KR102597547B1 - 비닐하우스용 투명 면상 발열체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비닐하우스용 투명 면상 발열체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 농작물 재배를 위한 비닐하우스의 골조를 둘러싸는 피복재로 사용되어 높은 투명성과 더불어 열안정성으로 동절기에 냉해 피해를 예방하며 내외부의 온도차에 따른 결로 발생으로 인한 과습 피해를 최소화하고 비닐하우스 외부의 적설을 방지하는 비닐하우스용 투명 면상 발열체에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 투명 면상 발열체의 최하단면을 형성하는 보호층(10); 열전도성 나노물질, 열전도성 무기물질 및 폴리에틸렌계 바인더 수지로 구성되어 상기 보호층(10) 상부에 적층 형성되며, 전극층(30)에 의해 전기가 인가되어 일정 온도로 발열하는 발열층(20); 및 상기 발열층(20) 상부에 적층 형성되어 상기 투명 면상발열체의 최상단면을 이루며, 외부환경요인으로부터 상기 발열층(20)을 보호하는 UV코팅층(40);을 포함하는 비닐하우스용 투명 면상 발열체를 제공할 수 있다.

Description

비닐하우스용 투명 면상 발열체{Transparent film heaters for vinyl greenhouses}
본 발명은 비닐하우스용 투명 면상 발열체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 농작물 재배를 위한 비닐하우스의 골조를 둘러싸는 피복재로 사용되어 높은 투명성과 더불어 열안정성으로 동절기에 냉해 피해를 예방하며 내외부의 온도 차에 따른 결로 발생으로 인한 과습 피해를 최소화하고 비닐하우스 외부의 적설을 방지하는 비닐하우스용 투명 면상 발열체에 관한 것이다.
비닐하우스는 채소류(菜蔬類), 화훼류(花卉類), 과수류(果樹類)의 촉성 재배 또는 억제 재배하기 위하여 널리 쓰이는 시설로, 목조, 철조, 알루미늄 조립재 등으로 형성된 골조 외측을 투광성을 가지는 PE, EVA, PVC 등의 플라스틱 소재로 형성된 피복재를 둘러쌈으로써 식물의 주요 생육환경인 광선, 온도, 습도를 인공적으로 조절할 수 있도록 제작되는 온실 구조물을 칭한다.
일반적으로 비닐하우스의 종류는 형태에 의하여 분류되며, 지붕의 형상에 따라 터널형, 아치형, 지붕형 등으로 구분되고, 대상 작목의 종류, 설치장소의 외기온, 청명도, 기상 조건과 용수 확보, 경제성 등을 고려하여 선택된다.
또한, 비닐하우스는 기밀성이 높아 비교적 보온력이 좋고, 투광률이 비교적 높은 장점이 있다.
그러나, 이러한 장점에도 불구하고 동절기의 비닐하우스 재배 농가에서는 비닐하우스 외부의 차가운 공기와 내부의 따뜻하고 습한 공기의 접촉으로, 결로 발생에 의한 농작물의 과습 피해 발생 혹은 무적(無滴, 피복재 표면에 물방울이 맺히지 않고 흘러내리게 하는 성질) 불량 발생으로 햇빛의 차단 및 감소로 농작물의 피해가 발생하고 있는데, 이는 농가 비닐 사고, 피해의 대부분을 차지하며, 이러한 피해를 방지하기 위하여 비닐하우스 피복재 제조 시 화학약품인 유적첨가제를 혼합하고 있지만, 실제 효력은 3 ~ 4개월에 불과하여 폐비닐 발생을 증가시키는 문제가 발생하고 있는 실정이다.
또한, 최근 지구 온난화 및 기상이변으로 폭설과 장기간의 냉해 등의 발생도 점차 증가하고 있으며, 특히, 동절기의 적설(積雪)로 인한 비닐하우스의 붕괴 발생으로 농작물 재배 중단, 시설물 철거, 재설치 등의 비닐하우스 재배 농가의 경제적 손실을 야기한다.
상기와 같은 피해를 줄이기 위하여 적설량 분석을 통해 보강 재료의 역학적 구조에 대한 컴퓨터 시뮬레이션의 연구가 진행되어 비닐하우스 구조의 보강 측면에서 도움을 제공할 수 있게 되었으나, 근본적으로 적설로 인한 비닐하우스의 붕괴 사고를 예방 및 감소시킬 수 없는 상황에 있다.
또한, 종래에는 비닐하우스의 지붕과 측면에 모노레일과 구동롤러를 설치하여 지붕에 쌓인 눈을 쓸어내리는 비닐하우스용 제설시스템 등이 개발되었으나, 이러한 시스템은 설비의 크기, 구조, 설치 위치에 따라 제설 범위가 제한되므로 폭이 좁은 지붕에는 어느 정도 효과가 있지만, 폭이 넓은 비닐하우스 지붕에는 효과가 떨어지며, 일정기간동안 지속해서 내리는 눈에 대응하기 위해서는 설비의 크기, 구조 또는 설치 위치 변경이 불가피하다는 문제점이 있다.
이에 비닐하우스의 제설(除雪) 혹은 융설(融雪)을 위하여 발열기능을 구비한 비닐하우스용 피복재에 관한 다양한 기술이 제시되었다.
그 일례로, 한국등록특허 제10-1723910호는 전도성 잉크를 필름의 표면에 코팅한 복수개의 발열패턴을 연결하여 발열필름을 구비함으로써 폭설에 대비할 수 있는 비닐하우스의 발열 제어시스템이 공지된 바 있으며, 해당 기술은 인쇄기술을 통하여 고분자 필름 표면상에 전도성 잉크로 형성된 발열패턴을 구비하는 발열필름을 포함함으로써 농작물에 필요한 햇빛을 최소한으로 차단할 수 있고 발열 중에 온도를 어느 정도 균일하게 발열 시킬 수 있는 장점이 있다.
그러나, 통상적으로 비닐하우스용 피복재는 열가소성 수지로 형성되며, 대부분 비경화 상태로 제품화하여 사용되고 있어 열에 매우 약한 성질을 그대로 보유하고 있으며, 극성이 없으므로 접착성도 매우 나쁘기 때문에 상기와 같이 매우 얇은 발열패턴을 연결할 때 쉽게 손상될 우려가 있으며, 더욱이, 대면적(大面積)의 비닐하우스를 손상 없이 연결하기란 어려울 것이다.
특히, 최근에는 이상기후 현상으로 인하여, 국지성 폭설 및 습설(濕雪, 물기를 많이 포함하고 있는 눈으로, 물기가 적은 건설(乾雪)에 비해 2 ~ 3배 무거움)이 많이 내리므로 종래의 얇은 발열패턴으로 연결된 대면적의 필름으로는 상단에 적설 된 눈의 무게를 지탱하기 어려울 수 있으며, 따라서, 비닐하우스의 수명도 짧아질 수 있는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1723910호(2017.03.31.)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 농작물 재배를 위한 비닐하우스의 골조를 둘러싸는 피복재로 사용되어 높은 투명성과 더불어 열안정성으로 균일한 발열온도를 유지하여 동절기에 냉해 피해를 예방하며, 내외부의 온도차에 따른 결로 발생으로 인한 과습 피해를 최소화하고, 비닐하우스 외부의 적설을 방지하는 비닐하우스용 투명 면상 발열체를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 비닐하우스 구조적 안정성을 향상시키기 위하여 통상의 적설량에 충분히 대응할 수 있는 기계적 강도 및 내구성의 구현이 가능한 비닐하우스용 투명 면상 발열체를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면 투명 면상 발열체의 최하단면을 형성하는 보호층(10); 열전도성 나노물질, 열전도성 무기물질 및 폴리에틸렌계 바인더 수지로 구성되어 상기 보호층(10) 상부에 적층 형성되며, 전극층(30)에 의해 전기가 인가되어 일정 온도로 발열하는 발열층(20); 및 상기 발열층(20) 상부에 적층 형성되어 상기 투명 면상발열체의 최상단면을 이루며, 외부환경요인으로부터 상기 발열층(20)을 보호하는 UV코팅층(40);을 포함하는 비닐하우스용 투명 면상 발열체를 제공할 수 있다.
이때, 상기 발열층(20)은, 상기 폴리에틸렌계 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 상기 열전도성 나노물질 0.5 내지 20 중량부 및 상기 열전도성 무기물질 0.5 내지 2.0 중량부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열전도성 나노물질은, 직경이 약 5㎚ 내지 500㎚이고, 길이가 약 0.5㎛ 내지 2,500㎛이며, 종횡비가 약 100 내지 5,000의 범위를 갖는 은 나노 와이어인 것을 특징으로 한다.
게다가, 상기 열전도성 나노물질은, 직단일벽 탄소나노튜브(SWNT) 또는 얇은 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비닐하우스용 투명 면상 발열체.
이와 더불어, 상기 열전도성 무기물질은, 산화아연 나노입자, 활성아연화, 투명아연화 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 산화아연 나노입자는, PDMS(Poly Dimethyl Siloxane) 커플링제로 표면 처리한 산화아연 나노입자인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 발열층(20)은, 2단 압출기를 활용하여 상기 열전도성 나노물질과 상기 폴리에틸렌계 바인더 수지를 혼합 및 압출을 통해 마스터 배치를 형성하는 압출펠릿 공정을 먼저 거친 후, 다층 블로운 압출공정 또는 다층 필름 압출공정을 통해 상기 마스터 배치와 열전도성 무기물질 및 폴리에틸렌계 바인더 수지를 증량 및 보충하여 압출함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 농작물 재배를 위한 비닐하우스의 골조를 둘러싸는 피복재로 사용되어 높은 투명성과 더불어 열안정성으로 균일한 발열온도를 유지하여 동절기에 냉해 피해를 예방하며, 내외부의 온도차에 따른 결로 발생으로 인한 과습 피해를 최소화하고, 비닐하우스 외부의 적설을 방지함으로써 농가의 비닐하우스 재배 농작물의 피해를 감소시켜 생산효율을 높일 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 비닐하우스 구조적 안정성을 향상시키기 위하여 통상의 적설량에 충분히 대응할 수 있는 기계적 강도 및 내구성을 구현함으로써 대면적(大面積)의 비닐하우스에도 적용이 가능하고, 이를 통해 비닐하우스 구축시 원가절감을 통해 농가에 경제적 이익을 도모할 수 있으며, 더 나아가 폐비닐 발생량을 감소시켜 환경오염을 방지할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 비닐하우스용 투명 면상 발열체의 단면도.
도 2는 본 발명의 따른 비닐하우스용 투명 면상 발열체 일단부의 일부를 절개하여 도시한 사시도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
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, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 투명 면상발열체를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 비닐하우스용 투명 면상발열체의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 비닐하우스의 피복재로 사용될 수 있는 비닐하우스용 투명 면상발열체는 크게 보호층(10), 발열층(20), 전극층(30) 및 UV코팅층(40)이 순차적으로 적층되어 형성된다.
구체적으로 살펴보면, 먼저, 상기 보호층(10)은 상기 투명 면상발열체의 최하단부에 형성되며, 상기 투명 면상발열체가 비닐하우스의 피복재로 사용될 경우, 피복재의 내측면을 이룬다.
상기 보호층(10)은 폴리에틸렌(PE; Polyethylene), 폴리아미드(PA; Poly amides), 폴리카보네이트(PC; Polycarbonate), 폴리올레핀(PO; Poly olefine), 폴리 플로필렌(PP; Poly propylene), 플라스틱(PVC; Polyvinyl chloride), 에틸렌비닐 아세테이트 공중합체(EVA; Ethylene-vinyl acetate), 메탈로센 폴리 플로필렌(m-PP; metallocene-Poly propylene), 메탈로센 폴리올레핀(m-PO;metallocene-Poly olefine)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 열가소성 수지로 이루어진 바인더 수지로 형성되며, 바람직하게는 가볍고, 유연하며, 높은 인성, 투명성, 내충격성, 전기 절연성, 내약품성, 내수성, 내한성, 내유성 등의 성질이 있는 활용도가 높은 폴리에틸렌계 바인더 수지로 형성될 수 있다.
또한, 상기 폴리에틸렌계 바인더 수지는 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 메탈로센 폴리에틸렌(m-PE), 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 메탈로센 선형저밀도 폴리에틸렌(m-LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 메탈로센 고밀도 폴리에틸렌(m-HDPE), 초고분자량 폴리에틸렌(UHMW-PE)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 보호층(10)은 상기 폴리에틸렌계 바인더 수지를 단독으로 사용하여 형성될 수 있으나 바람직하게는 상기 폴리에틸렌계 바인더 수지에 유적첨가제, 투명 난연제 등 기능성 첨가제를 혼합하여 구성될 수 있다.
다음으로, 상기 발열층(20)은 상기 보호층(10) 상부에 적층 형성되어 후술할 상기 전극층(30)에 전기가 인가되면 전체 면적에서 균일한 온도로 발열하는 것으로, 바인더 수지, 열전도성 나노물질 및 열전도성 무기물질을 혼합하여 형성된다.
여기서, 상기 발열층(20)을 구성하는 상기 바인더 수지는 상기 보호층(10)과의 이질감을 줄이고, 접착강도 저하에 따른 층 분리 발생을 방지하며, 투명 면상 발열체의 투명도 및 기계적 강도를 높일 수 있도록 상기 보호층(10)의 바인더 수지와 동일한 종류의 수지인 폴리에틸렌(PE; Polyethylene)계 바인더 수지를 적용하는 것이 바람직하나, 최근에는, 점차 기능성이 향상되는 원료들이 개발됨에 따라 이종의 열가소성 수지를 혼합하여 사용할 수도 있다.
그러나, 유연성과 내굴곡성이 우수한 폴리에틸렌계 바인더 수지와 유연성을 가지는 은 나노 와이어를 상기 발열층(20)에 적용함으로써 완성된 면상 발열체의 포장, 적재, 보관 및 운송시 구겨지거나 주름이 발생하여 단락 혹은 발열불량 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 열전도성 나노물질은 열전도성이 높고 투명도가 높은 재료를 선택하는 것이 효과적이며, 구상의 은 나노 입자 혹은 은 나노 와이어를 사용하는 것이 바람직하나, 구상의 은 나노 입자의 경우, 입자 상호간 겹치는 접합점이 적게 형성될 수 있고, 결합력도 약하게 이루어지면서 전기적 단절이 많아질 수 있고, 그로 인해 은 나노 와이어와 비교하면 많은 양의 구상의 은 나노 입자를 필요하게 되므로 은 나노 와이어가 가장 바람직하다.
통상, 은 나노 와이어는 직경 27.5㎚는 머리카락의 1/3,000 크기이며, 나노크기 입자는 고분자의 회전반경과 비슷한 크기의 직경을 가짐으로, 일반적으로 분자수준의 발열층도 형성이 가능한 것으로 알려져 있다.
게다가, 상기 열전도성 나노물질은 투명도의 저하에 크게 영향을 미치지 않는 범위 내에서 상기 발열층(20)의 발열효과를 높이기 위하여, 단일벽 탄소나노튜브(single walled carbon nanotube, SWNT) 또는 얇은 다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled carbon nanotube, MWCNT)를 소량 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 열전도성 무기물질은 투명 전도성 산화물질의 산화아연 나노입자(ZnO nanoparticles, ZnO NPs), 활성아연화(Active Zinc Oxide), 투명아연화(ZINC Carbonate) 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 상기 열전도성 무기물질은 산화아연(ZnO) 나노입자인 것이 바람직하며, 상기 산화아연 나노입자는 고온 열 안정 특성이 우수한 투명 전도성 산화물로서, 함께 사용되는 상기 은 나노 와이어의 고온 발열 안전성 및 과전류에 대한 안정성 등의 효과를 제공할 수 있으며, 상기 발열층(20)의 열전도성의 향상과 서지전압(충격전류)으로부터 보호할 수 있어 본 발명에서의 그 적용은 매우 중요하다.
상기 발열층(20)은 상기 폴리에틸렌계 바인더 수지 100 중량부에 대해서 상기 열전도성 나노물질은 약 0.5 내지 20 중량부 및 상기 열전도성 무기물질은 약 0.5 내지 2.0 중량부를 포함하되, 더욱 바람직하게는 상기 폴리에틸렌계 바인더 수지 100 중량부에 대해서 상기 열전도성 나노물질은 약 1.0 내지 10.0 중량부 및 산화아연 나노입자 약 0.5 내지 2.0 중량부를 포함하며, 상기 열전도성 나노물질을 약 0.5 중량부 미만으로 적용할 경우, 상기 발열층(20)의 전기전도성이 저하될 우려가 있을 수 있다. 이와 반대로, 상기 열전도성 나노물질을 20 중량부를 초과하여 적용할 경우, 상기 발열층(20)의 투명도가 80% 이하로 낮아질 수 있으며, 비교적 긴 입자들을 다량 적용하게 되므로 입자간 엉킴 현상의 발생이 나타날 수 있고, 기계적인 물성이 감소될 수 있어 투명 면상발열체로서 바람직하지 않을 수 있다.
아울러, 상기 열전도성 나노물질 즉, 상기 은 나노 와이어의 입자크기는 직경이 약 5㎚ 내지 500㎚, 길이가 약 0.5㎛ 내지 2,500㎛, 종횡비가 약 100 내지 5,000 범위에 해당하는 대부분의 입자크기를 적용할 수 있으나, 바람직하게는 직경이 약 5㎚ 내지 300㎚, 길이가 약 0.5㎛ 내지 1,000㎛, 종횡비가 100 내지 약 2,000 범위에 속하는 상기 은 나노 와이어를 선택하여야 하며, 상기 은 나노 와이어의 입자크기를 해당범위 내에서 적용하면 적은 농도의 함량으로도 효율적인 상기 발열층(20)을 형성할 수 있고, 입자들 상호간의 전기적인 브릿지를 보다 촘촘하고 균일하게 구성할 수 있으며, 충분한 전기적 네트워크를 확보함으로써 상기 발열층(20)에 전류를 흘릴 때, 발열 층의 일부분에 발열이 집중되는 품질 불안정을 해소할 수 있고, 핫스팟의 발생이나 전류의 단절 현상을 방지할 수 있는 것이다.
다시 정리하면, 상기 은 나노 와이어의 긴 입자를 활용하여 형성한 상기 발열층(20)은, 통상의 발열층과 비교하여 은 나노 와이어의 함량을 적게 사용하면서도 동일한 효과를 얻을 수 있으며, 특히, 상기 투명 면상발열체를 형성할 때는 필름의 투명도를 크게 떨어뜨리지 않을 수 있고, 설혹, 일부의 발열선에서 단락이 생기더라도 여러 층의 복층구조가 필요하지 않을 만큼, 긴 은 나노 와이어들이 그물처럼 연결되어 있고, 다수의 접촉점, 우회로를 확보한 구조로서, 전기적인 네트워크가 충분하게 형성될 수 있으므로 매우 안정적일 수 있을 것이다.
이와 더불어, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 열전도성 나노물질은 상기 발열층(20)의 발열효과를 높이기 위하여, 탄소나노튜브(MWCNT)를 0.1 내지 0.4 중량부를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 발열층(20)의 형성과정을 구체적으로 살펴보면, 2단 압출기를 활용하여 상기 열전도성 나노물질과 상기 폴리에틸렌계 바인더 수지를 혼합 및 압출을 통해 펠릿화 하여 마스터 배치를 형성하는 압출펠릿 공정을 먼저 거친 후, 다층 블로운 압출공정 또는 다층 필름 압출공정을 통해 상기 마스터 배치를 정량 활용하여 상기 발열층(20)을 형성하되, 다층 블로운 압출공정 또는 다층 필름 압출공정에서 나머지 조성물을 증량 및 보충하여 상기 보호층(10) 상부에 압출함으로써 고밀도의 균일한 상기 발열층(20)을 형성할 수 있다.
이때, 상기 압출펠릿 공정에서 일반적인 분쇄기를 이용할 경우에는, 은 나노 와이어의 길이가 너무 짧게 절단되는 단점이 있어 상기 발열층(20) 구성시 전기적 네트워크의 형성이 방해될 수 있으므로 본 발명에서는 별도의 분쇄공정이나 분산제를 사용하지 않고 상기 2단 압출기를 활용함으로써 불필요하게 너무 긴 입자의 은 나노 와이어는 대부분 필요로 하는 범위내로 절단되어 질 수 있게 된다.
또한, 상기 압출펠릿 공정의 수행시 상기 2단 압출기를 사용하여 물리적인 압출력(약 1,300㎏/㎠)의 작용과 열에 민감한 플렉시블한 폴리에틸렌계 바인더 수지 고유의 용융결합력(약 90Ns/㎡ 내지 100Ns/㎡)의 작용을 활용함으로써 은 나노 와이어의 엉켜있는 입자들의 균일한 분산작용과 절단작용에 효과적이며, 더 나아가, 은 나노 와이어의 구조에 손상을 주지 않기 때문에 은 나노 와이어의 고유물성과 전기적 특성 및 열전도 특성을 변화시키거나 감소시키지 않는다는 이점이 있다.
또한, 상기 2단 압출기를 사용하여 은 나노 와이어의 엉켜있는 입자들의 균일한 분산작용과 절단작용을 적용함으로써 값비싼 은 나노 와이어를 대량 사용할 수밖 없는 종래의 대면적의 비닐하우스용 발열체(발열층)와 달리 소량을 사용하여도 높은 전기적 특성 및 열전도 특성을 확보할 수 있으므로 원가절감을 실현할 수 있는 장점이 있을 수 있다.
그리고, 상기 다층 블로운 압출공정 또는 상기 다층 필름 압출공정을 통해 압출형성된 상기 발열층(20)의 두께는 약 5㎛ 내지 200㎛이되, 약 10㎛ 내지 약 100㎛인 것이 바람직하며, 상기 발열층(20)의 두께를 5㎛ 미만을 적용할 경우, 상기 투명 면상발열체의 기계적인 강도가 약해질 수 있으므로 통상의 눈 무게를 견디는 것이 어려울 수 있으며, 상기 발열층(20)의 두께를 약 200㎛ 이상을 적용할 경우, 상기 투명 면상발열체의 투명도가 낮아져 농작물의 성장에 필요한 햇빛을 충분하게 받기 어려울 수 있다.
또한, 상기 발열층(20)을 압출하기 위하여 수행되는 상기 다층 블로운 압출공정은 용융된 수지가 압출기의 원형 압출다이와 에어링을 통하여 튜브 형태의 버블(Bubble)로 팽창되며, 튜브형태의 상기 버블을 시트 형태로 변형하여 상기 발열층(20)을 형성하되, 중간의 연결 및 접착부분이 없이 미끄러운 표면으로 이루어지는 초광폭의 대면적 시트 형상으로, 연속적으로 형성할 수 있는 압출성형 공정일 수 있다.
이때, 상기 다층 블로운 압출공정으로 형성되는 상기 발열층(20)은, 140℃ 내지 230℃의 압출온도에서 압출다이로부터 배출되는 초기의 시트의 경우, 두꺼운 두께로서 고온, 낮은 점도의 성질을 보유하지만, 서서히 얇게 연신되면서 종래기술과 같이 인쇄방법으로는 얻을 수 없는 대면적(大面積)의 고밀도 시트형 상기 발열층(20)를 형성할 수 있으며, 이를 통해 기계적 물성 및 성형 방법 등이 고분자와 비슷하면서도 전기적, 열적 성질은 금속에 가까운 성질을 가질 수 있다.
이와 더불어, 상기 다층 블로운 압출공정에서 사용되는 압출기의 다이에서 상기 발열층(20)이 배출될 때, 압출력과 공기의 힘에 의해 외부로 넓혀지면서 강한 결합력을 가진 폴리에틸렌계 바인더 수지와 함께 엉키고 절단된 은 나노 와이어 입자는 폴리에틸렌계 바인더 수지의 연신되는 힘의 영향을 강하게 받게 되면서 동시에, 넓게 방사 및 분산되어 풀어 헤쳐지게 되고, 계속적으로 얇아지면서 은 나노 와이어 입자간 서로 겹쳐지고 밀착되어 최종적으로는 불규칙하게 얽힌 섬유형태의 그물구조로 이루어진 시트형태의 상기 발열층(20)을 형성할 수 있다.
한편, 상기 발열층(20)에 포함된 상기 산화아연 나노입자는 어느 정도의 투명성을 가지고 있음에도 불구하고, 열전도성 나노물질의 함유량에 따라 상기 투명 면상발열체의 투명도 감소를 야기할 수 있으므로, 상기 산화아연 나노입자는 열전도성 나노물질의 함유량에 따라 그 사용량은 적절히 변경될 수 있으며, 또한, 이런 문제를 해결하기 위하여, PDMS(Poly Dimethyl Siloxane) 커플링제(Coupling Agent)로 표면처리한 상기 산화아연 나노입자를 은 나노 와이어와 함께 적용함으로써, 상기 투명 면상발열체의 투명도 80% 이상을 확보할 수 있으며, 장기 열안정성을 크게 향상시킬 수 있다.
보다 상세하게는, 열에 약한 폴리에틸렌계 바인더 수지를 상기 발열층(20)에 지속적으로 사용하기 위하여, PDMS 커플링제를 주제와 경화제의 중량비 10:1로 혼합한 용액을 산화아연 나노입자의 표면에 코팅처리를 하여 진공실에서 거품을 제거하고, 드라이 오븐에서 100℃로 약 1시간 동안 열처리하여 표면 처리한 후, 산화아연을 다층 블로운 압출 공정에서 혼합 적용함으로써, 상기 투명 면상발열체의 투명도는 크게 떨어뜨리지 않으면서 상기 발열층(20)의 장기 열안정성을 충분하게 향상시킬 수 있고 기계적인 강도를 지속 유지시켜 제품의 사용 수명도 향상시킬 수 있게 될 것이다.
다음으로 상기 전극층(30)은 상기 발열층(20) 양쪽 끝 면으로 위치하여 전원을 인가받는 것으로, 바람직하게는 한쌍의 상기 전극층(30)이 상기 발열층(20)의 양쪽 끝단에서 서로 대항하여 위치된 상태로 상기 발열층(20)에 접착 연결되어 형성되며, 상기 전극층(30)의 형성단계에 있어서 구체적인 설명은 후술하도록 한다.
다음으로, 상기 UV코팅층(40)은 상기 투명 면상발열체의 최상단부에 형성되며, 상기 투명 면상발열체가 비닐하우스의 피복재로 사용될 경우, 피복재의 외측면을 이룬다.
상기 UV코팅층(40)은 상기 보호층(10)과 함께 상기 발열층(20)의 외측면을 밀폐하여 상기 발열층(20)이 외부 공기 및 물 등과 접촉되는 것을 방지하게 함으로써 상기 발열층(20)을 보호하는 역할을 한다.
상기 UV코팅층(40)은 상기 보호층(10)과 같이 폴리에틸렌계 바인더 수지로 구성되며, 상기 UV코팅층(40) 역시, 상기 폴리에틸렌계 바인더 수지를 단독으로 사용하여 형성될 수 있으나, 바람직하게는 상기 폴리에틸렌계 바인더 수지에 UV차단제나 UV흡수제 등 기능성 첨가제를 혼합하여 구성될 수 있으며, 보다 바람직하게는, 상기 UV코팅층(40)은 폴리에틸렌계 바인더 수지 100 중량부에 대해서, UV차단제 혹은 UV흡수제 5 내지 15 중량부를 혼합하여 형성될 수 있다.
이는 상기 UV코팅층(40)을 구성하는 폴리에틸렌계 바인더 수지가 자외선(UV)에 약하기 때문에 그로 인해 상기 투명 면상발열체가 손상되는 것을 방지하기 위한 것이며, 또한, 주지된 바와 같이, 자외선은 식물의 생육, 꽃이나 과실의 착색, 병해충 발생 등에 영향을 미쳐 식물 성장의 저해요소로 작용하므로 상기 UV코팅층(40)을 형성하기 위하여 상기 UV차단제 혹은 상기 UV흡수제를 병용하여 사용함으로써 비닐하우스 재배의 생산성을 효과적으로 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 비닐하우스용 투명 면상 발열체 일단부의 일부를 절개하여 도시한 사시도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 한편, 상기 보호층(10), 상기 발열층(20) 및 상기 UV코팅층(40)이 순차적으로 적층된 상태에서 연신공정을 거쳐 접착되어 상기 투명 면상 발열체가 형성되며, 닙 롤(NIP ROLL)사이의 중간을 통과하게 되면서 한 번 더 강한 압축력을 받게 됨으로써 상기 발열층(20)의 내부에 서로 겹쳐있는 은 나노 와이어 입자간의 결합력이 증가될 수 있다.
이후, 계속하여 상기 투명 면상 발열체는 다수 개의 가이드 롤을 통과하여서 와인더 롤에 권취될 수 있으며, 이렇게 권취된 롤(ROLL)형태의 상기 투명 면상 발열체는 숙성실에서 상온으로 약 2일간 이상 숙성된다. 이때, 상기의 롤(ROLL) 형태 필름의 숙성단계는 압축 프레스의 압축력을 받는 것과 유사하게, 높은 압력을 지속적으로 받도록 하는 효과를 제공하는 것일 수 있다.
일반적으로, 은 나노 와이어를 발열 기술에 응용할 때, 은 나노 와이어 입자
상호간 접합의 강도가 매우 중요하며 품질에 큰 영향을 주게 되며, 통상, 은 나노 와이어 입자 상호간의 접합 강도를 증가시키는 방법으로, 전자빔 조사, 가열 냉각(Annealing), 기계적 압축(Mechanical Press) 등의 방법들이 개발되어 있다.
본 발명에서는, 상기 블로운 압출공정에서 은 나노 와이어의 가열 연화와, 상기 연신공정, 상기 닙 롤(NIP ROLL)에서 압축 과정, 롤 형태의 숙성과정 등으로 인하여, 상기 발열층(20)의 서로 겹쳐지고 접촉된 은 나노 와이어는 강한 압축력을 장시간 받게 되어 균일하면서도 높은 결합력의 형성이 이루어질 수 있으며, 또한, 상기 투명 면상 발열체에 혼합된 조성물들은 상기에서 받은, 여러 가지 응력들로부터 충분히 안정을 취할 수 있을 것이다.
상기와 같은 공정은, 상기 발열층(20)의 밀도를 높게 형성할 수 있게 됨으로서, 본 발명에서 이루고자하는 대면적의 비닐하우스에 균일한 발열온도의 제공이 가능할 수 있을 것이다.
이때, 상기 발열층(20)의 면 저항(sheet resistance)은 100 Ohm/sq. 내지 1,000 Ohm/sq.의 범위이며, 바람직하게는 200 Ohm/sq. 내지 700 Ohm/sq. 의 범위일 수 있고, 또한, 상기 발열층(20)의 발열온도는 40℃ 내지 60℃의 범위로 사용할 수 있으며, 바람직하게는 상기 투명 면상 발열체로 형성된 비닐하우스의 쌓인 눈의 양에 따라 온도조절기(미도시)를 이용하여 최고 70℃를 초과할 수 없도록 관리되어야 하는데, 이는 상기 발열층(20)을 구성하는 상기 폴리에틸렌계 바인더 수지의 열 변형 온도가 통상 80℃ ~ 85℃로 낮기 때문이다.
한편, 상기 전극층(30)은 구리박판으로 형성되며, 상기 발열층(20)의 단부에 접착결합되어 연결되되, 구체적으로는 아래와 같은 공정을 통해 형성된다.
우선, 상기 보호층(10), 상기 발열층(20) 및 상기 UV코팅층(40)만이 적층되어 형성된 상기 투명 면상 발열체를 대량 생산한 후, 필요한 크기의 규격으로 재단하고, 미세한 가공이 가능한 스카이빙기(혹은 가죽 피할기)를 활용하여 재단된 상기 투명 면상 발열체의 폭방향 일단부를 상기 전극층(30)이 형성될 폭(약 15㎜ 내지 20㎜)만큼 스카이빙하여 제거한다.
이때, 상기 스카이빙기는 원단 이송용 재봉틀과 정밀한 버핑기(Buffing Machine)를 결합하여 형성된 장치로 대체할 수 있다.
다음으로, 스카이빙 단계를 통해 외부로 노출된 상기 발열층(20)의 상단면에 투명 전도성 접착제(31)를 도포한 후, 상기 투명 전도성 접착제(31)가 도포된 면 상부에 외부전원 연결부로 전극선(32)이 연결된 상기 구리박판을 위치시키고, 상기 투명 전도성 접착제(31)를 건조시킨 후 상기 투명 면상 발열체를 이동식 압축 롤러 또는 압축 프레스에 통과시켜 접착력을 높인다.
이때, 상기 전극층(30)을 이루는 상기 구리박판은 구리(Cu) 이외 은(Ag)을 포함하는 것일 수 있다.
또한, 상기 투명 전도성 접착제(31)는 통상 상용화된 전도성 접착제일 수 있으며, 상기 은 나노 와이어를 포함하는 상기 발열층(20)과 상기 구리박판을 전도성을 부여하여 접착함으로써 상호 전류의 소통을 원활하게 하여 틈새에서 발생할 수 있는 접촉저항을 감소 및 제거시킬 수 있다.
이후, 상기 투명 전도성 접착제(31)가 충분히 경화되어 접착이 완료되면, 폴리에틸렌계 바인더 수지를 사용하여, 상기 구리박판의 상면과 측면을 밀폐시키게 된다.
바람직하게는 폴리에틸렌계 바인더 수지를 이형지 상에 적합한 두께로 단면 코팅하고 권취하여 긴 롤의 형태로 형성한 후 스카이빙된 부위의 폭(약 15㎜ 내지 20㎜)에 대응하는 크기로 절단된 폴리에틸렌 테이프를 이용하여 상기 발열층(20)과 접착 연결된 상기 구리박판의 상면을 감싸므로써 외부로 노출된 부위를 밀폐시킬 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 폴리에틸렌 테이프를 상기 발열층(20)과 접착 연결된 상기 구리박판의 상면에 배치시킨 상태에서, 약 30㎜의 폭을 가지는 “ㄱ”형태로 형성된 상단 금형과 일직선 형태로 형성된 하단 금형으로 이루어진 가열 압축 프레스에 위치시켜 가열 압축함으로써 구리박판의 상면과 측면을 동시에 밀폐하여 외부와 차단시킬 수 있다.
이때, 상기 스카이빙 부위의 폭이 상기 투명 면상 발열체의 두께보다 크게 형성되므로 상기 상단 금형의 폭방향 길이가 길고, 상하방향 높이가 짧은 형태로 형성되는 것이 바람직하며, 상단 금형 및 하단 금형의 표면은 테프론 코팅 등으로 처리를 함으로써 다수의 압축과정으로도 제품 오염 발생을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 폴리에틸렌 테이프의 가열 압축 단계에서 외부로 노출되는 전극선의 단락 등에 의해 장애가 발생될 수 있으나, 상단 금형의 측면 일부를 절개함으로서 공정에 지장 없이 불편요소를 해소할 수 있다.
상기 폴리에틸렌 테이프의 가열 압축 단계 이후, 상기 전극층(30) 형성 위치 이외에, 상기 투명 면상 발열체의 재단 단계에서 상기 발열층(20)의 단면이 불필요하게 외부로 노출되는 곳은 핫 멜트 접착용 장비 또는 핫 멜트 글루건(HOT MELT GLUE GUN)을 이용하여 폴리에틸렌 바인더 수지 또는 에틸렌 비닐 아세테이트 수지(EVA: EthyleneVinyl Acetate)로 밀폐시킨다.
또한, 상기 전극선(32)의 끝단을 온도 조절기에 연결시킴으로써 전원 공급 및 발열 온도를 조절할 수 있도록 하며, 이때, 상기 전극층(30)에 220볼트의 교류 전압을 연결하게 되면 상기 발열층(20)에 전류가 흘러 발열하게 되고, 상기 발열층(20)의 발열 온도의 범위는 약 30℃ 내지 약 100℃일 수 있으나, 상용 발열 온도는 약 40℃ 내지 약 60℃ 일 수 있으며, 최고온도는 약 70℃를 초과할 수 없도록 관리되는 것이 바람직하다.
한편, 상기의 투명 면상 발열체를 비닐하우스에 적용하는 방법은, 평상시 또는 봄, 여름, 가을철에는 전원의 연결 없이, 일반 비닐하우스와 동일하게 사용할 수 있으며, 겨울철의 필요할 때 전원을 공급하고 발열시켜서, 겨울철 비닐하우스에 쌓이는 눈을 가능한 신속하게 제거할 수 있으며, 또한, 비닐하우스 외부의 온도가 강하하여 비닐하우스에 물방울이 발생되거나, 장기간의 냉해가 발생하여 재배중인 농작물의 피해가 우려될 때, 상기와 같은 여러 가지 상황의 발생에서 적절하게, 상기 투명 면상 발열체의 발열온도의 강, 약을 조절할 수 있음으로서, 농가의 비닐하우스 재배 농작물의 피해를 감소할 수 있을 것이다.
이하, 본 발명에 따른 비닐하우스용 투명 면상 발열체의 실시예, 비교예 및 실험예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
실시예
1:1 비율로 LDPE 및 EVA을 혼합한 혼합물 90중량부에 대하여, 은 나노 와이어에 미량 탄소나노튜브(CNT)를 함유한 열전도성 나노물질 10중량부를 혼합하여, 나사 L/D은 20~48이고 나사속도는 300~400/min인 2단 압출기에서 압출펠릿을 제조한 후, 표 1에 기재된 조성비에 따라 나머지 조성물을 추가하여 1,800mm Extruder의 블로운 압출기를 활용하여 실시예 1 내지 3을 제조하였다.
비교예
1:1 비율로 LDPE 및 EVA을 혼합한 혼합물 100중량부를 나사 L/D은 20~48이고 나사속도는 300~400/min인 2단 압출기에서 압출펠릿을 제조한 후, 표 1에 기재된 조성비에 따라 나머지 조성물을 추가하여 1,800mm Extruder의 블로운 압출기를 활용하여 비교예 1을 제조하였다.
구 분 재 료 명 보호층 발열층 UV코팅층
비교예 1 EVA 50 50 50
LDPE 45 45 45
UV차단제 5 5 5
실시예 1 EVA 47 45 47
LDPE 47 46 47
UV차단제 5 5 5
열전도성 나노물질 0 3 0
ZnO 나노입자(10㎚ ∼20㎚) 1 1 1
실시예 2 LDPE 35 32 35
EVA 30 30 30
m-LLDPE 30 30 30
UV차단제 5 5 5
열전도성 나노물질 0 3 0
ZnO 나노입자(10㎚∼20㎚) 0 0 0
실시예 3 LDPE 34 30 34
EVA 30 30 30
m-LLDPE 30 30 30
UV차단제 5 5 5
열전도성 나노물질 0 4 0
ZnO 나노입자(10㎚∼20㎚, PDMS표면처리) 1 1 1
실험예 1
실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 대하여 표 2와 같이 물성을 평가하였으며, 여기서, 평가된 물성의 결과는, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 각 5개씩 시편의 시험 결과들 중에서 최상값과 최하값을 제외한 평균값을 나타낸 것으로, 이에 대한 시험방법은 다음과 같다.
⑴ 인장강도 시험
KS M3006 규격의 시험편으로 인스트론사 UTM(Instron 4400 series)으로 로드셀 50 kgf의 조건으로 하여 인장 강도를 측정하였다.
(2) 굴곡시험
KS M3008 규격의 시험편으로 인스트론사 UTM(Instron 4400 series)에서 스팬 거리를 50mm로 하고 크로스 헤드 속도를 2.5 m/min의 조건으로 하여 굴곡탄성 율을 측정하였다.
⑶ UV(자외선) 차단 효과
측정 장비: UV Rejection(자외선 투과율 측정기)
⑷ 투명도 측정
측정 장비: Opacity Meter TOM11(불투명도 측정기), SOLAR TRANSMISSION(투과율 측정기)
⑸ 열안정성
각 시험편에 220V의 교류 전압을 공급하여, 시험 발열 온도는 상용 최고 온도보다 높은 100℃에서 장기 발열 시험을 실행하였다(비교예 1은 시험에서 제외).
⑹ 표면 온도 측정
측정 장비: 표면온도 측정기 (IR CAMERA)
본 발명에 따른, 실시예 1, 2, 3의 시험용 필름 5m×5m의 4곳에서, 발열 지시온도(Setting Temperature) 60℃, 발열 시작으로부터 10분 경과 후 온도를 측정 하였다(비교예 1은 시험에서 제외).
구 분 비교예 1 실시예 1 실시예 2 실시예 3
인장강도 (㎏f/㎠) 282 284 309 318
굴곡 탄성율 (㎏f/㎠) 12,571 11,996 13,125 13,350
투명도 투과율 (%) 87 76 85 84
불투명도 0.582 0.640 0.596 0.618
자외선 차단효과
(파장 350㎚)		 2.1 2.4 2.3 2.3
열안정성
(100℃에서 장기 발열시간 측정)		 _ 900분 이상 350분
(420분경 파손)		 900분 이상
표면 온도 측정 (℃)
(5m*5m의 4곳)		 - 61.2 60.5
60.9 60.7		 60.1 61.8
61.4 60.6		 61.9 60.4
60.8 61.1
실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 표면 온도를 측정한 결과 각 위치의 온도편차는 60℃± 2,0℃ 이내로 측정되었으며, 실시예 2의 경우, 시험 발열 온도 100℃에서 약 350분 경과할 때 저항이 서서히 상승을 시작하여, 약 420분경에서 파괴되었다.
또한, PDMS를 사용하여 표면 처리하지 않은 산화아연 나노입자를 사용한 실시예 1과 PDMS를 사용하여 표면를 처리한 산화아연 나노입자를 사용한 실시예 3의 경우, 시험 발열 온도 100℃에서 장시간 지속 작동하였을 때, 모두 900분경까지 저항 변화 없이 우수하게 발열 특성이 잘 유지 되었으나, 실시예 1의 경우, 투명도가 크게 감소되었으며, 실시예 3의 경우 투명도가 적게 감소된 것을 알 수 있었다.
아울러, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 인장강도 시험 결과는 비슷한 것으로 나타났으며, 구체적으로 비교하였을때, 비교예 1과 실시예 1에 비하여 실시예 2와 실시예 3은 인장강도가 높게 나타나는 것은 수지의 종류에서 메탈로센 선형저밀도 폴리에틸렌(m-LLDPE)을 증량 사용함에 따른 것으로 볼 수 있다.
그러나, 열전도성 나노물질과 산화아연 나노입자(10㎚ 내지 20㎚)의 사용과 관련하여 인장강도의 증감에는 영향을 미치지 않는 것으로 평가되나, 투명 면상 발열체의 열안정성을 크게 향상시킬 수 있으므로 농업용 비닐하우스의 폴리에틸렌계 광폭(다층, 삼중)필름의 인장강도 품질기준이 21.6N/㎟ 이상/0.08㎜ 내지 0.1㎜ (220.32㎏f/㎠ 이상/0.08㎜ 내지 0.1㎜)로 규정되어 있다는 점을 미뤄보아 발열층의 발열 과정에서 통상적인 눈의 무게를 견딜 수 있을 만큼 발열 필름은 충분한 기계적인 강도를 유지할 수 있을 것이다.
또한, 굴곡탄성율의 결과는 사용된 수지에 따라 소정의 차이는 나타나지만, 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 굴곡탄성율은 특별히 현저한 차이는 나타나지 않았다.
반면, 투명도의 측정 결과는, 비교예 1에서 높은 투명도를 보였으나, 은 나노 와이어의 열안정성을 향상하기 위하여 산화아연 나노입자를 적용한 실시예 1에서처럼 광투과율과 불투명도가 동시에 현저히 저하되는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 문제를 해결하기 위하여, PDMS으로 표면 처리한 산화아연 나노입자를 적용한, 실시예 3은 투명도가 크게 감소하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2
실시예 3으로 34㎝×64㎝ 규격의 시편을 제작하여 평면의 합판 상에 위치시키고, 발열온도 60℃에서 시간적인 성능을 측정한 결과를 표 3에 나타내었다.
이때, 상기 합판은 기울기 20도의 경사 조건을 설정하였으며, 이는 일반적인 비닐하우스 지붕의 경사각도 20 ~ 30도를 고려하여 동일한 조건으로 판단하여 설정한 것이며, 투명 면상 발열체의 발열상태를 측정한 결과, 통상 약 10㎝ 두께의 비닐하우스상의 적설량에서 충분히 제설할 수 있을 것으로 판단된다.
구 분 내 용
대분류 세분류
공통상황 및 조건 외기온도
(℃)		 ○ 눈 내린 장소,
○ -3℃ ~ 0℃
전 원 220V 교류전압
상용 최고 온도
(℃)		 61.5
적설 방법 적설용 틀
(단위:㎝)		 ○ 가로:60, 세로:30, 높이:10,
○ 상하 오픈된 직사각형으로 연결된 1.5T 투명 아크릴판재
발열 필름 ○ 두께: 150㎛
○ 가로: 64㎝, 세로: 34㎝
방 법 ○ 5T 합판 상단에, 실시 예 3에 따른, 상기의 발열필름을 바닥에 위치시키고, 그 상단으로 상기의 적설용 틀을 배치.
→ 주변에 내린 눈을 삽으로 옮겨 담음.
→ 상단은 압력을 주지 않고 30㎝ 눈금자로 긁어서, 높게 쌓여 넘치는 눈을 제거.
→ 적설 된 눈에 손상을 주지 않도록 주의하여 적설용 틀을 제거.
외기온도(0℃)에서 60℃ 까지 도달 소요시간 무 적설 상태 8초
10㎝ 적설 상태 15초
기 울 기 수 평 60℃600초경과 약 3~4㎝ 높이의 눈이 남았음
(스위치 작동부터 포함)
평면 20도 경사 장 방향 경사 60℃*약 318초 하단 녹아서 모두 흘러내림(스위치 작동부터 포함)
단 방향 경사 60℃*약 233초 하단 녹아서 모두 흘러내림(스위치 작동부터 포함)
○ 65℃ 이상 발열온도 초과 되지 않음.
실시예 3의 물성 측정 결과 및 적설 상의 발열성능 측정 결과를 기반으로 다시 정리하면, 본 발명에 의한 투명 면상 발열체는 투명도는 크게 감소하지 않으면서, 장기 열안전성은 그대로 보유할 수 있으며, 인장강도를 향상시켜 통상의 적설량에 충분히 대응할 수 있는 기계적인 강도와 균일한 발열 온도를 유지할 수 있어 더욱 향상된 성능의 제설도 기대할 수 있으며, 적설로 인한 농가의 피해를 감소할 수 있을 것이다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
10: 보호층
20: 발열층
30: 전극층
31: 전도성 접착제
32: 전극선
40: UV코팅층

Claims (7)

  1. 투명 면상 발열체의 최하단면을 형성하는 보호층(10);
    열전도성 나노물질, 열전도성 무기물질 및 폴리에틸렌계 바인더 수지로 구성되어 상기 보호층(10) 상부에 적층 형성되며, 전극층(30)에 의해 전기가 인가되어 일정 온도로 발열하는 발열층(20); 및
    상기 발열층(20) 상부에 적층 형성되어 상기 투명 면상발열체의 최상단면을 이루며, 외부환경요인으로부터 상기 발열층(20)을 보호하는 UV코팅층(40);을 포함하되,
    상기 발열층(20)은, 상기 폴리에틸렌계 바인더 수지 100 중량부에 대하여, 상기 열전도성 나노물질 0.5 내지 20 중량부 및 상기 열전도성 무기물질 0.5 내지 2.0 중량부를 포함하여 구성되며,
    상기 발열층(20)은, 2단 압출기를 활용하여 상기 열전도성 나노물질과 상기 폴리에틸렌계 바인더 수지를 혼합 및 압출을 통해 마스터 배치를 형성하는 압출펠릿 공정을 먼저 거친 후, 다층 블로운 압출공정 또는 다층 필름 압출공정을 통해 상기 마스터 배치와 열전도성 무기물질 및 폴리에틸렌계 바인더 수지를 증량 및 보충하여 압출함으로써 형성되며,
    상기 전극층(30)은 구리박판으로 형성되며, 상기 발열층(20)의 단부에 접착결합되되, 상기 보호층(10), 상기 발열층(20) 및 상기 UV코팅층(40)만이 적층되어 형성된 상기 투명 면상 발열체의 폭방향 일단부를 소정의 폭만큼 스카이빙하여 제거한 후, 상단면에 투명 전도성 접착제(31)를 도포하고, 상기 투명 전도성 접착제(31)가 도포된 면 상부에 외부전원 연결부로 전극선이 연결된 상기 전극층(30)을 위치시키며, 상기 투명 전도성 접착제(31)를 건조시키고, 상기 투명 면상 발열체를 이동식 압축 롤러 또는 압축 프레스에 통과시킨 후 폴리에틸렌계 바인더 수지를 사용하여 상기 전극층(30)의 상면 및 측면을 밀폐시켜 상기 발열층(20)에 결합되도록 하는 것을 특징으로 하는 비닐하우스용 투명 면상 발열체.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열전도성 나노물질은,
    직경이 5㎚ 내지 500㎚이고, 길이가 0.5㎛ 내지 2,500㎛이며, 종횡비가 100 내지 5,000의 범위를 갖는 은 나노 와이어인 것을 특징으로 하는 비닐하우스용 투명 면상 발열체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 열전도성 나노물질은,
    직단일벽 탄소나노튜브(SWNT) 또는 얇은 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비닐하우스용 투명 면상 발열체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열전도성 무기물질은,
    산화아연 나노입자, 활성아연화, 투명아연화 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 비닐하우스용 투명 면상 발열체.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 산화아연 나노입자는,
    PDMS(Poly Dimethyl Siloxane) 커플링제로 표면 처리한 산화아연 나노입자인 것을 특징으로 하는 비닐하우스용 투명 면상 발열체.
  7. 삭제
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