KR102301277B1

KR102301277B1 - 단열 필름 및 그를 포함하는 단열 기판

Info

Publication number: KR102301277B1
Application number: KR1020190146587A
Authority: KR
Inventors: 신권우
Original assignee: 한국전자기술연구원
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2021-09-14
Also published as: KR20210059835A

Abstract

본 발명은 단열 필름 및 그를 포함하는 단열 기판에 관한 것으로, 시인성을 훼손하지 않으면서 양호한 단열성을 확보하기 위한 것이다. 본 발명은 광투과성을 갖는 베이스 기판과 은나노와이어 코팅층을 포함한다. 은나노와이어 코팅층은 베이스 기판 위에 은나노와이어 코팅액을 습식 코팅하여 형성하며, 은나노와이어가 베이스 기판 위에 네트워크 구조를 형성한다. 은나노와이어 코팅층은 베이스 기판 위에 직접 습식 코팅하여 형성할 수 있다. 또는 은나노와이어 코팅층은 별도의 베이스 필름에 습식 코팅하여 단열 필름으로 형성한 후, 베이스 기판에 부착하여 형성할 수 있다.

Description

단열 필름 및 그를 포함하는 단열 기판{Heat insulating film and heat insulating substrate comprising the same}

본 발명은 단열 소재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 은나노와이어 코팅층을 구비하여 단열 성능을 향상시킨 단열 필름 및 그를 포함하는 단열 기판에 관한 것이다.

건축물, 자동차 등에서 유리로 경계로 실내와 외부로 구분되는데, 실내의 온도 유지를 위해서는 유리의 단열 성능이 요구된다.

유리의 단열 성능을 향상시키기 위해서, 두꺼운 유리를 적용하거나, 복수 개의 유리를 일정 간격을 두고 겹쳐서 사용하는 방법이 주로 사용된다.

이러한 두꺼운 유리나 다층 유리는 유리의 무게가 무거워지고 취급이 쉽지 않고, 제조 비용 또한 상승할 수 있다. 두꺼운 유리나 다층 유리를 사용하더라도, 유리를 통과하여 열이 외부로 방출되기 때문에, 유리 두께의 조절만으로 단열 성능을 향상시키는 데는 무리가 있다.

이러한 유리 두께 증가에 따른 문제를 해소하면서 유리의 단열 성능을 향상시키기 위해서, 유리에 은 박막과 절연물질을 반복 증착한 저방사(low emissivity) 유리가 소개되고 있다. 저방사 유리는 주로 적외선을 반사하여 유리를 통해 외부로 유출되는 에너지를 줄임으로써, 단열 특성을 가질 수 있다. 저방사 유리로 창호를 제작하면, 단열 성능이 우수한 창호를 얻을 수 있다.

저방사 유리는 유리에 직접 은 박막과 절연물질을 반복 증착하여 제조하는 예를 개시하였지만, 은 박막과 절연물질을 별도의 단열 필름으로 제작한 후, 단열 필름을 유리에 부착하는 방식으로 저방사 유리를 제조할 수도 있다.

하지만 저방사 유리는 은 박막이 증착된 구조를 갖기 때문에, 빛의 반사도가 높고 가시광 투과율이 낮아져 시인성이 떨어지는 관계로 단열성과 시인성이 함께 필요한 객체에는 사용할 수 없는 문제점을 안고 있다.

그리고 저방사 유리는 단열성을 높이기 위해서는 적층되는 은 박막의 수 또는 두께를 증가시켜야 하기 때문에, 이 경우 더욱 시인성이 떨어지는 문제점을 안고 있다.

등록특허공보 제10-1470901호 (2014.12.10. 공고)

따라서 본 발명의 목적은 양호한 단열성과 시인성을 갖는 단열 필름 및 그를 포함하는 단열 기판을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 광투과성을 갖는 베이스 기판; 및 상기 베이스 기판 위에 은나노와이어 코팅액을 습식 코팅하여 형성하며, 상기 은나노와이어가 상기 베이스 기판 위에 네트워크 구조를 형성하는 은나노와이어 코팅층;을 포함하는 단열 기판을 제공한다.

상기 단열 기판은 면저항이 3 내지 55 Ω/sq, 방사율이 0.53 이하, 가시광 투과율이 30% 이상이다.

상기 단열 기판은 상기 단열 기판은 면저항이 3 내지 14 Ω/sq, 방사율이 0.30 이하, 가시광 투과율이 83 내지 42% 이다.

상기 베이스 기판은 유리, 석영(quartz), PET, PC, PEN, PES, PMMA, PI 및 PEEK으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 단열 기판은, 상기 은나노와이어 코팅층에 전기적으로 접속되며, 전원을 인가받아 상기 은나노와이어 코팅층을 발열시키는 버스바;를 더 포함할 수 있다.

상기 버스바를 통한 전원 인가를 통해서 상기 단열 기판의 온도를 실내 온도 대비 -5℃ 내지 +5℃ 범위에서 유지한다.

본 발명에 따른 단열 기판은, 상기 은나노와이어 코팅층의 하부면 및 상부면 중에 적어도 하나에 형성된 보호층;을 더 포함할 수 있다.

상기 보호층은 우레탄, 아크릴, 페놀, 에폭시, 무기물 및 유무기복합소재로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.

상기 보호층은 부식방지제를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 베이스 기판에 부착되는 단열 필름을 제공한다. 상기 단열 필름은 광투과성을 갖는 베이스 필름; 및 상기 베이스 필름 위에 은나노와이어 코팅액을 습식 코팅하여 형성하며, 상기 은나노와이어가 상기 베이스 필름 위에 네트워크 구조를 형성하는 은나노와이어 코팅층;을 포함한다.

본 발명에 따르면, 광투과성을 갖는 베이스 기판에 네트워크 구조의 은나노와이어 코팅층을 형성함으로써, 단열성과 시인성을 함께 확보할 수 있다. 예컨대 베이스 기판으로 유리를 사용하는 본 발명에 따른 단열 기판은 유리 대비 단열 효과가 뛰어나고, 빛 반사를 줄여 기존 저방사 유리와 비교할 때 가시광 투과율이 높고 시인성이 우수한 장점이 있다.

본 발명에 따른 단열 필름 및 단열 기판은 습식 코팅을 통해서 은나노와이어 코팅층을 형성할 수 있기 때문에, 저방사 유리와 비교할 때, 제조 공정이 간단하고 제조 비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.

본 발명에 따른 단열 필름 및 단열 기판은 은나노와이어 코팅층에 형성되는 은나노와이어 네트워크의 밀도 조절을 통해서 단열 성능을 쉽게 조절할 수 있다. 즉 은나노와이어 네트워크의 밀도 조절을 통해서 은나노와이어 코팅층의 면저항 조절을 통해 방사율을 조절함으로써, 단열 성능을 쉽게 제어할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 단열 필름 및 단열 기판에 외부 전원을 인가하여 발생하는 열을 이용하여 단열 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열 기판을 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단열 기판을 보여주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 단열 기판을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 단열 기판을 보여주는 단면도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 단열 필름이 부착된 단열 기판을 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 단열 기판을 보여주는 평면도이다.
도 8은 도 7의 8-8선 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열 기판이 적용된 창호를 보여주는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시에에 따른 단열 기판이 적용된 창호를 보여주는 평면도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

[제1 실시예]

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열 기판을 보여주는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 단열 기판(100)은 광투과성을 갖는 베이스 기판(10)과 은나노와이어 코팅층(20)을 포함한다. 은나노와이어 코팅층(20)은 베이스 기판(10) 위에 은나노와이어 코팅액을 습식 코팅하여 형성하며, 은나노와이어가 베이스 기판(10) 위에 네트워크 구조를 형성한다.

베이스 기판(10)은 광투과성을 갖는 소재로 제조될 수 있다. 여기서 광투과성은 가시광 투과성을 의미한다. 예컨대 베이스 기판(10)의 소재로는 유리, 석영(quartz) 또는 투명 플라스틱 소재가 사용될 수 있다. 투명 플라스틱 소재로는 PET, PC, PEN, PES, PMMA, PI, PEEK 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

베이스 기판(10)은 선택적으로 피타나(Piranha) 용액 처리, 산 처리, 염기 처리, 플라즈마 처리, 상압 플라즈마 처리, 오존 처리, UV 처리, SAM(self assembled monolayer) 처리, 및 고분자 또는 단분자 코팅 방법 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 표면 처리될 수 있다.

이러한 베이스 기판(10)은 광투과성과 단열 성능이 요구되는 건축물, 자동차에 사용되는 창호일 수 있다.

그리고 은나노와이어 코팅층(20)은 은나노와이어 코팅액을 베이스 기판(10) 위에 코팅한 후 건조하여 형성한다. 이때 은나노와이어 코팅액은 은나노와이어, 점도조절제, 바인더 및 용매를 포함한다. 은나노와이어 분산액은 은나노와이어 고형분 기준으로 0.05 내지 0.5wt%를 포함한다. 용매로는 물이 사용될 수 있다.

은나노와이어는 직경 5~100nm, 길이 5~100㎛ 크기의 은나노와이어가 사용될 수 있다. 직경이 5nm보다 작은 경우에는 기계적인 안정성이 매우 약해 잘 끊어질 수 있어, 안정적인 네트워크 형상을 유지하기 힘든 문제가 있을 수 있다. 직경이 100nm를 초과하는 경우에는 가시광 투과율이 급격히 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 길이가 5㎛보다 작은 경우에는 네트워크를 구성하는 은나노와이어의 길이가 너무 짧아져서, 많은 수의 은나노와이어가 필요하게 되고, 가시광 투과율이 낮아지고, 많은 접촉점에 의한 전기전도 특성의 저하의 문제도 있을 수 있다. 길이가 100㎛보다 긴 경우에는, 은나노와이어의 제조가 곤란해지는 문제와 은나노와이어가 너무 길어서 코팅 시에 잘 끊어지는 문제가 발생할 수 있다.

점도조절제는 은나노와이어의 분산성을 확보하면서, 코팅 시 균일한 은나노와이어 코팅층이 형성될 수 있도록 한다. 예컨대 점도조절제로는 하이드록시 프로필 메틸 셀룰로오스(hydroxy propyl methyl cellulose), 2-하이드록시 에틸 셀룰로오스(2-hydroxy ethly cellulose), 카르복시 메틸 셀룰로오스(carboxy methyl cellulose), 메틸 셀룰로오스(methly cellulose) 및 에틸 셀룰로오스(ethyl cellulose) 중에 적어도 하나가 사용될 수 있다.

바인더는 은나노와이어를 안정적으로 베이스 기판(10)에 부착될 수 있도록 한다. 예컨대 바인더로는 poly(ethylenenimine), poly(diallydimethylammonium chloride), poly(allyamine hydrochloride), poly(3,4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT), poly(2-vinylpyridine), poly(acrylamide-codiallylmethylammonium chloride), cationic polythiophene, polyaniline, poly(vinylalcohol) 또는 이들의 유도체가 사용될 수 있다.

그 외 은나노와이어 코팅액에는 탄소나노튜브, 그래핀, 탄소나노플레이트, 전도성 고분자, 카본 블랙, 금속 입자 등 다른 전도성 입자가 더 포함될 수 있다.

은나노와이어 코팅액의 코팅 방법으로는 분사 코팅(spray coating), 그라비아 코팅(gravure coating), 마이크로그라비아 코팅(micro-gravure coating), 바-코팅(bar-coating), 나이프 코팅(knife coating), 리버스 롤 코팅(reverse roll coating), 롤 코팅(roll coating), 캘린더 코팅(calender coating), 커텡 코팅(curtain coating), 압출 코팅(extrustion coating), 캐스트 코팅(cast coating), 침지 코팅(dip coating), 에어 나이프코팅(air-knife coating), 거품 코팅(foam coating) 및 슬릿 코팅(slit coating) 중 적어도 하나의 방법이 사용될 수 있다.

은나노와이어 코팅층(20)의 두께는 10 내지 10,000 nm이다. 두께가 10 nm 이하인 경우, 단열 효과가 떨어질 수 있다. 반대로 두께가 10,000 nm를 초과하는 경우, 가시광 투과율이 떨어질 수 있다.

이러한 코팅 방법으로 형성된 은나노와이어 코팅층(20)은 나노 기공 및 요철을 가지는 은나노와이어 네트워크를 형성하기 때문에, 증착에 의해 형성된 은 박막과 비교하여 반사도가 높지 않다. 빛의 반사는 단열 기판(100)을 투과하여 외부를 관찰할 때 시인성을 방해는 요소이기 때문에, 빛의 반사도가 낮은 제1 실시예에 따른 단열 기판(100)이 창호에 더 적합한다.

은나노와이어 코팅층(20)은 적외선을 반사하는 저방사 특성을 가지고 있기 때문에, 단열 성능이 우수하다.

이러한 은나노와이어 코팅층(20)은 면저항이 3 내지 55 Ω/sq, 방사율이 0.53 이하, 가시광 투과율이 30% 이상을 갖는다. 은나노와이어 코팅층(20)은 면저항이 낮을수록 방사율이 낮아져 단열 성능이 더 향상되는 특성을 보인다.

은나노와이어 코팅층(20)의 면저항은 베이스 기판(10)에 코팅되는 은나노와이어 코팅액의 두께 조절을 통해서 제어할 수 있다. 즉 은나노와이어 코팅액의 두께가 증가할수록 은나노와이어 코팅층(20)에 포함되는 은나노와이어의 수가 증가하기 때문에, 면저항을 낮출 수 있다. 즉 은나노와이어 코팅층(20)에 형성되는 은나노와이어 네트워크의 밀도 조절을 통해 면저항을 조절할 수 있다.

은나노와이어 코팅층(20)의 면저항 조절을 통해서 방사율을 조절할 수 있기 때문에, 제1 실시예에 따른 단열 기판(100)의 단열 성능을 쉽게 제어할 수 있다. 즉 은나노와이어 코팅층(20)에 형성되는 은나노와이어 네트워크의 밀도 조절을 통한 면저항 조절을 통해서 단열 성능을 조절할 수 있다.

이와 같이 제1 실시예에 따른 단열 기판(100)은 은나노와이어 코팅층(20)을 포함하기 때문에, 은나노와이어 코팅층(20)의 부가에 따른 베이스 기판(10)의 시인성이 떨어지는 것을 억제하면서 단열 성능을 확보할 수 있다.

한편 제1 실시예에 따른 단열 기판(100)은 베이스 기판(10)의 일면에 은나노와이어 코팅층(20)이 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 베이스 기판의 양면에 은나노와이어 코팅층을 형성할 수도 있다.

[실험예]

이와 같은 제1 실시예에 따른 단열 기판의 면저항, 가시광 투과율 및 방사율을 확인하기 위해서 아래와 같이 은나노와이어 코팅액을 제조하였다. 베이스 기판에 코팅되는 은나노와이어 코팅액의 두께를 달리하여 형성한 은나노와이어 코팅층의 면저항, 가시광 투과율 및 방사율을 측정하였다.

이때 베이스 기판으로는 가시광 투과율이 90%인 PET 기판을 사용하였다.

은나노와이어 코팅액은 은나노와이어 0.18wt%, HPMC(hydroxypropyl methylcellulose) 0.25wt%, 및 polyethylenimine 0.05wt%을 포함하고, 나머지는 용매인 물이 차지하다.

은나노와이어 코팅층은 은나노와이어 코팅액을 바-코팅으로 형성하였다. 코팅하는 바에 따라 코팅 두께가 달라지며, 본 실험예에서는 11.4, 13.7, 16, 20.6, 22.9, 32, 59.4 ㎛ 두께로 코팅액을 코팅하는 바로 코팅했다. 바-코팅된 은나노와이어 코팅액의 두께가 증가할수록 은나노와이어 코팅층의 면저항은 낮아진다.

측정 결과는 아래의 표1과 같다. 은나노와이어 코팅층의 면저항에 따라 방사율을 측정하였다. 표1에서 면저항이 없는 경우는 PET 기판에 은나노와이어 코팅층을 형성하지 않은 경우이다.

면저항(Ω/sq)	가시광 투과율(%)	방사율(emissivity)
-	90	0.89
180	88	0.88
100	87	0.81
55	86	0.53
38	85	0.4
14	83	0.30
6	68	0.14
3	42	0.07

방사율은 베이스 기판을 통해 외부로 방사되는 적외선 비율로서 정의될 수 있다. 방사율이 낮을수록 외부로 방사되는 적외선 에너지가 적으며, 내부로 더 많이 반사됨을 의미한다.

표1을 참조하면, 은나노와이어 코팅층으로 인해서 PET 기판의 통해 외부로 방출되는 에너지가 최소화되어 단열성이 향상된 것을 확인할 수 있다. 이때 실험예에 따른 단열 기판은 PET 기판에 은나노와이어 코팅층을 형성함으로써 가시광 투과율이 떨어지지만, 가시광 투과율이 42% 이상인 것을 확인할 수 있다. 즉 본 실험예에 따른 단열 기판은 면저항이 3 내지 55 Ω/sq 인 경우, 방사율이 0.53 내지 0.07 이고, 가시광 투과율이 42 내지 86% 이다. 단열 기판은 면저항이 3 내지 14 Ω/sq 인 경우, 방사율이 0.07 내지 0.30 이고, 가시광 투과율이 83 내지 42% 이다.

창호로는 면저항이 3 내지 55 Ω/sq, 방사율이 0.53 이하, 가시광 투과율이 30% 이상인 은나노와이어 코팅층이 사용될 수 있다. 또한, 창호로는 면저항이 3 내지 14 Ω/sq, 방사율이 0.30 이하, 가시광 투과율이 30% 이상인 은나노와이어 코팅층이 사용될 수 있다.

이와 같이 본 실험예에 따른 단열 기판은 면저항 14 Ω/sq인 경우에도 83%의 높은 가시광 투과율을 갖는다. 물론 본 실험예에 따른 면저항이 14 Ω/sq인 단열 기판은, 87% 이상의 가시광 투과율을 요구하는 터치패널, 디스플레이 등 다른 적용 분야에는 적용이 어렵지만, 83%의 높은 가시광 투과율을 갖기 때문에 본 발명에 따른 단열 필름 및 단열 기판 분야에서는 더 우수한 특성을 갖는다.

단열 기판의 가시광 투과율은 은나노와이어 코팅층과 베이스 기판의 가시광 투과율에 따라 달라질 수 있으나, 창호에 사용할 수 있도록 30% 이상이 바람직하다.

이와 같이 제1 실시예에 따르면, 광투과성을 갖는 베이스 기판에 네트워크 구조의 은나노와이어 코팅층을 형성함으로써, 단열성과 시인성을 함께 확보할 수 있다. 예컨대 베이스 기판으로 유리를 사용하는 단열 기판은 유리 대비 단열 효과가 뛰어나고, 빛 반사를 줄여 기존 저방사 유리와 비교할 때 시인성이 우수한 장점이 있다.

제1 실시예에 따른 단열 기판은 습식 코팅을 통해서 은나노와이어 코팅층을 형성할 수 있기 때문에, 저방사 유리와 비교할 때, 제조 공정이 간단하고 제조 비용을 줄일 수 있는 이점이 있다.

그리고 제1 실시예에 따른 단열 기판은 은나노와이어 코팅층에 형성되는 은나노와이어 네트워크의 밀도 조절을 통해서 단열 성능을 쉽게 조절할 수 있다. 즉 은나노와이어 네트워크의 밀도 조절을 통해서 은나노와이어 코팅층의 면저항 조절을 통해 방사율을 조절함으로써, 단열 성능을 쉽게 제어할 수 있다.

[제2 내지 제4 실시예]

한편 제1 실시예에서는 베이스 기판에 은나노와이어 코팅층이 직접 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 은나노와이어 코팅층(20)의 하부면 및 상부면 중에 적어도 하나에 보호층(31,33,35,37)이 추가적으로 형성될 수 있다.

보호층(31,33,35,37)을 포함한 은나노와이어 코팅층(20)의 두께는 10 내지 10,000 nm이다. 두께가 10 nm 이하인 경우, 단열 효과가 떨어질 수 있다. 반대로 두께가 10,000 nm를 초과하는 경우, 가시광 투과율이 떨어질 수 있다.

[제2 실시예]

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 단열 기판(200)을 보여주는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 제2 실시예에 따른 단열 기판(200)은 베이스 기판(10)과, 베이스 기판(10)의 일면에 형성된 은나노와이어 코팅층(20)을 포함하고, 베이스 기판(10)과 은나노와이어 코팅층(20) 사이에 보호층(31)이 형성된 구조를 갖는다.

여기서 보호층(31)은 베이스 기판(10)에 대한 은나노와이어 코팅층(20)의 접착력을 향상시킨다. 보호층(31)은 열, 빛, 습기로부터 은나노와이어 코팅층(20)의 열화를 억제한다. 이러한 보호층(31)은 우레탄, 아크릴, 페놀, 에폭시 및 무기물로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.

보호층(31)은 부식방지제를 더 포함할 수 있다. 예컨대 부식방지제는 벤조트리아졸(benzotriazole), 톨리트리아졸(tolytriazole), 부틸 벤질 트리아졸(butyl benzyl triazole), 디티오티아디아졸(dithiothiadiazole), 알킬 디티오티아디아졸들 및 알킬티올들(alkyl dithiothiadiazoles and alkylthiols), 2-아미노-5-메르캅토-1(2-amino-5-mercapto-1), 3,4-티아디아졸(3,4-thiadiazole), 2-메르캅토피리미딘(2-mercaptopyrimidine), 2-메르캅토벤족사졸(2-mercaptobenzoxazole), 5-아미노-1,3,4,시아다이아졸-2-시올 (5-amino-1,3,4-thiadiazole-2-thiol), benzothiazole), 2-아미노피리미딘(2-aminopyrimidine), 5, 6-디메틸벤지미다졸(5,6-dimethylbenzimidazole) 및 2-메르캅토벤지미다졸(2-mercaptobenzimidazole)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함한다.

[제3 실시예]

도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 단열 기판(300)을 보여주는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 제3 실시예에 따른 단열 기판(300)은 베이스 기판(10)과, 베이스 기판(10)의 일면에 형성된 은나노와이어 코팅층(20)을 포함하고, 은나노와이어 코팅층(20)의 상부에 보호층(33)이 형성된 구조를 갖는다. 보호층(33)의 소재로는 제2 실시예에 기재된 보호층의 소재가 사용될 수 있다.

[제4 실시예]

도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 단열 기판(400)을 보여주는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 제4 실시예에 따른 단열 기판(400)은 베이스 기판(10)과, 베이스 기판(10)의 일면에 형성된 은나노와이어 코팅층(20)을 포함하고, 은나노와이어 코팅층(20)의 양면에 보호층(35,37)이 형성된 구조를 갖는다. 보호층(35,37)은 베이스 기판(10)과 은나노와이어 코팅층(20) 사이에 형성된 제1 보호층(35)과, 은나노와이어 코팅층(20)의 상부에 형성된 제2 보호층(37)을 포함한다. 제1 및 제2 보호층(35,37)의 소재로는 제2 실시예에 기재된 보호층의 소재가 사용될 수 있다.

[제5 실시예]

한편 제1 내지 제4 실시예에서는 창호로 사용될 수 있는 베이스 기판(10)에 직접 은나노와이어 코팅층(20)이 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 은나노와이어 코팅층(60)이 별도로 형성된 단열 필름(40)을 제조한 후, 단열 필름(40)을 베이스 기판(10)에 부착하여 단열 기판(500)으로 제조할 수 있다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 단열 필름(40)이 부착된 단열 기판(500)을 보여주는 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 제5 실시예에 따른 단열 기판(500)은 베이스 기판(10)과, 베이스 기판(10) 위에 부착되는 단열 필름(40)을 포함한다.

여기서 단열 필름(40)은 광투과성을 갖는 베이스 필름(50)과 은나노와이어 코팅층(60)을 포함한다. 은나노와이어 코팅층(60)은 베이스 필름(50) 위에 은나노와이어 코팅액을 습식 코팅하여 형성하며, 은나노와이어가 베이스 필름(50) 위에 네트워크 구조를 형성한다.

베이스 필름(50)의 소재로는 제1 실시예에 기재된 베이스 기판의 소재가 사용될 수 있다.

은나노와이어 코팅층(60)은 제1 실시예에 기재된 은나노와이어 코팅층과 동일하기 때문에, 이에 대한 설명은 생략한다.

단열 필름(40)은 은나노와이어 코팅층(60)이 형성된 면이 베이스 기판(10)의 상부면을 향하게 배치하여 부착할 수 있다.

한편 제5 실시예에서는 은나노와이어 코팅층(60)이 베이스 기판(10)의 상부면에 부착하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 베이스 기판의 상부면에 단열 필름의 베이스 필름을 향하게 배치하여 부착할 수 있다. 또는 베이스 기판의 양면에 각각 단열 필름이 부착될 수 있다.

은나노와이어 코팅층의 하부면 및 상부면 중에 적어도 하나에 제2 내지 제4 실시예에 기재된 보호층이 부가적으로 형성될 수 있다.

[제6 실시예]

도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 단열 기판(600)을 보여주는 평면도이다. 도 8은 도 7의 8-8선 단면도이다.

도 7을 참조하면, 제6 실시예에 따른 단열 기판(600)은 광투과성을 갖는 베이스 기판(10), 은나노와이어 코팅층(20) 및 버스바(70)를 포함한다. 은나노와이어 코팅층(20)은 베이스 기판(10) 위에 은나노와이어 코팅액을 습식 코팅하여 형성하며, 은나노와이어가 베이스 기판(10) 위에 네트워크 구조를 형성한다. 그리고 버스바(70)는 은나노와이어 코팅층(20)에 전기적으로 접속되며, 전원을 인가받아 은나노와이어 코팅층(20)을 발열시킨다.

버스바(70)는 외부로부터 전원을 인가받을 수 있는 전극 단자로서, 베이스 기판(10)의 양쪽에 바 형태로 형성될 수 있다. 버스바(70)는 은나노와이어 코팅층(20) 위에 전기전도성이 양호한 구리, 은 또는 알루미늄 소재의 박막을 부착하여 형성할 수 있다. 버스바(70)는 도전성 페이스트를 은나노와이어 코팅층(20) 위에 인쇄, 건조 및 경화시켜 형성할 수 있다. 도전성 페이스트는 은, 구리, 알루미늄 또는 탄소소재를 포함할 수 있다. 또는 버스바(70)는 ITO(Indium Tin Oxide)와 은나노와이어를 이용하여 투명 전극으로 형성될 수 있다.

제6 실시예에 따른 단열 기판(600)은 전원 연결 없이 은나노와이어 코팅층(20)만으로 단열 성능을 나타낼 수 있다.

제6 실시예에 따른 단열 기판(600)은 버스바(70)를 통해 은나노와이어 코팅층(20)에 전원을 공급함으로써, 은나노와이어 코팅층(20)에서 발생되는 열로 단열 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이때 단열 기판(600)의 단열 성능을 향상시키기 위해서, 단열 기판(600)의 온도를 실내 온도 대비 -5℃ 내지 +5℃에서 유지시킴으로써, 단열 기판(600)을 통하여 실내에서 외부로 유출되는 열을 줄일 수 있다. 즉 단열 기판(600)의 표면 온도를 실내와 비슷하게 유지시킴으로써, 단열 기판(600)과 실내의 온도 차이를 줄여 단열 기판(600)을 통해 외부로 방출되는 열을 최소화할 수 있다.

한편 단열 기판의 온도를 실내 온도 대비 너무 낮게 유지하면, 단열 기판과 실내의 온도 차가 커져서 외부로의 열 유출이 증가하게 된다. 반대로 실내 온도 대비 단열 기판의 온도를 너무 높게 유지하면, 단열 기판의 발열에 소요되는 전력으로 인한 에너지 손실이 발생할 수 있다.

이와 같이 제6 실시예에 따른 단열 기판(600)은 전원을 인가하여 발생하는 열을 이용하여 단열 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

한편 제1 내지 제6 실시예에 따른 단열 기판은 은나노와이어 코팅층이 베이스 기판의 상부면 전체를 덮도록 판 형태로 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 은나노와이어 코팅층은 베이스 기판 전체를 통해서 열이 균일하게 발열될 수 있도록 패터닝될 수 있다.

그리고 제1 내지 제6 실시예에 따른 단열 기판이 사용되는 환경에 따라서 단열 기판 위에 다른 기능을 갖는 코팅층 또는 기판이 적층될 수 있다.

[적용예]

도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 단열 기판(100)이 적용된 창호를 보여주는 평면도이다.

도 9를 참조하면, 제1 실시예에 따른 단열 기판(100)이 적용된 창호는 사각의 창호 프레임(80)에 제1 실시예에 따른 단열 기판(100)이 설치된 구조를 갖는다.

도 10은 본 발명의 제6 실시에에 따른 단열 기판(600)이 적용된 창호를 보여주는 평면도이다.

도 10을 참조하면, 제6 실시예에 따른 단열 기판(600)이 적용된 창호는 사각의 창호 프레임(80)에 제6 실시예에 따른 단열 기판(600)이 설치된 구조를 갖는다. 단열 기판(600)은 버스바(70)를 통하여 전원을 공급받아 발열할 수 있다.

이때 버스바(70)가 투명 소재로 형성되는 경우, 위치에 무관하게 형성할 수 있다. 하지만 버스바(70)가 광투과성이 낮거나 없는 소재로 형성되는 경우 외부로 노출되는 것을 최소화할 수 있도록, 버스바(70)는 가급적 창호 프레임(80)에 근접하게 위치하도록 설치될 수 있다. 또는 버스바는 창호 프리임에 내장되게 단열 기판을 창호 프레임에 설치할 수 있다.

한편 도 9 및 도 10에서는 제1 및 제6 실시예에 따른 단열 기판(100,600)이 적용된 창호를 예시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 제2 내지 제5 실시예에 따른 단열 기판이 창호에 적용될 수 있다.

그리고 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 베이스 기판
20, 60 : 은나노와이어 코팅층
31, 33 : 보호층
35 : 제1 보호층
37 : 제2 보호층
40 : 단열 필름
50 : 베이스 필름
70 : 버스바
80 : 창호 프레임
100,200,300,400,500,600 : 단열 기판

Claims

광투과성을 갖는 베이스 기판; 및
상기 베이스 기판 위에 은나노와이어 코팅액을 습식 코팅하여 형성하며, 상기 은나노와이어가 상기 베이스 기판 위에 네트워크 구조를 형성하는 은나노와이어 코팅층;을 포함하며,
상기 은나노와이어 코팅층은 상기 은나노와이어 코팅액을 20 내지 60 ㎛의 두께 조절을 통해서 상기 베이스 기판에 코팅되어 면저항을 3 내지 14 Ω/sq 로 제어하여 방사율이 0.07 내지 0.30 이고, 가시광 투과율이 42 내지 83% 인 것을 특징으로 하는 단열 기판.
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제1항에 있어서,
상기 베이스 기판은 유리, 석영(quartz), PET, PC, PEN, PES, PMMA, PI 및 PEEK으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 기판.
제1항에 있어서,
상기 은나노와이어 코팅층에 전기적으로 접속되며, 전원을 인가받아 상기 은나노와이어 코팅층을 발열시키는 버스바;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 기판.
제5항에 있어서,
상기 버스바를 통한 전원 인가를 통해서 상기 단열 기판의 온도를 실내 온도 대비 -5℃ 내지 +5℃ 범위에서 유지하는 것을 특징으로 하는 단열 기판.
제1항에 있어서,
상기 은나노와이어 코팅층의 하부면 및 상부면 중에 적어도 하나에 형성된 보호층;을 더 포함하고,
상기 보호층은 우레탄, 아크릴, 페놀, 에폭시, 무기물 및 유무기 복합소재로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 기판.
제7항에 있어서,
상기 보호층은 부식방지제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단열 기판.
베이스 기판에 부착되는 단열 필름으로서,
상기 단열 필름은,
광투과성을 갖는 베이스 필름; 및
상기 베이스 필름 위에 은나노와이어 코팅액을 습식 코팅하여 형성하며, 상기 은나노와이어가 상기 베이스 필름 위에 네트워크 구조를 형성하는 은나노와이어 코팅층;을 포함하며,
상기 은나노와이어 코팅층은 상기 은나노와이어 코팅액을 20 내지 60 ㎛의 두께 조절을 통해서 상기 베이스 기판에 코팅되어 면저항을 3 내지 14 Ω/sq 로 제어하여 방사율이 0.07 내지 0.30 이고, 가시광 투과율이 42 내지 83% 인 것을 특징으로 하는 단열 필름.