KR102608258B1

KR102608258B1 - 소방용 및 산업용, 선박용 열 차단 코팅 박막

Info

Publication number: KR102608258B1
Application number: KR1020220126045A
Authority: KR
Inventors: 정필환
Original assignee: 정필환
Priority date: 2022-10-04
Filing date: 2022-10-04
Publication date: 2023-11-30

Abstract

본 발명의 열 차단 방열렌즈 코팅 박막은 2-3층의 은(Ag) 박막층과 은(Ag) 박막층의 위 아래 층에 이산화티타늄(TiO₂) 또는 황화아연(ZnS) 층이 5층 내지 6층으로 형성되는 유전체 박막층을 포함한다. 유전체 박막층은 이산화규소(SiO₂), 이산화지르코늄(ZrO₂), 산화이트륨(Y₂O₃), 산화탄탈륨(Ta₃O₅) 등에서 선택할 수 있다. 본 발명 기술은 가시광선 투과율을 선택적으로 조절할 수 있으며, 적외선 투과율을 낮추어 복사열을 1% 이하로 차단하는 열 차단 박막코팅 기술이다.

Description

소방용 및 산업용, 선박용 열 차단 코팅 박막{Heat Blocking Thin Film Structure for Fire Fighters, Industrial Use and Ships}

본 발명 기술은 고열이 발생하는 작업현장(화재현장 또는 용광로 작업현장)에서 작업자에게 직접적으로 가해지는 복사열을 차단하여 작업자를 안전하게 보호함으로써 작업 효율을 높일 수 있도록 하는 열 차단 코팅 박막에 관한 것이다.

본 발명 기술은 방열복의 두건에 장착된 방열렌즈에 열 차단 코팅 박막을 형성함으로써, 각종 고열이 발생하는 작업현장에서 작업자로 하여금 열에 의한 상해를 방지하고 시야를 확보하여 안전하고 효율적인 작업을 수행할 수 있도록 하는데 있다.

열 차단 방열렌즈는 국내 기술의 부재로 해외수입에 전량 의존하고 있으며, 금(Au)을 사용하기 때문에 제조 단가가 높고, 복사열 차단 효과가 낮다. 따라서, 본 발명의 목적은 열 차단 코팅 박막을 제공하는 것으로서, 특히 해외수입을 대체하고 제조 단가를 낮추며 복사열 차단 효과를 높일 수 있도록 열 차단 방열 렌즈에 적용할 수 있는 열 차단 코팅 박막을 제공하는 것이다.

열 차단 코팅 박막을 제공하기 위하여, 본 발명은 기판(Polyethersulfone, Polycarbonate, Acrylic, Glass)에 진공증착장비를 사용하여 코팅 박막을 형성한다. 코팅 박막은 2층 내지 3층의 은(Ag) 박막층과; 은(Ag) 박막층의 위와 아래에 형성되는 복수의 유전체 박막층을 포함하고, 유전체 박막층은 TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃, Ta₂O₅, ZnS 중에서 선택되는 두개 또는 세개의 재료로 형성되고, 은(Ag) 박막층의 두께는 95~76nm 범위이고, 상기 유전체 박막층의 두께는 240~192nm 범위이다. 대안적으로 코팅 박막은 2층 내지 3층의 은(Ag) 박막층과, 황화아연(ZnS) 4층 내지 5층의 박막 층과 산화물 유전체 박막층이 1층 내지 2층을 포함하는 총 8층 내지 11층으로 형성된다. 은(Ag) 박막층 중 2층 내지 3층의 위와 아래층에 황화아연(ZnS) 박막층이 형성되며, 공기를 접한 바깥 층에 이산화규소(SiO₂) 박막층을 형성할 수 있다. 은(Ag) 박막 층의 두께는 대략 62.4~75.3nm 범위이고, 황화아연(ZnS) 박막층의 두께는 182.6~205.8nm, 이산화규소(SiO₂) 박막층의 두께는 30.6~55.4nm 범위 내의 박막층을 형성한다.
본 발명은 전체 박막층이 모두 8층으로 형성되고, 기판 위에 이산화티타늄(TiO2)을 두께 40~31nm로 형성한 제 1 박막층과, 상기 제 1 박막층 위에 은(Ag)을 28~14nm 두께로 형성한 제 2 박막층과, 상기 제 2 박막층 위에 이산화티타늄(TiO₂)을 78~69nm 두께로 형성한 제 3 박막층과, 상기 제 3 박막층 위에 은(Ag)을 27~22nm 두께로 형성한 제 4 박막층과, 상기 제 4 박막층 위에 이산화티타늄(TiO₂)을 18~13nm 두께로 형성한 제 5 박막층과, 상기 제 5 박막층 위에 은(Ag)을 35~31nm 두께로 형성한 제 6 박막층과, 상기 제 6 박막층 위에 이산화티타늄(TiO₂)을 39~32nm 두께로 형성한 제 7 박막층과, 상기 제 7 박막층 위에 이산화규소(SiO₂)를 75~62nm 두께로 형성한 제 8 박막층으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 전체 박막층이 모두 8층으로 형성되고, 기판 위에 황화아연(ZnS)을 두께 35~31nm로 형성한 제 1 박막층과, 상기 제 1 박막층 위에 은(Ag)을 26~22nm 두께로 형성한 제 2 박막층과, 상기 제 2 박막층 위에 황화아연(ZnS)을 73~65nm 두께로 형성한 제 3 박막층과, 상기 제 3 박막층 위에 은(Ag)을 25~21nm 두께로 형성한 제 4 박막층과, 상기 제 4 박막층 위에 황화아연(ZnS)을 21~15nm 두께로 형성한 제 5 박막층과, 상기 제 5 막막층 위에 은(Ag)을 36~31nm 두께로 형성한 제 6 박막층과, 상기 제 6 박막층 위에 황화아연(ZnS)을 46~39nm 두께로 형성한 제 7 박막층과, 상기 제 7 박막층 위에 이산화규소(SiO₂)를 75~62nm 두께로 형성한 제 8 박막층으로 이루어질 수 있다.

본 발명은 적외선을 차단하여, 소방용, 산업용, 선박용 방열렌즈에 가해지는 복사열을 차단할 수 있는 코팅 박막의 열 차단 효과를 입증하였다. 본 발명의 효과는 산업안전공단 방열두건 기준, 2항 소방용 방열두건 제 19조(안면렌즈의 광선투과율시험)을 기준으로 시험하고, 시험방법은 분광광도계로 가시광선파장은 EN171:2002방법에 따르며, 가시광선파장 380nm~780nm 영역에서 파장간격 10nm 간격으로 분광투과율을 측정한다. 근적외선부 시험은 분광광도계를 사용하여 파장 780nm~1400nm의 파장범위의 평균투과율을, 전적외선부 시험은 780nm~2000nm의 파장범위의 평균투과율을 측정한다.

본 발명의 분광투과율 시험은 차광도 번호 2.5를 적용하여 측정하였으며, 측정결과는 아래의 표 1과 같다.

구분	차광도번호(#)	가시광선 투과율(%) (380~780nm)	적외선 투과율(%)
구분	차광도번호(#)	가시광선 투과율(%) (380~780nm)	780~1400nm	780~2000nm
규격	2.5	17.8~29.1 범위이내	2.9이하	32.3 이하
본 발명		19~23	0.9	0.5
본 발명효과		2.8~6.2 산포값안정	2	31.8

도 1은, 제 1 실시예에 따른 은(Ag), 이산화티타늄(TiO₂), 이산화규소(SiO₂)를 사용하여, 제작된 열 차단 방열렌즈 코팅 박막의 파장 별 투과율을 도시한 그래프이고,
도 2는, 제 2 실시예에 따른 은(Ag), 황화아연(ZnS), 이산화규소(SiO₂)를 사용하여, 제작된 열 차단 방열렌즈 코팅 박막의 파장 별 투과율을 도시한 그래프이고,
도 3은, 제 3 실시예에 따른 은(Ag), 이산화티타늄(TiO₂), 이산화규소(SiO₂)를 사용하여, 가시광선 투과율을 높게 제작된 열 차단 방열렌즈 코팅 박막의 파장 별 투과율을 도시한 그래프이다.

본 발명에 따른 열 차단 코팅 박막은 기판 상에 굴절률이 상이한 재료를 다층 구조로 적층시킴으로써 형성할 수 있다. 이때 기판은 폴리에테르설폰(Polyethersulfone), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 아크릴(Acrylic), 유리(Glass) 등이 될 수 있다. 열 차단의 기술적 원리는 상이한 굴절률과 두께의 차이가 다중 간섭 현상을 이용하여 특정 파장대의 빛을 선택적으로 반사시키거나 또는 투과시킬 수 있도록하는 것이다. 이를 구현하기 위하여 통상의 물리 기상 증착법(PVD) 또는 화학 기상 증착법(CVD)을 이용한 진공증착법으로 형성할 수 있다. 본 발명을 실시하기 위하여 물리 기상 증착법(PVD)을 선택하여 실시하고자 한다. 코팅장비의 내부 온도를 60℃±5℃를 유지하고, 진공도를 2×10^-5Torr을 유지하고, 회전수를 20/Min 속도로 회전시켜, 기판에 코팅 재료가 균일하게 유지되도록 한다.

<제 1 실시예>

본 발명의 제 1 실시예에 따른 열 차단 방열렌즈 코팅 박막은 모두 8층으로 형성되고, 은(Ag), 이산화티타늄(TiO₂), 이산화규소(SiO₂)의 3가지 재료가 박막 재료로 이용된다.

기판 위에 증착되는 박막 재료의 순서와 굴절률, 막 두께는 표 2와 같다.

순서	박막재료	굴절률 (기준파장510nm)	막 두께
기판	Polyethersulfone
1	TiO₂	2.1453	34nm
2	Ag	0.0510	26nm
3	TiO₂	2.1543	73nm
4	Ag	0.0510	25nm
5	TiO₂	2.1453	15nm
6	Ag	0.0510	35nm
7	TiO₂	2.1453	35nm
8	SiO₂	1.4855	66nm

위의 표 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 코팅 박막은 3종류의 박막 재료를 사용하여 8층으로 적층시킴으로써 형성되며, 특히 2층, 4층, 6층의 은(Ag) 위 아래 층에 이산화티타늄(TiO₂)이 형성된다. 제 1 실시예에 따른 열 차단 방열렌즈 효과는 도 1의 광투과율 그래프에서 확인할 수 있다. 380nm~780nm에서 평균 광투과율이 16.2%, 780nm~1400nm에서의 평균 광투과율이 0.2%, 780nm~2000nm에서의 평균 광투과율이 0.1% 이하로 떨어져 적외선(복사열)이 효율적으로 차단됨을 알 수 있다.

<제 2 실시예>

본 발명의 제 2 실시예에 따른 열차단 방열렌즈 코팅 박막은 8층으로 형성되고 제 1 실시예의 이산화티타늄(TiO₂)을 황화아연(ZnS)으로 교체하여, 은(Ag), 이산화규소(SiO₂)와 같이 3가지 재료를 박막 재료로 이용된다.

기판 위에 증착되는 박막 재료의 순서와 굴절률, 막 두께는 표 3과 같다.

순서	박막재료	굴절률 (기준파장510nm)	막 두께
기판	Poiyethersulfone
1	ZnS	2.1453	29.5nm
2	Ag	0.0510	24nm
3	ZnS	2.1543	68nm
4	Ag	0.0510	23nm
5	ZnS	2.1453	18nm
6	Ag	0.0510	33nm
7	ZnS	2.1453	42nm
8	SiO₂	1.4855	69nm

위의 표 3에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 코팅 박막은 3가지 박막 재료를 사용하여 8층의 적층 구조로 형성되며, 2층과 4층, 그리고 6층에 은(Ag), 위 아래 층에 황화아연(ZnS)층이 형성된다. 제 2 실시예에 따른 열 차단 방열렌즈 효과는 도 2의 광투과율 그래프에서 확인할 수 있다. 380nm~780nm에서 평균 광투과율이 18.1%, 780nm~1400nm에서의 평균 광투과율이 0.5%, 780nm~2000nm에서의 평균 광투과율이 0.2% 이하로 떨어져 적외선(복사열)이 효율적으로 차단됨을 알 수 있다.

<제 3 실시예>

본 발명의 제 3 실시예에 따른 열 차단 방열렌즈 코팅 박막은 380nm~780nm 대역의 가시광선의 광투과율을 높여, 소방용 산소 호흡기 면체, CCTV 커버 렌즈에 적용하기 위하여 8층으로 형성되고, 이산화티타늄(TiO₂), 은(Ag), 이산화규소(SiO₂)와 같이 3가지 재료를 박막 재료로 이용했다.

기판 위에 증착되는 박막 재료의 순서와 굴절률, 막 두께는 표 4와 같다.

순서	박막재료	굴절률 (기준파장510nm)	막 두께
기판	Polyethersulfone
1	TiO₂	2.1453	34nm
2	Ag	0.0510	14nm
3	TiO₂	2.1543	17nm
4	Ag	0.0510	7nm
5	TiO₂	2.1453	76nm
6	Ag	0.0510	5nm
7	TiO₂	2.1453	25nm
8	SiO₂	1.4855	86nm

위의 표 4에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 코팅 박막은 3종류의 박막 재료를 사용하여 8층으로 적층시킴으로 형성되며, 특히 2층, 4층, 6층의 은(Ag) 위 아래 층에 이산화티타늄(TiO₂)이 형성된다. 제 3실시예에 따른 열 차단 방열렌즈 효과는 도 3의 광투과율 그래프에서 확인할 수 있다. 380nm~780nm에서 평균 광투과율이 72.8%, 780nm~1400nm에서의 평균 광투과율이 17.5%, 780nm~2000nm에서의 평균 광투과율이 14.9% 이하로 떨어져 가시광선 대역의 투과율이 향상됨을 알 수 있다.

본 발명의 코팅 박막은 자외선, 적외선 및 가시광선을 차단하고 특히 적외선을 효율적으로 차단할 수 있다. 사용하는 용도에 따라 가시광선 투과율의 선택적인 조절이 가능해, 이를 방열 렌즈에 적용할 경우 화재 진압 현장의 소방관 또는 산업 현장 근로자들의 안전한 임무수행을 가능하게 한다.

또한 현재 사용되고 있는 CCTV 캡은 PC(Polycarbonate)로 열 변형 온도가 120℃로 화재 발생 시 급속히 변형되는 단점을 가지는 바, 본 발명의 코팅 박막을 이러한 CCTV 캡에 적용하는 경우, 이러한 단점을 보완할 수 있다.

대표도의,
1은 기판 위에 형성된 이산화티타늄(TiO₂) 또는 황화아연(ZnS)층 이고,
2는 제1 은(Ag)층 이고,
3은 제1 은(Ag) 아래에 형성된 이산화티타늄(TiO₂) 또는 황화아연(ZnS)층 이고,
4는 제2 은(Ag)층 이고,
5는 제2 은(Ag) 아래에 형성된 이산화티타늄(TiO₂) 또는 황화아연(ZnS)층 이고,
6은 제3 은(Ag)층 이고,
7은 제3 은(Ag) 아래에 형성된 이산화티타늄(TiO₂) 또는 황화아연(ZnS)층 이고,
8은 이산화규소(SiO₂)층 이다.

Claims

자외선과 가시광선, 적외선을 차단하기 위하여 기판 상에 형성하는 코팅 박막으로서,
2층 내지 3층의 은(Ag) 박막층과;
상기 은(Ag) 박막층의 위와 아래에 형성되는 복수의 유전체 박막층
을 포함하고,
상기 복수의 유전체 박막층은 TiO₂, SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, Y₂O₃, Ta₂O₅, ZnS 중에서 선택되는 두개 또는 세개의 재료로 형성되고,
상기 은(Ag) 박막층의 두께는 95~76nm 범위이고, 상기 유전체 박막층의 두께는 240~192nm 범위이며,
상기 유전체 박막층은 황화아연(ZnS)으로 형성한 4층 내지 5층의 박막층과, 공기를 접한 바깥 층에 이산화규소(SiO₂)의 박막층을 포함하는 열 차단 코팅 박막.
제1항에 있어서,
전체 박막층이 모두 8층으로 형성되고,
기판 위에 이산화티타늄(TiO2)을 두께 40~31nm로 형성한 제 1 박막층과,
상기 제 1 박막층 위에 은(Ag)을 28~23nm 두께로 형성한 제 2 박막층과,
상기 제 2 박막층 위에 이산화티타늄(TiO₂)을 78~69nm 두께로 형성한 제 3 박막층과,
상기 제 3 박막층 위에 은(Ag)을 27~22nm 두께로 형성한 제 4 박막층과,
상기 제 4 박막층 위에 이산화티타늄(TiO₂)을 18~13nm 두께로 형성한 제 5 박막층과,
상기 제 5 박막층 위에 은(Ag)을 35~31nm 두께로 형성한 제 6 박막층과,
상기 제 6 박막층 위에 이산화티타늄(TiO₂)을 39~32nm 두께로 형성한 제 7 박막층과,
상기 제 7 박막층 위에 이산화규소(SiO₂)를 75~62nm 두께로 형성한 제 8 박막층으로 이루어진 열 차단 코팅 박막.
제1항에 있어서,
전체 박막층이 모두 8층으로 형성되고,
기판 위에 황화아연(ZnS)을 두께 35~29.5nm로 형성한 제 1 박막층과,
상기 제 1 박막층 위에 은(Ag)을 26~22nm 두께로 형성한 제 2 박막층과,
상기 제 2 박막층 위에 황화아연(ZnS)을 73~65nm 두께로 형성한 제 3 박막층과,
상기 제 3 박막층 위에 은(Ag)을 25~21nm 두께로 형성한 제 4 박막층과,
상기 제 4 박막층 위에 황화아연(ZnS)을 21~15nm 두께로 형성한 제 5 박막층과,
상기 제 5 막막층 위에 은(Ag)을 36~31nm 두께로 형성한 제 6 박막층과,
상기 제 6 박막층 위에 황화아연(ZnS)을 46~39nm 두께로 형성한 제 7 박막층과,
상기 제 7 박막층 위에 이산화규소(SiO₂)를 75~62nm 두께로 형성한 제 8 박막층으로 이루어진 열 차단 코팅 박막.
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