KR20050101510A - 자외선 및 가시광선 투과율 조절용 기능성 고분자 필름제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 자외선 차단을 조절 기능 및 가시광선 투과율 조절 기능을 갖는 고기능성 고분자 필름 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 중이온 빔(Heavy-Ion Beam)을 이용하여 자외선(UV)의 반사, 투과율을 조절함으로써 건물, 자동차 등의 유리에 부착하여 자외선을 차단하는 기능을 갖고, 광고, 전시물 등에 필요한 자외선 안정화 기능을 갖는 고기능성 고분자 필름 제조방법, 양산용 제조 장치, 적용제품 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따라 제조된 고기능성 고분자 필름은 자외선 차단이 필요한 유모차 차양막, 식료품 용기, 음료 용기, UV필터 소자, CD 케이스, 핸드폰 케이스, 화장품 용기, 보석류 보관용기, 약품류 보호용기 등 다양한 제품에 적용할 수 있다.
Description
본 발명은 자외선 조절 및 가시광선 조절용 기능성 필름 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 중이온 빔(Heavy-Ion Beam)을 이용하여 자외선(UV) 및 가시광선의 반사, 투과율을 조절함으로써 건물, 자동차 등의 유리에 부착하여 자외선을 차단하는 기능을 갖고, 광고, 전시물 등에 필요한 자외선 안정화 기능을 갖는 고기능성 필름 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 고분자 필름은 경량성, 가공성, 기능성이 뛰어나 다양한 곳에 적용되어 왔다. 그러나 자외선은 고분자 필름과의 접촉에 의해 고분자필름의 분해에 직, 간접적인 영향을 준다. 즉, 고분자 제품을 실외에서 사용할 경우, 자외선에 의해 고분자의 화학결합이 파괴되어 연쇄절단, 가교결합 등을 발생시키는 자유라디칼이 생성되고 결과적으로 변색, 제품 표면의 부스러짐, 기계적 물성 저하 등이 발생한다. 또한 자외선은 인체에 색소 침착, 백내장 등 심각한 위험을 주고 있다. 따라서 고분자 필름을 자외선 차단성 및 안정화 기능을 필요로 하는 자동차 썬팅용 필름 및 헤드램프 덮개, 건물 유리, 전시장, 광고판, 식품 용기등 관련 제품에 직접 적용하는데 있어 제한을 갖는다.
종래의 자외선 차단필름은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르 필름과 같은 모재 고분자 필름, 자외선 흡수제층, 보호필름이 순차적으로 적층된 구조로서, 일반적으로 파장이 300nm 이하 즉 자외선-B 영역의 경우, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르 필름과 같은 모재 고분자 필름에서 자외선을 흡수하기 때문에 문제가 발생하지 않으나, 자외선-A 영역인 파장 300에서 400nm의 경우, 자외선 흡수를 위해 모재 필름 또는 여기에 코팅되는 착색 감압 점착층에 자외선 흡수제를 용해 함유시켜 자외선 차단 기능을 갖게 하였다. 또한 자외선에 의한 고분자필름의 분해를 최소화하게 위해 자외선 안정제를 폴리에스테르와 같은 고분자소재에 첨가하여 사용하고 있다. 자외선 흡수제로는 실릴화 하이드록시벤조페논과 실릴화 실릴화 벤조트리아들 등이 사용된다. 벤조페논계는 필름에 대한 상용성이 우수하여 다양하게 사용하고 있으나, 340nm 이상의 자외선 차단 성능은 벤조트리아졸계에 비해 낮다. 벤조트리아졸계는 넓은 영역에 걸쳐 자외선 차단 능력이 우수하여 투명제품과 고급제품에 주로 사용된다. 그러나, 이런 필름은 몇 개의 층을 제조하기 위한 복잡한 제조공정 때문에 제조비용이 매우 고가인 점이 단점이다.
또한, 이러한 방법을 사용하는 경우 자외선 차단 성능이 시간이 지나갈수록 낮아지는 단점과 적층에 따른 무게 증가, 투명도 감소, 자외선 차단율이 고정되는 단점이 있다. 이와 같은 단점을 보완하기 위하여 자외선 흡수제의 양을 증가시킬 경우에는 필름 표면에 자외선 흡수제가 석출되어 외관에 치명적인 손상을 주는 단점이 나타난다. 자외선 흡수제를 착색 감압 점착층에 함유시키는 경우에는 내후성이 낮아지기 때문에 외부 부착용으로는 사용하기에 부적절하고, 감압 점착층의 색상을 표현하기 힘든 단점이 있다. 자외선 흡수제가 도포된 고분자 필름을 열성형, 진공성형할 경우, 자외선 차단 및 안정화 기능이 저하되는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 단점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 중이온빔을 이용하여 자외선 차단, 안정화 및 가시광선 투과 조절 기능을 갖는 고기능성 고분자 필름 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명은 종래의 열가소성 물질에 자외선 흡수제를 혼합하여 압출하거나, 적층, 코팅 방식과 다르게 고분자 필름 및 고분자 수지를 성형하여 만든 용기에 직접 중이온 이온빔을 입사시켜 고분자 모재 표면을 개질하는 방식으로 모재의 두께가 증가하지 않으며, 표면보호용 필름을 필요로 하지 않는 것이 특징이다,
또한, 본 발명은 상기 제조방법을 양산공정에 적용할 수 있는 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명을 상기 제조방법을 이용하여 자외선 차단 및 가시광선 투과가 필요한 유모차 차양막, 식품 및 음료 용기, UV필터 소자, CD 케이스, 핸드폰 케이스, 화장품 용기, 보석류 보호용기, 약품용기를 제조하는 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 방법으로 중이은 빔(Heavy-Ion Beam)을 이용하여 자외선(UV) 및 가시광선의 반사, 투과율을 조절함으로써 고분자 소재로 제조된 제품의 자외선 차단, 안정화 및 가시광선 투과기능을 갖도록 한다.
이하에서 본 발명을 구체적으로 설명한다.
본 발명에서 적용된 이온 종류는 수소부터 우라늄까지이며, 이온 전류는 1μA부터 1A 까지이고, 이온 에너지는 1eV부터 10MeV 까지이다.
본 발명에서 한종류 이온 혹은 두종류 이상 이온을 순차적으로 조사하여 사용한다.
본 발명에서 사용된 고분자 필름은 1개 층을 갖는 것을 기본으로 하고, PC, PET, PE 등 특정한 고분자 필름에 제한되지 않으며, 필름의 두께, 색상, 형상에 제한을 받지 않는다. 즉, 고분자 소재로 제조된 1개층 이상의 필름, 용기 등 모든 경우에 본 발명을 적용할 수 있다. 즉, 자외선 흡수제가 전혀 포함되지 않은 고분자 수지를 압출기를 통해 압출한 필름, 고분자 수지를 사출/성형하여 제조한 각종 용기를 사용한다.
본 발명에서 자외선 및 가시광선 반사율과 투과율은 자외선-가시광선 분광 분석기(신코사)를 사용하여 UV-A, UV-B, 가시광선을 측정하였다.
본 발명에서는 종래의 평균자외선차단을 계산방법을[특2003-0075477] 적용하지 않았다. 이유는 평균자외선차단을 계단식에서 가중치를 310-360nm 영역에 2배이상 줌으로써 결과적으로 자외선 투과율을 결정하는 UV-A 비율을 낮춰 전체적으로 자외선 차단율이 높게 계산되는 부작용이 있기 때문이다. 따라서 본 발명에서는 인체 및 제품에 실제적으로 나쁜 작용을 하는 자외선영역을 세분화하여 측정함으로써 소비자들에게 실질적인 자외선 차단을 값을 제공한다.
도 1은 본 발명에서 사용된 중이온빔 조사장치이다. 중이온 조사장치는 빔 조사부, 챔버부, 측정부, 주변장치로 이루어져 있다. 빔 조사부는 (1)이온원, (2)이온 수송부, (3)가속부로 구성되어 있고, 챔버부는 (4)주챔버, (5)보조챔버, (6)셔터, (7)지그시스템, (8)로드락시스템, (9)진공창, (10)고진공펌프, (11)저진공펌프, (12)게이트밸브로 구성되어 있으며, 측정부는 진공도, 빔전류, 빔위치, 빔에너지 등을 측정하는 부분으로 (13)진공게이지, (14)Faraday Cup, (15)Beam Profile Monitor, (16)Beam Position Monitor, (17)Calorimeter로 구성되어 있고, 주변장치는 (18)전원시스템, (19)가스시스템, (20)제어시스템, (21)냉각시스템으로 구성되어 있다.
본 발명에서 사용된 (4)주챔버와 (5)보조챔버의 진공도는 운전시 1x10E-5 Torr 정도이고, 비운전시 1x10E-6 Torr 정도이다.
본 발명에서 사용된 (7)지그시스템은 롤지그와 다축지그이다. 다축지그는 수평이동, 수직이동, 회전, 틸트 기능을 갖는다.
본 발명에서 사용된 이온빔 조사원리는 다음과 같다. (22)이온빔은 (1)이온원에서 생성되며, 생성된 (22)이온빔은 (2)이온수송부를 거쳐 제품 특성에 알맞게 (3)가속부에서 가속된 후, (4)주챔버 내의 (7)지그시스템 위에 장착된 (23)제품에 조사된다. (23)제품에 조사된 (22)이온빔은 (23)제품의 표면을 개질하여 자외선 차단 및 안정화 특성을 갖도록 한다.
본 발명에서 사용된 제품은 자외선 흡수제가 전혀 포함되지 않은 고분자 수지를 압출기를 통해 압출한 필름, 고분과 수지를 사출/성형하여 제조한 각종 용기이다.
본 발명에서 사용된 제품의 이동은 (8)로드락 시스템에 의해 이루어진다.
도 2는 본 발명의 중이온빔을 이용한 자외선 및 가시광선 투과율 조절을 고분자 필름 양산장치이다. 양산장치는 (24)주챔버와 (25)보조챔버로 구성된다. 도 3에서 보는 바와 같이 양산장치는 도 2의 중이온 조사장치 주챔버부에 (26)가로 방향과 (27)세로 방향으로 (28)이온원을 2개 이상 설치하는 것을 특징으로 한다. 이온원은 제품 양면에 이온을 입사시킬 경우, 위, 아래에 설치한다. 즉, 한개의 이온원을 사용하는 경우, 필름 혹은 성형된 제품에 입사하는 시간이 제품 특성에 따라 1시간 이상 소요되는 것이 있다. 이 경우 생산성이 떨어져 제조 단가가 상승하여 제품 경쟁력이 하락하게 된다. 이런 단점을 보완하기 위해 도 3에서 보는 바와 같이 N개의 (28)이온원을 (29)제품운송방향으로 연속적으로 배치함으로써 개당 입사시간이 1/N로 감소됨으로써 연속작업이 가능해지고 결과적으로 생산 단가가 낮아져 제품 경쟁력이 올라가게 된다. 또한 (24)주챔버 앞과 뒤에 (25)보조챔버를 설치함으로써 완성제품을 위한 전체 공정 속에 포함시킬 수 있다.
이하 본 발명에 따른 자외선 차단을 및 가시광선 투과율 조절기능 실시예이다.
실시예 1
질소 이온을 압출 후 긁힘 방지 처리된 두께 300μm 폴리카보네이트(PC) 필름에 1분, 2분 30초, 5분, 20분, 40분 동안 각각 입사시켰다. 입사된 이온빔 전류는 10mA이고, 이온빔 에너지는 40keV이며, (4)주챔버의 진공도는 8x10E-6 Torr이고, (5)보조챔버의 진공도는 5x10E-5 Torr이다. 이온빔 전류는 (14)Faraday Cup을 이용하여 측정하였고, 이온빔 에너지는 (17)Calorimeter를 이용하여 측정하였으며, 진공도는 Full range 진공게이지(13)를 가지고 측정하였다. 자외선(UV-A, UV-B) 반사율과 투과율, 가시광선 투과율은 질소이온이 입사된 폴리카보네이트 필름을 가로 2cm, 세로 2cm 로 자른 후 자외선-가시광선 분광 분석기 (신코사)를 사용하여 측정하였다. 이와 같이 하여 얻은 본 발명의 PC 필름과 종래의 PC 필름의 자외선(UV-A, UV-B), 가시광선 반사율을 비교한 결과를 표 1에 나타내었고, 자외선(UV-A, UV-B), 가시광선 투과율을 비교한 결과를 표 2에 나타내었다.
[표 1] 반사율
[표 2] 투과율
상기 표1과 2에서 나타난 것과 같이, 이온 입사 시간을 변화시킴에 따라 자외선과 가시광선의 반사율과 투과율이 조절됨을 알 수 있다.
실시예 2
압출 후 긁힘 방지 처리된 두께 300μm 폴리카보네이트(PC) 필름에 첫 번째, 수소 이온을 40분간 입사시켰고, 두 번째, 수소 이온을 20분간 입사시킨 후 제논 이온을 20분간 입사시켰고, 세 번째 제논 이온을 40분간 입사시켰다. 입사된 각각의 이온빔 전류는 10mA이고, 이온빔 에너지는 40keV이며, (4)주챔버의 진공도는 8x10E-6 Torr이고, (5)보조챔버의 진공도는 5x10E-5 Torr이다. 이와 같이 하여 얻은 본 발명의 PC 필름의 자외선(UV-A, UV-B), 가시광선 투과율을 비교한 결과를 표 3에 나타내었다.
[표 3] 투과율
상기 표3에서 나타난 것과 같이, 이온 종류와 비율을 변화시킴에 따라 자외선과 가시광선의 투과율이 조절됨을 알 수 있다.
실시예 3
각각 10keV, 20keV, 30keV, 40keV, 50keV 에너지를 갖는 질소 이온을 압출 후 긁힘 방지 처리된 두께 300μm 폴리카보네이트(PC) 필름에 40분 동안 입사시켰다. 입사된 이온빔 전류는 10mA이고, (4)주챔버의 진공도는 8x10E-6 Torr이고, (5)보조챔버의 진공도는 5x10E-5 Torr이다. 이와 같이 하여 얻은 본 발명의 PC 필름과 종래의 PC 필름의 자외선(UV-A, UV-B), 가시광선 투과율을 비교한 결과를 표 4에 나타내었다.
[표 4] 투과율
상기 표4에서 나타난 것과 같이, 이온 에너지를 변화시킴에 따라 자외선과 가시광선의 투과율이 조절됨을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변형을 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 기본적으로 자외선 차단성, 안정화 및 가시광선 투과특성을 가짐과 동시에, 차단율을 자유롭게 조절할 수 고기능성 고분자 필름을 제공하는 효과가 있으며, 부가적으로 경도가 증가하고, 기체 투과 방지 기능 및 대전방지 기능을 갖는 고분자 필름을 제공하며 이와 같은 성능을 갖는 고분자 필름을 양산할 수 있는 방법과 이를 적용한 제품의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
본 발명은 자외선 흡수제를 사용하지 않음으로써 자외선 차단 및 가시광선 투과 효과가 장기간 지속되고, 자외선 흡수안료를 사용하지 않음으로써 제품 제조 단가가 낮아지는 효과가 있다.
본 발명은 1차 압출 및 성형된 제품에 적용을 함으로써 다양한 형상 및 제품 특성을 갖는 제품에 쉽게 적용할 수 있는 효과가 있다.
[도 1] 본 발명의 자외선 조절 및 가시광선 조절용 중이온빔 조사장치 단면도
[도 2] 본 발명의 자외선 조절 및 가시광선 조절용 고분자 제품 양산장치 단면도
[도 3] 본 발명의 자외선 조절 및 가시광선 조절용 고분자 제품 양산장치의 주챔버 이온원 설치 단면도
＜ 도면 부호에 대한 설명 ＞
(1)이온원 (2)이온 수송부
(3)가속부 (4)주챔버
(5)보조챔버 (6)셔터
(7)지그시스템 (8)로드락시스템
(9)진공창 (10)고진공펌프
(11)저진공펌프 (12)게이트밸브
(13)진공게이지 (14)Faraday Cup
(15)Beam Profile Monitor (16)Beam Position Monitor
(17)Calorimeter (18)전원시스템
(19)가스시스템 (20)제어시스템
(21)냉각시스템 (22)이온빔
(23)제품 (24)주챔버 (양산장비)
(25)보조챔버 (양산장비) (26)가로 방향
(27)세로 방향으로 (28)이온원 (양산장비)
(29)제품 운송 방향
Claims (15)
- 투명 및 컬러 고분자 필름 표면에 단일 및 이종 중이온 빔 입사 시간을 변화시켜 자외선 반사율 및 투과율, 가시광선 투과율을 99％부터 5％까지 조절함에 의해 결과적으로 자외선 차단율과 투과율을 조절하고 자외선 안정화 기능 및 가시광선투과 조절 기능을 갖게 하는 방법을 특징으로 하는 고기능성 고분자 필름 제조방법.
- 투명 및 컬러(color) 고분자 필름 표면에 수소부터 우라늄까지 단일 및 이종 중이온 빔을 입사시켜 자외선 반사율 및 투과율, 가시광선 투과율을 99％부터 5％까지 조절함에 의해 결과적으로 자외선 차단율과 투과율을 조절하고 자외선 안정화기능 및 가시광선 투과 조절 기능을 갖게 하는 방법을 특징으로 하는 고기능성 고분자 필름 제조방법.
- 투명 및 컬러 고분자 필름 표면에 입사된 단일 및 이종 중이온 빔 에너지를 1eV부터 1MeV까지 변화시켜 자외선 반사율 및 투과율, 가시광선 투과율을 99％부터 5％까지 조절함에 의해 결과적으로 자외선 차단율과 투과율을 조절하고 자외선 안정화 기능 및 가시광선 투과 조절 기능을 갖게 하는 방법을 특징으로 하는 고기능성 고분자 필름 제조방법.
- 긁힘 방지 처리된 투명 및 컬러 고분자 필름 표면에 청구항 1), 2), 3)을 적용하여 자외선 반사율 및 투과율을 조절함에 의해 결과적으로 자외선 차단과 안정화 기능, 가시광선 투과 기능 및 긁힘 방지 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 고기능성 고분자 필름 제조방법.
- 김서림 방지 처리된 투명 및 컬러 고분자 필름 표면에 청구항 1), 2), 3)을 적용하여 자외선 반사율 및 투과율을 조절함에 의해 결과적으로 자외선 차단과 안정화 기능, 가시광선 투과기능 및 김서림 방지 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 고기능성 고분자 필름 제조방법.
- 청구항 1), 2), 3), 4), 5)에 의한 고기능성 고분자 필름 제조방법을 양산공정에 적용하기 위해 2대 이상의 이온원을 연속적으로 장착하여 고분자 필름을 양산하는 것을 특징으로 하는 고기능성 고분자 필름 양산 제조방법.
- 청구항 1), 2), 3), 4)에 의해 제조된 고분자 필름을 이용하여 자외선 차단 및 가시광선 투과용 유모차 차양막을 제조하는 것을 특징으로 하는 유모차 차양막 제조방법.
- 청구항 1), 2), 3), 4)에 의해 제조된 고분자 필름을 이용하여 자외선 차단, 안정화 기능 및 가시광선 투과 조절 기능을 갖는 식료품 포장 용기를 제조하는 것을 특징으로 하는 식료품 포장 용기 제조방법.
- PET, PC, PE 등 고분자 수지를 성형하여 제조한 음료용기에 청구항 1), 2), 3), 4)를 적용하여 자외선 차단, 안정화 기능 및 가시광선 투과 조절 기능을 갖는 음료용기를 제조하는 것을 특징으로 하는 음료용기 제조방법.
- 사출 성형된 샤프 컷 필터(Sharp Cut Filter)에 자외선(UV) 광을 차단하면서 가시광선을 투과시키고, UV광 노출에 의해 유발되는 광학 및 기계적 특성의 열화에 대해 포함된 물질을 안정시키기 위해 1), 2), 3), 4)를 적용하여 자외선 차단, 안정화 기능 및 가시광선 투과기능을 갖는 UV필터 소자를 제조하는 것을 특징으로 하는 UV필터 소자 제조방법.
- 사출 성형된 CD 케이스에 청구항 1), 2), 3), 4)를 적용하여 자외선 차단, 안정화 기능 및 가시광선 투과 조절 기능을 갖는 CD 케이스를 제조하는 것을 특징으로 하는 CD 케이스 제조방법.
- 고분자 수지를 이용하여 사출 성형된 화장품 용기에 청구항 1), 2), 3), 4)를 적용하여 자외선 차단, 안정화 기능 및 가시광선 투과 조절 기능을 갖는 화장품 용기를 제조하는 것을 특징으로 하는 화장품 용기 제조방법.
- 고분자 수지를 이용하여 사출 성형된 보석 보관용기에 청구항 1), 2), 3), 4), 5)를 적용하여 자외선 차단, 안정화 기능 및 가시광선 투과 조절 기능을 갖는 보석 보관용기를 제조하는 것을 특징으로 하는 보석 보관용기 제조방법.
- 고분자 수지를 이용하여 사출 성형된 약품 용기에 청구항 1), 2), 3), 4)를 적용하여 자외선 차단, 안정화 기능 및 가시광선 투과 조절 기능을 갖는 약품 용기를 제조하는 것을 특징으로 하는 약품 용기 제조방법.
- 고분자 수지를 이용하여 사출 성형된 핸드폰 케이스에 청구항 1), 2), 3), 4)를 적용하여 자외선 차단, 안정화 기능을 갖는 핸드폰 케이스를 제조하는 것을 특징으로 하는 핸드폰 케이스 제조방법.
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2004
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