KR20080059240A - 김서림 방지용 박막 조립체, 제조 방법 및 이 조립체로제조된 물품 - Google Patents

김서림 방지용 박막 조립체, 제조 방법 및 이 조립체로제조된 물품 Download PDF

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마이클 엠 로린
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제너럴 일렉트릭 캄파니
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Abstract

위치를 바꿀 수 있고 실질적으로 투명한 다층의 김서림 방지용 박막 조립체(110)는 박막(130) 및 김서림 방지층(120)을 포함하며, 이 김서림 방지층은 계면활성제를 포함하는 폴리우레탄 박막 형성 조성물로부터 형성되고, 상기 계면활성제는 이소시아네이트 반응성 부분, 소수성 영역 및 친수성 영역을 구비하며 -23 ℃ 내지 65 ℃ 사이에서 번갈아 나타나는 온도에서 상기 김서림 방지층에 김서림 방지 특성을 제공하기에 효과적이다. 구체적으로, 이러한 조성물은, 긁힘 저항성 및 내약품성(chemical resistance)을 실질적으로 손상시키지 않고도 친수성을 증가시키기 위해 친수성기뿐만 아니라 하이드록실기 및 명확한 친수성 영역 및 소수성 영역을 구비하는 계면활성제를 폴리우레탄 백본(backbone)에 통합한다. 선택적으로, 김서림 방지용 박막 조립체(110)는 접착층(140)을 포함한다. 상기 김서림 방지용 박막 조립체(110)는 냉장고 문짝(400) 및 패널(490)을 비롯한 응축 저항성 물품을 제공하기 위해 임의의 다양한 실질적으로 투명한 기판(390)과 함께 부착된다.

Description

김서림 방지용 박막 조립체, 제조 방법 및 이 조립체로 제조된 물품{ANTI-FOG FILM ASSEMBLIES, METHOD OF MANUFACTURE, AND ARTICLES MADE THEREOF}
본 출원은 김서림을 방지하는 데 유용한 다층 박막 조립체, 다층 박막 조립체의 제조 방법, 및 다층 박막 조립체로부터 형성된 물품에 관한 것이다.
차가운 표면이 따뜻하고 습한 공기와 접촉하면, 차가운 표면에서 응축이 일어날 수 있다. 온도차에 따라, 응축은 상기 표면에서의 김서림 또는 성에의 형태를 취할 수 있으며, 특히 실질적으로 투명한 표면인 경우 광 투과에 영향을 주고 가시성(visibility)을 저하시킬 수 있다.
김서림 방지용 박막은 다수의 상이한 용례에서 유용성이 있다. 예를 들면, 냉장 상품의 마케팅 및 판매는 종종 냉장 유닛으로부터의 직접적인 소비자의 선택을 포함한다. 효과적인 마케팅을 보장하기 위해, 광 투과성이고 보통 실질적으로 투명한 패널 또는 문짝을 통해 케이스 내부를 살펴보는 고객에 대해 케이스 내부의 물품은 육안으로 확인 가능하고 식별 가능하게 유지되어야만 한다. 고객이 물품을 선택하고 해당 케이스에 대한 문짝을 열 때, 차가운 문짝 안쪽 표면이 케이스 외부의 습한 주위 대기와 접촉하게 되므로 응축에 의해 문짝에 김서림이 발생할 수 있다. 일반적으로, 이러한 김서림은 심지어 문짝을 닫은 후에도 남아 있고, 다음 손 님에 대한 케이스 내부로의 시야를 손상시킨다. 케이스의 내부를 볼 수 없다는 것은 상점의 경우에는 판매의 감소를 초래할 수 있다. 또한, 고객이 케이스 내부의 물품을 보기 위해 더 오래 문짝을 열어두기 때문에 에너지 비용의 증가가 나타날 수 있다.
이러한 문제를 줄이는 데 사용되는 한 가지 방법은, 소정 시간 간격 이후에 문짝의 김서림을 없애는 가열식 문짝을 포함한다. 이러한 가열식 문짝은 구입하기에 비싸며, 냉장고에서 케이스 내부의 식품이 냉장/냉동되는 동안 가열식 문짝을 유지하기 위한 에너지 소비 때문에 작동 비용도 많이 소모될 수 있다. 케이스 내부의 온도가 낮을수록, 김서림 및 성에 방지용 문짝의 유지 비용은 높아진다.
다른 해결책은, 문짝 히터와 함께 또는 문짝 히터 없이 김서림 방지용 코팅을 제공하는 것이다. 그러나, 보통의 영구적인 김서림 방지용 코팅은 큰 온도 구배에 대해 효과적인 김서림 방지를 제공하지 못한다. 가장 두드러진 점은, 저온 보관 및 진열 케이스(0 ℃ 이하임)에는 김서림 및 성에가 종종 발생하므로, 현재의 김서림 방지용 코팅을 이용하여 최적의 가시성을 달성할 수 없다는 것이다.
따라서, 문짝이 차가운 공기에 노출되고 이후에 열려 있을 때 습하고 따뜻한 공기에 노출되는 경우, 문짝의 김서림을 예방하거나 억제함으로써 냉장고 및 냉동 장치 케이스 내부로의 가시성을 향상시키기 위한 새로운 저온 김서림 방지용 시스템에 대한 요구가 존재한다.
일실시예에 있어서, 김서림 방지용 박막 조립체는, 제1 표면 및 이 제1 표면의 반대측의 제2 표면을 구비하는 실질적으로 투명한 박막 및 폴리우레탄 박막 형성 조성물로부터 형성된 실질적으로 투명한 김서림 방지층을 포함하며, 상기 폴리우레탄 박막 형성 조성물은 약 -23 ℃ 내지 65 ℃ 사이에서 번갈아 나타나는 온도에서 상기 김서림 방지층에 김서림 방지 특성을 제공하기에 효과적이고, 상기 김서림 방지층은 박막의 제1 표면의 영역에 배치된다.
다른 실시예에 있어서, 응축 방지용 물품은, 제1 표면을 구비하는 실질적으로 투명한 기판 및 전술한 김서림 방지용 박막 조립체를 포함하며, 상기 박막의 제2 표면은 상기 기판의 제1 표면의 영역에 배치된다.
냉장 패널은 제1 표면을 구비하는 실질적으로 투명한 냉장고 패널 및 전술한 김서림 방지용 박막 조립체를 포함하며, 상기 박막의 제2 표면은 문짝 패널의 제1 표면의 영역에 배치된다.
도 1은 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 예시적인 김서림 방지용 박막 조립체의 개략도이다.
도 2는 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 선택적인 그래픽 요소를 구비하는 김서림 방지용 박막 조립체의 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 3은 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 김서림 방지용 박막 조립체 및 기판을 포함하는 예시적인 물품의 개략도이다.
도 4는 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 김서림 방지용 박막 조립체를 구비한 예시적인 응축 저항성 냉장용 문짝의 부분 절개 사시도이다.
이제 예시적인 실시예이며, 동일한 요소에는 동일한 도면 부호를 사용한 도면을 참조한다.
당업자라면, 후술하는 상세한 설명, 도면 및 첨부된 청구범위로부터 전술한 특징 및 다른 특징을 이해할 것이다.
본 명세서에서 설명되는 김서림 방지용 박막 조립체는, 냉장고, 냉동 장치 문짝 및 패널 또는 욕실 거울과 같은 응축 방지용 물품의 제작에 있어서 유용한 실질적으로 투명한 다층 박막이지만, 상기 박막 조립체는 이들 구체적인 제품 또는 용례로 한정되지 않는다. 상기 박막 조립체의 김서림 방지 특성은 외부 히터를 사용하지 않고도 약 -17 ℃ 또는 심지어 -23 ℃ 정도의 낮은 온도에서 효과적이다. 이러한 온도는 종래 기술의 김서림 방지용 박막에 의해 가능한 온도보다 상당히 낮다. 히터를 필요로 하지 않기 때문에, 전술한 박막의 사용은 상당한 에너지 절감을 가능하게 해준다. 이로운 선택적인 특징에 있어서, 상기 조립체는 위치를 바꿀 수 있도록 및/또는 그래픽 요소를 포함할 수 있도록 제조된다.
김서림 방지용 박막 조립체는 실질적으로 투명한 김서림 방지층 및 실질적으로 투명한 박막을 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, "실질적으로 투명한"이란 광학적으로 선명한 것을 가리키며, 상기 김서림 방지층(들)을 통해 충분한 광이 투과되어 관찰자가 박막 조립체를 통해 볼 수 있도록 해준다는 것을 의미한다. 따라서, 개별적인 김서림 방지층(들)이 약간 흐려지거나 또는 착색이 되어 있을 수 있지만, 이러한 흐려짐 또는 착색은 보는 데 큰 방해가 되지는 않는다.
본 발명의 발명자는, 이러한 김서림 방지용 박막 조립체가 기판에 부착되는 경우, 약 65 ℃ 내지 약 -23 ℃ 사이에서 번갈아 나타내는 온도에 상기 조립체가 노출될 때 기판 표면에서의 응축(물방울)의 형성이 감소하거나 예방된다는 것을 보여주었다. 본 명세서에서는 "김서림 방지용 박막 조립체"를 참고하지만, 이 용어는 단지 논의의 편의를 위한 것이며, 물방울 및/또는 물 결정의 형성에 의한 시각적인 장애를 예방하기 위해 사용되는 박막 조립체를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
약 -17 ℃ 미만의 온도에서 효과적인 실질적으로 투명한 김서림 방지층은 폴리우레탄 박막 형성 조성물로부터 형성된다. 일실시예에 있어서, 상기 박막 형성 조성물은 소수성(疏水性) 영역 및 친수성(親水性) 영역을 구비하는 계면활성제를 더 포함한다. 소수성기에 대한 친수성기의 개수, 범위, 및 유형 그리고 상대 비율의 적절한 선택은, 상기 김서림 방지층의 김서림 방지 특성의 조절을 가능하게 해준다. 이론에 따르지 않더라도, 전술한 구조는 김서림 방지층과 응축하는 수분 사이의 계면장력을 감소시킬 수 있도록 해주며, 이는 김서림 방지를 향상시킨다. 또한, 계면활성제는 예컨대 내약품성(chemical resistance), 긁힘 저항성(scratch resistance), 자외선 복사에 대한 저항성 등 폴리우레탄 필름의 바람직한 물리적 특성에 심각할 정도의 악영향을 주지 않도록 선택되는 것이 바람직하다.
또한, 계면활성제는 이소시아네이트 반응성 작용기(isocyanate-reactive functionality)를 포함할 수 있다. 이러한 계면활성제는 함께 반응하여, 계면활성제가 공유결합되고 펜던트기로서 폴리우레탄 폴리머에 부착되는 폴리우레탄을 제공 한다. 상기 계면활성제는 폴리우레탄 폴리머의 단부에 부착되는 것이 바람직하다. 적절한 이소시아네이트 반응성 작용기는, 예컨대 하이드록실기, 카르복실기, 제1 또는 제2 아미노기, 또는 술포하이드릴기(sulfhydryl group) 등 활성 수소 원자를 구비하는 화학기(group)를 포함한다. 전술한 유형의 화학기 중 적어도 하나를 포함하는 조합을 갖는 화합물도 또한 사용될 수 있다.
이소시아네이트 반응성 작용기를 포함하고 친수성 영역과 소수성 영역을 갖는 적절한 계면활성제는, 예컨대 라카쎄(LaCasse)에게 허여된 미국 특허 제5,877,254호에 개시되어 있으며, 비이온, 음이온, 양이온, 친양쪽성 계면활성제 또는 전술한 유형의 혼합물인 계면활성제일 수 있다. 적절한 비이온 계면활성제는 에톡실레이티드 알코올, 에톡실레이티드 페놀, 에톡실레이티드 아미드 및 에톡실레이티드 아민, 또는 프로폭실레이티드 알코올, 프로폭실레이티드 페놀, 프로폭실레이티드 아미드 및 프로폭실레이티드 아민을 포함한다.
적절한 이온성 계면활성제는, 4기로 되어 있는 양이온 계면활성제 또는 음이온 계면활성제, 예컨대 16개를 초과하는 탄소 원자를 구비한 비-에톡실레이티드 탄화수소 체인을 갖는 양이온 또는 음이온 계면활성제를 포함한다.
적절한 음이온 계면활성제의 예에 관한 비한정적인 목록은 술폰산의 모노에탄올아민 염, 술폰산의 디에탄올아민 염, 술폰산의 트리에탄올아민 염 및 이들의 혼합물을 포함한다.
하이드록실 함유 양이온 계면활성제의 예에는, 한정하는 것은 아니지만, 리시놀아미도프로필 디메틸에틸 암모늄 에틸술페이트, (12-하이드록시-1-옥소-9-옥타 디세닐)아미노)-N,N-디메틸, 에틸 술페이트 (염)); 스테아르아미도프록실 디메틸에탄올암모늄 메틸 술페이트, 및 옥타데실메톨 디에탄올암모늄 염화물이 포함된다.
일반적인 음이온성 계면활성제는 계면활성제의 구조 내에 유리된 반응성 하이드록실기를 거의 포함하지 않으며, 이에 따라 음이온 계면활성제의 상대양이온(countercation)에 유리된 하이드록실 또는 다른 이소시아네이트 반응기를 포함함으로써 "하이드록실을 함유하도록" 제조될 수 있다. 이러한 변형은, 콜린 수산화물과 같은 하이드록실 함유 4차 암모늄 염기를 라카쎄의 특허에 설명된 바와 같이 도데실벤젠 술폰산과 같은 산으로 중화시킴으로써 달성될 수 있다. 다른 하이드록실 함유 암모늄 화합물은 한정하는 것은 아니지만 트리에틸에탄올-, 디에틸디에탄노-, 및 에틸트리에탄올암모늄 염을 포함한다. 상기 염을 준비하기 위한 적절한 술폰산의 비한정적인 목록에는, 도데실벤젠 술폰산, 나프탈렌 술폰산, 리그닌 술폰산, 석유 술폰산, 및 파라핀 술폰산이 포함된다. 이러한 실시예에 있어서, 상대양이온은 폴리우레탄에 공유결합되며, 계면활성제의 음이온 부분은 음이온과 상대양이온 사이의 정전기적 인력에 의해 폴리우레탄과 결합된다.
반응성 하이드록실 함유 음이온 및 양이온 계면활성제의 조합은, 예컨대 콜린 도데실벤젠 술포네이트와 리시놀아미도프로필 에틸디모늄 에토술페이트의 조합인 것이 특히 유용하다.
상기 계면활성제는 폴리우레탄 형성 조성물의 전체 고체의 약 10 중량% 내지 약 40 중량%의 농도로 사용될 수 있다.
폴리우레탄 박막의 형성에 대한 조성은 일반적으로 이소시아네이트 함유 성 분 및 이소시아네이트 함유 성분과 반응성이 있는 활성 수소 함유 성분을 포함한다. 적절한 이소시아네이트 함유 성분은, 예컨대 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 디페닐메탄, 디이소시아네이트, 비스(메틸시클로헥실) 디이소시아네이트 및 톨루엔 디이소시아네이트를 포함한다. 이소시아네이트 함유 성분은, 예컨대 디이소포론 디이소시아네이트의 프레폴리머인, 디이소시아네이트의 뷰렛 또는 이소시아뉴레이트 등의 프레폴리머일 수 있다. 전술한 이소시아네이트 함유 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 조합이 사용될 수 있다. 예컨대 옥심 또는 페놀을 이용한 이소시아네이트기의 블로킹, 그리고 반응 이전에 보호기(protective group)의 추후 제거를 또한 고려한다. 블로킹된 이소시아네이트가 사용되는 경우, 이소시아네이트 내의 보호기를 제외하고 이소시아네이트기와 반응하여 이소시아네이트기를 소모시키는 용매 또는 다른 화합물을 사용할 수 있다.
이소시아네이트 함유 성분은, 폴리올에서 발견되는 바와 같은 활성 수소, 특히 하이드록실 수소를 갖는 친수성 성분과 반응된다. 요구되는 김서림 방지 특성을 제공하기 위해, 폴리에틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜/프로필렌 글리콜 공중합체, 및 이들의 혼합물과 같은 친수성 폴리올이 사용된다. 다른 적절한 친수성 폴리올은 폴리부틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 이민, 아민 종결 폴리에스테르, 및 특정 폴리에스테르 폴리올을 포함한다. 친수성 폴리올의 조합, 예컨대 분자량이 2100이고 약 20 %의 에틸렌 산화물을 포함하는 에틸렌 산화물/프로필렌 산화물 블록 공중합체와 조합되며 분자량이 약 4500이고 약 70 %의 에틸렌 산화물을 포함하는 폴리에틸렌 산화물/프로필렌 산화물 랜덤 트리올이 사용될 수 있다. 이러한 조합은 실질적으 로 긁힘 저항성을 손상시키거나 또는 계면활성제의 혼합을 방해하지 않으면서 폴리우레탄 백본(backbone)에 대해 친수성을 향상시킨다.
친수성 폴리올은 전체 고체의 약 10 중량% 내지 약 35 중량%, 특히 약 15 중량% 내지 약 65 중량%의 조성으로 제공될 수 있다.
실제로, 이소시아네이트 함유 성분, 활성 수소 함유 성분 및 반응성 계면활성제는 적절한 유기 용매에서 혼합될 수 있다. 상기 유기 용매는, 이소시아네이트와 급속히 반응하지 않는 다수의 재료, 즉 케톤, 에스테르, 글리콜 에스테르, 및 3차 알코올을 포함하는 재료로부터 선택될 수 있다. 지방족 탄화수소 및 에스테르와 같은 소량의 불활성 희석제도 또한 사용될 수 있다. 물 및 알코올은 상업적으로 입수 가능한 블로킹된 이소시아네이트가 사용되는 경우에 이용될 수 있다. 예컨대, UV 억제제, 안정제, 및 촉매 등의 다른 성분들도 존재할 수 있다.
예를 들면, 한 가지 처리 방법에 있어서, 유리된 이소시아네이트기를 갖는 폴리이소시아네이트 프레폴리머는, 친수성 영역 및 소수성 영역을 갖는 하이드록실 함유 계면활성제 및 친수성 폴리올의 유기 용매 용액과 혼합된다. 이러한 혼합물은 이후에 예컨대 약 20 ℃ 내지 약 200 ℃의 적절한 온도에서 예컨대 약 5 분 내지 약 24 시간의 충분한 시간 동안 가열 경화되도록 허용된다. 경화 시간 및 온도는 성분 및 용례에 따라 달라진다.
김서림 방지층은 실질적으로 투명한 박막 상에 배치된다. 상기 박막은 김서림 방지층에 대한 지지를 제공하도록 선택된다. 또한, 요구되는 레벨의 가요성, 김서림 방지층과 박막 사이의 부착(접착제를 사용하거나 사용하지 않음), 박막과 기판 사이의 부착(접착제를 사용하거나 사용하지 않음), 및/또는 접착제와의 요구되는 융화성을 제공하도록 상기 박막을 선택할 수 있다. 이와 같이, 박막 조성의 선택은 이하에서 설명되는 바와 같은 가요성 및 이동성(transferability)을 비롯하여 요구되는 특성에 따라 달라진다. 실질적으로 투명하게 제조될 수 있는 적절한 박막 재료는, 예컨대 폴리카보네이트, 아크릴, 비닐, 스티렌 계열의 박막, 폴리비닐클로라이드, 폴리비스알릴(polybisallyl) 카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 및 실질적으로 투명한 폴리에틸렌 나프테네이트뿐만 아니라 전술한 유형의 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는 폴리머 혼합물을 포함한다. 다양한 폴리올레핀 또는 플루오르화 폴리머도 또한 적절한 예처리를 이용하여 사용될 수 있다. 특정 기판은, 폴리카보네이트(예컨대 GE Advanced Materials로부터의 LEXAN®), 폴리에스테르[예컨대, 폴리머가 50 몰% 이상의 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 포함하는 경우에는 줄여서 PETG라고 하는 폴리(시클로헥산디메탄올 테레프탈레이트)-코-폴리(에틸렌 테레프탈레이트)], 아크릴, 폴리비닐클로라이드, 폴리비스알릴 카보네이트, 폴리에틸렌 나프텐네이트, 및 폴리카보네이트/폴리(1,4-시클로헥실렌 디메틸렌 1,4-시클로헥산디카르복실레이트)(예컨대, GE Advanced Materials로부터의 XYLEX)를 포함한다.
박막의 표면은, 예컨대 접착제를 이용한 박막에 대한 김서림 방지층의 부착을 개선하기 위해 기계적인 러프닝(roughening), 플라즈마 처리, 화학적 에칭, 또는 다른 공지된 처리에 의해 선택적으로 처리될 수 있다.
김서림 방지층은, 다양한 방법 예컨대 캐스팅, 코팅[예컨대, 와이어 와운드 로드 코팅(wire wound rod coating), 그라비어 코팅, 슬롯 다이 코팅, 팬 페드 리버스 롤 코팅(pan fed reverse roll coating), 및 닙 페드 코팅(nip fed coating)] 등에 의해 실질적으로 투명한 박막 상에 배치될 수 있다. 이러한 기법은, 균일하고 두꺼운 코팅, 예컨대 약 0.0001 내지 0.1 인치(약 2.5 내지 약 2540 마이크로미터), 보다 구체적으로는 약 0.001 내지 약 0.01 인치(약 25.4 마이크로미터 내지 약 254 마이크로미터), 더욱 구체적으로는 약 0.003 내지 약 0.008 인치(약 76.2 마이크로미터 내지 약 203 마이크로미터)의 두께를 갖는 코팅을 제공하도록 선택된다. 유기 용매가 사용되는 경우, 상기 용매는 기화에 의해 예컨대 오븐에서 1단계 또는 2단계 공정으로 경화 중에 또는 경화 후에 제거될 수 있다. 경화 및 용매 제거, 특히 경화 및 용매 제거 도중의 특정 시간, 온도 및 기류는 최적화되어 저온 김서림 방지 특성을 갖는 균일한 코팅을 제공한다.
김서림 방지용 박막 조립체 및 이 조립체로부터 형성된 물품의 몇 가지 실시예는 각각의 도면을 참고하여 이후에 설명된다. 도 1에는, 김서림 방지용 박막 조립체(110)의 개략도가 도시되어 있다. 김서림 방지용 박막 조립체(110)는 김서림 방지층(120) 및 실질적으로 투명한 박막(130)을 포함하며, 실질적으로 투명한 박막은 제1 표면(132) 및 이 제1 표면(132)의 반대측의 제2 표면(134)을 구비한다. 김서림 방지층(120)은 제1 표면(132)의 영역에 배치되며, 다시 말하면, 요구되는 용례에 의해 결정되는 바와 같이 제1 표면(132)의 전부 또는 일부와 물리적으로 연결된다.
선택적으로, 김서림 방지용 박막 조립체(110)는 기판(도시 생략)에 상기 조 립체를 임시로 또는 영구적으로 부착하기 위한 접착층(140)을 더 포함한다. 일실시예에 있어서, 접착층(140)은 김서림 방지용 박막 조립체(110)의 위치를 바꿀 수 있도록 해준다. 접착층(140)은 박막(130)의 제2 표면(134)의 영역에 배치된다. 김서림 방지용 박막 조립체와 함께 사용하기 위한 적절한 접착제는 당업자에게 공지되어 있으며, 한정하는 것은 아니지만 감압식 접착제, 실리콘 접착제, 아크릴 접착제(자외선 경화성 및 열경화성 접착제, 습식 및 건식 도포용 접착제 포함), 고무 접착제, 열밀봉 접착제, 라미네이팅 접착제, 고온 접착제, 및 의도하는 결과를 달성하는 다른 접착제를 포함한다. 주로 "창유리 접착제"로서 알려져 있으며 습식 도포용 아크릴 접착제는 특히 유용하다.
선택적인 접착층(140)을 이용하거나 또는 이용하지 않은 상태에서, 김서림 방지용 박막 조립체(110)는 실질적으로 광투과성이어서, 선택적인 접착층(140), 박막(130), 및 김서림 방지층(120)을 통해 영역(150)으로부터 영역(160)까지 가시성을 제공한다.
도 2에 도시된 다른 실시예에 있어서, 김서림 방지용 박막 조립체(210)는 박막(230)의 제2 표면(234) 상의 그래픽 요소(280) 및/또는 박막(230)의 제1 표면(232) 상의 그래픽 요소(282)를 더 포함한다. 이러한 실시예에 있어서, 도시된 바와 같이, 김서림 방지층(220)은, 제1 표면(232) 및 이 제1 표면(232)의 반대측의 제2 표면(234)을 갖는 박막(230)의 영역 상에 배치된다. 그래픽 요소(들)(280, 282)는 문자, 단어, 숫자, 미적 이미지, 테두리, 기호 등을 포함하는 임의의 다양한 디자인일 수 있다. 그래픽 요소(들)는 스크린 인쇄, 패드 인쇄, 염료 승화 인 쇄, 레이저 인쇄, 디지털 옵셋 인쇄, 리소그래피, 옵셋 인쇄, 잉크젯 인쇄, 디지털 잉크젯 인쇄, 디지털 옵셋 인쇄, 열전사 인쇄 등을 포함하는 임의의 다양한 기법을 매개로 하여 부착될 수 있다. 다른 기법들은 당업자에게 공지되어 있다. 그래픽 요소(들)(280, 282)는 외양을 개선할 수 있고 가시성을 크게 해치지 않으면서도 광고 등을 포함한 추가적인 정보를 제공할 수 있다는 점에서 유리하다. 도시된 바와 같이, 그래픽 요소(280)의 영역 및/또는 제2 표면(234)의 영역은 접착제(240)로 코팅될 수 있어서 기판에 대한 박막 조립체(210)의 위치를 바꿀 수 있도록 해주고 부착을 가능하게 해준다. 단일 그래픽 요소는 박막(230)의 소정 표면에 배치될 수 있거나, 또는 제2 표면(234) 및/또는 제1 표면(232) 상에 배치된 2개 이상의 그래픽 요소가 존재할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 소정 물품(300)은 김서림 방지용 박막 조립체(310) 및 기판(390)을 포함한다. 제2 표면(334)은 기판(390)의 표면(392)의 영역에 이웃하게 배치되어 김서림 방지층(320)에 소정 영역(360)에 이웃하며 노출된 표면(322)을 제공한다. 사용 중에, 노출된 표면(322)은 약 -23 ℃ 정도의 낮은 온도에 번갈아 노출되며, 노출된 표면(322)은 노출된 표면(322)의 표면 온도 이상인 습한 공기에 노출될 때 김이 서리지 않는다. 일실시예에 있어서, 도시된 바와 같이, 접착층(340)은 기판(390)에 김서림 방지용 박막 조립체(310)를 영구적으로 또는 임시로 부착하기 위해 사용된다. 기판(390)에 사용되는 재료 및 박막(330)을 적절히 선택하면 접착제를 사용하지 않고도 기판(390)에 김서림 방지용 박막 조립체(310)를 충분히 부착시킬 수 있다.
적절한 기판은, 한정하는 것은 아니지만 실질적으로 투명한 유리, 플라스틱, 및 요구되는 용례에 대해 적절하다고 당업자에게 알려진 기판을 포함한다. 용례가 바뀔 수 있으므로, 기판의 선택도 달라진다. 예를 들면, 냉장용 문짝에 대해 적절하다고 판단되는 기판은 가열 장치의 유무, 냉장 유닛의 유형 및 구조, 그리고 제안된 사용 시간 및 수명에 의해 결정될 수 있다. 박막 조립체는 기판에 대해 작동 관계로 위치설정되고/위치설정되거나, 기판의 표면에서 이동가능하고 비영구적인 접합을 형성하고, 기판 표면 중 적어도 실질적으로 김이 서리지 않는 영역을 제공한다. 따라서, 박막 조립체는 냉장고 및 냉동 장치를 비롯한 냉장 유닛에서 사용하기에 특히 적합하다. 그리고, 본 개시내용 전반에 걸쳐 냉장 유닛 및 냉장용 문짝과 같은 구성요소를 참고하고 있지만, 당업자는 본 명세서에 개시된 김서림 방지용 박막을 과도한 실험 없이도 다른 용례에서 쉽게 사용할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 다른 용례로는, 예컨대 주택의 창유리와 같은 건물의 창유리; 자동차, 트럭, 오토바이, 보트, 비행기 등과 같은 운송수단의 윈드쉴드; 욕실 거울, 자동차 거울 등과 같은 반사면; 예컨대 디스플레이, 게이지 등의 표면의 과학 장비; 및 의료용 안면 쉴드 등의 안면 쉴드가 포함된다.
김서림 방지용 박막은 비영구적인 방식으로 기판상에 부착될 수 있거나, 또는 영구적으로 기판에 고정되지 않고도 기판에 김서림 방지 특성을 제공하기 위해 기판에 대해 작동 관계로 배치될 수 있다. 따라서, 일실시예에서, 박막 및/또는 이 박막의 제2 표면에 도포되는 접착제는 김서림 방지용 박막 조립체의 위치 이동, 이동성 및/또는 용이한 제거를 허용하도록 선택된다. 예를 들면, 김서림 방지용 박막 조립체는, 상기 박막이 만족스럽게 위치 설정될 때까지 위치를 바꿀 수 있도록 그리고 건조시에 접합부를 형성하도록 습식으로 부착될 수 있다. 예를 들면, 일반적인 용례는 실온의 기판에 약 99 % 이상의 물과 약 1 % 이하의 비누로 된 용액을 도포하는 단계를 포함한다. 기판 표면 상에 용액을 도포하는 것은 분무기를 이용하여 용액을 분무하는 것을 비롯하여 당업계에 공지된 방법에 의해 행해질 수 있다. 김서림 방지용 박막의 접착부는 용액에 젖어 있는 기판에 대해 배치된다. 상기 박막은 만족스러운 위치로 그 위치를 바꿀 수 있고, 임의의 기포는 스퀴지(squeegee)를 이용하여 제거되며, 건조될 수 있다. 이러한 방식으로, 김서림 방지용 코팅은 기판의 표면에 부착되지만, 상기 코팅은 코팅의 경계에서 기판과 함께 분자 결합하지는 않는다. 대안으로, 박막의 접착 측부에 분무하고 용액으로 적셔진 이 측부를 기판에 붙임으로써 김서림 방지용 박막 조립체를 기판에 부착할 수 있다.
대안으로, 김서림 방지용 박막 조립체는 프레임 내의 트랙을 비롯한 기계적인 장치 또는 당업계에 공지된 다른 방법에 의해 적소에 유지될 수 있다. 김서림 방지용 박막은 이에 따라 필요한 경우 기판으로부터 제거 가능하고, 위치를 바꿀 수 있으며, 멀리 이동 가능하다.
도 4로 돌아가면, 리치-인 타입(reach-in type)의 상품에 있어서의 응축 저항성 냉장고 문짝(400)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 도 4는 냉장고 문짝(400)의 실질적으로 투명한 패널(490)의 제1 표면의 영역에 부착된 김서림 방지용 박막 조립체(410)의 부분 절개도를 도시하고 있다. 선택적인 그래픽 요소(도시 생략)는 전술한 바와 같이 박막 조립체에 존재할 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 박막(430)의 제2 표면은 접착제를 사용하지 않고도 표면(492)의 영역에 직접 배치된다. 김서림 방지층(420)은, 문짝(400)이 닫혀있을 때의 낮은 온도와 문짝(400)이 열려있을 때의 높은 온도에 노출된다. 김서림 방지용 박막 조립체(410)는 기존의 냉장고 문짝 패널 또는 신규의 냉장고 문짝 패널(490)과 함께 사용될 수 있다는 점에서 유리하다. 일실시예에서, 박막(430)의 재료는, 예컨대 상점 소유주 또는 현장의 상인의 기대를 충족시키기 위한 사용 위치에 조립체(410)을 부착하고 위치를 바꿀 수 있도록 선택된다. 대안으로, 박막 조립체(410)는 냉장 유닛에서 사용하기 위해 제조 장소에서 부착된다.
김서림 방지용 박막 조립체(410)는 히터를 구비하거나 구비하지 않은 냉장 패널을 비롯하여 신규의 또는 기존의 냉장 패널 상에서 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "냉장고 패널"이라는 용어는 내부 온도가 약 -10 ℃ 이하, 또는 -10 ℃ 미만의 온도 이하, 구체적으로는 -17 ℃ 내지 약 -23 ℃인 냉장 유닛을 위한 문짝 또는 창유리로서 사용되는 임의의 기판을 가리킨다. 내부 온도 및 온도 범위는 냉각 유닛의 용례, 및 이 유닛이 저장, 전시 및 보관하고자 하는 물품에 의해 결정된다. 예를 들면, 식품, 의료 용품 및 이식용 기관은 이들 물품의 특정한 보관 필요성에 기여하도록 구성된 냉장 유닛 및 온도 요구조건을 갖는다.
냉장 유닛에 있어서, 김서림 방지용 박막 조립체는 저방사율(low-E)의 유리 또는 코팅과 함께 사용될 수 있다. 저방사율의 유리는 2가지 주요한 기준, 즉 적 외선 스펙트럼에 대한 높은 반사 능력(이에 따라 비가시성 복사열을 받아들이지 않음) 및 높은 가시성 투과도(이에 따라 조립체를 통한 가시성을 저해하거나 저하시키지 않음)를 충족시키도록 선택될 수 있다. 다양한 저방사율 특성을 갖는 다수의 유리 재료가 존재한다. 본 명세서에서 설명되는 바와 같은 저방사율 유리 및 저방사율 코팅된 유리 또는 플라스틱은 0.7 초과, 보다 구체적으로는 0.7 내지 2.7 미크론의 복사를 방출하지 않도록 (그리고 이에 따라 상기 복사를 반사하도록) 구성된 유리 또는 플라스틱을 지칭하려는 의도이다. 0.7 내지 2.7 미크론 범위에서 보다 많은 비율을 반사하기 위해 일반적으로 수 개의 층이 사용된다. 저방사율 표면 또는 코팅의 가시광선 투과도는 약 70 % 내지 약 90 %일 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 김서림 방지용 박막 조립체는, 상대습도가 1 % 내지 90 %인 공기가 존재할 때 -23 ℃ 이하의 온도에 노출된 후 약 1 초 내지 약 5 분 동안 더 높은 온도에 번갈아 노출되는 기판 상의 응축을 방지하는 데 있어서 유용하다. 특히, 상기 김서림 방지용 박막 조립체는, 상대 습도가 3 % 내지 80 %, 5 % 내지 70 %, 또는 10 % 내지 50 %인 공기가 존재할 때 -23 ℃의 낮은 온도, 구체적으로는 -17 ℃ 내지 -23 ℃의 낮은 온도로 유지된 후, -17 ℃ 내지 -23 ℃보다 높은 온도, 0 ℃ 초과, 10 ℃ 초과, 또는 20 ℃ 초과, 약 65 ℃ 이하의 온도에 약 3 분 정도 번갈아 노출되는 기판 상의 응축을 방지한다.
일실시예에서, 상기 김서림 방지용 박막 조립체는 0 ℃ 내지 -23 ℃의 온도로 유지된 후 약 2 분 이하의 시간 동안 온도가 약 18 ℃ 내지 약 30 ℃인 습한 주위 공기에 번갈아 노출되는 기판 상의 응축을 방지하는 데 유용하다. 주위 공기의 상대 습도는 일반적으로 약 40 % 내지 약 70 %이다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "습한 주위 공기"는 식료품점, 편의점, 수퍼마켓 등 또는 음료용 냉장고에 이웃한 영역에서의 습한 주위 조건과 가장 일반적으로 관련되는 전술한 범위에 속하는 온도 및 상대 습도를 따른다. 따라서, 다른 실시예에 있어서, 상기 김서림 방지용 박막 조립체는, 상대 습도가 약 40 내지 약 50 %인 공기가 존재할 때, 약 -17 ℃ 내지 약 -23 ℃의 온도로 유지된 후 약 20 ℃ 내지 약 25 ℃, 구체적으로는 21 내지 24 ℃의 온도에 1 분 이하의 시간 동안 노출되는 기판 상의 현저한 응축을 방지한다.
외부 히터를 사용하지 않고도 이러한 낮은 온도에서 응축이 최소화되거나 예방된다는 사실은, 종래 기술에 비해 상당한 개선을 의미한다. 예를 들면, 냉장 진열 문짝을 가열하기 위해서는 약 1.4 암페어가 요구된다. 전술한 조립체를 사용하면 사용자는 이러한 가열을 하지 않을 수 있다. 이는, 예컨대 점포당 100 개 내지 140 개의 문짝이 있고 120 볼트 전력을 사용하는 상점 등의 시설에 있어서, 점포 주인이 약 60 암페어를 절약한다는 것을 의미한다. 문짝 프레임에는 여전히 열이 가해지지만, 상기 열의 대부분은 상기 박막 조립체의 사용하여 완전히 턴-오프될 수 있다. 상점 주인 및 냉장 유닛의 다른 사용자는 이에 따라 상당한 에너지 절약을 실현할 수 있다.
본 발명은 이후의 비한정적인 예에 의해 추가로 설명된다.
예 1.
폴리카보네이트 박막에 배치된 김서림 방지층을 포함하는 김서림 방지용 박 막 조립체는 다음의 조성(체적%)을 포함하는 조성물로부터 형성된 폴리우레탄 김서림 방지층을 사용하여 제조되었다.
FSI 106-94* 파트 A : 47.6 % 친수성 폴리올 [10 중량부(parts by weight)]
FSI 106-94* 파트 B : 19.1 % 이소시아네이트 프레폴리머 (4 중량부)
3차 부틸 알코올 : 25.0 % 용매 (5.25 중량부)
디아세톤 알코올** : 8.3 % 용매 (1.75 중량부)
* : 필름 스페셜티즈, 인크사로부터 입수
** : 4-하이드록시-4-메틸-2-펜탄온
박막에 상기 조성을 도포하기 위해 와이어 와운드 로드 코팅 기법이 사용되었으며, 능동적인 기류가 존재하는 챔버 오븐에서 상기 박막을 경화시키고 용매를 제거하였다. 코팅 두께는 0.005 내지 0.0065 인치(127 내지 165 마이크로미터)이고, 경화 온도는 3 내지 5 분 동안 약 235 ℉(113 ℃)[230 내지 250 ℉(110 내지 121 ℃)]이다. 팬(fan) 속도는, 최초의 1 내지 2 분의 경화 중에는 매우 느린 기류(약 500 rpm의 팬 속도)가 존재하고 최종적인 2 내지 3 분의 경화 중에는 빠른 기류(약 1500 rpm의 팬 속도)가 존재하도록 조절된다. 폴리카보네이트 박막의 코팅된 측부 상에 매끈한(high polish) 폴리에스테르 마스크(예컨대, 듀퐁 KL1, 1 밀 마스크)가 사용된다. 매끈하지 않은 마스크는 제품에 김서림을 남기며 김이 서리는 시간을 단축시킨다. 이상의 조건은 코팅의 우수한 경화를 제공하며 김이 서리는 시간이 2 분을 초과할 수 있도록 한다. 팬 속도는 빠르고 마스크는 매끈하지 않은 동시에 경화 시간이 짧으면(예컨대 3분 미만) 김이 서리는 시간이 30 초 미만 이 되는 결과를 초래할 수 있다.
폴리카보네이트 박막의 다른 측부는, 위치를 바꿀 수 있도록 해주는 아크릴 접착제가 습식 도포된 창유리 박막을 이용하여 코팅되었다. 상기 조립체는 물 99 %와 세제 1 %의 용액을 유리에 분무하고 이후에 유리에 대해 상기 조립체의 접착제를 압축하며 스퀴지를 이용하여 임의의 기포를 제거하고 완전히 건조되도록 함으로써 유리 기판에 부착되었다.
시험에 앞서 2 시간 동안 상기 조립체와 창유리 기판의 평형을 맞춤으로써 상기 조립체의 김서림 방지의 유효성을 시험하였다. 김서림 방지용 코팅이 있는 기판 및 김서림 방지용 코팅이 없는 기판을 이후에 60 초 동안 주위 조건(21 ℃, 상대습도 50 %)에 노출시켰고, 이후에 지시된 온도로 복귀시켰다. 이후에 상기 창유리를 관찰하고 창유리에 대해 김서림이 없어지는 시간을 기록하였다.
결과는 아래의 표에 제시되어 있다. 각각의 경우에 있어서, 김서림 방지용 코팅이 없는 기판은 응축을 나타내었다. 응축이 사라지는 시간을 측정하였으며, 아래에 이를 제시하였다.
Figure 112008028179650-PCT00001
이상의 데이터로부터 알 수 있는 바와 같이, 약 0 ℃ 내지 약 -23 ℃의 온도에서 김서림 방지용 박막 조립체를 이용한 기판의 표면적은 투명하게 유지되며 실질적으로 김이 서리지 않는다. 따라서, 본 명세서에서 설명되는 김서림 방지용 박막 조립체는, 기판의 표면 온도 이상의 습한 공기에 노출되는 경우에도 실질적으로 김이 서리지 않은 상태에서 하루 종일 냉장고 문을 열고 닫을 수 있도록 해주며, 이에 따라 냉장 유닛 내부의 물품의 시야를 방해하지 않는다.
예 2.
전술한 김서림 방지용 박막 조립체를 실제의 식료품점에 있는 냉장 유닛에 부착하였다. 냉장 유닛은 -29 ℃로 설정되었고, 유닛 내부의 공기 온도는 -23 ℃이었으며, 상점 내부의 공기의 온도는 21 내지 24 ℃이었고 상대 습도는 40 내지 50 %이었다. 이들 조건 하에서, 김서림 방지 재료가 부착된 문짝에서는 심지어 문을 연 후 1분 뒤까지도 김서림이 관찰되지 않았다. 김서림 방지 재료를 사용하지 않은 문짝은 10 내지 15 초 이내에 김이 서렸다. 가열되고 김서림 방지용 박막 조 립체를 갖춘 문짝과 가열되지 않고 김서림 방지용 박막 조립체를 갖춘 문짝 사이에는 아무런 차이도 발견되지 않았다. 이는, 100 개 내지 140 개의 문짝을 갖춘 평균적인 상점을 가열식 문짝 없이 운영하도록 해주며 상기 상점에 대해 약 60 암페어를 절약할 수 있도록 해준다.
본 명세서에서 사용된 바와 같은 "첫 번째", "두 번째", "외측", "내측", "외부" 등은 임의의 순서, 양 또는 중요도를 가리키는 것이라기보다는 하나의 요소를 다른 요소와 구분하기 위해 사용되며, 본 명세서에서 사용된 바와 같은 단수명사는 수량의 제한을 나타내는 것이라기보다는 적어도 하나의 참고로 하는 물품이 존재함을 나타내는 것이다. 또한, 동일한 특성 또는 개수에 대한 모든 범위는 총괄적이며 독립적으로 조합가능하다.
본 발명의 몇 가지 실시예를 참고하여 본 발명을 설명하였지만, 당업자에 의해 다양한 변형이 행해질 수 있으며 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 본 발명의 요소가 등가물로 대체될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 발명의 핵심적인 범위로부터 벗어나지 않고도 본 발명의 교시에 따라 구체적인 상황 또는 재료를 선택하기 위해 다수의 변형이 행해질 수 있다. 따라서, 본 발명은 본 발명을 수행하기 위해 최적의 모드로서 고려되는 개시된 구체적인 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 첨부된 청구범위의 범위에 속하는 모든 실시예를 포함한다.

Claims (19)

  1. 제1 표면과 이 제1 표면의 반대측의 제2 표면을 갖는 실질적으로 투명한 박막과,
    폴리우레탄 박막 형성 조성물로부터 형성된 실질적으로 투명한 김서림 방지층
    을 포함하며, 상기 폴리우레탄 박막 형성 조성물은 -23 ℃ 내지 65 ℃ 사이에서 번갈아 나타나는 온도에서 상기 김서림 방지층에 김서림 방지 특성을 제공하기에 효과적이고, 상기 김서림 방지층은 박막의 제1 표면의 영역에 배치되는 것인 김서림 방지용 박막 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 박막은, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리(시클로헥산디메탄올 테레프탈레이트)-코-폴리(에틸렌 테레프탈레이트), 아크릴, 폴리비닐클로라이드, 폴리비스알릴 카보네이트, 폴리에틸렌 나프테네이트, 폴리카보네이트/PCCD 혼합물, 및 이들 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는 혼합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 김서림 방지용 박막 조립체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 박막 형성 조성물은 이소시아네이트 반응성 부분, 소수성 영역 및 친수성 영역을 구비하는 계면활성제를 더 포함하는 것인 김서림 방지용 박막 조립체.
  4. 제3항에 있어서, 상기 계면활성제는 양이온 계면활성제 및 음이온 계면활성제의 조합을 포함하는 것인 김서림 방지용 박막 조립체.
  5. 제3항에 있어서, 상기 계면활성제 중 이소시아네이트 반응성 부분은 하이드록실기인 것인 김서림 방지용 박막 조립체.
  6. 제1항에 있어서, 상기 폴리우레탄 박막 형성 조성물은, 반응성 이소시아네이트기를 갖는 폴리이소시아네이트 프레폴리머, 친수성 폴리올 및 친수성 영역과 소수성 영역을 갖는 하이드록실 함유 계면활성제를 포함하는 것인 김서림 방지용 박막 조립체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 계면활성제는 계면활성제에 공유결합된 하이드록실기를 갖는 양이온 계면활성제인 것인 김서림 방지용 박막 조립체.
  8. 제6항에 있어서, 상기 계면활성제는 상대양이온(countercation)과 결합된 음이온 계면활성제이고, 상기 하이드록실기는 상대양이온과 공유결합된 것인 김서림 방지용 박막 조립체.
  9. 제1항에 있어서, 그래픽 요소를 더 포함하는 것인 김서림 방지용 박막 조립 체.
  10. 제9항에 있어서, 상기 그래픽 요소는 김서림 방지층의 영역, 김서림 방지층과 박막의 제1 표면 사이, 박막의 제1 표면의 영역, 또는 박막의 제2 표면의 영역에 배치되는 것인 김서림 방지용 박막 조립체.
  11. 제1항에 있어서, 상기 김서림 방지용 박막 조립체는 기판 상에서 위치를 바꿀 수 있는 것인 김서림 방지용 박막 조립체.
  12. 제1항에 있어서, 상기 박막의 제2 표면의 영역에 배치되는 접착제를 더 포함하는 것인 김서림 방지용 박막 조립체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 접착제는 조립체가 기판 상에서 위치를 바꿀 수 있도록 해주는 것인 김서림 방지용 박막 조립체.
  14. 제12항에 있어서, 상기 박막의 제2 표면과 접착제 사이에 배치된 그래픽 요소를 더 포함하는 것인 김서림 방지용 박막 조립체.
  15. 제1 표면을 갖는 실질적으로 투명한 기판 및 제1항에 따른 김서림 방지용 박막 조립체를 포함하며, 상기 박막의 제2 표면은 상기 기판의 영역에 배치되는 것인 응축 저항성 물품.
  16. 제15항에 있어서, 상기 김서림 방지용 박막 조립체는 그래픽 요소를 더 포함하는 것인 응축 저항성 물품.
  17. 제15항에 있어서, 냉장고 패널, 건물 창유리, 윈드쉴드, 반사면, 계기 표면, 또는 정면 쉴드인 것인 응축 저항성 물품.
  18. 제17항에 있어서, 상기 기판은 냉장고 문짝 또는 냉장고 창유리인 것인 응축 저항성 물품.
  19. 제17항에 있어서, 상기 기판은 거울 또는 자동차 윈드쉴드인 것인 응축 저항성 물품.
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