KR102593999B1 - 나노합금층 및 나노단열층을 포함하는 열 차단용 윈도우 필름 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본원은 나노합금층 및 나노단열층을 포함하는 열 차단용 윈도우 필름 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본원은 나노합금층 및 나노단열층을 포함하는 열 차단용 윈도우 필름 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
자외선 및 적외선이 직접 실내로 조사되는 것을 방지하기 위하여 각종 윈도우 필름이 건물, 자동차, 및 철도 등의 창에 적용되고 있다. 윈도우 필름은 일사 에너지를 조절하여 에너지 절감 효과를 낼 수 있을 뿐만 아니라, 자외선을 차단하여 인체 피부, 가구 및 건물 내장재를 보호할 수 있는 효과가 있다. 윈도우 필름은 일사 에너지를 효과적으로 조절하기 위하여, 태양열을 외부로 반사시키는 효율이 높아야 한다. 따라서, 자외선과 근적외선을 효과적으로 외부로 반사시킴으로써 열 차단 효율을 높일 뿐만 아니라, 단열효과를 극대화하여 에너지 절감 효과를 향상할 수 있는 윈도우 필름의 개발이 필요하다.
본원은 나노합금층 및 나노단열층을 포함하는 열 차단용 윈도우 필름 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 기재층; 나노합금층; 및 나노단열층을 포함하는, 열 차단용 윈도우 필름으로서, 상기 나노합금층은 나노합금 분말을 포함하며 열 반사 특성을 갖는 것이고, 상기 나노단열층은 유무기 하이브리드 소재를 포함하며 단열 특성을 갖는 것인, 열 차단용 윈도우 필름을 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 기재층을 형성하는 것; 상기 기재층 상에 나노합금 조성물을 증착하여 나노합금층을 형성하는 것; 및 상기 나노합금층 상에 유무기 하이브리드 조성물을 습식 코팅하여 나노단열층을 형성하는 것을 포함하는, 열 차단용 윈도우 필름의 제조 방법을 제공한다.
본원의 구현예들에 따른 윈도우 필름은 나노합금층의 전자기장에 의해 야기되는 표면 플라즈몬을 통해 근적외선 및 원적외선은 반사하고, 가시광선은 투과하여 향상된 열 반사율을 갖는 특징이 있다.
본원의 구현예들에 따른 윈도우 필름은 나노단열층의 유무기 하이브리드 소재와 미세 기공에 의하여 단열 효과를 향상시켜 열 차단율이 극대화되는 특징이 있다.
도 1의 a 및 b는, 각각, 종래의 윈도우 필름의 단면도 및 본원의 일 실시예에 따른 윈도우 필름의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2의 a 및 b는, 각각, 종래의 윈도우 필름의 일사에너지 조절 모식도 및 본원의 일 실시예에 따른 윈도우 필름의 일사에너지 조절 모식도를 나타낸 것이다.
도 3의 a 및 b는, 본원의 실시예 1의 한국인정기구 (Korea Laboratory Accreditation Scheme; KOLAS) 시험성적서이다.
도 4의 a 및 b는, 본원의 실시예 2의 KOLAS 시험성적서이다.
도 5의 a 및 b는, 본원의 실시예 3의 KOLAS 시험성적서이다.
도 2의 a 및 b는, 각각, 종래의 윈도우 필름의 일사에너지 조절 모식도 및 본원의 일 실시예에 따른 윈도우 필름의 일사에너지 조절 모식도를 나타낸 것이다.
도 3의 a 및 b는, 본원의 실시예 1의 한국인정기구 (Korea Laboratory Accreditation Scheme; KOLAS) 시험성적서이다.
도 4의 a 및 b는, 본원의 실시예 2의 KOLAS 시험성적서이다.
도 5의 a 및 b는, 본원의 실시예 3의 KOLAS 시험성적서이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~ 하는 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.
이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 기재층; 나노합금층; 및 나노단열층을 포함하는, 열 차단용 윈도우 필름으로서, 상기 나노합금층은 나노합금 분말을 포함하며 열 반사 특성을 갖는 것이고, 상기 나노단열층은 유무기 하이브리드 소재를 포함하며 단열 특성을 갖는 것인, 열 차단용 윈도우 필름을 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금 분말은 반자성체 재료와 강자성체 재료의 합금 및/또는 반자성체 재료와 상자성체 재료의 합금을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 반자성체 재료는 구리, 금, 은, 및 비스무트 중에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 강자성체 재료는 철, 니켈, 코발트, 및 네오디뮴 중에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 상자성체 재료는 백금일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금 분말은 구리와 철의 합금; 및/또는 은과 니켈의 합금을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금층은 알루미늄 도핑된 산화아연 (aluminum-doped zinc oxide; AZO) 및/또는 은(Ag)을 포함하는 층을 추가 포함할 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 AZO를 포함하는 층은 투명하며 열을 반사할 수 있고, 상기 은을 포함하는 층은 불투명하지만 열을 반사하는 기능은 우수할 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금층, 상기 AZO를 포함하는 층, 및 상기 은을 포함하는 층의 두께를 각각 조절함으로써 본원의 열 차단용 윈도우 필름의 투과율 및 열차단율을 조정할 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 AZO를 포함하는 층의 두께는 약 5 nm 내지 약 50 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 은을 포함하는 층의 두께는 약 1 nm 내지 약 30 nm일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금층은 전자기장을 발생시키는 것이고, 상기 전자기장에 의하여 야기되는 표면 플라즈몬을 통해 근적외선 및 원적외선을 반사하고, 가시광선은 투과하여 열 반사 특성을 갖는 것일 수 있다. 일례로서, 상기 나노합금층이 상기 반자성체 재료와 상기 상자성체 재료의 합금을 포함하는 경우, 상기 반자성체 재료의 산화환원에 의한 전기장 변화에 의해 자기장이 변화될 수 있다. 이 경우, 상기 상자성체 재료의 자기장의 변화에 의해 전기장이 변화하는 원리(전기장과 자기장의 상호간 유도현상에 관련한 패러데이 법칙에 의거)에 의해 스스로 전자기장을 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 반자성체 재료와 상자성체 재료가 분리된 2차원 적층구조를 가지며, 패러데이 법칙에 의거하여 전자기장을 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 반자성체 재료와 상기 상자성체 재료의 합금을 포함하거나 또는 상기 반자성체 재료와 상기 강자성체 재료를 포함하는 상기 나노합금층은 스스로 전자기장이 발생될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 표면 플라즈몬은 금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 의미하는 것으로서, 상기 나노합금층의 전자기장에 의해 표면 플라즈몬이 형성되고, 빛의 근적외선대 전자기장이 만나 표면 플라즈몬 공명(SPR, surface plasmon resonance)이 형성될 수 있다. 표면 플라즈몬 공명의 영향으로 국소적으로 매우 증가된 전기장을 발생시키게 된다. 이는 빛 에너지가 표면 플라스몬에 변환되어 금속의 나노 입자 표면에 축적된 것을 의미하며, 빛의 회절 한계보다 작은 영역에서 광 제어가 가능하도록 할 수 있다. 즉, 상기 나노합금층은 표면 플라즈몬 공명을 통해 열을 발생시키는 근적외선 및 원적외선을 반사하고, 가시광선은 투과함에 따라, 열 반사의 특성을 갖는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금층은 나노합금 조성물을 증착하여 형성하는 것이고, 상기 나노합금 조성물은 상기 나노합금 분말; 광촉매; 폴리에틸렌글리콜, 살리실산, 시트릭산, 글리콜릭산, 저급 알코올 및 정제수를 포함하는 용매; 및 폴리비닐알코올 및 폴리비닐피롤리돈을 포함하는 계면활성제를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금 조성물은 반자성체 재료인 구리와 강자성체 재료인 철 합금의 나노 분말(구리-철 나노합금 분말); 또는 반자성체 재료인 은과 강자성체 재료인 니켈 합금의 나노 분말(은-니켈 나노합금 분말)이 상기 용매에 분산된 분산액 형태인 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금 조성물에 포함되는 상기 구리-철 나노합금 분말은, 구리와 철의 중량비가 약 9.5:0.5 내지 약 5:5인 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금 조성물에 포함되는 상기 구리-철 나노합금 분말은, 구리와 철의 중량비가 약 9.5:0.5 내지 약 5:5, 약 9:1 내지 약 5:5, 약 8.5:1.5 내지 약 5:5, 또는 약 8:2 내지 약 5:5인 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금 조성물에 포함되는 상기 은-니켈 나노합금 분말은, 은과 니켈의 중량비가 약 9.5:0.5 내지 약 5:5인 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금 조성물에 포함되는 상기 은-니켈 나노합금 분말은, 은과 니켈의 중량비가 약 9.5:0.5 내지 약 5:5, 약 9:1 내지 약 5:5, 약 8.5:1.5 내지 약 5:5, 또는 약 8:2 내지 약 5:5인 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금 분말의 크기는 약 1 nm 내지 약 100 nm인 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금 조성물은 상기 나노합금 분말을 약 200 ppm 내지 약 800 ppm의 농도로 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 용매는 상기 폴리에틸렌글리콜 약 25 중량% 내지 약 45 중량%, 상기 살리실산 약 3 중량% 내지 약 7 중량%, 상기 시트릭산 약 3 중량% 내지 약 7 중량%, 상기 글리콜릭산 약 2 중량% 내지 약 3 중량%, 상기 저급 알코올 약 15 중량% 내지 약 17 중량% 및 잔량의 상기 정제수를 포함하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 저급 알코올은 메탄올 또는 에탄올일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 계면활성제는 상기 나노합금 분말의 분산안정성을 향상시키는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 계면활성제는 상기 폴리비닐알코올 및 상기 폴리비닐피롤리돈을 1: 약 9 내지 약 10 중량비로 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금 조성물은 첨가제를 추가 포함할 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 첨가제는 Zn, Mg, K, P, Cl, Ca, I, Si, Ti, 및 Al 중에서 선택되는 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 것일 수 있다. 상기 첨가제는 상기 나노합금 조성물의 유전율을 변화시켜 상기 윈도우 필름에서 발생되는 전자기장을 조정할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금층의 두께는 약 10 nm 내지 약 200 nm일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노합금층의 두께는 약 10 nm 내지 약 200 nm, 약 10 nm 내지 약 150 nm, 약 10 nm 내지 약 100 nm, 약 30 nm 내지 약 200 nm, 약 30 nm 내지 약 150 nm, 약 30 nm 내지 약 100 nm, 약 50 nm 내지 약 200 nm, 약 50 nm 내지 약 150 nm, 약 50 nm 내지 약 100 nm, 약 60 nm 내지 약 200 nm, 약 60 nm 내지 약 150 nm, 약 60 nm 내지 약 100 nm, 약 65 nm 내지 약 200 nm, 약 65 nm 내지 약 150 nm, 약 65 nm 내지 약 100 nm, 약 70 nm 내지 약 200 nm, 약 70 nm 내지 약 150 nm, 약 70 nm 내지 약 100 nm, 약 75 nm 내지 약 200 nm, 약 75 nm 내지 약 150 nm, 또는 약 75 nm 내지 약 100 nm일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유무기 하이브리드 소재는 오르가노폴리실록산, 폴리인산, 폴리실리케이트, 운모, 실리카, 및 탄산칼슘을 포함하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유무기 하이브리드 소재 100 중량부에 대하여, 상기 오르가노폴리실록산의 함량은 약 20 중량부 내지 약 40 중량부이고, 상기 폴리인산의 함량은 약 20 중량부 내지 약 40 중량부이고, 상기 폴리실리케이트의 함량은 약 5 중량부 내지 약 15 중량부이고, 상기 운모의 함량은 약 5 중량부 내지 약 15 중량부이고, 상기 실리카의 함량은 약 5 중량부 내지 약 15 중량부이며, 상기 탄산칼슘의 함량은 약 5 중량부 내지 약 15 중량부일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유무기 하이브리드 소재 100 중량부에 대하여, 상기 오르가노폴리실록산 및 상기 폴리인산의 함량은 각각, 약 20 중량부 내지 약 40 중량부, 약 20 중량부 내지 약 38 중량부, 약 20 중량부 내지 약 36 중량부, 약 20 중량부 내지 약 34 중량부, 약 20 중량부 내지 약 32 중량부, 약 20 중량부 내지 약 30 중량부, 약 22 중량부 내지 약 40 중량부, 약 22 중량부 내지 약 38 중량부, 약 22 중량부 내지 약 36 중량부, 약 22 중량부 내지 약 34 중량부, 약 22 중량부 내지 약 32 중량부, 약 22 중량부 내지 약 30 중량부, 약 24 중량부 내지 약 40 중량부, 약 24 중량부 내지 약 38 중량부, 약 24 중량부 내지 약 36 중량부, 약 24 중량부 내지 약 34 중량부, 약 24 중량부 내지 약 32 중량부, 약 24 중량부 내지 약 30 중량부, 약 26 중량부 내지 약 40 중량부, 약 26 중량부 내지 약 38 중량부, 약 26 중량부 내지 약 36 중량부, 약 26 중량부 내지 약 34 중량부, 약 26 중량부 내지 약 32 중량부, 약 26 중량부 내지 약 30 중량부, 약 28 중량부 내지 약 40 중량부, 약 28 중량부 내지 약 38 중량부, 약 28 중량부 내지 약 36 중량부, 약 28 중량부 내지 약 34 중량부, 약 28 중량부 내지 약 32 중량부, 또는 약 28 중량부 내지 약 30 중량부일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유무기 하이브리드 소재 100 중량부에 대하여, 상기 폴리실리케이트, 상기 운모, 상기 실리카, 및 상기 탄산칼슘의 함량은 각각, 약 5 중량부 내지 약 15 중량부, 약 5 중량부 내지 약 13 중량부, 약 5 중량부 내지 약 11 중량부, 약 7 중량부 내지 약 15 중량부, 약 7 중량부 내지 약 13 중량부, 약 7 중량부 내지 약 11 중량부, 약 9 중량부 내지 약 15 중량부, 약 9 중량부 내지 약 13 중량부, 또는 약 9 중량부 내지 약 11 중량부일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유무기 하이브리드 소재 100 중량부에 대하여, 상기 오르가노폴리실록산의 함량은 약 30 중량부이고, 상기 폴리인산의 함량은 약 30 중량부이고, 상기 폴리실리케이트의 함량은 약 10 중량부이고, 상기 운모의 함량은 약 10 중량부이고, 상기 실리카의 함량은 약 10 중량부이며, 상기 탄산칼슘의 함량은 약 10 중량부인 것이 가장 바람직할 수 있으며, 단열 성능이 우수할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유무기 하이브리드 소재는 오르가노폴리실록산, 폴리인산, 폴리실리케이트, 운모, 실리카, 및 탄산칼슘을 포함하는 유무기 하이브리드 조성물을 습식 코팅하여 형성되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유무기 하이브리드 조성물은 전체 용액 대비 용질의 농도가 약 0.01 중량% 내지 약 10 중량%일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노단열층은 상기 유무기 하이브리드 소재를 포함함으로써 단열층을 형성하여 내부와 외부의 열전달을 차단하여 단열효과를 극대화할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노단열층은, 두께는 약 1 μm 내지 약 10 μm이고, 표면 경도는 약 1 H(hardness) 내지 약 5 H일 수 있다. 상기 나노단열층의 두께 및 표면 경도는 유기 및 무기 첨가제에 의하여 표면 보호 기능을 향상시키기 위한 최적의 값일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노단열층의 두께가 약 1 μm 미만인 경우 단열 효과가 저하될 수 있고, 약 10 μm 초과인 경우 롤투롤 공정시 롤투롤 가공성이 저하되어 생산 효율이 저하될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노단열층은 기공을 포함하는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기공에 의하여 상기 나노단열층의 단열 효과가 향상될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 유무기 하이브리드 소재는 기공을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재층은 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate; PET), 폴리이미드(polyimide; PI), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 폴리에스터(polyester), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC), 폴리-메틸메타크릴레이트(poly-methylmethacrylate, PMMA), 폴리우레탄(polyurethane; PU), 폴리염화비닐(polyvinyl chloride, PVC), 에틸렌초산비닐 공중합체(ethylene-vinyl acetate copolymer; EVA), 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol; PVA), 나일론, 셀룰로오스, 및 폴리젖산(polylactic acid, PLA) 중에서 선택되는 하나 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재층은 탄성을 갖는 소재일 수 있으며, 상기 나노합금층 및 상기 나노단열층을 지지 또는 고정하는 역할을 수행할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 열 차단용 윈도우 필름은 점착층을 추가 포함하고, 상기 기재층은 상기 점착층 상에 형성하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 점착층은 액체 상태의 점착제를 지지면에 도포하는 습식 코팅 방식으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 지지면은 상기 점착층의 형성 과정에서 점착제를 일시적으로 지지하기 위해 구비되며, 상기 점착층의 형성 이후 이탈될 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 점착제는 실리콘계 점착제, 아크릴계 점착제, 고무계 점착제 또는 핫멜트계 점착제일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 습식 코팅 방식은 그라비아 코팅, 마이크로 그라비아 코팅, 또는 콤마 코팅일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 열 차단용 윈도우 필름의 총 태양에너지 차단율(total solar energy rejected; TSER)은 약 55% 이상, 약 60% 이상, 약 65% 이상, 또는 약 70% 이상일 수 있다.
도 1a는 종래의 윈도우 필름(101)의 예시적인 단면도를 도시하며, 도 1b는 본원의 상기 윈도우 필름 (100)의 예시적인 단면도를 도시한다. 또한, 도 2a 및 도 2b는, 각각, 종래의 윈도우 필름과 본원의 윈도우 필름의 에너지 효율을 설명하기 위한 메커니즘을 도시한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 종래의 윈도우 필름(101)은, 제1점착층(111), 제1기재층(121), 제1박막층(131) 및 제1코팅층(141)을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1점착층(111)은 본원의 상기 윈도우 필름의 상기 점착층(110)에 대응하는 것으로서, 점착제를 통한 습식 코팅을 통해 구성될 수 있다. 또한, 종래의 윈도우 필름(101)의 제1기재층(121)과 본원의 윈도우 필름(100)의 기재층(120)은 동일한 소재를 통해 구성될 수 있다.
본원의 윈도우 필름(100)의 나노합금층(130)은 종래의 윈도우 필름(101)의 제1박막층(131) 보다 얇은 것일 수 있다. 구체적으로, 본원의 윈도우 필름(100)의 나노합금층(130)은 단일층 또는 적층 구조로 구성될 수 있으며 종래의 윈도우 필름(101)의 제1박막층(131) 보다 얇은 두께를 통해 구비될 수 있다. 본원의 윈도우 필름 (100)은, 기재층(120)의 일면에 고체 또는 액체 상태의 나노합금 조성물이 스퍼터링 방식의 공정을 통해 단일층 또는 적층의 형태로 나노합금층(130)으로 형성될 수 있다. 상기 나노합금 조성물은 전자기장에 의해 야기되는 표면 플라즈몬을 통해 근적외선을 반사시키고 가시광선을 투과시킴에 따라 향상된 투과율 및 열 차단율을 갖는 것일 수 있다. 표면 플라즈몬은, 금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 의미한다. 자세히 설명하면, 나노합급층의 전자기장에 의한 표면 플라즈몬을 형성시켜 빛의 근적외선대 전자기장이 만나 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance; SPR)이 형성될 수 있다. 표면 플라즈몬 공명의 영향으로 국소적으로 매우 증가된 전기장을 발생시키게 된다. 이는 빛 에너지가 표면 플라즈몬에 변환되어 금속의 나노 입자 표면에 축적된 것을 의미하며, 빛의 회절 한계보다 작은 영역에서 광 제어가 가능하도록 할 수 있다. 즉, 이러한 표면 플라즈몬 공명을 통해 열을 발생시키는 근적외선 및 원적외선을 반사될 수 있으며, 가시광선은 투과됨에 따라, 열 반사 특성이 향상될 수 있다.
종래의 윈도우 필름(101)의 경우, 단열성 또는 내구성을 위하여 TiO2를 증착시켜 하나의 층을 형성하고, SiO2를 통해 다음 층을 증착시키고, Ag를 통해 다음 층을 증착하는 등, 복수의 소재를 순차적으로 증착하여 다중층을 형성할 수 있다. 반면, 본원의 윈도우 필름(100)은 반자성체 성분과 강자성체 성분의 합금을 통해 야기되는 나노합금 조성물의 특성으로 인해, 나노합금 조성물을 통해 나노합금층(130)을 단일층 또는 적층으로 구성할 수 있으므로, 두께 측면에서 유리할 수 있다.
또한, 본원의 윈도우 필름 (100)의 나노단열층(140)은 액체 상태의 유무기 하이브리드 조성물을 롤투롤(Rollto-Roll) 형태로 도포되는 습식 코팅을 통해 형성될 수 있다. 즉, 본원의 나노단열층(140)은 종래의 윈도우 필름(101)의 제1코팅층(141)과 달리, 오르가노폴리실록산, 폴리실리케이트, 운모, 실리카, 탄산칼슘, 및 폴리인산을 포함하는 유무기 하이브리드 소재로 구성됨에 따라 단열 효과가 극대화될 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명하면, 본원의 윈도우 필름 (100)은 종래의 윈도우 필름 (101) 보다 에너지 효율 측면에서 현저한 개선점을 가질 수 있다. 먼저, 종래의 윈도우 필름(101)은 열을 흡수하나, 본원의 윈도우 필름(100)은 표면 플라즈몬 공명을 통해 열을 반사시킬 수 있다. 다시 말해, 열을 흡수하고, 재방출하는 종래의 윈도우 필름과 달리, 본원의 윈도우 필름은 나노합금층(130)을 통하여 자외선 차단과 외부 열을 반사하고, 나노단열층(140)을 통해 내부와 외부의 열전달을 최소화시키고, 향상된 열 차단성을 통해 열의 외부 손실을 감소시켜 냉, 난방 효율을 향상시킬 수 있다.
본원의 제 2 측면은, 기재층을 형성하는 것; 상기 기재층 상에 나노합금 조성물을 증착하여 나노합금층을 형성하는 것; 및 상기 나노합금층 상에 유무기 하이브리드 조성물을 습식 코팅하여 나노단열층을 형성하는 것을 포함하는, 열 차단용 윈도우 필름의 제조 방법을 제공한다.
본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 본원의 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 증착 및 습식 코팅은 스퍼터링 공정, 증발 공정 및 용액 공정 중에서 선택되는 방식으로 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 일례로서, 스퍼터링 공정은 진공상태에서 수행되는 증착 공정으로, 증착하고자 하는 물질(즉, 나노합금 조성물)과 막을 입힐 부분(즉, 기재층)에 전계를 가하고, 사이에 플라즈마를 발생시켜 비활성 기체 인 아르곤이온(Ar+)이 (-)극과 연결된 타겟(즉, 나노합금 조성물)쪽으로 이동하면서, 금속과 부딪쳐서 금속 입자가 튕겨져 나와 반대편에 있는 기재층에 쌓이게 유도하여 나노합금 조성물을 기재층의 일면에 증착시키는 공정일 수 있다.
이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
<실험예: 윈도우 필름의 열 차단 특성 평가>
1) 본원의 일 실시예에 따른 윈도우 필름을 투명 유리 기판에 부착하여, 가시광선 투과율(visible light transmittance; VLT)이 약 36%인 시료(실시예 1)를 제작하였다.
또한, 35% 전후의 가시광선 투과율을 갖는 종래의 윈도우 필름을 비교예(비교예 1-1 내지 1-5)로서 준비하였다. 하기 표 1은, 실시예 1 및 비교예 1-1 내지 1-5의 가시광선 투과율 및 총 태양에너지 차단율 (total solar energy rejected; TSER) 값을 나타낸다. 상기 가시광선 투과율 및 총 태양에너지 차단율은 한국인정기구 (Korea Laboratory Accreditation Scheme; KOLAS)에 의뢰하여 측정하였다. 도 3의 a 및 b는 실시예 1의 KOLAS 시험성적서이다. 유사한 투과율에서 본원의 실시예 1의 TSER 값이 67%로 가장 높은 것을 확인할 수 있다.
| 실시예 1 | 비교예 1-1 (L 사) |
비교예 1-2 (I 사) |
비교예 1-3 (S 사) |
비교예 1-4 (H 사) |
비교예 1-5 (M 사) |
|
| VLT (%) | 36 | 38 | 35 | 34 | 30 | 36 |
| TSER (%) | 67 | 52 | 65 | 53 | 65 | 56 |
2) 본원의 일 실시예에 따른 윈도우 필름을 투명 유리 기판에 부착하여, 가시광선 투과율이 약 53%인 시료(실시예 2)를 제작하였다.
50% 전후의 가시광선 투과율을 갖는 종래의 윈도우 필름을 비교예(비교예 2-1 내지 2-5)로서 준비하였다. 하기 표 2는 실시예 2 및 비교예 2-1 내지 2-5의 가시광선 투과율 및 총 태양에너지 차단율 값을 나타낸다. 도 4의 a 및 b는 실시예 2의 KOLAS 시험성적서이다. 유사한 투과율에서 본원의 실시예 2의 TSER 값이 63.7%로 가장 높은 것을 확인할 수 있다.
| 실시예 2 | 비교예 2-1 (L 사) |
비교예 2-2 (I 사) |
비교예 2-3 (S 사) |
비교예 2-4 (H 사) |
비교예 2-5 (M 사) |
|
| VLT (%) | 53 | 48 | 50 | 48 | 45 | 46 |
| TSER (%) | 63.7 | 54 | 54 | 43 | 41 | 41 |
3) 본원의 일 실시예에 따른 윈도우 필름을 투명 유리 기판에 부착하여, 가시광선 투과율이 약 56%인 시료(실시예 3)를 제작하였다.
55% 전후의 가시광선 투과율을 갖는 종래의 윈도우 필름을 비교예(비교예 3-1 내지 3-5)로서 준비하였다. 하기 표 3은 실시예 3 및 비교예 3-1 내지 3-5의 가시광선 투과율 및 총 태양에너지 차단율 값을 나타낸다. 도 5의 a 및 b는 실시예 3의 KOLAS 시험성적서이다. 유사한 투과율에서 본원의 실시예 3의 TSER 값이 59%로 가장 높은 것을 확인할 수 있다.
| 실시예 3 | 비교예 3-1 (L 사) |
비교예 3-2 (I 사) |
비교예 3-3 (S 사) |
비교예 3-4 (H 사) |
비교예 3-5 (M 사) |
|
| VLT (%) | 56 | 49 | 53 | 53 | 52 | 52 |
| TSER (%) | 59 | 58 | 46 | 50 | 52 | 44 |
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (9)
- 기재층;
나노합금층; 및
나노단열층
을 포함하는, 열 차단용 윈도우 필름으로서,
상기 나노합금층은 나노합금 분말을 포함하며 열 반사 특성을 갖는 것이고,
상기 나노단열층은 유무기 하이브리드 소재를 포함하며 단열 특성을 갖는 것이며,
상기 유무기 하이브리드 소재는 오르가노폴리실록산, 폴리인산, 폴리실리케이트, 운모, 실리카, 및 탄산칼슘을 포함하는 것이고,
상기 유무기 하이브리드 소재 100 중량부에 대하여, 상기 오르가노폴리실록산의 함량은 20 중량부 내지 40 중량부이고, 상기 폴리인산의 함량은 20 중량부 내지 40 중량부이고, 상기 폴리실리케이트의 함량은 5 중량부 내지 15 중량부이고, 상기 운모의 함량은 5 중량부 내지 15 중량부이고, 상기 실리카의 함량은 5 중량부 내지 15 중량부이며, 상기 탄산칼슘의 함량은 5 중량부 내지 15 중량부인 것인,
열 차단용 윈도우 필름.
- 제 1 항에 있어서,
상기 나노합금 분말은 반자성체 재료와 강자성체 재료의 합금 및/또는 반자성체 재료와 상자성체 재료의 합금을 포함하는 것인, 열 차단용 윈도우 필름.
- 제 1 항에 있어서,
상기 나노합금 분말은 구리와 철의 합금; 및/또는 은과 니켈의 합금을 포함하는 것인, 열 차단용 윈도우 필름.
- 제 1 항에 있어서,
상기 나노합금층은 AZO 및/또는 은을 포함하는 층을 추가 포함하는 것인, 열 차단용 윈도우 필름.
- 제 1 항에 있어서,
상기 나노합금층은 전자기장을 발생시키는 것이고,
상기 전자기장에 의하여 야기되는 표면 플라즈몬을 통해 근적외선 및 원적외선을 반사하고, 가시광선은 투과하여 열 반사 특성을 갖는 것인, 열 차단용 윈도우 필름.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 나노단열층은 기공을 포함하는 것인, 열 차단용 윈도우 필름.
- 기재층을 형성하는 것;
상기 기재층 상에 나노합금 조성물을 증착하여 나노합금층을 형성하는 것; 및
상기 나노합금층 상에 유무기 하이브리드 조성물을 습식 코팅하여 나노단열층을 형성하는 것
을 포함하는, 열 차단용 윈도우 필름의 제조 방법으로서,
상기 나노합금층은 나노합금 분말을 포함하며 열 반사 특성을 갖는 것이고,
상기 나노단열층은 유무기 하이브리드 소재를 포함하며 단열 특성을 갖는 것이며,
상기 유무기 하이브리드 소재는 오르가노폴리실록산, 폴리인산, 폴리실리케이트, 운모, 실리카, 및 탄산칼슘을 포함하는 것이고,
상기 유무기 하이브리드 소재 100 중량부에 대하여, 상기 오르가노폴리실록산의 함량은 20 중량부 내지 40 중량부이고, 상기 폴리인산의 함량은 20 중량부 내지 40 중량부이고, 상기 폴리실리케이트의 함량은 5 중량부 내지 15 중량부이고, 상기 운모의 함량은 5 중량부 내지 15 중량부이고, 상기 실리카의 함량은 5 중량부 내지 15 중량부이며, 상기 탄산칼슘의 함량은 5 중량부 내지 15 중량부인 것인, 열 차단용 윈도우 필름의 제조 방법.
- 제 8 항에 있어서,
상기 증착 및 습식 코팅은, 스퍼터링 공정, 증발 공정 및 용액 공정 중에서 선택되는 방식으로 수행되는 것인, 열 차단용 윈도우 필름의 제조 방법.
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2022
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