KR20040076408A - 김서림 방지용 코팅막과 그 코팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 김서림 방지용 코팅막과 그 코팅 방법에 관한 것이다.

본 발명의 김서림 방지용 코팅막은, 얼음의 결정 격자점과 부합하는 결정 격자점을 가지며, 얼음의 결정 단위체 크기와의 차이가 ±15% 이내인 결정 단위체 크기를 가지며, 난수용성의 특성을 갖는 고체 물질로 이루어지는 바, 그 대표적인 물질로서 옥화은을 사용하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 상기 코팅막을 균일하고 치밀한 박막으로 코팅하기 위해 증착법을 사용하고, 특히 스퍼터링 또는 열증발 증착법을 사용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 김서림 방지용 코팅막은 표면에 생성되는 응축수를 퍼지게 함으로써 김서림 현상을 효과적으로 방지하기 때문에 각종 광학물체 및 투명 구조물체 표면에 적용시 투명도를 높일 수 있는 장점이 있을 뿐 아니라, 냉각판 등의 표면에 적용하면 냉각능을 높일 수도 있으며, 친수반응성이 요구되는 물체의 표면에 적용하면 반응성을 높일 수 있는 이점도 있다.

Description

김서림 방지용 코팅막과 그 코팅 방법{Anti-fog coating film and its coating methods}

본 발명은 김서림 방지용 코팅막과 그 코팅 방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 김서림 현상이 발생되지 않아야 하는 피코팅 대상 물체의 표면에 얼음과 유사한 결정 구조를 가지며 난수용성인 물질로 이루어진 박막의 코팅막을 증착법으로 형성시켜 상기 대상 물체의 표면에 김서림이 방지되도록 하는 김서림 방지용 코팅막과 그 코팅 방법에 관한 것이다.

물체의 표면에 발생되는 김서림 현상은, 물체의 표면이 과포화된 수증기가 있는 분위기에 노출되거나, 물체 표면의 온도가 물체 표면에 접한 분위기의 이슬점 온도 보다 낮을 때, 물체의 표면에 응축되는 수분이 물체의 표면에 대하여 고접촉각을 가짐으로써, 물체의 표면을 따라 퍼지지 못하고 뭉쳐진 형태의 물방울로 응축되어 발생하는 현상이다.

즉, 상기와 같은 김서림 현상은 물체의 표면에 미세하게 뭉쳐진 형태의 물방울들이 다수 형성되어 빛을 난반사시키는 현상으로서, 투명유리에 발생된 김서림은 빛의 투과를 방해하게 되어 시야를 방해하게 되고 이러한 현상이, 예를 들어, 안경을 비롯한 각종 광학물체의 표면이나 자동차 유리와 같은 투명구조물체의 표면에 발생할 경우에는 그 물체의 기능을 일시적이나마 상실시키게 된다.

또한, 수분이 미세하게 뭉쳐진 형태의 상기 물방울들이 에어 컨디셔너와 같은 냉각기의 냉각판 등의 표면에 다수 응축되면 냉각기의 냉각능을 저하시키게 될뿐 아니라, 수반응성이 요구되는 물체의 표면에 응축될 경우에는 물체 표면의 물에 대한 젖음성이 약해지므로 수반응성을 저하시키게 되는 바, 김서림 현상이 발생되지 않는 표면이 되어야 상기와 같은 물체들의 기능이 충분히 발휘될 수 있게 된다.

상기와 같은 김서림 현상의 발생 방지 방법에 앞서 그 발생 원인을 자세히 살펴보면 다음과 같다.

임의의 물체(11) 표면에 형성되는 물방울(12)은 도 1에 도시된 바와 같이 접촉각(θ)을 갖게 되는 바, 상기 접촉각의 크기는 물방울(12)과 물체(11) 사이의 계면에너지에 의해 결정된다.

즉, 물방울(12)/물체(11) 사이의 계면에너지가 공기(13)/물체(11) 사이의 계면에너지와 동일한 경우에는 상기 접촉각이 90도에 근접하게 되고, 그 결과 물체(11) 표면의 물방울(12)은 반구형으로 형성되는 바, 그러한 물체로는 유리를 예로 들 수 있다.

그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 물방울(12')/물체(11') 사이의 계면에너지가, 공기(13)/물체(11') 사이의 계면에너지 및 공기(13)/물방울(12') 사이의 계면에너지 보다 커서, 공기(13)/물체(11') 사이의 계면에너지와 공기(13)/물방울(12') 사이의 계면에너지를 합한 것과 같아지게 될 경우에는 상기 접촉각이 180도에 근접하게 되므로, 상기 물방울(12')이 거의 구형을 이루게 되어 물체(11')의 표면을 적시지 않게 되는 바, 이와 같이 구형의 물방울(12')을 형성시키는 물체(11')로는 왁스를 예로 들 수가 있다.

그 반면에, 도 3에 도시된 바와 같이, 물방울(12")/물체(11") 사이의 계면에너지가 영(零)에 가까울 정도로 매우 작아 질 경우에는 상기 접촉각이 0도에 가깝게 되면서 물방울이 형성되지 못하고 물체(11")의 표면을 따라 퍼지게 되며, 이와 같은 현상은, 예를 들면, 친수성이 큰 계면활성제 표면 또는 저온의 물분자와 대단히 유사한 구조를 가지고 있는 얼음의 표면 등에 물이 접촉하는 순간에 발생한다.

즉, 김서림은 물체의 표면에 맺히는 응축수가 물체의 표면과 큰 접촉각을 가짐으로써 물체의 표면을 따라 퍼지지 못하고 미소한 물방울들이 단위 면적당 많이 형성되어 물체의 표면으로 입사되는 빛을 산란시키는 현상이다.

따라서, 물체 표면에 접촉각이 큰 응축수가 형성되지 못하고 접촉각이 매우 작은 응축수가 형성되도록 하면, 응축수가 물방울화 하지 못하고 물체의 표면에 퍼지면서 균일한 수막층을 이루므로, 빛의 산란이 감소되어 정반사되거나 투명물체의 경우에는 물체를 투과하는 빛의 양이 증가하므로 김서림 현상이 방지될 수 있다.

상기와 같은 김서림 현상을 다양한 방법으로 방지하려는 기술들이 개발되었으나, 이런 종래의 기술들은 각기 단점 내지는 문제점을 가지고 있는 바, 이를 자세히 살펴보면 다음과 같다.

우선, 응축수의 발생 자체를 없애거나 약화시키기 위하여 대상 물체의 온도를 이슬점 이상으로 신속히 상승시키는 김서림 방지 장치들로는, 욕실 거울 뒷면의 온수통수 가열장치(한국공개특허 2002-086403; 미국특허 6,420,682 및 6,149,277), 김서리는 거울의 내장열선 가열장치(한국공개특허 2002-013079, 2001-097890, 2001-048479, 2000-067496), 내시경 렌즈를 비롯한 김서림 유리표면의 내장열선　가열장치(한국공개특허 2000-049515, 1998-066158, 1998-025122; 미국특허5,605,532) 및 다른 예들로서 헬멧　마스크, 용접 마스크, 차량 유리창 등의 내부에 통풍을 강화하는 장치(한국공개특허 2002-036278, 2002-025908, 2002-002774, 2001-002654 및 1997- 065235; 미국특허 6,450,639 및 5,921,467) 또는 단열장치(한국공개특허 1996-036969) 등을 들 수 있다.

상기 장치들 내지 구조들은, 김서림 방지를 위한 목적을 달성하기 위하여 김서림 방지 대상 물체에 각 장치나 구조의 설치하기 위한 설치 공간이 필연적으로 부가되어 물체의 부피를 필요 이상으로 증가시키게 되고, 열원 또는 전원을 필요로 하게 될 뿐 아니라, 갑작스런 온도차 또는 습도차에 의해 순식간에 발생되는 김서림의 경우에는 이를 즉시 제거하지 못하고 시간이 소요되는 문제가 있다.

　　　상기의 김서림 장치나 구조와 달리 김서림이 발생하는 물체의 표면에 친수성의 무기물을 사전에 코팅하는 방법으로서 산화티타늄 코팅층을 형성시키는 기술이 한국공개특허 2002-077852 및 일본특허 11255515 등에 개시되어 있으나, 상기 산화티타늄 코팅층이 친수성을 갖는 근거가 불분명하며, 김서림 방지 성능이 약한 단점이 있다.

　　　그리고, 한국공개특허 1999-084134에는 안경렌즈의 표면에 열전도성 향상을 위한 투명물질인 다이야몬드를 플라즈마 증착에 의해 박막으로 코팅하는 방법이 개시되어 있는 바, 이 방법은 다이야몬드 코팅박막의 높은 열전도성을 이용하여 습한 분위기와의 온도차를 단시간에 감소시킴으로써 김서림을 방지하고자 하나, 갑작스런 온도차에 의해 단시간 동안에 발생되는 김서림은 단시간에 방지하기 어려운 문제가 있다.

　　　또한, 김서림이 발생하는 물체 표면에 친수성을 갖는 유기물 코팅층을 형성시키는 방법들로서, 실란 화합물(한국공개특허 2002-042787; 미국특허 6,040,053 및 4,625,031; 일본공개특허 2001-337211), 폴리우레탄 화합물(한국공개특허 2002-010251; 미국특허 4,789,720, 4,743,673, 4,451,635 및 3,975,350), 계면활성제에 친수성 유기물을 포함한 세정 및 도포액(한국공개특허 2000-073475, 1999-０83774, 1994-024028; 미국특허 4,615,738, 5,716,921, 5,254,284, 4,374,745, 5,846,650, 6,384,120; 일본공개특허 1999-137389 및 2001-233979), 폴리에테르 블로카미드 화합물(한국공개특허 1997-706346), 알파 올레핀(한국공개특허 1997-033826), 폴리비닐 알콜(미국특허 4,127,682), 에스테르 화합물(미국특허 6,046,254 및 4,486,552; 일본특허 4180942 및 10148705), 폴리 에틸렌 옥시 알콜(영국특허 767,955), 합성수지 필름(유럽특허 0933400 및 0931805; 미국특허 5,567,533 및 5,520,764; 일본특허 11335486), 유기 실리콘 화합물(일본공개특허 2000-239655), 유기 및 무기 혼합물 코팅(일본특허 9113704) 등이 있으며 대부분이 습식도포 후 건조하거나 유기물 라미네이트를 부착시키는 방법으로 코팅한다.

상기와 같은 각종 유기물의 친수능은 대부분 경시 열화되거나, 박막의 균일한 코팅층 형성이 어렵거나, 코팅막의 투명도가 떨어지거나, 코팅막의 강도가 약해지는 등 김서림 방지용 코팅막으로 사용하거나 응용할 때 김서림 방지능이 쉽게 저하되고 내구성 떨어질 뿐 아니라, 광학기구에의 응용 제한 등의 문제점들이 있다.

　　　상기 외에도, 플라즈마를 이용하여 친수성 고분자 중합막을 코팅하는 방법이 한국공개특허 2001-013160, 2001-013156, 1999-047370 및 1999-041210 또는 학술지("Plating and Surface Finishing" 1994년도 10월호 52쪽) 등에 개시되어 있는 바, 상기 방법들은 탄화수소 및 질소가 함유된 진공분위기 내에 직류 또는 고주파 플라즈마를 발생시키고, 플라즈마 내에 소지 표면의 위치와 인가 전류를 조절하여 친수성의 고분자(탄소, 수소, 질소 및 산소의 화합물) 중합막을 물체의 표면에 코팅시키는 방법으로서, 특정 제조 조건에서 형성되는 중합막의 친수성에 따라 김서림의 방지 성능의 정도가 결정된다.

즉, 소지 표면의 형상과 위치 및 방전 조건에 따라 중합막의 두께와 친수성의 차이가 심하여 균일성을 확보하기 어렵고, 플라즈마 가열 및 중합막의 안정화를 위한 열처리에 의한 소지 물질이 열변화를 많이 받게 되는 문제점들이 있다.

본 발명은 종래 김서림 방지막과 그 제조 방법들이 가지고 있는 제반 문제점들을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 물체의 표면에 코팅되어 응축수와의 접촉각을 충분히 낮춤으로써 응축수가 물방울화 되지 않고 표면에 쉽게 퍼질 수 있도록 하여 김서림을 근본적으로 방지할 수 있으며, 난수용성 특성을 가진 고체 물질로 이루어진 코팅막과 그 코팅 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

도 1,2,3은 물체 표면과 물과의 계면에너지에 따른 물방울의 형성도.

도 4는 스퍼터링 장치의 개략 구성도.

도 5는 스퍼터링 시간과 옥화은 증착 두께의 상관 그래프.

도 6은 열증발 증착 장치의 개략 구성도.

도 7은 열증발 증착 시간과 옥화은 증착 두께의 상관 그래프.

도 8은 본 발명 코팅막 표면에서의 물방울 형성도.

도 9는 코팅막 증착 두께와 투과광도의 상관 그래프.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

11,11',11". 물체 12,12',12",12'". 물방울

13. 공기 41,61. 진공 챔버

42,62,82. 유리판 43,63. 코팅 물질 (옥화은)

64. 가열용기 65. 가열수단

83. 옥화은 코팅막 θ: 접촉각

본 발명의 상기 목적은 얼음과 대단히 유사한 결정 구조와 난수용성 특성을 갖는 물질에 의하여 달성된다.

본 발명은, 물질들 사이의 구조면에서 동질성 내지는 유사성이 증가될수록 두 물질 사이의 계면에너지가 작아져 서로 접촉하기 쉬우며, 예를 들면 얼음 표면 위의 응축수는 얼음과의 계면에너지가 매우 작아 적어도 얼어붙기 전에 물방울화되지 않고 그 표면을 따라 신속히 퍼져 수막을 형성함으로써 얼음의 표면에는 김서림이 발생하지 않는다는 현상과 상기 얼음은 대기압 하에서는 0℃ 이상에서 녹게 되어 코팅 물질로 사용할 수 없으므로 얼음 대용 물질을 사용해야 한다는 필요성을 본 발명의 사상적 출발점으로 하여 창안되었다.

대기압 하에서 안정된 얼음의 구조는, 먼저 결정 단위체는 사면체 결정격자 구조로서 사면체 중심점 및 4개의 각 꼭지점 격자점에 얼음 분자(H₂O:H-O-H)의 중앙인 산소 원자가 위치하여 상호 최단 산소 원자간 즉, 사면체의 중심점 산소 원자와 각 꼭지점 산소 원자간에 결합선을 형성하며, 본 결합선의 길이는 약 0.276nm이며, 본 결합선들 사이의 각도는 약 104.5도이고, 각 결합선 상에는 하나의 수소 원자가 한쪽 산소로부터 약 0.101nm 떨어진 점에 위치하여 그 쪽 산소 원자와는 얼음 분자 내의 하나의 O-H 결합을 형성하고, 0.175nm 떨어진 다른 쪽 산소 원자 즉, 이웃 얼음 분자와는 수소결합을 형성하여 얼음 분자들을 결합시킨다.

그리고, 상기 사면체 결정격자 단위체들은 다시 교대로 연결되어 육각형의 고리형으로 구성된 격자점들의 주름진 층이 쌓여 연결되는 구조를 가지며, 각 격자점에는 상기와 같이 얼음 분자의 중앙인 산소 원자가 위치하여 이웃 격자점의 얼음 분자의 산소 원자와의 사이에 수소를 끼워 넣어 자체 분자 내의 O-H 결합 및 이웃얼음 분자와는 수소결합을 교대로 반복하여 육방정의 얼음 결정 조직을 형성한다.

또한, 물의 구조는 대부분 상기 얼음의 결정 구조와 대단히 유사한 구조를 보유하고 있는 것으로 알려져 있다.

본 발명의 코팅막은, 상기 얼음의 결정 격자점과 부합되는 결정 격자점을 가지며, 얼음의 결정 단위체 크기의 ±15％ 이내 범위의 결정 단위체 크기를 갖는 동시에 난수용성의 특성을 보유한 고체 물질로 이루어짐에 본 발명의 기술적 특징이 있다.

상기와 같이 코팅막을 이루는 물질로서 얼음과 같은 결정 격자점을 보유하는 물질을 택하는 것은, 코팅막과 응축수의 상호 결정 구조가 다를 경우 두 물질 사이의 계면에너지가 증가하여 코팅막 표면에 대한 응축수의 접촉각이 커져 응축수가 물방울화 하기 때문이다.

즉, 코팅막을 얼음의 결정 구조와 유사한 물질로 구성함으로써, 얼음 표면을 따라 쉽게 퍼지는 물과 같이 코팅막과 응축수 사이의 계면에너지가 낮아져서 접촉각을 감소시킴으로써 코팅막 표면의 응축수가 물방울화하지 않고 쉽게 퍼질 수 있도록 하기 위함이며, 이에 따라 코팅막을 이루는 물질의 결정 구조가 얼음의 결정 격자점과 부합되는 결정 격자점을 가져야만 하는 것이 본 발명의 필요 조건이 된다.

그리고, 코팅막을 이루는 물질의 결정 단위체 크기를 얼음의 결정 단위체 크기의 ±15% 이내로 한정한 이유는 다음과 같다.

일반적으로 구형의 형상을 하는 서로 다른 이종 원자들의 경우에도 상호 크기의 차이가 ±15％ 이상이 되면 서로 섞일 수 없게 되기 때문에 이종 원자간들 사이에 계면이 형성됨으로써 계면에너지가 증가하게 된다.

더욱이, 대칭성이 부족한 얼음 분자와 코팅막 물질 사이의 결정 단위체 크기 차이가 상호 ±15％를 초과하게 되면 대칭적인 구형의 원자들 보다도 더욱 쉽게 분리되어 계면에너지가 증가하게 되므로 이런 물질을 코팅막 물질로 사용하게 되면 코팅막 표면과 응축수와의 접촉각이 커지게 된다.

따라서, 코팅막을 이루는 물질과 얼음의 각 결정 단위체 사이의 크기 차이가 적어도 ±15％ 이하로 되어야만 얼음 표면과 물 사이에서와 같은 낮은 접촉각을 코팅막 표면과 응축수 사이에서도 기대할 수 있게 된다.

또한, 코팅막이 수용성일 경우에는 코팅막 표면의 응축수에 의해 코팅막이 서서히 용해되어 변형되므로 김서림 방지막으로서의 기능 및 내구성을 상실하게 되기 때문에 코팅막 물질을 난수용성으로 하여야만 한다.

상기와 같이 얼음과 유사한 결정 구조를 가지며 난수용성의 고체 물질을 사용하여 김서림 방지가 요구되는 물체의 표면에 코팅막을 형성시키게 되는 바, 본 발명 코팅막에 요구되는 조건들에 부합되는 물질로는 옥화은(AgI, 육방정계)을 예로 들 수 있다.

상기 옥화은은 얼음 결정과 결정격자가 같고 결정 단위체의 크기가 거의 같기 때문에 상호간 계면에너지가 거의 영에 가까운 물질로서, 상기 옥화은은 운핵으로 작용하여 옥화은 결정 표면 위에 얼음 결정을 쉽게 석출시킬 수 있어 인공강우에 이용되기도 한다.

또한, 상기 옥화은은 물에 대하여 난용성이기 때문에 코팅막을 이룰 경우 표면의 응축수에 대하여 안정적인 코팅막을 이룰 수가 있다.

상기 옥화은과 같은 본 발명 김서림 방지용 코팅막 형성 물질을 김서림 방지가 요구되는 대상 물체의 표면에 코팅시키는 방법으로는 습식코팅법과 건식코팅법이 있을 수 있다.

습식코팅법은 난수용성 물질인 경우에도 물이 아닌 다른 액상의 용매에는 용해될 수 있다는 특성을 이용한 방법으로서, 예를 들어, 옥화은을 시안카리(KCN), 티오황산(Na₂S₂O₃) 또는 옥화카리(KI) 등의 수용액에 용해시킨 옥화은용액을 대상 물체의 표면에 도포한 후 건조시켜 다소 견고한 코팅막을 형성시킬 수 있다.

그러나, 습식코팅법에 의한 코팅막에는 옥화은 외의 기타 불순물들이 다량 함유될 뿐 아니라 균일한 두께의 박막을 얻기 어렵다는 단점이 있기 때문에 건식코팅법인 증착법을 이용하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 증착법으로는 저온 증착이 가능한 스퍼터링 증착법 또는 다른 증착법에 비하여 상대적으로 간단한 방법인 열증발 증착법이 가장 유리하다.

상기 스퍼터링 증착법은, 저진공의 불활성 기체 분위기 중에서 전기적으로 플라스마를 발생시키고, '＋'극성으로 이온화된 불활성 가스 이온을 '－'극성으로 부하된 코팅 물질 덩어리(타게트, target)에 충돌시킴으로써, 타게트로부터 거의 분자 상태로 떼어 내어진 코팅 물질을 피증착물의 표면에 치밀하게 부착시켜 박막의 코팅막이 형성되도록 하는 방법이다.

본 발명의 방법에서는 진공 챔버 내에 복수 개의 타게트를 설치하고, 타게트들 중앙에 피증착 대상 물체를 위치시킨 후 아르곤 가스를 이용하여 챔버 내의 진공도가 0.01∼1.0 Pa로 유지되도록 하면서 타케트의 전기전도성이 작을 경우 타게트들 사이에 주파수가 13.56MHz(법적 제한 주파수), 전압이 100∼1,000V인 고주파 전원을 인가함으로써, '＋'극성으로 이온화된 아르곤의 스퍼터링에 의해 상기 타게트들로부터 떼어져 나온 코팅 물질이 피증착 대상 물체의 표면에 증착되어 코팅막이 형성되도록 한다.

상기 스퍼터링 증착법에서 스퍼터링 매질로 사용된 아르곤은 비교적 원자량이 크면서 쉽게 플라즈마 상태의 '＋'극성으로 이온화 될 뿐 아니라, 타게트와의 반응성이 없기 때문에 스퍼터링 증착법에 효율적이다.

그리고, 스퍼터링 증착시 진공 챔버 내의 진공도 유지가 중요한 바, 그 진공도가 0.01 Pa 보다 작으면 플라즈마의 생성 및 유지가 어려워 스퍼터링이 잘 되지 않는 반면에, 1.0 Pa을 초과하게 되면 타게트에 과도한 스퍼터링이 일어나게 되고 스퍼터링된 분자들이 플라즈마 내지 기체들과 과도한 출돌을 일으켜 피증착 대상 물체의 표면에 도달하는 코팅 물질의 양이 감소하므로 적절한 두께의 코팅막 형성이 어려워 진다.

또한, 인가 전압이 100V에 미치지 못하면 스퍼터링에 필요한 플라스마의 형성이 불안정하여 코팅막의 품질이 떨어지면서 증착시간이 길어되고, 1,000V를 초과하게 되면 아르곤 '＋'이온의 타게트에 대한 충격 에너지가 과다하게 되어 타게트로부터 코팅 물질이 과도하게 떨어져 나오게 되거나 분해될 수 있으며 온도가 필요이상 상승되거나 지나치게 강력한 플라즈마가 형성되어 균일하고 치밀한 코팅막을 형성시킬 수 없게 된다.

따라서, 스퍼터링 증착법으로 코팅막을 형성시키고자 할 경우에는 진공 챔버의 진공도와 인가 전압을 함께 적절히 제어해 주어야 한다.

본 발명 코팅막의 다른 제조 방법인 열증발 증착법은 박막의 코팅층을 얻는 비교적 간단한 방법으로서, 코팅 물질과 비반응성 기체인 아르곤 또는 질소 가스를 이용하여 진공 챔버 내의 진공도를 0.01∼1.0 Pa 범위로 유지하면서, 코팅 물질 덩어리를 가열 승화 및 증발시킨 증기를 코팅 물질 덩어리 상부에 위치시킨 피증착물인 대상 물체의 표면에 증착시키는 방법이다.

이때, 진공 챔버 내의 진공도가 1.0 Pa를 초과하게 되면 증발된 기체가 챔버 내에 있는 기체와 과도한 충돌을 일으켜 대상 물체의 표면에 도달되는 양이 감소되므로 증착 시간이 길어지고 균일한 표면을 얻을 수 없게 되며, 진공도가 낮을수록 바람직하기는 하나 0.01 Pa 미만으로 하기 위해서는 고진공을 위한 별도의 추가적인 진공 장비를 필요로 하게 되어 제조 설비 비용이 필요 이상으로 증가하게 된다.

그리고, 코팅 물질 덩어리를 증발시키기 위한 가열온도는 코팅 물질의 종류에 따라 달라지는 바, 옥화은을 코팅 물질로 사용하는 경우에는 가열 온도를 높여 액체 상태에서 기화시키기 보다는 300∼550℃ 범위의 온도로 가열하여 고체 상태에서 옥화은을 승화시켜 대상 물체의 표면에 증착시키는 것이 대상 물체의 열변화를 감소시킬 수 있어 더욱 바람직하다.

이때, 상기 가열 온도가 300℃에 미치지 못하면 증착 속도가 지나치게 늦어지게 되어 생산성이 현저히 떨어지게 되고, 550℃를 초과하게 되면 옥화은이 일부 분해되기 때문에 효과적인 증착이 이루어지지 않거나 증착 속도가 필요 이상으로 높아 코팅막이 불균일하면서 다공성 조직을 갖게 될 수 있다.

옥화은을 코팅 물질로 하여 증착시킨 경우, 본 발명 김서림 방지 코팅막의 바람직한 두께 범위는 1∼500nm로서, 상기 코팅막의 두께가 1 nm에 미치지 못하면 부분적으로 코팅이 불완전한 부분이 형성될 수 있음에 따라 김서림 방지 효과를 충분히 발휘할 수 없게 된다.

그리고, 상기 코팅막의 두께가 500nm를 초과하여도 김서림 방지 효과 측면에서는 전혀 문제가 없으나 제조 단가가 필요 이상 상승되고 광 투과율, 즉 투명도가 떨어지게 되는 바, 투명도에 관계 없이 충분한 두께의 코팅막이 필요한 특별한 경우 외에는 대개 500nm 이하로 하는 것이 좋다.

상기 본 발명의 김서림 방지용 코팅막을 스퍼터링 증착법과 열증발 증착법으로 각각 투명 유리판에 형성시킨 실시예를 통하여 본 발명 코팅막의 특성을 자세히 살표보면 다음과 같다.

실시예 1

도 4에 도시된 스퍼터링 증착법의 개념도와 같이, 진공 챔버(41) 내에 옥화은으로 이루어진 상호 대향하게 설치된 두 스퍼터링 타게트(43) 사이의 중앙에 투명한 유리판(42)을 위치시킨 후, 상기 진공 챔버(41) 내의 진공도가 0.1 Pa로 유지되도록 아르곤 가스를 진공 챔버(41) 내부로 공급하는 동시에 외부로 배출시키면서두 타게트(43) 사이에 주파수 13.56MHz, 전압 300V의 고주파 전원을 인가하였다.

상기의 조건 하에서 투명한 유리판(42)의 각 타게트(43) 대향면에 형성되는 코팅막의 두께는 도 5에 나타낸 바와 같이 증착 초기 시점을 제외하고는 증착시간에 거의 정비례하여 증가하는 것으로 관찰되었다.

실시예 2

도 6에 도시된 바와 같이, 진공 챔버(61) 내에 구비된 가열용기(64)에 옥화은(63)을 담은 상태에서 그 상부에 투명한 유리판(62)을 설치한 후, 상기 진공 챔버(61) 내의 진공도가 0.1 Pa로 유지되도록 질소 가스를 진공 챔버(61) 내부로 공급하는 동시에 외부로 배출시키면서 전기저항 가열수단(65)으로 상기 옥화은(63)을 500℃로 가열하였다.

상기와 같은 조건의 열증발 증착에 의해 얻어지는 옥화은의 증착 두께 역시 스퍼터링 증착법과 같이 거의 증착시간에 비례하여 증가하는 바, 그 결과를 도 7에 나타내었다.

상기와 같이 스퍼터링 및 열증발 증착에 의해 투명한 유리판의 일면에 증착된 50nm 두께의 옥화은 코팅막 표면에 상온 상태에서 물을 분무해 본 결과 도 8에 도시된 바와 같이 투명 유리판(82) 표면에 증착된 옥화은 코팅막(83)과 물(12'") 사이의 접촉각(θ)이 5도 이하로 관찰되었으며, 그 결과 얼음 표면의 물의 퍼짐과 같이 본 발명의 코팅막 표면에서도 물방울들이 형성되지 않고 물이 표면에 퍼져 나갔다.

또한, 양 면에 상기 본 발명의 코팅막을 50nm 두께로 증착시킨 투명한 유리판과, 코팅층이 형성되지 않은 투명한 유리판을 함께 냉장고에서 2℃로 1시간 동안 유지한 후, 본 투명한 유리판들을 상대습도 70%, 온도 20℃인 실내 분위기에 폭로하였는 바, 그 결과는 다음의 표 1과 같다.

구 분	김서림 발생 여부	비 고
본 발명 코팅막 형성 유리판	발생하지 않음	-
무코팅 유리판	발생함	김서림 약 50초간 지속됨

그리고, 상기 코팅막을 증착시킨 투명한 유리판과, 코팅층이 증착되지 않은 투명한 유리판을 함께 실내 분위기에서 목용탕 분위기로 폭로하였는 바, 그 결과는 다음의 표 2와 같다.

구 분	김서림 발생 여부	비 고
본 발명 코팅막 형성 유리판	발생하지 않음	-
무코팅 유리판	발생함	김서림 약 9분간 지속됨

상기의 표 1 및 2로부터 본 발명의 코팅막은 김서림 방지에 매우 효과적인것임을 알 수 있다.

그리고, 본 발명 코팅막의 빛에 대한 투과성을 살펴보기 위하여, 상기 실시예 1의 조건으로 다수의 투명 유리판의 편면에 코팅막을 두께별로 각각 증착시킨 후, 두께별로 코팅막이 형성된 각 유리판의 전방에 100루멘 광원을 비춘 후 유리판을 통한 광원의 투과 광도를 조사하였다.

그 결과, 도 9에 도시된 바와 같이 유리판의 투과 광도는 당연히 코팅막 두께의 증가에 따라 감소하며, 코팅막 두께 100nm에서 투과율이 약 70%인 것으로 관찰되었다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 김서림 방지용 코팅막은 표면에 생성되는 응축수를 퍼지게 함으로써 김서림 현상을 효과적으로 방지하기 때문에 각 종 광학물체 및 투명 구조물체 표면에 적용시 투명도를 높일 수 있는 장점이 있다.

또한, 냉각판 등의 표면에 적용하면 냉각능을 높일 수 있으며, 친수반응성이 요구되는 물체의 표면에 적용하면 반응성을 높일 수 있는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 물체의 표면에 발생되는 김서림 현상을 방지하기 위한 코팅막에 있어서, 얼음의 결정 격자점과 부합하는 결정 격자점을 가지며, 얼음의 결정 단위체 크기와의 차이가 ±15% 이내인 결정 단위체를 가지며, 난수용성의 특성을 갖는 고체 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 김서림 방지용 코팅막.
2. 제 1항에 있어서, 상기 고체 물질이 옥화은인 것을 특징으로 하는 김서림 방지용 코팅막.
3. 물체의 표면에 발생되는 김서림 현상을 방지하기 위한 코팅막의 코팅 방법에 있어서, 진공 챔버 내부에 아르곤 가스로 진공도를 0.01∼1.0Pa로 유지하면서 복수 개의 옥화은 타케트들 사이의 중앙에 피증착 대상물체를 위치시킨 후 옥화은 타게트들 사이에 주파수 13.56MHz, 전압 100∼1,000V인 고주파 전원을 인가하여 상기 피증착 대상물체의 표면에 옥화은 코팅막을 증착형성시킴을 특징으로 하는 김서림 방지용 코팅막의 코팅 방법.
4. 물체의 표면에 발생되는 김서림 현상을 방지하기 위한 코팅막의 코팅 방법에 있어서, 진공 챔버 내부에 옥화은 및 피증착 대상물체에 대해 비반응성 가스로 진공도를 0.01∼1.0 Pa로 유지하면서 피증착 대상물체의 주위에 설치한 가열용기에 들어 있는 옥화은을 300∼550℃의 온도도 가열승화시켜 발생된 저압의 옥화은 기체를 상기 피증착 대상물체의 표면에 증착시킴을 특징으로 하는 김서림 방지용 코팅막의 코팅 방법.