KR20070092258A - 낮은 열전도성, 감소된 밀도, 및 낮은 태양광 흡수율을가지는 어두운 평탄 부재 - Google Patents

낮은 열전도성, 감소된 밀도, 및 낮은 태양광 흡수율을가지는 어두운 평탄 부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 어두운 평탄 부재(dark flat element)에 관한 것으로, 바람직하게는, 감소된 밀도, 낮은 열전도성, 및 낮은 태양광 흡수율을 가지는, 플라스틱, 래커(lacquer) 코팅, 또는 섬유 소재로 형성된 어두운 평탄 부재에 관한 것이다. 상기 평탄 부재는 가시 광선 영역에서의 어두운 착색에도, 근적외선 영역에서 태양광에 의한 가열을 감소시키기 위해, 전자파 스펙트럼의 근적외선 영역에서 사대적으로 높은 반사율을 가진다. 상기 평탄 부재에 경량 충전 재료를 삽입하여 낮은 밀도와 낮은 열전도도를 얻을 수 있다. 상기 평탄 부재는 심미적 또는 기술적 이유로 어둡게 착색된 표면에 대해서 사용되며, 태양광에 의해 가열되지 않으며, 손이나 신체의 다른 부분으로 건드렸을 때 적은 열만을 발산한다. 본 발명의 다른 응용예에 의한 표면은 상기 특성에 더하여 단열 효과를 가진다.

Description

낮은 열전도성, 감소된 밀도, 및 낮은 태양광 흡수율을 가지는 어두운 평탄 부재 {DARK, FLAT ELEMENT HAVING LOW HEAT CONDUCTIVITY, REDUCED DENSITY AND LOW SOLAR ABSORPTION}
본 발명은 어두운 평탄 부재(dark flat element)에 관한 것으로, 바람직하게는, 감소된 밀도, 낮은 열전도성, 및 낮은 태양광 흡수율을 가지는 플라스틱, 래커(lacquer) 코팅, 또는 섬유 소재로 형성된 어두운 평탄 부재에 관한 것이다.
심미적 또는 기술적 이유로 어둡게 착색되거나 코팅되고, 태양광에 노출되는 표면은, 색의 강도에 따라 태양광 조사의 영향 하에서 다소 가열되어 일반적으로 불편한 특성을 가진다.
어두운 표면, 특히 승용차, 트럭, 버스, 또는 기차 내부 등의 차량 내에서와 같은 좁은 공간에서의 태양광 가열은 매우 불편한 것으로 인식된다. 이러한 어두운 표면은 태양광 흡수 정도에 따라서 다소 가열되며, 그 흡수한 열을 열복사와 내부의 공기 교환에 의해 방출한다. 따라서, 여름에 태양 아래에서 몇 시간을 서 있게 되는 승용차의 스티어링 휠은 80℃ 이상으로 가열될 수 있다.
차량의 창이 5 내지 50 ㎛의 장파장의 적외선 열복사 영역에서 투광성이 아니고, 또한 일반적으로 주차된 차량에서는 창이 닫혀 있어서 공기 교환이 발생할 수 없기 때문에, 일단 차량 내의 어두운 표면에 의해 흡수된 태양 에너지는 상기 차량으로부터 직접 벗어날 수는 없다.
밝은 색의 프런트-컴파트먼트(front-compartment)는 윈드쉴드에 반사되어 차량으로부터의 시야에 부정적 영향을 미치게 되므로, 차량에서 어둡게 착색된 표면은 부분적으로 기술적인 이유에 기인한다.
밝은 표면은 쉽게 더럽혀지므로, 시트 표면은 심미적, 기술적 이유로 어두운 것이 바람직하다.
이러한 어두운 표면은 상대적으로 열저장용량이 높아서, 차량 내부가 빠르게 가열되도록 한다. 열용량과 열전도성이 높은 재료일수록, 더 많은 태양에너지가 그 재료 내에 저장될 수 있다. 이때, 열 방출은 열복사나 공기를 통한 대류를 통해 천천히 이루어진다. 가열된 공기는 운전 중에 창문을 열어서 비교적 신속하게 교환될 수 있는 반면에, 예컨대 프런트-컴파트먼트 또는 대시보드 지지대 등의 저장된 열이 비게 될 때, 즉 냉각될 때까지는, 차량의 점유자는 복사열에 노출된다. 이러한 열복사는 차량 작동 중에 에어컨디셔너를 통해서만 상쇄될 수 있다. 최신 에어컨디셔너조차도 작동 중에는 차량의 연료 소모량을 약 10% 증가시키는 단점이 있다. 높은 열 흡수에 추가하여, 이러한 어두운 표면의 경우 그 무게로 인해 차량 연료 소모에 기여하므로, 벌크 밀도를 낮추어서 중량을 낮추는 것이 바람직하다.
어두운 표면 응용의 다른 분야는 주택의 플라스틱 외장이나 플라스틱 창틀이 있으며, 이는 특히 미국에서 일반적이다. 이러한 외장 및 창틀은 매우 어두운 색은 아니지만, 평균적인 채색보다는 매우 높은 태양광 흡수 용량을 나타낸다. 따라 서 이들 외장과 창틀은 태양 복사의 영향 하에서 강하게 가열되고, 이는 재료의 피로 및 노화를 유발한다. 이들 외장과 창틀의 열전도성은 너무 높아서 건물의 단열에 긍정적으로 기여하지 못한다.
다른 응용 분야는, 예컨대 미국의 경우 역청 슁글(shingle)이나 콘크리트 슁글을 포함하는 지붕이다. 이러한 지붕 슁글은 대부분 어두운 녹색, 회색, 및 적색으로 유지되며, 이들의 태양광 흡수는 일반적으로 80%보다 크다. 여기서도, 높은 태양광 흡수는 빠른 재료 피로를 초래하며, 특히 역청 슁글의 경우, 예컨대 우박과 같은 가혹한 기상 여건에서 주택에 대한 더 이상의 보호를 제공하지 못할 수 있다. 더구나, 이러한 지붕 외장의 열 저항은 너무 낮아서, 지붕의 단열에 이롭게 기여할 수 없다.
미국 특허 제4,272,291호(Shetern 등)에는 열반사 코팅에 대해 기재되어 있는데, 상기 열반사 코팅은 날씨 영향에 대해 보호를 하고, 금속 표면, 특히 연료 탱크 표면의 가열을 감소시킬 것으로 기대된다. 이는 바인더 함유 코팅 형성물 내의 무기 금속 조합물의 상호 작용에 의해 수행되는 것으로 여겨진다. 하지만, 이러한 코팅은 단열 효과가 없다는 단점이 있다.
단열 효과를 가지는 코팅은 일본 무심사 특허 출원 JP11-323197 (출원 번호 제10-130742호)로부터 공지되었으며, 열복사에 비해 우수한 방출 특성 및 장파장 특성을 가지며, 열 효과가 큰 것에 비해서는 절연 특성도 가진다. 상기 코팅은 세라믹 재료로 형성된 투명하거나 광투과성의 진공 구를 가지며, 세라믹 버블의 밀집 구조 및 막 형태의 코팅을 적용한 후에 평탄한 형태를 보장할 것으로 기대되는 구 조를 유지하는 보조 수단을 가진다. 아크릴아미드 유도체, 폴리에틸렌 왁스, 벤토나이트와 실리카 분말은 상기 보조 수단용으로 적절할 것으로 기대된다. 하지만, 셀룰로즈, 아크릴산 폴리머, 및 폴리비닐 알콜도 적절하다. 이러한 코팅은 상기 속이 빈 버블을 30 내지 60% 포함한다.
일본 무심사 특허 출원 JP2000-129172(출원번호 제10-305968호)에서도 열 영향으로부터 보호하기 위한 코팅을 개시하고 있다. 기후에 대해 우수한 내성을 가지는 지지 재료에 특수한 안료가 결합되었다. 근적외선 영역에서 탁월한 반사 특성을 가지는 내열 코팅은 상기와 같이 제조되며, 상기 코팅 전체가 검은 색이나 어두운 색으로 형성될 때 상대적으로 적게 가열된다. 이러한 목적으로 채택된 안료는 가시광선 영역의 빛을 흡수하며, 근적외선 영역의 빛을 반사한다. 지지 재료로 는 아크릴 수지가 사용된다. 이 경우에도 마찬가지로, 상기 코팅은 단열 특성을 가지지 않는다. 상기 코팅의 밀도 및 열전도에 대한 암시는 이들 문헌으로부터 도출될 수 없다.
열복사의 파장 범위에서 낮은 열 방출과 높은 반사용량을 가지는 코팅 재료는 DE-A14418214로부터 공지되었다. 이 코팅은 열복사의 파장 범위, 특히 3 내지 50㎛의 범위에서 높은 투광성을 가지는 바인더를 포함하며, 상기 파장 범위에서 높은 투광성을 가지며, 열복사 파장 영역에서의 굴절률이 상기 바인더의 굴절률과는 다른 분말을 포함한다.
두 파장 영역에서 반사 특성을 가지고, 제3 파장 영역에서 흡수 특성을 가지는 코팅은 EP0804513B1에 의해 보호된다. 이 코팅은 본질적으로 40%보다 큰 투명 성을 가지며, 0.38 내지 0.75 ㎛의 파장 범위(제1 파장 범위)와 5 내지 100 ㎛의 파장 범위(제3 파장 범위)에서 2.0 미만의 굴절률 n을 가지는 바인더를 함유한다. 소정의 두께와 면적, 및 상기 제3 파장 영역에서 40%보다 큰 반사용량 R을 가지는 라멜라(lamellar) 분말은 상기 바인더 내에 함유된다. 상기 바인더는 또한 상기 제1 라멜라 분말을 부분적으로 덮고, 제1 및 제3 파장 영역에서 40% 보다 큰 투명성을 가지고, 0.8 내지 2.5 ㎛의 파장 영역(제2 파장 영역)에서 20% 보다 큰 흡수성을 가지며, 제1 파장 영역에서 소정의 굴절률을 가지는 제2 분말을 함유한다. 이러한 코팅은 건물 또는 탱크의 벽, 지붕, 또는 외벽 페인트에 사용될 수 있다.
주택 및 건물에서 에너지 절약을 위해 적합하고, 내부 및 외부 영역에서 태양 에너지를 흡수할 수 있고 열적외선의 장파장 영역에서 직접 방출하지 않는 코팅 재료가 EP0942954B1에 개시되어 있다. 이 코팅 재료는 높은 투명성을 가지는 바인더, 특히 열 적외선 파장 영역에서 반사성의 작은 판 형태의 제1 분말, 및 상기 파장 영역에서 후방 산란하며 소정의 전도성을 가지는 제1 구형 입자를 포함하며, 및/또는 건조 상태에서 캐비티(cavity)를 가지고 열적외선 영역에서 소정의 전도성을 가지며 상기 파장 영역에서 후방 산란 및/또는 반사하는 제2 구형 분말을 포함한다. 이러한 코팅 재료는 또한 가시광선 파장 영역에서 반사 및/또는 후방 산란하며, 열적외선 파장 영역에서 소정의 전도성을 가지며, 단결정 형태인 제2 분말을 포함한다. 추가적인 성분으로, 열적외선 영역에서 소정의 전도성을 가지고 건조 상태에서 캐비티를 가지는 폴리머 안료, 전기 전도성이며 열적외선 영역에서 제한된 흡수성을 가지는 제3 구형 입자를, 코팅에 있어서 일반적으로 사용되는 공지된 첨가제와 함께 포함한다.
유럽 특허 1137722B1은 적외선 영역에서 태양 에너지를 덜 강하게 흡수하고 낮은 열 방출을 하는, 스펙트럼 선택적인(spectrally selective) 코팅에 관한 것이다. 이 코팅은 차량의 프런트-컴파트먼트 표면에 특히 적합하며, 근적외선 파장 영역에서 소정의 전도성을 가지고, 열적외선 파장 영역에서도 소정의 전도성을 가지는 바인더를 포함하는 3개의 성분에 의해 특징지어 진다. 제2 성분은, 가시광선 파장 영역에서 광을 흡수하고, 근적외선 영역에서는 40% 이상의 후방 산란을 하며, 열적외선 파장 영역에서는 60% 이하의 광흡수를 하는 제1 안료로 대표된다. 제3 성분은 열적외선 파장 영역에서 후방 산란 및/또는 40% 이상의 반사를 하는 제2 안료로 대표된다.
낮은 태양광 흡수성의 코팅은 US2004/0068046A1에 공지되었다. 이 코팅은 충전제(filler) 외에 본질적으로 4개의 성분, 즉 바인더, 제1 안료, 제2 안료, 및/또는 제3 안료를 포함한다. 바인더 성분은 자외선, 가시광선, 및 근적외선 영역에서 60%보다 큰 투명도를 가져야하며, 열적외선 영역에서 70% 미만의 투명도를 가진다. 제1 안료는 300 내지 2,500 nm 파장 영역에서 70% 초과의 투명성을 가지는 것을 특징으로 하며, 입자 크기는 근적외선 파장 영역에서 후방 산란의 양이 70%가 넘도록 선택된다. 제2 안료는 가시광선 파장 영역에서 스펙트럼 선택적으로 흡수하여야 하며, 근적외선 영역에서 50%를 넘는 투명도, 열적외선 영역에서 40%를 넘는 흡수성을 가진다. 제3 안료는 가시광선의 스펙트럼 선택적 영역에서 흡수를 하며, 및/또는 가시광선 파장 영역에서 50%를 흡수하며, 근적외선 영역에서는 반사를 한다. 적용된 충전재는 바인더 매트릭스의 굴절률을 감소시키는 기능을 하며, 바인더 매트릭스는 가스나 공기로 속이 채워진 미소구(microsphere)를 포함하며, 소정의 입자 크기를 가진다. 이러한 코팅은 기술적 혹은 심미적 이유로 유색의 어두운 표면에 특히 적합하며, 동시에 태양광에 노출되면 급속히 가열된다.
독일 특허 DB10204829C1에는 금속으로 제조된 평탄한 건축 부재에 대해 기재하고 있으며, 상기 건축 부재는 외부 표면은 코팅되어 근적외선 영역의 태양광을 반사하며, 그 내부 표면은 낮은 열복사 방출을 한다. 이러한 평탄한 건축 부재는 제1 외부 표면 상에, 금속 부식을 방지하며, 320 내지 1,200 nm 파장 영역의 태양광을 평균 60% 반사하는 제1 코팅을 가진다. 상기 제1 외부 표면은, 가시광선 파장 영역에서 60% 미만의 반사율을 가지며, 근적외선 파장 영역에서 60%를 넘는 반사율을 가지는 제2 코팅을 가진다. 상기 건축 부재의 제2 내부 표면은 금속 부식 방지를 위한 제1 코팅을 가지며, 열적외선 파장 영역에서 낮은 방출과 0.75ㅀ 미만의 방출을 하는 제2 코팅을 가진다.
본 발명의 과제는 상기 응용 분야에서 일반적인, 특히 상대적으로 어두운 표면을 형성하려는 것으로, 태양광을 덜 흡수하고 덜 가열되는 표면을 형성하려는 것이다.
이러한 과제는 낮은 열전도성을 가지고, 감소된 밀도와 낮은 태양광 흡수를 하는, 어두운, 평탄 부재를 가지는 본 발명에 의해 해결된다. 상기 평탄 부재는, a)지지 재료(support material)와 그 안에 포함된 성분의 조합물을 하나 이상 가지며, b)상기 조합물은 0.4(W/m-K) 미만의 열전도성과 c)1.4 g/㎤ 미만의 벌크 밀도를 가지며, d)상기 부재는 400 내지 700 nm의 가시광선 파장 영역에서 50% 미만의 평균 반사율을 가지고, e)상기 부재는 700 내지 1,000nm의 근적외선 파장 영역에서 50%보다 큰 평균 반사율을 가지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 변형예는 종속항으로부터 자명할 것이다.
본 발명에 의한 부재의 다양한 응용예에서, 낮은 열전도성과 낮은 밀도를 동시에 가지며, 보이지 않는 근적외선 영역에서 재료 표면 상에 가능한 가장 높은 반사율을 가지는 재료의 조합물이 몇가지 시너지적인 효과를 나타낸다는 것이 놀랍게도 발견되었다. 따라서, 어두운 물체, 예컨대 승용차 스티어링 휠은, 이 물체의 표면이 근적외선 영역에서 반사될 때, 확실히 덜 뜨겁게 된다. 예컨대 차가 태양광에 충분히 오래 노출될 때, 상기 스티어링 휠은 내부 공기의 수준으로 대류적으로 가열된다. 하지만, 동시에 감소된 스티어링 휠의 열전도성과 밀도 때문에, 주위 공간이 고온이 되는 경우라도, 스티어링 휠은 쉽게 가열되지 않으며, 별 어려움 없이 붙잡을 수 있다.
근적외선 영역에서 높은 표면 반사율을 가지고, 전체 배치에 있어서 낮은 열전도성과 밀도를 가지는, 본 발명에 의한 상기 조합물을 이용한 건축 기술분야의 전형적인 응용예에서도, 놀랄만한 시너지 효과가 얻어진다. 따라서, 본 발명에 따르는 부재의 특성을 가지는 PVC로 제조된 벽 패널은 일반적인 PVC 벽 패널에 비해 덜 뜨겁게 된다. 반면에, 패널의 열전도도와 밀도는 상대적으로 낮기 때문에, 건물에 있어서 열전도에 의한 태양 에너지 흡수가 줄어들게 된다. 또한, 상대적으로 낮은 표면 온도 및 느린 온도 변화는 전체 배치에 있어서 열 관련된 재료 피로 형상을 감소시킨다.
플라스틱, 래커 코팅, 수경(水硬) 바인더, 및/또는 그 합성물을 포함하는지지 재료가 특히 바람직한 것으로 증명되었다. 지지 재료로서의 플라스틱에 대해서는, 일련의 폴리아미드, 폴리아세테이트, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리에틸렌류, 폴리프로필렌, 및 폴리이소프로필렌에서 선택되거나, 스티렌 폴리머, 아크릴로니트릴/부타디엔/스티렌 ABS 류, 폴리스티렌, 스티렌/부타디엔, 스티렌/아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴/스티렌/아크릴에스테르에서 선택되거나, 활 폴리머, 폴리술폰 류, 폴리에테르-술폰, 폴리페닐술폰에서 선택되거나, 플루로플라스틱, PTFB(polytetrafluroethylene)류, 및 PVDF(polyvinylidene fluoride)에서 선택되거나, 폴리이미드, 폴리메틸메카크릴레이트 PMMA, 폴리비닐 클로라이드 류에서 선택되거나, 실리콘, 실리콘 고무, 에폭시 수지에서 선택되거나, 폴리머 블렌드, 폴리페닐렌 산화물 류, 폴리카보네이트-ABS에서 선택되거나, 멜라민-페놀릭 수지, 폴리우레탄, 및 이들의 적절한 혼합물로부터 선택되는 것이 바람직하다. 반응성 가교성(crosslinking) 플라스틱 및 열가소성 플라스틱의 지지 재료 모두가 특히 바람직한 것으로 확인되었다.
만일 래커 코팅이 본 발명에 의한 부재의 성분 a)를 지지 재료로서 포함한다면, 그 래커 코팅은, 일련의 수성 바인더, 바람직하게는 알키드, 폴리에스테르 폴리아크릴레이트, 에폭사이드, 에폭사이드 에스테르로 형성된 수용성 바인더, 수용성 분산액, 및 에멀젼으로부터 형성되며, 바람직하게는 분산액과 에멀젼은 아크릴레이트, 스티렌-아크릴레이트, 에틸렌-아크릴 산 공중합체, 메타크릴레이트, 비닐피롤리돈-비닐 에세테이트 공중합체, 폴리비닐피롤리돈, 폴리이소프로필 아크릴레이트, 폴리우레탄, 실리콘, 폴리비닐 아세테이트에 기초하며, 왁스 분산액은 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, Teflon, 합성 왁스, 불소 첨가 폴리머, 수용액 내의 불소 첨가 아크릴 공중합체, 플루오로실리콘에 기초하여, 말단(terminal), 측쇄(lateral), 및/또는 주체인 내(intrachenar)인 불소 변성 폴리우레탄 수지에서 선택될 수 있으며, 바람직하게는 폴리우레탄 분산액 및 폴리우레탄-폴리머 하이브리드 분산액 및 이들의 혼합물에서 선택될 수 있다.
하지만, 상기 래커 코팅은 이하의 바인더로부터도 형성될 수 있다. 즉, 일련의 용매 함유 바인더, 바람직하게는 아크릴레이트, 스티렌-아크릴레이트, 폴리비닐, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 스티렌 공중합체, 알키드 수지, 포화 및 비포화 폴리에스테르, 하이드록사이드 작용성 폴리에스테르, 멜라민-포름알데히드 수지, 폴리이소시아네이트 수지, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 플루로폴리머, 실리콘, 클로로설피네이티드 폴리에틸렌, 불화 폴리머, 불화 아크릴 공중합체, 불화실리콘, 플라스티졸, PVDF(polyvinyllidene fluoride)로부터 선택되어, 말단, 측쇄, 및/또는 주체인 내인 불소 변성 폴리우레탄 수지, 바람직하게는 폴리우레탄 분산액 및 폴리우레탄 폴리머 하이브리드 분산액 및 이들의 혼합물에서 선택될 수 있다. 퍼플루오로알킬 및/또는 폴리헥사플루오로프로펜 산화물 그룹의 말단 및/또는 측쇄 및/또는 주체인 내의 불소 변성 폴리머는 "말단 및 측쇄 및/또는 주체인 내의 불소 변성 폴리우레탄 수지"라는 표현으로 특정지어진다.
지지 재료에 관해서, 본 발명의 다른 실시예는 동물 가죽을 섬유 소재로서 상기 부재에 사용하는 것을 포함한다.
본 발명의 고안의 다른 바람직한 수정예는 상기 수경 바인더가 시멘트, 칼슘, 황, 또는 무수석고, 바람직하게는 콘크리트, 모르타르, 또는 석고 계열의 혼합물인 경우이다.
상기 합성물에 대해서, 인조 및/또는 천연 섬유를 포함하며, 바람직하게는 플라스틱 및/또는 세라믹으로 제조된 인조 섬유, 특히 유리 및/또는 탄소 및/또는 양털, 면, 사이잘, 삼(hemp), 및 셀룰로즈로 제조된 인조 섬유를 포함한다.
그리고, 상기 지지 재료에 포함된 성분은 하기 그룹에서 선택될 수 있다.
a)무기 및/또는 유기 경량 충전재(light filler)로서 바람직하게는 상기 지지 재료의 밀도와 열전도성을 감소시키는 충전재, b)공기, 질소, 이산화탄소, 비활성 가스 등의 기체로서, 상기 지지 재료의 공공(cavity)을 형성하며 상기 지지 재료의 밀도 및 열전도성을 감소시키는 기체, c)400 내지 700 nm의 가시광선 파장 영역에서 스펙트럼 선택성을 가지고 반사하며, 700 내지 1000 nm의 근적외선 파장 영역에서 50%보다 큰 평균 투명성을 가지는 염료, d)400 내지 700 nm의 가시광선 파장 영역에서 스펙트럼 선택성을 가지고 반사하며, 700 내지 1000 nm의 근적외선 파장 영역에서 50%보다 큰 평균 투명성을 가지는 제1 안료, 및/또는 e)400 내지 700 nm의 가시광선 파장 영역에서 스펙트럼 선택성을 가지고 반사하며, 700 내지 1000 nm의 근적외선 파장 영역에서 50%보다 큰 평균 투명성을 가지는 제2 안료, f)표면 처리되거나 표면 코팅될 수 있는 무기 및/유기 나노재료.
"나노재료" 또는 "나노입자"라는 용어는 일반적으로, 전체 크기가 100 nm 보다 작고 하한값은 정해지지 않은 구형 등의 형상을 가지는 입자를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 나노재료는 대개 나노입자로 구성되거나 대부분 나노입자를 포함하며, 그 크기와 관련해서, 원자 구조와 연속적인 거시 구조의 전이 영역에 위치한다. 무기 나노입자의 전형적인 예는 나노스케일 이산화 규소, 이산화 티타늄, 아연 산화물, 실리카 졸, 워터 글래스, 금속 콜로이드, 및 안료이며, 이들은 기능화될 수 있다. 분산액, 특히 미세 입자 분산책, 폴리우레탄 분산액, 및 코어-쉘 분산액 뿐만 아니라, 안료, 덴드리머, 및 선택적으로 기능화된 하이퍼브랜치 폴리머 등은 무기 나모재료의 전형적인 예이다. 본 발명의 경우, Degussa AG 사의 Aerosil 시리즈의 충전재가 무기 나노재료로서 특히 적합하다는 것이 확인되었다. 하지만, 가시광선 및 근적외선 영역에서 흡수하지 않고, 입자 크기가 100 nm 미만인 모든 충전재는 일반적으로 적합하다.
지지 재료에 포함된 성분, 특히 상기 c) 내지 e)의 성분의 선택은 보통 기술적인 방법을 통해 이루어진다. 표면 뿐 아니라 안료, 충전재의 반사율은 대개 분광계, 예컨대 320 내지 1100 nm의 스펙트럼 민감도를 가져서 (가시광선 영역을 넘어서는) 자외선 영역부터 근적외선 영역까지 커버하는 The Avantes 사의 PC2000 PC-plug-in 분광계로 측정된다. 표면 반구의 후방 산란은 상기 분광계에 연결된 Ulbright 구에 의해 측정되며, 반사율이 결정된다. 여기서, 거의 100%의 반사율을 나타내는 바륨-황 플레이트가 기준이 된다. 분말 형태의 안료 및 충전재의 측정에 있어서, 이들 분말은 상기 파장 영역에서 투광성인 폴리에틸렌 백에 채워진다. 층의 반사율과 이 층의 전도성을 구분할 수 있도록, 상기 층은 흡수성의, 예컨대 검은 배경에서 한 번 측정되고, 100% 반사성의, 예컨대 흰 배경에서 한 번 측정된다.
특히 경량 충전재는 그 밀도가 0.5g/㎤ 미만인 것이 바람직하다.
바람직한 부재는, 그 성분 a)는 첨가 성분로서, 세라믹 재료, 유리, 또는 플라스틱으로 제조되는 할로우(hollow) 미소구를 함유한 지지 재료를 포함하며, 유리 또는 기타 주위 재료로 형성되는 상기 할로우 미소구의 밀도는 0.4g/㎤ 미만이며, 플라스틱으로 구성되는 할로우 미소구의 밀도는 0.2g/㎤ 미만인 것이 바람직하다.
본 발명의 착상의 바람직한 수정예로는 상기 경량 충전재가 0.2g/㎤ 미만의 밀도를 가지는 할로우 미소구로부터 형성되며, 상기 지지 재료는 80 내지 160℃로 가열된다.
본 발명에서, 바람직하게 고려되는 염료는, 수용성 염료이며, 산성 염료, 직접 염료, 염기성 염료, 현상 염료, 황 염료, 및 아닐린 염료에서 선택되며, 혹은 용매나 자폰(zapon) 염료에 의해 용해되는 염료 그룹의 염료에서 선택된다.
상기 제1 안료는 바람직하게는 일련의 유기 안료에서 선택되며, 바람직하게는 아조(azo) 안료, 예컨대 모노아조, 디스아조, a-나프톨, 나프톨-AS, 레이크드 아조, 벤즈이미다졸론, 디스아조 농축액, 금속 복합체, 이소인돌리논에서 선택되며, 폴리사이클릭 안료, 바람직하게는 프탈로사이닌, 퀴나크리돈, 페릴렌, 페리논, 티오인디고, 안스라퀴논, 안스라피리미딘, 플라반스론, 피란스론, 인단스론, 안단스론, 디옥사진, 트리아릴카보늄, 퀴노프탈론, 디케토-피롤로-피롤 안료, 이소인돌린 안료로부터 선택된다.
제2 안료에 관해서는, 본 발명은 무기 안료를 포함한 변형을 고려한다. 그 변형은 카드뮴, 비스무스, 크롬, 울트라마린 안료, 코팅된 판 형태의 미카 안료, 특히 루틸 상과 스피넬 상이 혼합된 형태의 안료로부터의 금속 산화물 및 수산화물을 포함한다.
최종적으로, 본 발명은 상기 지지 재료에 추가적인 입자가 포함될 수 있으며, 이들 추가 입자는 400 내지 1000 nm의 파장 영역에서 70%보다 큰 반사율을 가진다. 이들 추가 입자는 무기 안료의 군에서 선택되는 것이 바람직하며, 금속 산화물, 금속 황산염, 금속 황화물, 금속 불화물, 금속 규산염, 금속 탄산염, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
상기 추가 입자는 분해 가능한 재료의 군에서도 선택될 수 있으며, 칼슘 탄산염, 마그네슘 탄산염, 활석, 지르코늄 규산염, 지르코늄 산화물, 알루미늄 산화물, 천연 바륨 황산염, 및 이들의 혼합물이 포함될 수 있다.
상기 평탄 부재의 본질적인 특징은 그 내부에 성분을 포함하는 지지 재료의 조합물의 열전도성에 나타난다. 이러한 관점에서, 전체 부재의 열전도도는 0.3 (W/m-k) 미만, 특히 0.2 (W/m-k) 미만인 것이 바람직하다.
또한, 전체 부재의 벌크 밀도는 1.2 g/㎤ 미만, 특히 1.0 g/㎤ 미만인 것이 유리하다.
본 발명의 다른 본질적인 특징은 400 내지 700 nm 가시광선 파장 영역에서 상기 부재의 평균 반사율에서 나타난다. 그 값은 특히 40% 미만이다.
특허 청구된 부재의 바람직한 실시예는 700 내지 1000 nm 근적외선 파장 영역에서 60% 보다 큰 평균 반사율을 나타낸다.
본 발명에 있어서, 상기 경량 충전재가 700 내지 1000 nm 근적외선 파장 영역에서 10%까지 상기 부재의 반사율을 증가시키는지 고려한다.
본 발명에 의하면, 상기 조합물 a)는 b)(열전도성) 및 c)(벌크 밀도)의 특징을 가져야 한다. 이러한 지지 재료의 조합물과 포함된 성분은, 열전도성 및 벌크 밀도 특성에 추가하여, 또한 d) 및/또는 e)의 특성을 가질 수 있다.
상기 부재 자체는 본 발명에 의하면, 적어도 두 층을 포함하며, 이 경우 적어도 한 층은 조합물 a)로 구성된다.
조합물 a)는 첨가된 성분이 없는 지지 재료의 층과 결합할 수 있으며, 이 역시 본 발명의 고려 대상이다.
상기 부재의 동일하거나 다른 변형예가 적어도 두 층에서 서로 결합하는 것도 특히 바람직하게 고려될 수 있다. 상기 부재는 바람직하게는 투명 형태의 추가 래커 코팅을 더 포함할 수도 있다.
상기 부재와 관련하여, 조립체, 장치, 또는 층의 형태로 지지 기판과 결합될 수 있으며, 전체로서 지지하는 배치를 나타낼 수 있다.
무엇보다도, 특허청구된 어두운, 평탄 부재는 필수적으로 그 내부에 성분을 포함한지지 재료의 조합물을 포함하며, 이 조합물은 소정의 열전도도와 특정 벌크 밀도를 가진다. 이 부재는 이러한 조합물 a)만으로 이루어질 수 있으며, 추가 성분을 반드시 필요로 하지 않을 수도 있지만, 또한 추가 성분을 가질 수도 있다. 상기 부재 자체는 예컨대 차량 내부 장치를 위한 특별 처리된 가죽, 플라스틱 몰드일 수 있으며, 또는 클래딩 패널이나 슁글일 수 있다. 다양한 변형예에 기초하여, 상기 청구된 부재는 베이스나 지지 구조를 포함하며, 상기 조합물 a)가 그 위에 부착되거나 묶여질 수 있다. 하지만, 상기 평탄한 전체 부재는 반드시 어두운 색이어야 하며, 이는 필수적인 특성 d)에 의해 규정되며, 즉 400 내지 700 nm의 가시광선 파장 영역에서 50% 미만의 낮은 평균 반사율을 가진다. 청구항 1의 기재로부터, 본 발명의 실제 과제가 특징지어지며, 본 발명은 클래딩이나 코닝에 한정되는 것은 아니며, 베이스 또는 지지 구조 또는 프리머(primer) 층 및 지지 재료와 그 안에 포함된 성분이 이들 위에 위치하는 조합물을 포함하여, 본 발명의 다양한 실시예가 가능함은 명백할 것이다.
이하의 실시예는 본 발명의 장점을 설명한다.
실시예들에서 설명되는 재료 샘플을 통하는 열 흐름이 도 1, 도 3, 및 도 4에 도시된다. 뮌헨의 Wuntronic 사의 제품으로, 25 x 25 mm를 측정하는 일반적인 열 플럭스 센서 F-035-2가 이들 측정에 사용되었으며, 열 플럭스에 등가인 전압을 인가한다. 도 2 및 도 5 내지 도 11은 측정 결과로서, 400 내지 980 nm 파장 영역에서 대응되는 실시예에 대한 샘플의 스펙트럼 반사를 도시한다. The Avantes 사의 제품이며, 320 내지 1100 nm의 스펙트럼 민감도를 가지는, PC 플러그-인 되는 분광계 PC 2000이 측정 장치로서 사용되었으며, Ulbricht 구가 표면 반구의 후방 산란을 측정하기 위해 연결되었다.
실시예 1
자동차 시트를 위한 가죽의 채색 및 코팅:
가죽이 바젤의 TFL Ledertechnik사의 염료 Sella Cool Black 10286에 의해 검게 착색되었다.
다음과 같은 검은 코팅이 준비되었다.
바젤의 TFL Ledertechnik사의 Roda Cool Black 안료 15.00g
바젤의 TFL Ledertechnik사의 Roda Car B32 60.00g
바젤의 TFL Ledertechnik사의 Roda Car P64 10.00g
물 10.00g
Akzo Noble사의 할로우 미소구 Expancel 091 DE 1.20g
상기 코팅은 닥터 블레이드를 이용하여 100㎛의 두께의 층으로 세 번 도포되고, 각 층은 실험실 노(爐)에서 건조된다.
상기와 같이 코팅된 검은 가죽은 표준 방식으로 착색된 동일 타입의 코팅된 가죽 조각과 함께 실험실 노에 놓여지며, 80℃로 가열된다. 상기 가죽 조각은 노에서부터 제거되며, 가죽 샘플로부터 상온의 1 kg의 납조각으로 흐르는 열 플럭스가 측정된다. 뮌헨의 Wuntronic 사의 제품으로, 25 x 25 mm를 측정하는 일반적인 열 플럭스 센서 F-035-2가 측정에 사용되었다. 도 1은 표준 마무리를 한 가죽의 열의 열 플럭스(1)와 본 발명에 의해 코팅된 가죽 샘플의 열 플럭스(2)를 도시하며, 후자가 약 500 W/㎡ 작은 값이다. 이러한 차이는 손을 가죽 샘플에 댔을 때에도 명확히 감지할 수 있다.
상기 샘플의 스펙트럼 반사율이 400 내지 980 nm의 파장 영역에서 측정되었으며, (측정 장치: The Avantes 사의 제품이며, 320 내지 1100 nm의 스펙트럼 민감도를 가지는 PC 플러그-인 분광계 PC 2000, Ulbricht 구가 표면 반구의 후방 산란을 측정하기 위해 연결됨) 측정 결과를 도 2에 도시하였다.
도 2의 곡선 (1)은 본 발명에 의해 코팅된 검은 가죽이 근적외선 영역에서 확실히 높은 반사율을 가짐을 보여준다. 표준 레퍼런스 가죽의 반사율(2)은 근적외선 영역에서도 10% 미만이다. 두 검은 가죽 샘플을 스티로폼 판위에 두고 약 800 W/㎡ 의 강한 태양 복사에 노출시켰다. 상기 표준 가죽의 표면 온도는 90℃까지 상승한 반면, 본 발명에 의한 가죽은 62℃까지만 상승하였다. 본 발명에 의한 코팅된 가죽의 밀도는 0.85 g/㎠이며, 열전도도는 0.12 W/mK이다. 상기 표준 코팅 가죽의 밀도는 1.1 g/㎠이며, 열전도도는 0.15 W/mK이다. 즉, 본 발명에 의한 코팅 가죽의 밀도는 종래 기술에 의해 코팅된 표준 가죽보다 23% 작으며, 열전도도는 20% 작다.
실시예 2
가죽의 밀도 및 열전도도의 감소:
가죽 샘플을 수조 내에 배치하였다.
Akzo Noble사의 확장되지 않은 할로우 미소구 Expancel 091 DE을 20 중량% (가죽의 중량 기준)만큼 상기 수조에 추가하고, 일반 무두질 공정에 의해 상기 가죽에 통합되었다. 상기 가죽은 이후 바젤 소재 TFL Ledertechnik사의 염료 Sella Cool Black 10286에 의해 검게 착색되었다. 상기 가죽은 약 100℃의 노에 배치되 어, 상기 할로우 미소구가 열의 영향 하에서 확장하고, 상기 가죽의 캐비티 부분을 채우게 하였다.
이렇게 제조된 본 발명에 의한 가죽 한 조각을 54℃의 가열 판 위에 배치하고, 상기 가열 판으로부터 상기 가죽을 통해 7.5℃의 1 kg 물이 든 비이커로 전달되는 열을 열 플럭스 센서 F-035-2로 측정하였다. 동일한 측정을 검은 표준 가죽(비교 대상)에 대해서도 수행하였다.
상기 가죽 샘플을 통하는 열 플럭스의 시간 의존성을 도 3에 W/㎡ 단위로 도시하였다. 여기서, 곡선 1은 (비교 대상인) 표준 가죽을 통한 열 플럭스를 나타낸다. 본 발명에 의해 제조된 검은 가죽 샘플을 통한 열 플럭스(2)가 약 200 W/㎡ 작은 값이다. 본 발명에 의해 처리된 가죽의 밀도는 0.85 g/㎠이며, 열전도도는 0.1 W/mK이다. 상기 표준 코팅 가죽의 밀도는 1.1 g/㎠이며, 열전도도는 0.14 W/mK이다. 즉, 본 발명에 의한 코팅 가죽의 밀도는 표준 방식에 의해 제조된 비교 대상 가죽보다 23% 작으며, 열전도도는 28% 작다.
실시예 3
실시예 2에 따라 제조된 가죽 샘플을 실시예 1에 의한 코팅한 조합물:
실시예 2에 의해 제조된 가죽에 실시예 1에 의한 코팅이 100㎛ 두께의 층으로 세 차례 도포되고, 건조된다. 본 발명에 의한 가죽이 58℃의 가열 판 위에 배치되고, 상기 가열 판으로부터 상기 가죽을 통해 0℃의 1 kg 물(얼음물)이 든 비이커로 전달되는 열을 열 플럭스 센서 F-035-2로 측정하였다. 동일한 측정을 검은 코팅된 표준 가죽(비교 대상)에 대해서도 수행하였다.
도 4는 상기 검은 표준 가죽(비교 대상)을 통한 열 플럭스의 곡선(1)을 도시한다. 본 발명에 의해 제조된 가죽을 통하는 열 플럭스(2)가 확실히 낮다.
두 검은 가죽 샘플의 스펙트럼 반사율이 실시예 1에서와 같은 방법으로 측정되었으며, 도 2의 곡선과 동일한 결과이다. 도 2의 곡선 1은 본 발명에 의해 제조된 가죽의 스펙트럼 반사율을 도시하며, 곡선 2는 표준 가죽(비교 대상)에 대한 것이다. 본 발명에 의한 가죽과 코팅의 조합물의 밀도는 0.82 g/㎠이며, 열전도도는 0.09 W/mK이다. 표준 방식에 의해 제조된 가죽의 밀도는 1.1 g/㎠이며, 열전도도는 0.15 W/mK이다. 즉, 본 발명에 의한 조합물의 밀도는 표준 방식에 의해 제조된 비교 대상 가죽보다 25% 작으며, 열전도도는 40% 작다.
실시예 4
낮은 열전도도와 높은 태양광 반사율을 가지는 폴리프로필렌 조성물:
폴리프로필렌 계열의 자동차 내부 장치의 두 샘플이 다음 조성에 따라 제조되었다.:
a) 600.00g 폴리프로필렌 알갱이
40.00g Chemco 사의 경량 충전재 SilCell 300
50.00g Sachtleben 사의 이산화 티타늄 Hombitan R610K
10.00g Degussa 사의 Aerosil TT600
20.00g Clariant 사의 Hostaperm Blue R5R
10.00g BASF 사의 Paligen Black L0086
암청색 샘플 플레이트가 실험실 압출기로 제조 되었다.
b)600.00g 폴리프로필렌 알갱이
30.00g Sachtleben 사의 이산화 티타늄 Hombitan R610K
10.00g Degussa 사의 Aerosil TT600
20.00g Clariant 사의 Hostaperm Blue R5R
10.00g BASF 사의 Paligen Black L0086
이 혼합물은 이산화탄소 기체 분위기에서 압출기로 형성되었다. 암청색 샘플 플레이트가 제조되었다. 샘플 플레이트 a)의 밀도는 0.79g/㎠이며, 샘플 플레이트 b)의 밀도는 0.74g/㎠이고, 샘플 플레이트 a)의 열전도도는 0.15 W/mK이고, 샘플 플레이트 b)의 열전도도는 0.13 W/mK이다. 표준 조성물(비교 대상)의 밀도는 1.05 g/㎠이며, 열전도도는 0.24 W/mK이다. 즉, 표준 조성물의 밀도와 비교하여, 샘플 플레이트 a)의 밀도는 25% 작고, 샘플 플레이트 b)의 밀도는 29.5% 작다. 표준 조성물의 열전도도와 비교하여, 샘플 플레이트 a)의 열전도도는 37% 작고, 샘플 플레이트 b)의 열전도도는 46% 작다. 샘플 플에이트 a)와 b), 동일한 암청색 착색된 표준 조성물의 조각(비교 대상)의 스펙트럼 반사도가 400 내지 980 nm의 파장 영역에서 실시예 1에 설명된 분광기에 의해 측정되었다.
도 5는 측정 결과를 도시한다. 곡선 1은 샘플 플레이트 a)의 반사율을 도시하며, 곡선 2는 샘플 플레이트 b)의 반사율을 도시하며, 곡선 3은 표준 조성물의 반사율을 도시하며, 표준 조성물의 경우 700nm 이상의 근적외선 파장 영역에서 10% 미만의 값이다. 이들 샘플은 스티로폼 플레이트 위에 배치되며, 800 W/㎡ 의 강한 태양 복사에 노출시켰다. 상기 표준 플레이트의 표면 온도는 85℃까지 상승한 반 면, 본 발명에 의한 샘플 플레이트들의 표면 온도는 60℃까지만 상승하였다.
실시예 5
본 발명 및 비교예에 의한 에폭시 수지로 형성된 샘플 플레이트의 제조.
어두운 무연탄 색의 에폭시 수지 샘플 플레이트가 다음 조성 (발명)에 의해 제조되었다.:
45.00g 슈투트가르트, MGS Kunstharzprodukte GmbH사의 에폭시 레진 L160
3.00g Chemco Chemieprodukte GmbH사의 경량 충전재 Silcell 300
1.00g Sachtleben 사의 이산화 티타늄 Hombitan R610K
2.00g BASF 사의 Paliogen Black L0086
15.00g 슈투트가르트, MGS Kunstharzprodukte GmbH사의 경화제 H160
상기 샘플 플레이트의 밀도는 0.8 g/㎠이며, 열전도도는 0.2 W/mK이다.
비교예로서, 다음 조성에 의한 표준 착색의 어두운 무연탄 색의 에폭시 레진 플레이트가 제조되었다.
45.00g 슈투트가르트, MGS Kunstharzprodukte GmbH사의 에폭시 레진 L160
5.00g 상용 흑색 이산화철
10.00g 뉘른베르크, Wema 사의 활석
0.50g Sachtleben 사의 이산화 티타늄 Hombitan R610K
15.00g 슈투트가르트, MGS Kunstharzprodukte GmbH사의 경화제 H160
상기 표준 플레이트의 밀도는 1.3 g/㎠이며, 열전도도는 0.3 W/mK이다. 즉, 비교 대상 표준 플레이트에 대해서, 본 발명에 의한 플레이트의 밀도가 38% 작고, 열전도도는 33% 낮다.
두 샘플 플레이트의 스펙트럼 반사에 대해, 파장 영역 400 내지 980 nm에서 실시예 1에 설명한 분광기로 측정하였다. 도 6의 다이어그램에서 곡선 1은 본 발명에 의한 에폭사이드 샘플 플레이트의 스펙트럼 반사율을 나타내며, 곡선 2는 비교예인 샘플 플레이트의 반사율을 나타낸다. 본 발명에 의한 샘플 플레이트의 반사율은 700 nm 이상의 근적외선 영역에서 명백히 높아지며, 이는 가시광선 영역에서는 동일한 색을 나타내는 비교 대상 샘플 플레이트와 비교하여 태양광을 덜 흡수함을 의미한다. 상기 샘플들은 스티로폼 플레이트 위에 배치되어, 800 W/㎡ 의 강한 태양 복사에 노출시켰다. 이 조건에서, 상기 비교예의 표면 온도는 85℃까지 상승한 반면, 본 발명에 의한 플레이트의 표면 온도는 60℃까지만 상승하였다.
실시예 6
소프트 PVC로부터 본 발명에 의한 필름과 비교예의 준비
소프트 PVC의 검은 필름이 다음 조성에 따라 준비되었다:
200.00g 가소제(plasticizer)가 첨가된 상용 PVC
12.00g Chemco Chemieprodukte GmbH사의 경량 충전재 Silcell 300
3.50g Sachtleben 사의 이산화 티타늄 Hombitan R610K
7.50g BASF 사의 Paliogen Black L0086
본 발명에 의한 상기 PVC 필름의 밀도는 0.95 g/㎠이며, 열전도도는 0.12 W/mK이다. 상기 상용 비교예 필름의 밀도는 1.3 g/㎠이며, 열전도도는 0.18 W/mK이다. 즉, 비교 대상 상용 필름에 대해서, 본 발명에 의한 PVC 필름의 밀도가 27% 작고, 열전도도는 33% 낮다. 두 샘플 플레이트의 스펙트럼 반사에 대해, 파장 영역 400 내지 980 nm에서 실시예 1에 설명한 분광기로 측정하였다. 상용 소프트 PVC 검정 필름이 비교예로서 사용되었다. 측정 결과는 도 7에 도시되었다. 곡선 1은 본 발명에 의한 필름의 스펙트럼 반사율이 근적외선 영역에서 증가함을 나타내며, 곡선 2는 상용 검정 필름의 반사율을 나타낸다. 상기 샘플들은 스티로폼 플레이트 위에 배치되어, 800 W/㎡ 의 강한 태양 복사에 노출시켰다. 이 조건에서, 상기 상용 필름의 온도는 90℃까지 상승한 반면, 본 발명에 의한 필름의 온도는 60℃까지만 상승하였다.
실시예 7
양면이 코팅된 블라인드(blind)용 천(textile)의 준비
호주 Hunter Douglas 사의 Plaza PlusTM의 커튼 시리즈를 위한 기본 천의 일면을 하기 조성에 따라 코팅하였다:
베이스 코팅:
70.00g BASF 사의 바인더 Acronal 18D
15.00g Hoeshst 컴퍼니의 안료 Hostatint White
5.00g 경량 충전재 Expancel 551WE20
건조 후에, 무연탄 색의 커버 코팅이 Hunter Douglas 사의 Plaza Plus로부터의 흑단(ebony) 색채로 상기 베이스 코팅에 적용되었다.
커버 코팅:
10.00g 물
10.00g TFL Ledertechnik company의 안료 Roda Cool Black
40.00g BASF 사의 바인더 Acronal 18D
5.00g 물
1.00g Hoeshst 컴퍼니의 안료 Hostatint White
상기 천의 후면은 흰색 베이스 코팅으로 두 번 코팅되었다.
본 발명에 의한 상기 천의 밀도는 1.1 g/㎠이며, 열전도도는 0.15 W/mK이다. 상기 상용 비교예의 밀도는 1.3 g/㎠이며, 열전도도는 0.22 W/mK이다.
즉, 상용 비교예에 대해서, 본 발명에 의한 천의 밀도가 15% 작고, 열전도도는 32% 낮다. 상기 천의 무연탄 색으로 코팅된 전면의 스펙트럼 반사에 대해, 파장 영역 400 내지 980 nm에서 실시예 1에 설명한 분광기로 측정하였다. 도 8의 곡선 1은 본 발명에 의해 제조된 천의 스펙트럼 반사율을 나타내며, 곡선 2는 호주 Hunter Douglas 사의 Plaza Plus 커튼 시리즈의 커튼 원재료 흑단의 반사율을 나타낸다. 여기서 반사율은 가시 광선 영역에서 10% 미만이다. 상기 샘플들은 스티로폼 플레이트 위에 배치되어, 900 W/㎡ 의 강한 태양 복사에 노출시켰다. 이 조건에서, 상기 비교예인 커튼 재료의 온도는 90℃까지 상승한 반면, 본 발명에 의한 샘플의 온도는 52℃까지만 상승하였다. 본 발명에 의한 재료를 블라인드로 사용함에 있어서, 상기 커튼을 통한 대기로의 열 플럭스는 다음 조건 하에서 비교예 재료보다 30% 작다.
태양 복사 900 W/㎡
외부 온도 25℃
방 온도 21℃
실시예 8
어두운 표면을 가진 PVC 창틀을 위한 샘플 플레이트의 준비
3M Company의 제품 타입 S38HS의 할로우 미소구 20 중량%를 창틀 제조를 위한 백색 PVC 상용 분말에 첨가하였다. 실험실 압출기를 통해 5 mm 두께의 샘플 플레이트를 준비하였다. 또한, Clamant company의 Hostaperm Blue R5R을 상기 PVC 분말에 대해 3 중량%, BASF company의 Paliogen Black L0086을 1.5 중량% 만큼 PVC 필름 제조를 위한 PVC 상용 투명 분말에 첨가하였고, 용융되어 실험실 압출기에서 혼합되었다. 300 ㎛의 암청색 필름이 제조되었다. 상기 필름은 투명한 고온 용융 접착제에 의해 흰색 PVC 플레이트에 압착되었다.
창틀용 암청색 테스트 샘플(발명)의 밀도는 1.18 g/㎠이며, 열전도도는 0.14 W/mK이다. 상기 상용 PVC 창틀(비교예)의 밀도는 1.60 g/㎠이며, 열전도도는 0.2 W/mK이다. 즉, 상용 비교예에 대해서, 본 발명에 의한 실시예의 밀도가 26% 작고, 열전도도는 30% 낮다. 상기 플레이트의 스펙트럼 반사율을 파장 영역 400 내지 980 nm에서 실시예 1에 설명한 분광기로 측정하였다. 도 9에 측정 결과를 도시하였다. 곡선 1은 본 발명에 의해 제조된 PVC 창틀 샘플이 근적외선 영역에서 상대적으로 매우 높은 반사율을 나타냄을 보인다. 상용 PVC 창틀의 암청색 부분은 근적외선 영역에서 10% 미만의 반사율을 나타낸다. 상기 플레이트들은 스티로폼 플레이트 위에 배치되어, 900 W/㎡ 의 태양광에 노출시켰다. 상기 상용 플레이트의 표면 온도는 90℃까지 상승하여 약간 변형되었다. 본 발명에 의한 플레이트의 온도는 60℃까지만 상승하였으며, 아무 변형도 관찰되지 않았다. 본본 발명에 의한 PVC 창틀은 다음 조건에서 사용되었다.
태양 복사 900 W/㎡
외부 온도 25℃
방 온도 21℃
상기 창틀을 통해 방으로 들어오는 열 플럭스는 상기 표준 재료보다 35% 낮다.
실시예 9
낮은 열전도도를 가지는 갈색 콘크리트 지붕타일의 준비
다음 조성(발명)에 의해 콘크리트 지붕 타일의 샘플 플레이트를 준비하였다:
35.00g Lugato 사의 Portland 시멘트
5.00g Sachtleben 사의 이산화 티타늄 Hombitan R610K
10.00g Chemco 사의 경량 충전재 SilCell 300
상기 혼합물에 물을 첨가하여 유동성 연속성이 생기면, 상기 혼합물을 몰드에 투입하여 노에서 건조하였다. 건조되 콘크리트 지붕 타일은 다음 조성의 어두운 적갈색 코팅이 적용되었다:
140.00g BASF 사의 Acronal 18D
10.00g SLMC 사의 Langdopec Red 30000
10.00g Ferro 사의 Ferro PK 4047 Green
7.50g Grace 사의 Sylowhite SM 405
0.60g Byk 사의 소포제(defoamer) Byk024
0.60g BASF 사의 안료 분배제 N
0.40g the Rohm and Haas 사의 시크너(thickener) Acrysol T615
15.00g 물
상기 어두운 적갈색 콘크리트 지붕 타일의 스펙트럼 반사에 대해, 파장 영역 400 내지 980 nm에서 실시예 1에 설명한 분광기로 측정하였다. 비교예로서, 일본의 Kubota 사의 암갈색 C021로 착색된 상용 콘크리트 지붕 타일이 사용되었다. 측정 결과는 도 10에 도시하였다. 곡선 1은 본 발명에 의해 제조된 콘크리트 지붕 타일의 반사율이 근적외선 영역에서 증가함을 보여주며, 곡선 2는 상용 콘크리트 지붕 타일의 반사율이 근적외선 영역에서 심지어 가시광선 파장 영역보다도 낮음을 보여준다.
850 W/㎡의 태양광으로 상기 지붕 타일을 가열할 때, 상용 지붕 타일의 표면은 87℃까지 가열된 반면, 본 발명에 의한 타일은 51℃까지만 가열되었다. 본 발명에 의한 지붕 타일의 밀도는 0.7 g/㎠이며, 열전도도는 0.16 W/mK이다. 상용 지붕 타일의 밀도는 1.6 g/㎠이며, 열전도도는 0.87 W/mK이다. 즉, 상용 콘크리트 지붕 타일과 비교할 때, 본 발명에 의한 지붕 타일의 밀도는 56% 낮고, 열전도도는 82% 낮다.
본 발명에 의한 콘크리트 지붕 타일은 다음 조건에서 사용되었다:
태양 복사 850 W/㎡
외부 온도 25℃
방 온도 21℃,
상기 지붕 공간으로 지분을 통한 열 흐름은 표준 재료에 비해 45% 낮았다.
실시예 10
태양광 반사 외벽 페인트와 외벽 석고의 조합물
Colfirmit Rajasil 사의 외벽 석고인 제품명 "Ultralight plaster"로부터 제조된 2 cm 두께의 플레이트를 다음 조성에 따라서 밝은 녹색 외벽 페인트로 코팅하였다.
200.00g the Relius Coatings 사의 acrylor FS White
0.10g TFL Ledertechnik company의 안료 Roda Cool Black
비교를 위해, 미국 the Sonnebor 사의 외벽 페인트 Drumhill Grey 458-M을 2 cm 두께의 상용 석고에 도포하였다.
두 석고 플레이트의 스펙트럼 반사율은 파장 영역 400 내지 980 nm에서 실시예 1에 설명한 분광기로 측정하였다. 측정 결과는 도 11에 도시하였다. 곡선 1은 본 발명에 의해 제조된 태양광 반사 외벽 페인트와 석고 보드의 조합물이, 곡선 2로 도시한 표준 방식으로 코팅된 석고 플레이트와 비교하여, 근적외선 영역에서 상대적으로 매우 높은 반사율을 나타냄을 보인다.
본 발명의 조합물의 전체 밀도는 0.9 g/㎠이다. 표준 조합물의 전체 밀도는 2.2 g/㎠이다. 태양광 반사 페인트를 칠한 경량 석고인 본 발명에 의한 조합물의 열전도도는 0.12 W/mK인 반면에, 표준 조합물의 열전도도는 0.87 W/mK이다. 즉, 상기 표준 조합물과 비교할 때, 본 발명에 의한 조합물의 전체 밀도는 59% 낮으며, 열전도도는 86% 낮다.
본 발명에 따른 조합물이 20 cm 두께의 콘크리트 벽에 사용될 때의 조건은 다음과 같다.
태양 복사 800 W/㎡
외부 온도 25℃
방 온도 21℃
상기 벽을 통해 집으로 들어오는 열 플럭스는 상기 표준 재료보다 42% 낮다.

Claims (32)

  1. 낮은 열전도성, 감소된 밀도, 및 낮은 태양광 흡수도를 가지는 어두운 평판 부재에 있어서,
    (a) 지지 재료(support material)와 상기 부재 안에 포함되는 성분으로 이루어지는 하나 이상의 조합물을 포함하며,
    (b) 상기 (a)의 조합물은 0.4(W/mK) 미만의 열전도성과
    (c) 1.4 g/㎤ 미만의 벌크 밀도를 가지며,
    (d) 상기 부재는 400 내지 700 nm의 가시광선 파장 영역에서 50% 미만의 평균 반사율을 가지고,
    (e) 상기 부재는 700 내지 1,000nm의 근적외선 파장 영역에서 50%보다 큰 평균 반사율을 가지는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 재료는 플라스틱, 래커(lacquer) 코팅, 섬유 재료, 수경(水硬) 바인더, 및/또는 합성물인 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 플라스틱은 폴리아미드 계열, 폴리아세테이트, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리에틸렌류, 폴리프로필렌, 및 폴리이소프로필렌; 아크릴로 니트릴/부타디엔/스티렌 ABS, 폴리스티렌, 스티렌/부타디엔, 스티렌/아크릴로니트릴, 아크릴로니트릴/스티렌/아크릴에스테르 등의 스티렌 폴리머; 폴리술폰, 폴리에테르-술폰, 폴리페닐술폰 등의 황(sulfur) 폴리머; PTFB와 PVDF 등의 불화(fluorinated) 플라스틱; 폴리이미드 및 폴리비닐 클로라이드 등의 폴리메틸메카크릴레이트 PMMA; 실리콘 고무 등의 실리콘; 에폭시 수지; 폴리페닐렌 산화물, 폴리카보네이트-ABS 등의 폴리머 블렌드; 및 멜라민-페놀릭 수지, 폴리우레탄, 및 이들의 적절한 혼합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 지지 재료는 반응성 가교 플라스틱(reactively crosslinking plastic) 및 열가소성 플라스틱을 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 래커 코팅은 일련의 수성 바인더, 바람직하게는 수용성 바인더; 알키드, 폴리에스테르 폴리아크릴레이트, 에폭사이드, 에폭사이드 에스테르로 형성된 수용성 바인더, 수용성 분산액, 및 에멀젼; 바람직하게는 아크릴레이트, 스티렌-아크릴레이트, 에틸렌-아크릴 산 공중합체, 메타크릴레이트, 비닐피롤리돈-비닐 에세테이트 공중합체, 폴리비닐피롤리돈, 폴리이소프로필 아크릴레이트, 폴리우레탄, 실리콘, 폴리비닐 아세테이트 계열의 분산액과 에멀젼; 왁스 분산액, 바람직하게는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, Teflon®, 합성 왁스, 불소 첨가 폴리머, 수성 용액 중 불소 첨가 아크릴 공중합체, 플루오로실리콘 계열의 왁스 분산액; 말단(terminal), 측쇄(lateral), 및/또는 주체인 내(intrachenar)의 불소 변성(fluorine-modified) 폴리우레탄 수지, 바람직하게는 폴리우레탄 분산액 및 폴리우레탄-폴리머 하이브리드 분산액 및 이들의 혼합물에서 선택된다.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 래커 코팅은 솔벤트 함유 바인더, 바람직하게는 아크릴레이트, 스티렌-아크릴레이트, 폴리비닐, 폴리비닐 클로라이드, 폴리스티렌, 스티렌 공중합체, 알키드 수지, 포화 및 비포화 폴리에스테르, 하이드록사이드 작용성 폴리에스테르, 멜라민-포름알데히드 수지, 폴리이소시아네이트 수지, 폴리우레탄, 에폭시 수지, 플루로폴리머, 실리콘, 클로로설피네이티드 폴리에틸렌, 불화 폴리머, 불화 아크릴 공중합체, 불화실리콘, 플라스티졸, PVDF, 및 말단, 측쇄, 및/또는 주체인 내의 불소 변성 폴리우레탄 수지, 바람직하게는 폴리우레탄 분산액 및 폴리우레탄 폴리머 하이브리드 분산액 및 이들의 혼합물에서 선택되는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 "말단 및 측쇄 및/또는 주체인 내인 불소 변성 폴리우레탄 수지"는 말단 및/또는 측쇄 및/또는 주 체인 내에 퍼플루오로알킬(렌) 및/또는 폴리헥사플루 오로프로펜 옥사이드 그룹 계열의 폴리머 구조를 포함하는 불소 변성 폴리머인 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 섬유 재료는 동물의 피부 가죽인 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  9. 제 2항에 있어서,
    상기 수경 바인더는 시멘트, 칼슘, 황, 또는 무수석고, 바람직하게는 콘크리트, 모르타르, 또는 석고 계열의 혼합물인 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 합성물은 인조 및/또는 천연 섬유를 포함하며, 바람직하게는 플라스틱 및/또는 세라믹, 특히 유리 및/또는 탄소로 제조된 인조 섬유, 및/또는 양털, 면, 사이잘, 삼(hemp), 및 셀룰로즈로 제조된 천연 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  11. 제 1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 재료에 포함되는 성분은,
    a) 무기 및/또는 유기 경량 충전재(light filler)로서, 바람직하게는 상기 지지 재료의 밀도와 열전도성을 감소시키는 충전재,
    b) 공기, 질소, 이산화탄소, 비활성 가스 등의 기체로서, 상기 지지 재료에 공공(cavity)을 형성하며 상기 지지 재료의 밀도 및 열전도성을 감소시키는 기체,
    c) 400 내지 700 nm의 가시광선 파장 영역에서 스펙트럼 선택성을 가지고 반사하며, 700 내지 1000 nm의 근적외선 파장 영역에서 50%보다 큰 평균 투명성을 가지는 염료,
    d) 400 내지 700 nm의 가시광선 파장 영역에서 스펙트럼 선택성을 가지고 반사하며, 700 내지 1000 nm의 근적외선 파장 영역에서 50%보다 큰 평균 투명성을 가지는 제1 안료, 및/또는
    e) 400 내지 700 nm의 가시광선 파장 영역에서 스펙트럼 선택성을 가지고 반사하며, 700 내지 1000 nm의 근적외선 파장 영역에서 50%보다 큰 평균 투명성을 가지는 제2 안료,
    f) 표면 처리되거나 표면 코팅될 수 있는 무기 및/유기 나노재료
    로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 경량 충전재는 0.5g/㎤ 미만의 밀도를 가지는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  13. 제 11항 또는 제 12항에 있어서,
    세라믹 재료, 유리, 또는 플라스틱으로 형성된 할로우(hollow) 미소 구(microsphere)를 더 포함하며, 상기 유리 또는 다른 세라믹 재료로 형성된 할로우 미소구의 밀도는 0.4g/㎤ 미만이며, 플라스틱으로 형성된 할로우 미소구의 밀도는 0.2g/㎤ 미만인 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  14. 제 11항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경량 충전재는, 상기 지지 재료가 80 내지 160℃로 가열될 때, 0.2g/㎤ 미만의 밀도를 가지는 할로우 미소구를 형성하는 플라스틱 분말인 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 염료는 수용성 염료로서, 산성 염료, 직접 염료, 염기성 염료, 현상(development) 염료, 황 염료, 및 아닐린 염료로부터 선택되거나, 또는 용매에 용해되는 염료의 군, 자폰(zapon) 염료들로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 제1 안료는 유기 안료 계열에서 선택되며, 바람직하게는 모노아조, 디스아조, a-나프톨, 나프톨-AS, 레이크드 아조, 벤즈이미다졸론, 디스아조 농축액, 금속 복합체, 이소인돌리논, 이소인돌린 안료와 같은 아조(azo) 안료, 폴리사이클릭 안료, 바람직하게는 프탈로사이닌, 퀴나크리돈, 페릴렌, 페리논, 티오인디고, 안스라퀴논, 안스라피리미딘, 플라반스론, 피란스론, 인단스론, 안단스론, 디옥사진, 트리아릴카보늄, 퀴노프탈론, 디케토-피롤로-피롤 안료에서 선택되는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  17. 제 11항에 있어서,
    상기 제2 안료는 카드뮴, 비스무스, 크롬의 금속 산화물 및 수산화물, 울트라마린 안료, 코팅된 판 형태의 미카 안료, 특히 루틸 상과 스피넬 상이 혼합된 형태의 안료로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  18. 제 1항 내지 제 17항에 있어서,
    400 내지 1000 nm의 파장 영역에서 70%보다 큰 반사율을 가지는 첨가 입자가 상기 지지 물질에 더 포함되는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 첨가 입자는 금속 산화물, 황산 금속, 황화 금속, 불화 금속, 규산화 금속, 탄산 금속, 및 이들의 조합으로 이루어지는 무기 안료의 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  20. 제 18항 및 제 19항에 있어서,
    상기 첨가 입자는 탄산 칼슘, 탄산 마그네슘, 활석, 규산화 지르코늄, 지르 코늄 산화물, 알루미늄 산화물, 천연 황산 바륨, 및 이들의 혼합물로 이루어지는 분해 가능한 재료의 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  21. 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평탄 부재의 열전도도는 0.3 (W/m-k) 미만, 특히 0.2 (W/m-k) 미만인 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  22. 제 1항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평탄 부재의 벌크 밀도는 1.2 g/㎤ 미만, 특히 1.0 g/㎤ 미만인 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  23. 제 1항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
    400 내지 700 nm 가시광선 파장 영역에서 40% 미만인 평균 반사율을 가지는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  24. 제 1항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    700 내지 1000 nm의 근적외선 파장 영역에서 60% 보다 큰 평균 반사율을 가지는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  25. 제 1항 내지 제 24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경량 충전재는, 700 내지 1000 nm의 근적외선 파장 영역에서, 상기 평탄 부재의 반사율을 10%까지 증가시키는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  26. 제 1항 내지 제 25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조합물 (a)는 상기 평탄 부재의 (d) 및/또는 (e)의 특성을 더 가지는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  27. 제 1항 내지 제 26항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평탄 부재는 적어도 두 개의 층으로부터 조립되며, 이 중 적어도 한 층은 조합물 a)로 구성된 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  28. 제 1항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조합물 (a)는 첨가 성분이 포함되지 않은 지지 재료의 층과 결합된 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  29. 제 1항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부재와 동일하거나 또는 다른 변형된 부재가 적어도 두 층에서 서로 결합 가능한 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  30. 제 1항 내지 제 29항 중 어느 한 항에 있어서,
    래커 코팅을 더 포함하며, 바람직하게는 상기 래커 코팅은 투명한 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  31. 제 1항 내지 제 30항 중 어느 한 항에 있어서,
    조립체, 장치, 또는 층의 형태로 지지 기판과 결합된 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
  32. 제 1항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서,
    자체 지지(self-supporting) 구조로 되어 있는 것을 특징으로 하는 평탄 부재.
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