KR200317446Y1 - 광촉매코팅층을 갖는 형광등용 고조도 반사갓 - Google Patents

광촉매코팅층을 갖는 형광등용 고조도 반사갓 Download PDF

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Abstract

본 고안은 등기구본체와, 상기 등기구본체의 표면에 형성되는 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구에 관한 것으로서, 상기 광촉매코팅층은, 상온에서 경화되는 투명접착제와, 상기 투명접착제에 의해 상온에서 상기 등기구본체의 표면에 박막으로 코팅되는 산화티탄으로 형성된 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 형광등기구의 외관변형과 광투과 및 반사 성능의 저하를 방지할 수 있고, 제작원가를 절감할 수 있으며, 원자재 선정이 수월한 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구가 제공된다.

Description

광촉매코팅층을 갖는 형광등용 고조도 반사갓{High Illuminance Reflect Plate Has TiO2 Coating Surface For Fluorescent Lamp}
본 고안은 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 광촉매로서의 산화티탄(TiO2) 코팅 기술이 개선된 형광등기구에 관한 것이다.
광촉매제의 하나인 산화티탄(TiO2)은 소정 파장역역의 광에너지가 조사되면 여기되어 전자가 방출되고 그 표면에 정공이 생성되며, 여기전자와 정공은 산화제인 수산화라디칼을 생성한다. 수산화라디칼은 강력한 산화력으로 산화티탄 표면에 흡착된 고체, 액체, 기체 상의 유기물을 산화 분해시키는 광촉매 반응을 일으킨다.
최근에는 이러한 산화티탄의 광촉매 반응 특성을 이용하여 세균, 악취, 오염물질을 자연적으로 정화시키는 기술이 여러 분야에 응용되고 있다. 대표적인 응용사례로는 항시 대기에 노출된 상태로 사용되는 간판, 신호등, 방음벽, 형광등기구, 각종 건축자재 등의 예를 들 수 있다.
이중 형광등기구는 빛의 발산 및 반사, 투과 성능을 일정하게 유지해야 하는 것으로서, 대기 중에 노출되는 형광등기구의 표면에 산화티탄 코팅층을 형성하여 오염에 대한 자연정화능력을 부여함으로써, 조명성능을 유지하고 관리의 편리함을 도모한 제품들이 속속히 개발되고 있는 실정이다.
산화티탄 코팅층을 형성하는 일반적인 방법은, 형광등기구의 표면에 산화티탄을 도포하고 고열로 소성시키는 방식이 이용된다.
이러한 형광등기구의 여러 종류 중, 대한민국 등록실용신안공보에 개시된 "오염물질예방층을 구성하는 직접조명등기구"(출원번호 20-1997-0014428호)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 도장층(103)이 형성된 반사갓 등의 등기구본체 표면(101)에 실리콘층(111)을 형성하여 약 70℃의 온도로 소성 경화시키고, 실리콘층(111)이50%정도 경화된 상태에서 산화티탄(113)을 스프레이 또는 디핑의 방법으로 도포하여 100℃ 내지 120℃의 온도에서 소정의 시간동안 소성 경화시켜 광촉매코팅층(110)을 형성한 기술이 개시되어 있다.
그런데, 이러한 종래의 조명등(형광등)기구에 있어서는, 산화티탄 접착과 도장층의 손상 방지를 위해서 실리콘층이 형성되고, 스프레이 또는 디핑의 방법으로 산화티탄을 도포하기 때문에, 코팅층의 두께(L1)가 두꺼워지고 제조공정이 복잡해지는 문제점이 있다.
그리고, 비교적 고온으로 코팅층을 소성하기 때문에, 금속판재로 제작되는 반사갓 및 등기구본체의 표면이 고온에 의한 열변형을 일으켜 조명등(형광등)기구의 외관이 손상될 우려가 있다. 특히, 빛의 반사성능이 중요시되는 반사갓은 표면변화에 따른 기능저하가 우려된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 대한민국 등록실용신안공보에 "산화티탄층을 코팅한 형광등기구"(출원번호 20-2001-0002741호)가 도 2와 같이, 개시된 바 있다. 이 형광등기구는 도장층(203)이 형성된 등기구본체와 투명성커버 및 반사판 등의 표면(201)에 산화티탄(210)을 디핑의 방법으로 도포하고, 350℃ 내지 450℃에서 소정의 시간동안 소성하여 광촉매코팅층을 형성하도록 되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 조명등(형광등)기구 역시, 산화티탄을 직접 조명등(형광등)기구의 본체에 코팅하기 위해 비교적 고온의 소성 과정을 거쳐야 하기 때문에, 등기구본체와 투명커버 및 반사갓의 표면이 고온에 의한 열변형을 일으켜 외관이 크게 손상될 우려가 있다.
특히, 디핑에 의한 산화티탄 도포방법은 코팅층의 두께(L2)가 비교적 두껍게 형성되고 산화티탄이 겹쳐서 코팅되기 때문에, 빛의 반사성능이 중요시되는 반사갓의 반사율이 저하되고, 형광등기구의 외관이 손상된다. 그리고, 고가의 산화티탄이 많이 소모되어 제작원가가 상승되는 문제점을 초래한다.
또한, 이러한 소성방식의 산화티탄 코팅공정은 원자재의 열변형을 고려해야하고, 설비 공간 확보가 어려운 소성로의 크기를 고려해야하기 때문에, 조명등(형광등)기구 원자재의 선정에 있어서 제약이 따르는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 고안의 목적은, 형광등기구의 외관이 변형과 형광등기구의 빛 반사 성능의 저하를 방지하고, 제작원가를 절감할 수 있으며, 원자재 선정이 수월한 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구를 제공하는 것이다.
도 1 및 도 2는 종래 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구의 부분단면도,
도 3은 형광등기구의 일 예를 도시한 사시도,
도 4는 본 고안에 따른 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구의 부분단면도,
도 5는 도 4의 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구의 제조공정도,
도 6은 도 5의 제조공정을 위한 제조시스템의 간략도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
3 : 등기구본체 9 : 반사갓
10 : 광촉매코팅층 11 : 투명접착재
13 : 산화티탄 60 : 무진챔버
70 : 건조로
상기 목적은, 본 고안에 따라, 등기구본체와, 상기 등기구본체의 표면에 형성되는 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구에 있어서, 상기 광촉매코팅층은, 상온에서 경화되는 투명접착제와, 상기 투명접착제에 의해 상온에서 상기 등기구본체의 표면에 박막으로 코팅되는 산화티탄으로 형성된 것을 특징으로 하는 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구에 의해 달성된다.
여기서, 상기 투명접착제는 상온에서 경도 6h 내지 7h로 경화되는 투명도98% 이상의 수용성접착제이며, 상기 산화티탄은 0.1 내지 0.2㎛이하의 입자크기를 갖는 아나타스형의 산화티탄 분말인 것이 바람직하다.
이때, 상기 투명접착제와 상기 산화티탄은 혼합물로 마련되며, 상기 혼합물은 상기 등기구본체가 이송되는 상온의 무진챔버 내부에 스모그형태로 공급된 상태에서 자유 낙하하여 상기 등기구본체의 표면에 6h 내지 7h의 경도 및 0.3㎛이하의 두께로 코팅되는 것이 효과적이다.
이하에서는 첨부된 도면을 가지고 본 고안에 대해서 상세히 설명한다.
도 3은 형광등기구의 일 예를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 고안에 따른 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구의 부분단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 형광등기구(1)는 도 3과 같이, 지지체(7)와 반사갓(9)으로 구성된 등기구본체(3)와, 등기구본체(3)의 반사갓(9) 하부 내측(도면상으로 상부)에 설치되어 전원공급에 의해 빛을 발산하는 형광등(5)으로 구성된다.
등기구본체(3)의 표면에는 도 4에 확대된 부분단면도와 같이, 광촉매코팅층(10)이 형성된다. 등기구본체(3)를 구성하는 지지체(7)와 반사갓(9)에 광촉매코팅층(10)을 형성하는 방법은 동일하므로 이하에서는 설명의 편의상 반사갓(9)의 표면에 광촉매코팅층(10)을 형성하는 것에 대해서만 설명하기로 한다. 이때, 도면상에는 반사갓(9)에 대한 도면부호"9"와 함께 등기구본체(3)의 도면부호 "3"을 함께 사용한다.
광촉매코팅층(10)은 반사갓(9)의 표면에 접착되는 투명접착제(11)와, 투명접착제(11)에 의해 반사갓(9) 표면에 박막으로 코팅되는 미립자의 산화티탄(13)으로 구성된다.
투명접착제(11)는 상온 경화성이 우수한 투명한 수용성접착제를 사용한다. 투명접착제(11)의 경화성은 상온(약 18℃ 내지 20℃)에서 비교적 짧은 시간에 경화되어 경도 6h 내지 7h(연필강도 기준)정도의 내구성을 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 투명접착제(11)의 투명도는 약 98% 이상으로 하여 반사갓(9)의 반사성능과 외관을 저해하지 않도록 한다.
산화티탄(13)은 0.1 내지 0.2㎛이하의 입자크기를 갖는 아나타스(anatas)형의 미립자 산화티탄(13)분말을 사용한다. 아나티스형 산화티탄(13)은 비교적 저온에서의 코팅에 적합한 광촉매로서 300nm 내지 400nm 대역의 광에너지가 조사되면 광촉매 반응을 일으킨다.
이 산화티탄(13)분말은 투명접착제(11)와 혼합되어 반사갓(9)의 표면에 코팅된다. 이때, 산화티탄(13)분말이 도 4a,b와 같이, 중복층을 이루지 않는 상태에서 광촉매코팅층(10)의 두께(La)가 0.3㎛이하가 되도록 산화티탄(13)분말과 투명접착제(11)가 적절한 비율로 혼합되어 반사갓(9)의 표면에 박막으로 코팅된다. 그러면, 소정시간 경과 후 투명접착제(11)의 상온경화성에 의해, 경도 6h 내지 7h(연필강도 기준)정도의 내구성을 갖는 광촉매코팅층(10)이 형성된다.
이때, 산화티탄(13)분말의 입자크기가 0.1㎛ 내지 0.2㎛인 상태에서 중복층을 이루지 않고 광촉매코팅층(10)을 형성하기 때문에, 산화티탄(13) 고유의 백색색상이 표출되지 않게 된다(일반적으로 산화티탄(13)의 입자크기가 0.2㎛이하일 경우 색상이 육안으로 확인되지 않음). 이에 의해, 반사갓(9)의 반사성능과 외관이 저해되는 것을 방지할 수 있다.
여기서, 광촉매코팅층(10)은 도4a와 같이, 도장층(15)이 형성된 반사갓(9)의 도장층(15) 표면에 코팅될 수도 있으며, 도 4b와 같이, 반사갓(9)의 금속판 표면에 직접코팅 될 수도 있다. 특히, 순도 95% 내지 99%의 알루미늄판을 이용한 무도장층의 고조도 반사갓(9)에 본 고안에 따른 광촉매코팅층(10)을 적용할 경우, 반사율 93%이상을 유지하면서 고조도 반사갓(9)의 특징인 고광택성 외관을 유지할 수 있으며, 고조도 반사갓(9)의 단점인 눈부심 현상을 완화시킬 수 있다.
이러한 구성을 이루는 본 고안에 따른 광촉매코팅층(10)을 갖는 형광등기구의 제조공정을 도 5 및 도 6을 참조하여 살펴본다.
본 고안에 따른 형광등기구의 제조공정은 지지체(도3의 7) 및 반사갓(9)의 등기구본체(3) 원자재(A)를 세척하는 단계(S01)와, 원자재(A)의 표면에 산화티탄(13)을 코팅하는 단계(S02)와, 산화티탄(13)이 코팅된 원자재(A)를 건조하는 단계(S03)와, 산화티탄(13)이 코팅된 원자재(A)의 성능을 검사하는 단계(S04)와, 보호필름(S05)을 코팅하는 단계와, 원자재(A)를 해당 등기구본체(3)의 형상으로 성형하는 단계(S06)를 갖는다.
원자재(A)를 세척하는 단계(S01)는 산화티탄(13)의 코팅시 불순물이 섞이는 것을 방지하기 위한 것으로서, 미리 준비된 원자재(A) 표면을 물 및/또는 알콜 등의 세척수로 세척하는 것이다. 이 세척단계는 작업자의 수작업에 의한 방법으로도 가능하며, 도 5와 같이, 이송컨베이어(40)를 따라 이송되는 원자재(A)에 세척수를 분사기(50)로 분사하는 자동작업으로도 가능하다.
산화티탄(13)을 코팅하는 단계(S02)는 세척된 등기구본체(3)의 원자재(A)를 무진챔버(60) 내부로 이송시키는 단계(S02a)와, 무진챔버(60) 내부에 투명접착제(11)와 아나타스형 산화티탄(13)분말의 혼합물(61)(이하 "혼합물"이라 함)을 스모그형태로 공급하는 단계(S02b)와, 스모그형태로 공급된 혼합물(61)이 자유 낙하하여 원자재(A)의 표면에 코팅되는 단계(S02c)로 이루어진다.
여기서, 무진챔버(60) 내부 환경은 무진동 상태와, 상온에 대응하는 18℃ 내지 20℃의 내부온도와, 55% 내지 65%의 습도를 유지한다.
무진챔버(60)의 내부를 무진동 상태로 유지하는 것은 무진챔버(60) 내에 스모그형태로 공급되는 혼합물(61)이 무진챔부 내부의 전영역으로 퍼진 상태에서 균일하게 원자재(A)의 표면으로 낙하하도록 하기 위함이다.
그리고, 무진챔버(60)의 내부온도를 18℃ 내지 20℃로 유지하는 것은 원자재(A)의 표면에 낙하된 혼합물(61)의 상온경화 환경을 최적으로 하기 위한 것이다. 또한, 무진챔버(60)의 내부습도를 55% 내지 65%로 유지하는 것은 스모그형태로 공급되는 혼합물(61)과 습기가 섞이면서 비중이 증가하여 혼합물(61)이 원자재(A)표면으로 저속 자유 낙하되도록 하기 위함이다.
이때, 혼합물(61)은 무진챔버(60)의 외부에 설치된 혼합물용기(63)에 수용되어 있다가 분사펌프(65)의 작동에 의해 0.4kgf/m2내지 0.6kgf/m2의 압력을 유지하면서 0.9m/sec 내지 1.1m/sec의 분사속도로 무진챔버(60) 내부로 공급된다. 이에 의해, 투명접착제(11)와 산화티탄(13)의 혼합물(61)이 원자재(A)의 표면에 경도 6h 내지 7h(연필강도 기준)정도의 내구성을 유지하면서, 산화티탄(13)분말이 도 4와 같이, 중복층을 이루지 않는 상태에서 광촉매코팅층(10)의 두께(La)가 0.3㎛이하가 되도록 코팅될 수 있는 최적의 스모그가 생성된다.
그리고, 무진챔버(60)의 내부를 통과하는 등기구본체(3)의 원자재(A) 이송속도는 0.7m/min 내지 0.9m/min이다. 이 속도는 스모그형태로 자유 낙하하는 혼합물(61)이 원자재(A)의 표면에 경도 6h 내지 7h(연필강도 기준)정도의 내구성을 유지하면서, 산화티탄(13)분말이 도 4와 같이, 중복층을 이루지 않는 상태에서 광촉매코팅층(10)의 두께(La)가 0.3㎛이하가 되도록 코팅될 수 있는 최적의 속도이다.
이때, 광촉매코팅층(10)의 경도와 두께(La) 및 산화티탄(13)분말의 코팅상태는 전술한 여러 환경과 조건을 포함한 원자재(A)의 이송거리(M) 즉, 무진챔버(60) 내부의 길이에 따라 결정될 수 있는 것으로서, 다양한 실험결과, 전술한 환경과 조건을 유지하는 상태에서 원자재(A)의 이송거리(M)를 조절하는 것이 최적의 광촉매코팅층(10)을 형성할 수 있는 방법으로 나타났다.
이러한 코팅 단계(S02)를 거침으로써, 원자재(A) 표면에는 산화티탄(13)분말이 중복층을 이루지 않는 상태에서 경도 6h 내지 7h(연필강도 기준)정도의 내구성과 두께(La)가 0.3㎛이하의 광촉매코팅층(10)이 형성된다.
한편, 산화티탄(13)의 코팅 단계(S02)를 거친 등기구본체(3)의 원자재(A)는 건조단계(S03)를 거친다. 이 건조단계(S03)는 비교적 높지 않은 건조온도로 원자재(A)의 표면에 남아 있을 수 있는 습기를 제거함과 동시에, 원자재(A)표면에 코팅된 광촉매코팅층(10)을 보다 견고하게 경화시키기 위한 공정이다.
이를 위해서, 도 6과 같이, 건조로(70)를 마련하여 무진챔버(60) 다음 공정에 배치할 수 있다. 이때, 건조로(70) 내부에는 건조용 적외선램프(71)와 열기송풍용 송풍팬(73)을 설치하고, 내부온도가 50℃ 내지 60℃를 유지하도록 하는 것이 바람직하다. 이 온도는 원자재(A)가 열변형되지 않는 정도의 온도이다.
건조단계(S03)에서 건조된 원자재(A)는 성능검사단계(S04)를 거친다. 성능검사단계(S04)에서는 원자재(A)의 표면변화유무 및 광촉매반응과 빛 반사성능을 검사하는 것으로서, 광촉매코팅층(10)이 산화티탄(13)분말의 중복층 없이 두께(La)가 0.3㎛이하로 코팅되었지, 경도 6h 내지 7h(연필강도 기준)정도의 내구성을 갖는지, 광촉매반응이 효과적으로 일어나는지, 빛반사율이 93% 이상인지를 검사한다. 이를위해서, 건조단계(S30)의 다음 단게에 검사공간(75)를 설치한다.
성능검사단계(S04)를 거친 원자재(A)는 광촉매코팅층(10) 표면에 보호필름(80)을 코팅한 다음(S05), 프레스 성형기(90)에서 반사갓(9) 또는 지지체(도3의 7)의 해당 등기구본체(3) 형상을 갖도록 절단 및 프레싱 성형되어 제품의 형상을 이룬다(S06).
여기서, 보호필름(80)을 코팅하는 것은 원자재(A)의 프레스 성형 단계(S06)에서 광촉매코팅층(10)이 손상되는 것을 방지하기 위한 것이다. 이 보호필름(80)은 등기구본체(3)의 성형 제품이 설치현장에 설치된 다음 제거된다.
성형단계(S06)를 거친 박막 광촉매코팅층(10)이 형성된 등기구본체(3)는 최종 완제품 품질검사를 거쳐 제품으로 출하된다(S07).
이러한 제조공정으로 형광등기구(1)의 등기구본체(3) 표면에는 산화티탄(13)분말이 중복층을 이루지 않는 상태에서 경도 6h 내지 7h(연필강도 기준)정도의 내구성을 가지며, 두께(La)가 0.3㎛이하인 박막 광촉매코팅층(10)이 형성된다.
이렇게 형성된 광촉매코팅층(10)은 대기중에 노출된 형광등기구(1)에 자연정화능력을 부여한다. 즉, 광촉매코팅층(10)은 형광등(도3의 5)의 빛 및/또는 외부의 광에너지에 대해 광촉매 반응하여 형광등기구(1)의 표면에 발생되는 고체, 액체, 기체 상의 유기물을 산화 분해시킨다. 이에 의해, 형광등기구(1)의 오염물 제거작업 등의 관리적 측면에서 편리함을 도모할 수 있다.
특히, 광촉매코팅층(10)이 산화티탄(13)의 중복층이 없이 박막으로 형성되기 때문에, 형광등기구(1)의 빛 발산 및 반사, 투과 성능을 최적의 상태로 유지할 수 있다.
이와 같이, 본 고안에 따른 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구는 상온경화성을 갖는 투명접착제를 이용하여 상온에서 광촉매코팅층을 형성할 수 있도록 함으로써, 열에 의한 형광등기구의 원자재 변형을 방지할 수 있다. 이에 의해, 형광등기구의외관이 손상될 우려가 없다.
그리고, 투명접착제를 이용하여 미립자 산화티탄을 중복층을 이루지 않는 박막으로 코팅할 수 있도록 함으로써, 광촉매코팅층이 두껍게 형성되는 것을 방지할 수 있고, 산화티탄의 백색 색상 표출을 억제할 수 있다. 이에 의해, 고가의 산화티탄을 절약하여 제작원가를 현격하게 절감할 수 있으며, 형광등기구의 광투과 및 빛 반사 성능의 저하를 방지할 수 있다.
또한, 투명접착제를 이용한 상온 경화 방식의 코팅방법을 이용하기 때문에, 원자재의 열변형을 고려한 원자재선정의 제약이 따르지 않는다.
이상 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면, 형광등기구의 외관변형과 광투과 및 반사 성능의 저하를 방지할 수 있고, 제작원가를 절감할 수 있으며, 원자재 선정이 수월한 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구가 제공된다.

Claims (3)

  1. 등기구본체와, 상기 등기구본체의 표면에 형성되는 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구에 있어서,
    상기 광촉매코팅층은,
    상온에서 경화되는 투명접착제와,
    상기 투명접착제에 의해 상온에서 상기 등기구본체의 표면에 박막으로 코팅되는 산화티탄으로 형성된 것을 특징으로 하는 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명접착제는 상온에서 경도 6h 내지 7h로 경화되는 투명도 98% 이상의 수용성접착제이며,
    상기 산화티탄은 0.1 내지 0.2㎛이하의 입자크기를 갖는 아나타스형의 산화티탄 분말인 것을 특징으로 하는 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 투명접착제와 상기 산화티탄은 혼합물로 마련되며,
    상기 혼합물은 상기 등기구본체가 이송되는 상온의 무진챔버 내부에 스모그형태로 공급된 상태에서 자유 낙하하여 상기 등기구본체의 표면에 6h 내지 7h의 경도 및 0.3㎛이하의 두께로 코팅되는 것을 특징으로 하는 광촉매코팅층을 갖는 형광등기구.
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