KR20020061365A

KR20020061365A - 열선 차단성 투명유리

Info

Publication number: KR20020061365A
Application number: KR1020010002395A
Authority: KR
Inventors: 나종갑
Original assignee: 한국과학기술연구원
Priority date: 2001-01-16
Filing date: 2001-01-16
Publication date: 2002-07-24

Abstract

경제적으로 제조가능한 통상의 실리카계 유리를 기본으로 하여 가시광선 영역에 대한 투광성을 높이고 적외선 영역에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 한 열선 차단성 투명유리를 제공하기 위한 것으로, 상기 목적의 달성을 위해, 실리카가 50% 이상, 산화제1철이 0.2 - 5%, 산화 안티몬이나 아비산 또는 이들의 혼합물이 2 - 5%, 나머지는 통상의 실리카계 유리에 사용되는 화합물로 구성된 열선 차단성 투명유리가 제공된다.

Description

열선 차단성 투명유리{TRANSPARENT GLASS HINDERING HEAT-RAY FLOW}

본 발명은 열선의 흐름을 차단하는 유리에 관한 것으로, 보다 상세히는 경제적인 실리카계 유리를 기반으로 하여 제조되는 열선 차단성 투명유리에 관한 것이다.

일반적으로 건물이나 자동차의 유리창이나 수술용 무연 등에 사용되고 있는 열선 차단성 투명유리는 가시광선 영역의 입사광에 대해서는 높은 투광성을 보여서 투명한 상태를 나타내는 한편 열선을 함유하고 있는 적외선 영역의 입사광에 대해서는 높은 차단 특성을 보여서 열의 흐름을 차단한다. 열선 차단성 투명유리의 이러한 특성 때문에 이를 건물 등의 유리창에 사용할 경우 투명성을 간직한 채 열차단 효과에 의해 실내의 냉, 온방 효율을 증대시키고 수술용 무연 등에 사용될 경우에는 수술 부위에 집중적으로 가열되는 것을 막을 수 있다.

이러한 열선 차단성 투명유리를 제조하는 방법으로 미국 특허 제4,462,883호와 제4,834,857호에는 유리 표면에 산화물/은/산화물 구조의 다층 박막을 피착시켜 가시광선 영역의 입사광에 대해서는 투광성을 높이고 적외선 영역의 입사광에 대해서는 반사율을 높임으로써 투명하면서도 열을 차단할 수 있는 유리를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 이러한 방법으로 제조된 유리는 사용 시간의 경과에 따라 열차단 효과가 떨어지는 시효특성을 나타내는 문제점이 있다. 이러한 시효특성은 적외선 차단에 중요한 역할을 하는 은층이 100 - 200 Å으로 매우 얇기 때문에 높은 표면에너지를 가지고 있어 사용시간의 경과에 따라 표면에너지를 낮추기 위하여 뭉치게 되고 이에 따라 열차단 효과가 감소하는 것에 기인하는 것으로 알려져 있다.

한편, 미국 특허 제1,961,603호에는 인산 또는 인산과 알루미나, 불산, 규산 중 1화합물의 총합이 25% 이상, 산화제1철이 0.2% 이상 나머지는 통상의 인산유리에 사용되는 화합물로 이루어진 인산유리를 제조하여 가시광선 영역의 입사광선에 대해서는 투광성을 높이고 적외선 영역의 입사광선에 대해서는 흡수율을 높임으로써 투명하면서도 열을 차단할 수 있는 유리를 제조할 수 있는 방법이 개시되어 있다. 이 특허에서는 특히 산화제1철이 가시광선의 투광성과 열선을 함유하고 있는 적외선의 흡수에 중요한 역할을 하는 것으로 밝히고 있다. 그러나 산화제1철은 용해과정 중에 쉽게 산화되어 산화제2철로 되며 이 경우 적외선의 흡수 능력이 급격히 떨어지고 또한 갈색을 띄게 되어 가시광선의 투광성도 떨어지므로 용해 중 분위기를 적절한 환원분위기로 제어하여야만 하는 단점이 있다. 또 인산 알루미늄계 유리는 통상의 실리카계 유리에 비하여 고가여서 경제적이지 못한 단점도 있다.

따라서, 상기한 바와 같은 종래의 열선 차단성 투명유리의 문제점을 인식하여 창출된 본 발명의 목적은 보다 경제적으로 제조가능한 통상의 실리카계 유리를 기본으로 하여 가시광선 영역에 대한 투광성을 높이고 적외선 영역에 대한 흡수율을 높일 수 있도록 한 열선 차단성 투명유리를 제공하고자 하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예들과 비교예에서의 파장에 따른 광투과도를 도시한 그래프이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 실리카가 50% 이상, 산화제1철이 0.2 - 5%, 산화 안티몬이나 아비산 또는 이들의 혼합물이 2 - 5%, 나머지는 통상의 실리카계 유리에 사용되는 화합물로 구성된 열선 차단성 투명유리를 제공한다.

다시 말해, 본 발명에서는 가시광선 영역의 입사광에 대해서는 투광성을 높이고 적외선 영역의 입사광에 대해서는 흡수율을 높이도록 하기 위하여, 실리카가 50% 이상이고, 산화제1철이 0.2 - 5%이며, 나머지는 통상의 실리카계 유리에 사용되는 화합물이 함유된 실리카계유리에 산화 안티몬이나 아비산 또는 이들의 혼합물을 2 - 5% 첨가한 실리카계 열선 차단성 투명유리를 제공한다.

이처럼 산화제1철을 함유한 실리카계 유리에 산화 안티몬이나 아비산 또는 이들의 혼합물을 첨가함으로써 용해 중의 산화제1철의 산화를 억제하고, 가시광선 영역의 입사광에 대해서는 투광성을 높이고 적외선 영역의 입사광에 대해서는 흡수율을 높이는 이유는 다음과 같이 설명될 수 있다.

먼저, 산화 안티몬이나 아비산의 양이온인 Sb와 As는 각각 +3과 +5의 산화도를 가지며 따라서 용해 중 이 원소가 산화됨으로써 산화제1철의 산화를 억제하는 역할을 하는 것으로 생각된다. 또, 산화 안티몬이나 아비산을 산화제1철을 함유한 실리카계 유리에 첨가함에 따라 가시광선 영역의 입사광에 대한 투광성이 높아지는 이유는, 이들 화합물을 이루는 양이온인 Sb와 As 이온의 원자량이 각각 121.75와 74.92로 인이나 알루미늄 이온의 원자량인 30.97과 26.98에 비하여 높은데, 이와 같이 유리를 구성하는 양이온의 원자량이 높아지면 광선의 흡수를 결정하는 원자간 표준진동 상수가 작아지게 되어 가시광선 영역의 투광성이 높아지게 되는 것이라 생각된다. 한편, 산화 안티몬이나 아비산을 산화제1철을 함유한 실리카계 유리에 첨가함에 따라 적외선 영역의 입사광에 대한 흡수율이 높아지는 이유는 이들 화합물의 첨가에 따라 실리카계 유리에 포함되어 있는 산화제1철이 산화되지 않고 유지되는 것에 기인하는 것으로 생각된다.

산화제1철을 함유한 실리카계 유리에 첨가되는 산화안티몬이나 아비산 또는 이들 혼합물의 양은 2 - 5%가 적정하였다. 2% 보다 적을 경우에는 첨가에 의한 상기의긍정적인 효과가 거의 없었으며, 5% 보다 많을 경우에는 제조된 유리의 경도가 낮아져 쉽게 깨지는 단점이 있는 한편, 이들 화합물이 비교적 고가인 것을 감안할 때 경제적이지 못하였다.

이하, 본 발명을 실시예에 근거하여 상세히 설명한다.

[실시예 1]

SiO₂: 56%, Al₂O₃: 8%, B₂O₃: 3%, P₂O₅: 10%, NaO₂: 19.8%, FeO : 3%,Sb₂O₃: 2%의 조성을 갖도록 원료를 배합한 다음 MgO도가니에 넣고 1300℃ 까지 300 ℃/h의 가열속도로 가열한 다음 1시간 동안 유지하여 액상의 실리카 유리를 제조하였다. 그 후 50℃/h의 냉각속도로 약 900℃ 까지 냉각한 다음 흑연 금형에 부어 두께 약 4mm의 실리카계 유리를 제조하였다. 이 유리의 양면을 연마하여 두께 3mm의 투명 열차단 실리카계 유리를 완성하였으며 이 유리의 광학적 특성을 분광기로 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었다.

[실시예 2]

SiO₂: 50%, Al₂O₃: 8%, B₂O₃: 5%, P₂O₅: 12%, NaO₂: 20%, FeO : 3%, Sb₂O₃: 1%, As₂O₃: 1%의 조성을 갖도록 원료를 배합한 다음 MgO도가니에 넣고 1300℃ 까지 300 ℃/h의 가열속도로 가열한 다음 1시간 동안 유지하여 액상의 실리카 유리를 제조하였다. 그 후 실시예 1에서와 동일한 방법으로 두께 3mm의 투명 열차단 실리카계 유리를 완성하였으며 이 유리의 광학적 특성을 분광기로 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었다.

[실시예 3]

SiO₂: 60%, Al₂O₃: 4%, B₂O₃: 2%, P₂O₅: 9%, NaO₂: 17%, FeO : 3%, Sb₂O₃: 2%, As₂O₃: 3%의 조성을 갖도록 원료를 배합한 다음 MgO도가니에 넣고 1300℃ 까지 300 ℃/h의 가열속도로 가열한 다음 1시간 동안 유지하여 액상의 실리카 유리를 제조하였다. 그 후 실시예 1에서와 동일한 방법으로 두께 3mm의 투명 열차단 실리카계 유리를 완성하였으며 이 유리의 광학적 특성을 분광기로 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었다.

[실시예 4]

SiO₂: 65%, Al₂O₃: 4%, B₂O₃: 2%, P₂O₅: 6%, NaO₂: 15%, FeO : 3%, Sb₂O₃: 5%의 조성을 갖도록 원료를 배합한 다음 MgO도가니에 넣고 1300℃ 까지 300 ℃/h의 가열속도로 가열한 다음 1시간 동안 유지하여 액상의 실리카 유리를 제조하였다. 그 후 실시예 1에서와 동일한 방법으로 두께 3mm의 투명 열차단 실리카계 유리를 완성하였으며 이 유리의 광학적 특성을 분광기로 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었다.

[비교예]

SiO₂: 60%, Al₂O₃: 4%, B₂O₃: 2%, P₂O₅: 11%, NaO₂: 20%, FeO : 3%의 조성을 갖도록 원료를 배합한 다음 MgO도가니에 넣고 1300℃ 까지 300 ℃/h의 가열속도로 가열한 다음 1시간 동안 유지하여 액상의 실리카 유리를 제조하였다. 그 후 실시예 1에서와 동일한 방법으로 두께 3mm의 투명 유리를 완성하였으며 이 유리의 광학적 특성을 분광기로 측정하여 그 결과를 도 1에 나타내었다.

도 1에 도시된 그래프의 횡축은 광선의 파장을, 종축은 입사광의 세기에 대한 투과광의 세기를 백분율로 나타낸 광투과도를 나타낸다. 이 그래프로부터 알 수 있는 바와 같이, 산화제1철을 함유한 실리카계 유리에 2 - 5%의 산화 안티몬이나 아비산 또는 그 혼합물을 첨가한 실시예 1 내지 4는, 이를 첨가하지 않은 비교예에비해 횡축 왼쪽의 가시광선 영역에서는 광투과도가 높아져 투명성이 개선되고 횡축 오른쪽의 적외선 영역에서는 광흡수율이 높아져 광투과도가 떨어지면서 열차단 효과가 개선된다.

상기한 바와 같은 본 발명에 의한 열차단 유리는 보다 저렴하게 제조가능한 통상의 실리카계 유리를 기본으로 하여 가시광선 영역에 대한 투광성을 높이고 적외선 영역에 대한 흡수율을 높일 수 있으므로 경제적으로 제조할 수 있어 건물, 자동차의 유리, 수술용 무연등에 널리 사용될 수 있을 것이다.

Claims

실리카가 50% 이상, 산화제1철이 0.2 - 5%, 산화 안티몬이나 아비산 또는 이들의 혼합물이 2 - 5%, 나머지는 통상의 실리카계 유리에 사용되는 화합물로 구성된 열선 차단성 투명유리