KR102609124B1 - 열차단능이 있는 온실 필름용 마스터배치의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열차단능이 있는 온실 필름용 마스터배치의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 측면인 온실 필름용 마스터배치의 제조방법에 의할 경우, 가시광선 투과율은 유지하면서, 원적외선, 중적외선 및 근적외선을 포함하는 넓은 범위의 적외선에 대한 차단율이 우수한 온실 필름을 제조할 수 있다. 또한, 상기 온실 필름은 식물 재배에 필수적인 광합성 파장은 투과시키며, 내부 온도 증가의 원인인 적외선은 차단하여 내부 온도를 연중 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 온실의 내부 온도 유지에 필요한 에너지를 절감할 수 있으며, 재배 기간을 늘릴수 있어 연평균 수확량을 늘릴 수 있다. 또한, 상기 마스터배치를 활용한 온실 필름의 경우, 고온에서 더욱 우수한 적외선 차단율을 나타내어, 하절기와 같은 고온 환경에서도 온실의 과도한 온도 상승을 제어할 수 있다.
Description
본 발명은 열차단능이 있는 온실 필름용 마스터배치의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 비닐하우스는 비닐, 시트(필름) 등으로 제조한 온실을 의미한다. 비닐하우스는 원래 기온이 낮아 작물이 성장하기 어려운 동절기에 수확철이 지난 과일이나 야채 등이 성장할 수 있는 온실 환경을 조성하기 위하여 제조된 것이다. 그러나, 근래에 들어 비닐하우스의 4계절 활용도가 높아지면서, 겨울을 제외한 광량이 증가하는 계절에 비닐하우스의 온실 효과를 조정할 필요성이 대두되었다. 즉, 종래의 비닐하우스는 온실 효과를 극대화하기 위하여 제조되어, 겨울철을 제외하고는 비닐하우스 내부의 온도가 지나치게 높아져 농작물이 고사하는 문제가 발생하였는 바, 태양광으로 인한 온도 상승 효과 제어에 대한 니즈가 강하게 부각되었다. 한편, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 비닐하우스 외부에 태양광선의 유입을 막기 위한 별도의 막을 설치하는 시도가 있었으나, 이 경우 가시광선 유입을 지나치게 방해하여 작물의 생장을 저해하거나, 설치 및 관리가 용이하지 않다는 문제점이 있었다.
일 측면에서 본 발명의 목적은 열차단율이 우수한 필름을 제조하는 것이다.
일 측면에서 본 발명의 목적은 적외선 차단력이 우수한 필름을 제조하는 것이다.
일 측면에서 본 발명의 목적은 가시광선 투과율은 유지하면서 적외선 차단력이 우수한 필름을 제조하는 것이다.
일 측면에서 본 발명의 목적은 온실의 열차단에 최적화된 필름을 제조하는 것이다.
일 측면에서 본 발명의 목적은 고온 환경에서 식물 생장에 필요한 광합성 파장은 통과하며, 뜨거운 적외선 차단율이 우수한 필름을 제조하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일 측면에서, 메틸에틸케톤, 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르, 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르로 구성된 군으로부터 선택된 유기용제 및 아민류를 포함하는 분산 보조제의 혼합물에 적외선 차단능을 갖는 금속산화물을 분산시켜, 1차 분산액을 얻는 단계; 상기 1차 분산액을 포화지방산에 분산시켜, 2차 분산액을 얻는 단계; 상기 2차 분산액을 건조하여 금속산화물 분말을 얻는 단계; 및 상기 금속산화물 분말과 수지를 혼합하는 단계를 포함하는, 온실 필름용 마스터배치의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면인 온실 필름용 마스터배치의 제조방법에 의할 경우, 가시광선 투과율은 유지하면서, 원적외선, 중적외선 및 근적외선을 포함하는 넓은 범위의 적외선에 대한 차단율이 우수한 온실 필름을 제조할 수 있다. 또한, 상기 온실 필름은 식물 재배에 필수적인 광합성 파장은 투과시키며, 내부 온도 증가의 원인인 적외선은 차단하여 내부 온도를 연중 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 온실의 내부 온도 유지에 필요한 에너지를 절감할 수 있으며, 재배 기간을 늘릴수 있어 연평균 수확량을 늘릴 수 있다. 또한, 상기 마스터배치를 활용한 온실 필름의 경우, 고온(하절기)에서 더욱 우수한 적외선 차단율을 나타내어, 고온 환경에서도 온실의 과도한 온도 상승을 제어할 수 있다.
이하에서, 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.
본 발명의 명세서 및 청구범위에 사용된 용어 또는 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 명세서 전체에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 일 측면에서, 메틸에틸케톤((Methyl ethyl ketone, MEK), 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르(Propylene glycol mono ethyl ether, PM), 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르(Propylene glycol methyl ether, PMA)로 구성된 군으로부터 선택된 유기용제 및 아민류를 포함하는 분산 보조제의 혼합물에 적외선 차단능을 갖는 금속산화물을 분산시켜, 1차 분산액을 얻는 단계; 상기 1차 분산액을 포화지방산에 분산시켜, 2차 분산액을 얻는 단계; 상기 2차 분산액을 건조하여 금속산화물 분말을 얻는 단계; 및 상기 금속산화물 분말과 수지를 혼합하는 단계를 포함하는, 온실 필름용 마스터배치의 제조방법이다.
일 측면에서, 상기 유기 용제는 분산 보조제를 100 중량부로 할 때, 1000~2000 중량부, 또는 1300~2000 중량부, 또는 1300~1800 중량부로 포함될 수 있다.
또한, 상기 금속산화물 분말은, 분산 보조제를 100 중량부로 할 때, 100~1000 중량부, 또는 200~800 중량부, 또는 200~600 중량부로 포함될 수 있다.
일 측면에서, 분산 보조제는, 금속산화물 분말의 총 질량을 기준으로, 1~10중량%로 포함될 수 있다.
유기 용제, 금속산화물 분말, 및 분산 보조제가 상기와 같은 함량으로 포함되지 않을 경우엔, 적외선 차단 효과가 저하되거나, 분산 안정성 및 저장성이 크게 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
일 측면에서, 상기 분산 보조제는 아민류, 아민가 94 mg KOH/g, 산가 94 mg KOH/g, 및 밀도(20℃) 1.08 g/ml인 산기를 포함하는 알킬롤 암모늄 염(Alkylol ammonium salt of a copolymer with acidic groups), 및 아크릴계 공중합체 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 일 구현예에서, 상기 3종의 물질이 모두 포함될 수 있다. 3종의 물질이 모두 포함될 경우에, 상기 아민류는 상기 3종 물질 총 중량 100 중량%를 기준으로, 0.1~10 중량%, 또는 0.1~5 중량%, 또는 0.1~3 중량%, 또는 0.1~1 중량%로 포함될 수 있고, 알킬롤 암모늄 염과 아크릴계 공중합체는 각각 1: 0.8~1.2의 중량비, 또는 동량으로 포함될 수 있다.
상기 방법은, 상기 1차 분산액을 얻는 단계 이후에 상기 분산액의 수분을 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 일 측면에서 상기 방법은 상기 1차 분산액의 수분을 건조시키는 단계 이후에, 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분쇄는 밀링(milling)을 포함할 수 있으며, 일 측면에서, 상기 밀링은 금속산화물 비드를 이용하여 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 측면에서, 상기 금속산화물 비드는 지르코니아 비드를 포함할 수 있다.
또한, 일 측면에서, 상기 1차 분산액을 얻는 단계는, 근적외선 차단능을 갖는 금속산화물과, 중적외선 및 원적외선 차단능을 갖는 금속산화물을 각각 분산시키는 것을 포함할 수 있다.
즉, 일 측면에서, 상기 방법은 i) 근적외선 차단능을 갖는 금속산화물 및 ii) 중적외선 및 원적외선 차단능을 갖는 금속산화물을 각각 분산 1차 분산 시킨 후, 각각을 다시 분산시켜 2차 분산액을 얻는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 근적외선 차단능을 갖는 금속산화물은, 메틸에틸케톤((Methyl ethyl ketone, MEK), 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르(Propylene glycol mono ethyl ether, PM), 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르(Propylene glycol methyl ether, PMA)로 구성된 군으로부터 선택된 유기용제 및 아민류의 혼합물에 분산시키는 것을 포함하고, 상기 중적외선 및 원적외선 차단능을 갖는 금속산화물은, MEK, PM, 및 PMA로 구성된 군으로부터 선택된 유기용제 및 아크릴계 공중합체, 아민가 94 mg KOH/g, 산가 94 mg KOH/g, 및 밀도(20℃) 1.08 g/ml인 산기를 포함하는 알킬롤 암모늄 염(Alkylol ammonium salt of a copolymer with acidic groups), 및 아민류의 혼합물에 분산시키는 것을 포함할 수 있다.
일 측면에서, 상기 근적외선은 파장이 0.78~2.5μm인 적외선을 의미할 수 있고, 상기 중적외선은 파장이 2.5~50μm인 적외선을 의미할 수 있고,상기 원적외선은 파장이 50~1000μm인 적외선을 의미할 수 있다.
일 측면에서, 상기 분산 보조제는, 아크릴계 공중합체, 및 아민가 및 산가가 90 mg KOH/g 이상인 분산제를 더 포함할 수 있다.
상기 아민가 및 산가가 90 mg KOH/g 이상인 분산제는 예컨대, BYK사의 BYK-180일 수 있고, 아민가 94 mg KOH/g, 산가 94 mg KOH/g, 및 밀도(20℃) 1.08 g/ml인 산기를 포함하는 알킬롤 암모늄 염(Alkylol ammonium salt of a copolymer with acidic groups)일 수 있다.
상기 아크릴계 공중합체는 상표명 byk-2009(BYK社)와 같은 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 측면에서, 상기 방법은, 금속산화물 분말을 분쇄하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 분쇄는 밀링을 포함할 수 있으며, 일 구현예에서 상기 밀링은 지르코니아 비드와 같은 금속산화물 비드를 이용하여 수행하는 것을 포함할 수 있다.
상기 분쇄하는 단계는 약 100시간 이상 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 일 측면에서 상기 적외선 차단능을 갖는 금속산화물의 평균 직경은 50nm 이하일 수 있다.
또한, 상기 금속산화물 분말을 분쇄한 후, 분쇄된 금속산화물 분말의 평균 직경은 10μm 이하일 수 있다.
또한, 일 측면에서, 상기 금속산화물 분말과 수지를 혼합하여 마스터 배치를 제조하는 단계에서, 상기 금속산화물 분말은 금속산화물 분말과 수지의 혼합물의 총 중량을 기준으로, 5~20 중량%로 포함될 수 있다.
일 측면에서, 상기 적외선 차단능을 갖는 금속산화물은, Cs2WO4 및 SnSb2O5 중 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, W, Mo, In, Sb, Sn, Cs, Rb, V, Sr, Nb, 및 Cr 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
일 측면에서, 상기 근적외선 차단능을 갖는 금속산화물은 Cs2WO4일 수 있고, 상기 중적외선 및 원적외선 차단능을 갖는 금속산화물은 SnSb2O5 일 수 있다.
또한, 일 측면에서, 상기 아민류는 n,n-디메틸에탄올아민을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 포화지방산은 스테아린산을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 제조예, 실시예 및 실험예를 들어 본 발명의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이들 실시예 및 시험예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐 본 발명의 범주 및 범위가 하기 예에 의해 제한되는 것은 아니다.
[제조예]
메틸에틸케톤, 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 중 하나의 용제, 적외선 차단 금속산화물, 보조 분산제인 byk-180 및 n,n-Dimethylethanolamine을 각각 약 78: 18: 4.5: 0.5의 함량비로 혼합하여 금속산화물 분말을 분산시킨 1차 분산액을 제조하였다.
이 때, 적외선 차단 금속산화물은 Cs2WO4 및 SnSb2O5를 동량 사용하였으며, 각각을 분산시켰다. 상기 분산 후 습윤 공정으로 습기를 제거한 후, 지르코니아 재질의 비드와 볼 밀링 머신을 이용하여 100시간 이상 천천히 milling 하였다.
그 후 상기 2종의 1차 분산액을 과량의 스테아린산(1차 분산액 내 고형분 중량 대비 약20~50%) 에 혼합한 후, 지르코니아 재질의 볼밀을 이용하여 충분히 milling을 수행하였다.
그 후, Spray 또는 tray 건조를 통해 용제 잔량이 1% 미만이 되도록 건조하여, 마스터배치용 분말을 제조한 후, 비닐하우스용 폴리에틸렌 수지에 상기 분말을 약 15중량% 첨가하여 혼합하여, 마스터 배치를 제조하였다.
그 후 제조한 마스터 배치를 압출하여 비닐하우스용 필름을 제조하였다.
[실험예]
[실험예 1] 필름의 가시광선 투과율 및 열차단 효과 확인
상기 제조예 1에서 제조한 필름에 대하여 가시광선 투과율, 투명도, 열차단 효과를 확인하였다. 비교군으로는 시중의 일반적인 PO 필름과 PE 필름을 사용하였다.
가시광선 투과율과 열차단 효과는, 일본 JASCO사의 V-670 SPECTROPHPTPMETER를 통해 측정하였다.
그 결과, 제조예의 필름과 시중의 필름은 유사한 수준의 가시광선 투과율과 투명도를 나타내었으나, 적외선 차단율에 있어, 950nm 파장의 적외선에 대하여 제조예 필름의 차단율이 약 28.5%인데 반하여, PO 필름은 약 16.2%, PE 필름이 약 13.1%의 차단율을 나타내었고, 1400nm 파장의 적외선에 대하여 제조예 필름의 차단율은 33%인데 반하여, PO 필름과 PE 필름은 각각 약 12.2% 및 10.1%의 차단율을 나타내어, 본원발명의 필름의 적외선 차단율이 월등히 우수함을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명의 필름의 열차단율은 상기 시중의 필름과 비교하여 2배 이상 우수한 것을 알 수 있었다.
[실험예 2] 적외선 측정
제조예 필름을 제작하여 적외선 차단율을 상온에서 측정하였다. 본 제품은 500ppm 의 열차단 재료를 함유한 재료이며, 그 결과 상온에서 투과도 변화가 거의 없이 약 29.3%의 차단율을 나타내었다.
Claims (10)
- 메틸에틸케톤(Methyl ethyl ketone, MEK), 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르(Propylene glycol mono ethyl ether, PM), 및 프로필렌 글리콜 메틸 에테르(Propylene glycol methyl ether, PMA)로 구성된 군으로부터 선택된 유기용제 및 분산 보조제의 혼합물에 적외선 차단능을 갖는 금속산화물을 분산시키고, 1차 분산액을 얻는 단계;
상기 분산 보조제는 아크릴계 공중합체, n,n-디메틸에탄올아민 또는 아민가 90 mg KOH/g, 산가 90 mg KOH/g 이상인 알킬롤 암모늄 염 중 적어도 하나 이상을 포함하며;
상기 1차 분산액을 포화지방산에 분산시켜, 2차 분산액을 얻는 단계;
상기 2차 분산액을 건조하여 금속산화물 분말을 얻는 단계; 및
상기 금속산화물 분말과 수지를 혼합하는 단계를 포함하는, 온실 필름용 마스터배치의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 1차 분산액을 얻는 단계는,
근적외선 차단능을 갖는 금속산화물과, 중적외선 및 원적외선 차단능을 갖는 금속산화물을 각각 분산시키는 것을 포함하는, 온실 필름용 마스터배치의 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 방법은, 금속산화물 분말을 분쇄하는 단계를 더 포함하는 온실 필름용 마스터배치의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 적외선 차단능을 갖는 금속산화물의 평균 직경은 50nm 이하인, 온실 필름용 마스터배치의 제조방법. - 제4항에 있어서,
상기 금속산화물 분말을 분쇄한 후, 분쇄된 금속산화물 분말의 평균 직경은 10μm 이하인, 온실 필름용 마스터배치의 제조방법. - 제1항에 있어서,
금속산화물 분말과 수지를 혼합하는 단계에서,
상기 금속산화물 분말은 금속산화물 분말과 수지의 혼합물의 총 중량을 기준으로, 5~20 중량%로 포함되는, 온실 필름용 마스터배치의 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 적외선 차단능을 갖는 금속산화물은, Cs2WO4 및 SnSb2O5 중 하나 이상을 포함하는, 온실 필름용 마스터배치의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 포화지방산은, 스테아린산을 포함하는, 온실 필름용 마스터배치의 제조방법.
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