LED광 경화 접착액 100중량부에 대하여 백색안료(산화아연, 산화타이타늄, 실버화이트 중 어느 하나를 주원료로 함.), 적색안료(벵갈라, 버밀리온,카드뮴레드 중 어느 하나를 주원료로 함.), 황색안료(크롬옐로, 황토, 카드뮴옐로 중 어느 하나를 주원료로 함.), 녹색안료(에메랄드녹, 산화크로뮴녹 중 어느 하나를 주원료로 함.), 청색안료(프러시안블루, 코발트청 중 어느 하나를 주원료로 함.), 자색안료(망가니즈紫, mars紫 중 어느 하나를 주원료로 함.), 흑색안료(카본블랙, 철흑 중 어느 하나를 주원료로 함.), 투명성 백색안료(실리카백, 알루미나백, 백토,탄산칼슘 중 어느 하나를 주원료로 함.) 중 어느 하나 이상의 무기안료가 0.5~2.0중량부 추가로 혼합되도록 하여 본 발명의 접합유리에 색상을 구현하고, 색상 종류 및 농도에 따른 가시광선, 적외선, 자외선의 흡수, 반사성을 조절할 수 있다. 상기 무기안료는 유기안료에 비해 일반적으로 불투명하고 농도도 불충분하지만, 내광성과 내열성이 좋고 유기용제에 녹지 않아 바람직하다.
또한, 상기 LED광 경화 접착액에는 상기 LED광 경화 접착액 100중량부에 대하여 은(Ag), 나노 점토(nano clay), 에어로겔, 산화티탄(TiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 황화 아연(ZnS), 산화안티몬(Sb2O3), 산화 아연(ZnO2), 인듐-주석 복합산화물(ITO), 안티몬-주석 복합 산화물(ATO), 티타늄-안티모니-주석 복합 산화물(TiO2, Sb doped SnO2), 산화 세륨(CeO), 산화셀레늄(SeO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 이트륨(Y2O3) 및 안티몬-아연 복합 산화물(AZO) 중 어느 하나 이상인 열차단 기능성 미립자가 0.01~10중량부 추가로 혼합되도록 하여 기능성을 부여하거나 향상 시킬 수 있다. 실리콘 복합체는 자외선을 차단하는 기능이 있으며, ATO은 원적외선을 차단하는 기능이 있다. 수산화알루미늄, 제올라이트와 클레이는 단열 성능을 향상시키는 기능을 하며 특히 에어로겔은 저밀도 나노기공 구조를 가져 열전도율이 아주 낮아 단열의 용도로 적합하다. 상기 열차단 기능성 미립자의 함량 조절을 통해, LED 경화 접합 유리의 용도에 따라 자외선, 적외선, 가시광선의 반사와 흡수, 태풍에 대한 저항, 우수한 비산방지, 단열성, 전도성, 내열성, 방음성 등의 고기능성 유리 제품등의 기능 조절이 가능하다.
이렇게 LED광 경화 접착액을 상기 유리판 사이에 주입한 후, 나머지 유리판 모서리의 변부를 봉합한 후, 파장범위 370~430nm인 LED광을 조사하여 상기 접착액을 경화시켜 본 발명의 LED광 경화 접합유리의 제조를 완료하게 된다.
본 발명의 상기 LED광 경화 방식은 LED광의 조사에 의해 LED광 경화 접착액의 화학반응으로 인해 경화되는 방법으로서, 경화 반응 메카니즘은 크게 라디칼 반응과 양이온 반응에 의해 3차원적인 가교구조가 형성되어 경화되는 것이다. 이러한 LED광 경화 방식은 장치가 간단하고, 경화 구간의 길이가 크지 않으며 설비 면적 및 설비 비용이 작고 빠른 생산 속도를 가지는 장점이 있다.
그러므로 본 발명에 의하면, 기존의 열경화 접합 유리 방식 대비 약 92.7%의 에너지 절감율을 가지고, 연소에 의한 이산화탄소 무배출, 높은 전환도(degree of conversion)로 수세공정이 생략가능하여 친환경적인 제조방법을 제공할 뿐만 아니라 ,우수한 접착력을 가지고 기존의 높은 온도에서의 금속 코팅층 산화 때문에 접합용으로 적용되지 않았던 로이유리를 LED광 조건하의 낮은 온도에서 접합할 수 있어 다양한 기능성 물질을 분산시켜 다양한 성능을 부여할 수 있는 접합유리의 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 접합유리의 사진이다.
다음의 실시예에서는 본 발명의 LED광경화를 이용한 접합유리의 제조방법의 비한정적인 예시를 하고 있다.
[실시예 1]
유리판을 유리세정장치로 이동하여 세척을 하는데, 2개의 브로쉬롤로 이물을 제거하며 3개의 스폰치 롤로 유리판에 뭍은 물을 완전히 제거하였다. 이후, 세정된 유리판 두장을 포갠 후 삼면의 모서리부분의 변부를 봉합하는데, LED광 경화 접착제를 투입하기 전에 먼저 양면 접착테이프를 유리판 모서리의 변부에 붙여 Sealing 마감하였다.
2-하이드록시에틸아크릴레이트(2-hydroxyethyl acrylate)모노머 60.0중량%, 디에틸렌글리콜에틸이써아크릴레이트(Diethylene glycol ethylether acrylate) 모노머 34.97중량%, 폴리비닐부티랄(Polyvivyl butyral)올리고머 2.0중량%, 광개시제로서 Darocure 1173(2-Hydroxy-2-methylpropiophenone)과 Darocure TPO(Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide)의 혼합물(Darocure 1173 1.0중량%, Darocure TPO(Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide) 2.0중량%) 3.0중량%, 열차단 기능성 미립자인 안티몬-주석 복합산화물(ATO) 0.03중량%가 혼합된 접착액을 상기 유리판 사이에 주입한 후, 나머지 유리판 모서리의 변부를 봉합하고, 표 1의 기기조건하의 LED광을 조사하여 상기 접착액을 경화시켜 접합유리를 완성하였다. 제조된 접합유리의 물성시험결과는 표 2와 같다.
구분 SPEC. 비고
Size 300mm(L) x 100mm(W) x 50mm(H) 3개
소비전력 2.45kW
Peak 파장 395nm
냉각방식 공냉식
최대 광량 8W/㎠
인터페이스 컨트롤 PLC
평가 항목 단위 실시예 1 평가 방법
1. 자외선 차폐율 % 90.1 KS L 2514
2. 적외선 차폐율 % 28.2 KS L 2514
3. 가시광선 투과율 % 87.1 KS L 2514
4. 내열성 ℃ 100 KS L 2004
5. 쇼트백충격시험 - 파손 없음 KS L 2002
6. 낙구충격시험 - 파손 없음 KS L 2002
7. 내약품성 - 변색, 탈색 없음 KS L 2014
8. 차음성능 등급 30-35 KS F
2808:2011

Claims (4)

  1. 유리판을 세정한 후,
    세정된 유리판 두장을 포갠 후 삼면의 모서리부분의 변부를 봉합한 후,
    2-하이드록시에틸아크릴레이트(2-hydroxyethyl acrylate)모노머 50~65중량%, 디에틸렌글리콜에틸이써아크릴레이트(Diethylene glycol ethyl―ether acrylate) 모노머 32~40중량%, 폴리비닐부티랄(Polyvivyl butyral)올리고머 2~5중량%, 광개시제로서 벤조페논(Benzophenone), 2-하이드록시-2-메틸프로피오페논(2-Hydroxy-2-methylpropiophenone), 디페닐(2,4,6-트리메틸벤조일)포스핀 옥사이드(Diphenyl(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide) 중 어느 하나이상이 1.0~5.0중량% 혼합된 LED광 경화 접착액을 상기 유리판 사이에 주입한 후,
    나머지 유리판 모서리의 변부를 봉합한 후,
    파장범위 370~430nm인 LED광을 조사하여 상기 접착액을 경화시키는 것을 특징으로 하는 LED광 경화 접합유리의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 LED광 경화 접착액 100중량부에 대하여 백색안료(산화아연, 산화타이타늄, 실버화이트 중 어느 하나를 주원료로 함.), 적색안료(벵갈라, 버밀리온,카드뮴레드 중 어느 하나를 주원료로 함.), 황색안료(크롬옐로, 황토, 카드뮴옐로 중 어느 하나를 주원료로 함.), 녹색안료(에메랄드녹, 산화크로뮴녹 중 어느 하나를 주원료로 함.), 청색안료(프러시안블루, 코발트청 중 어느 하나를 주원료로 함.), 자색안료(망가니즈紫, mars紫 중 어느 하나를 주원료로 함.), 흑색안료(카본블랙, 철흑 중 어느 하나를 주원료로 함.), 투명성 백색안료(실리카백, 알루미나백, 백토,탄산칼슘 중 어느 하나를 주원료로 함.) 중 어느 하나 이상의 무기안료가 0.5~2.0중량부 추가로 혼합된 것을 특징으로 하는 LED광 경화 접합유리의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 LED광 경화 접착액 100중량부에 대하여 은(Ag), 나노 점토(nano clay), 에어로겔, 산화티탄(TiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 황화 아연(ZnS), 산화안티몬(Sb2O3), 산화 아연(ZnO2), 인듐-주석 복합산화물(ITO), 안티몬-주석 복합 산화물(ATO), 티타늄-안티모니-주석 복합 산화물(TiO2, Sb doped SnO2), 산화 세륨(CeO), 산화셀레늄(SeO2), 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 이트륨(Y2O3) 및 안티몬-아연 복합 산화물(AZO) 중 어느 하나 이상인 열차단 기능성 미립자가 0.01~10중량부가 추가로 혼합된 것을 특징으로 하는 LED광 경화 접합유리의 제조방법.
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