KR20210077639A - A functional building material for windows - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 최상부 보호층을 포함하는 창호용 기능성 건축자재에 관한 것이다.The present invention relates to a functional building material for windows and doors comprising an uppermost protective layer.
저방사 유리(Low-Emissivity glass)는 은(Ag)과 같이 적외선 영역에서의 반사율이 높은 금속을 포함하는 저방사층이 박막으로 증착된 유리를 말한다. 이러한 저방사 유리는 적외선 영역의 복사선을 반사시켜 여름에는 실외의 태양 복사열을 차단하고 겨울에는 실내의 난방 복사열을 보존함으로써 건축물의 에너지 절감 효과를 가져오는 기능성 소재이다.Low-emissivity glass refers to a glass in which a low-emissivity layer including a metal having high reflectivity in the infrared region, such as silver (Ag), is deposited as a thin film. This low-emission glass is a functional material that reflects radiation in the infrared region to block outdoor solar radiation in summer and preserves indoor heating radiation in winter to save energy in buildings.
일반적으로 저방사층으로 사용되는 은(Ag)은 공기 중에 노출되었을 때 산화가 되므로, 상기 저방사층의 상부 및 하부에 산화방지막으로 메탈 및/또는 유전체층을 증착시킨 저방사 코팅을 유리에 증착시킨다. 이러한 유전체층은 가시광 투과율을 증가시키는 역할도 한다.Silver (Ag), which is generally used as a low-emission layer, is oxidized when exposed to air, so a low-emissivity coating in which a metal and/or dielectric layer is deposited as an anti-oxidation film on the upper and lower portions of the low-emissivity layer is deposited on the glass. . Such a dielectric layer also serves to increase visible light transmittance.
그러나 저방사 코팅은 고온 다습한 환경에서 대기중의 산소, 클로라이드, 설파이드, 이산화황 등과 같은 부식제와 접촉하게 되면 은(Ag)층의 부식이 발생하여 손상되는 문제가 발생한다. 또한, 저방사 코팅은 외부 충격에 취약하여 운송 또는 취급시에도 긁힘에 의한 코팅의 손상이 빈번하게 발생한다. 특히 유리와 같이 하중이 무거운 건축자재의 경우, 무거운 하중으로 인해 운송 및 취급(handling) 중에 긁힘 등이 더욱 빈번하게 일어난다. However, when the low-emissivity coating comes into contact with corrosive agents such as oxygen, chloride, sulfide, sulfur dioxide, etc. in the atmosphere in a high temperature and high humidity environment, corrosion of the silver (Ag) layer occurs and is damaged. In addition, the low-emission coating is vulnerable to external impact, and damage to the coating due to scratching occurs frequently even during transportation or handling. In particular, in the case of a building material with a heavy load such as glass, scratches occur more frequently during transportation and handling due to the heavy load.
이와 같은 손상 등의 문제를 해결하기 위하여 종래에는 도 1(a)와 같은 종래 투명 기재(1) 및 저방사 코팅(2) 상부에 금속 등을 포함하는 최상부 보호층(3)을 코팅함으로써 저방사 코팅에 대한 1차 보호를 하여 왔다.In order to solve the problem of such damage, in the prior art, low-emission by coating the uppermost
그러나 종래 기술에서의 상기 최상부 보호층(3)에 외력에 의한 스크래치가 발생하는 경우(도 1(a)), 열강화 수행 시 도 1(b)와 같이 최상부 보호층(3)에 발생된 스크래치가 더욱 확장되어 하부의 저방사 코팅(2) 부분까지 손상시키는 문제가 있다.However, in the case of a scratch caused by an external force on the uppermost
본 발명은 외부로부터의 물리적 및 화학적 공격에 대한 내구성이 우수한 창호용 기능성 건축자재를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.An object of the present invention is to provide a functional building material for windows and doors having excellent durability against physical and chemical attack from the outside.
또한 본 발명은 후속 열강화 공정 시 쉽게 제거되면서 동시에 스크래치가 쉽게 제거될 수 있는 창호용 기능성 건축자재를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a functional building material for windows that can be easily removed during a subsequent thermal strengthening process and at the same time scratches can be easily removed.
또한 본 발명은 하부의 금속층의 자연 산화를 최소화할 수 있는 창호용 기능성 건축자재를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.Another object of the present invention is to provide a functional building material for windows and doors that can minimize the natural oxidation of the lower metal layer.
또한 본 발명은 스크래치가 쉽게 제거됨으로써 취급이 용이하고 불량률을 획기적으로 감소시킬 수 있는 창호용 기능성 건축자재를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a functional building material for windows that is easy to handle by easily removing scratches and can dramatically reduce the defect rate.
또한 본 발명은 우수한 평활도를 가지는 표면 특성으로 인해 마찰에 의한 스크래치를 경감시킬 수 있는 창호용 기능성 건축자재를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.Another object of the present invention is to provide a functional building material for windows and doors that can reduce scratches due to friction due to surface properties having excellent smoothness.
또한 본 발명은 화학적 내구성이 우수한 표면층을 가지는 창호용 기능성 건축자재를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.Another object of the present invention is to provide a functional building material for windows and doors having a surface layer having excellent chemical durability.
전술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 창호용 기능성 건축자재는, 금속 지르코늄과 지르코늄 산화물을 포함하는 제1 최상부 보호층;상기 제1 최상부 보호층 상에 위치하며 탄소를 포함하는 제2 최상부 보호층;을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재인 것을 특징으로 한다.As a means for solving the above problems, the functional building material for windows and doors of the present invention includes a first uppermost protective layer comprising metal zirconium and zirconium oxide; a second uppermost protective layer positioned on the first uppermost protective layer and comprising carbon It is characterized in that it is a functional building material for windows and doors including; the uppermost protective layer.
보다 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 창호용 기능성 건축 자재는 투명 기재; 상기 투명 기재의 상부에 위치하는 하나 이상의 층을 포함하는 저방사 코팅; 및 상기 저방사 코팅의 상부에 위치하는 최상부 보호층;을 포함하며, 상기 최상부 보호층은 금속 지르코늄과 지르코늄 산화물을 포함하는 제1 최상부 보호층; 상기 제1 최상부 보호층 상에 위치하며 탄소를 포함하는 제2 최상부 보호층;을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재인 것을 특징으로 한다.More specifically, a functional building material for windows and doors according to an embodiment of the present invention includes a transparent substrate; a low-emissivity coating comprising one or more layers positioned on top of the transparent substrate; and an uppermost protective layer positioned on the low-emissivity coating, wherein the uppermost protective layer includes: a first uppermost protective layer comprising metal zirconium and zirconium oxide; It is characterized in that it is a functional building material for windows and doors including; a second uppermost protective layer located on the first uppermost protective layer and containing carbon.
또한, 상기 창호용 기능성 건축 자재에서 상기 탄소의 혼성 오비탈의 전체 혼성화 비율 중 sp3 오비탈의 혼성 비율이 40% 이상인 것을 특징으로 한다. In addition, in the functional building material for windows and doors, the hybridization ratio of sp 3 orbitals among the total hybridization ratio of hybrid orbitals of carbon is 40% or more.
또한, 상기 창호용 기능성 건축 자재에서 탄소의 -O(산소) 결합기의 전체 비율이 탄소의 전체 결합 비율 대비 15% 이하인 것을 특징으로 한다. In addition, the total ratio of -O (oxygen) bonding groups of carbon in the functional building material for windows and doors is 15% or less of the total bonding ratio of carbon.
또한, 상기 창호용 기능성 건축 자재에서 상기 제2 최상부 보호층의 RMS 표면 조도는 0.5 ㎚ 이하인 것을 특징으로 한다. In addition, in the functional building material for windows and doors, the RMS surface roughness of the second uppermost protective layer is 0.5 nm or less.
또한, 상기 창호용 기능성 건축 자재는 상기 제2 최상부 보호층을 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. In addition, the functional building material for windows and doors is characterized in that it does not include the second uppermost protective layer.
또한, 상기 창호용 기능성 건축 자재는 온도 50℃, 습도 90%RH 에서 3주간 방치하는 장기 보관 성능 가속 시험 후 표면 핀홀의 최대 직경이 20㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.In addition, the functional building material for windows and doors is characterized in that the maximum diameter of the surface pinhole is 20㎛ or less after the accelerated long-term storage performance test left for 3 weeks at a temperature of 50°C and a humidity of 90%RH.
또한, 제1 최상부 보호층과 상기 제2 최상부 보호층 사이에 위치하는 유전체층을 포함하는 것을 특징으로 한다.Further, it is characterized by comprising a dielectric layer positioned between the first uppermost protective layer and the second uppermost protective layer.
또한, 상기 지르코늄의 두께는 1 내지 2㎚이고, 상기 지르코늄 산화막의 두께는 2 내지 3nm인 것을 특징으로 한다. In addition, the thickness of the zirconium is 1 to 2 nm, it is characterized in that the thickness of the zirconium oxide film is 2 to 3 nm.
또한, pH 2의 산성 용액에 5분간 노출된 후, 상기 창호용 기능성 건축 자재의 색상변화(△E)는 투과 색상 변화(color (T))와 유리면 반사 색상 변화(color (S))가 1 미만, 코팅면 반사 색상 변화(color R)는 2 미만인 것을 특징으로 한다. In addition, after being exposed to an acidic solution of
또한, 상기 저방사 코팅은 배리어층, 차단층, 유전체층에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the low-emissivity coating is characterized in that it comprises at least one selected from a barrier layer, a blocking layer, a dielectric layer.
본 발명의 최상부 보호층은 창호용 건축 자재에 적용 시 최종 가공 이후 창호용 기능성 건축 자재의 광학적 성능에 영향을 주지 않고, 이에 따라 기존의 창호용 건축 자재 제품의 최상부 보호층에 바로 적용할 수 있는 효과가 있다. The uppermost protective layer of the present invention does not affect the optical performance of functional building materials for windows and doors after final processing when applied to building materials for windows and doors, and thus can be directly applied to the uppermost protective layer of existing building materials for windows and doors. It works.
특히 본 발명의 고유의 Zr 금속/ Zr 산화물 적층 구조는 물리적 및 화학적 내구성은 물론이거니와 가혹한 산성 또는 염기성 조건에서 변색에 대한 저항성 확보에 매우 효과적이다. In particular, the unique Zr metal/Zr oxide layered structure of the present invention is very effective in securing physical and chemical durability as well as resistance to discoloration in severe acidic or basic conditions.
또한, 운반 또는 시공 시 외부 충격에 의해 최상부 보호층의 일부에 스크래치가 발생하더라도 열 강화 시 제2 최상부 보호층이 먼저 반응함으로써 제1 최상부 보호층의 자연 산화를 감소시키는 효과가 있다. 이에 따라 창호용 기능성 건축자재의 장기 보관 성능을 개선시키고, 열 강화 시 스크래치가 확장되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.In addition, even if a part of the uppermost protective layer is scratched due to an external impact during transport or construction, the second uppermost protective layer reacts first during thermal strengthening, thereby reducing the natural oxidation of the first uppermost protective layer. Accordingly, it is possible to improve the long-term storage performance of functional building materials for windows and doors, and to prevent scratches from expanding when heat is strengthened.
특히 본 발명 고유의 제2 최상부 보호층은 산소 결합기의 비율이 낮고 동시에 sp3 혼성 결합 비율이 높아서 물리적인 내구성은 물론이거니와 화학적 내구성도 매우 뛰어난 효과를 가질 수 있다. In particular, the second uppermost protective layer unique to the present invention has a low ratio of oxygen bonding groups and a high sp 3 hybrid bonding ratio at the same time, so that not only physical durability but also chemical durability can be very excellent.
나아가, 본 발명의 최상부 보호층을 포함하는 창호용 기능성 건축자재는 스크래치 발생 빈도 및 불량률이 감소하고, 운반 및 취급이 용이한 효과가 있다.Furthermore, the functional building material for windows and doors including the uppermost protective layer of the present invention has the effect of reducing the frequency of occurrence of scratches and the defect rate, and facilitating transport and handling.
도 1은 종래의 최상부 보호층이 코팅된 저방사 유리의 (a)최상부 보호층에 스크래치가 형성된 경우 및 (b)열 강화 이후 최상부 보호층의 스크래치가 저방사 코팅층까지 확장된 경우를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 창호용 기능성 건축 자재의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 최상부 보호층의 일 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 최상부 보호층의 또 다른 일 실시 예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 최상부 보호층을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재의 (a)제2 최상부 보호층에 스크래치가 형성된 경우 및 (b)열 강화 이후 제2 최상부 보호층이 제거됨으로써 스크래치가 제거된 경우를 나타내는 단면도이다.
도 6은 실시예 1의 장기 보관 성능 가속 시험을 수행한 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 비교예 1의 장기 보관 성능 가속 시험을 수행한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 실시예 1의 제2 최상부 보호층에 스크래치를 재연한 경우, 열강화 전후의 스크래치 변화를 나타낸 도면이다.
도 9는 비교예 1의 최상부 보호층에 스크래치를 재연한 경우, 열강화 전후의 스크래치 변화를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시예 1의 제1 및 제2 최상부 보호층에 스크래치를 재연한 경우, 열강화 전후의 스크래치 변화를 나타낸 도면이다.
도 11은 비교예 1의 최상부 보호층에 스크래치를 재연한 경우, 열강화 전후의 스크래치 변화를 나타낸 도면이다.
도 12의 (a)(왼쪽)는 종래예의 제2최상부 보호층의 sp 혼성 오비탈 및 결합기를 분석한 라만(Raman) 분석 결과의 그래프이고, (b)(오른쪽)는 실시예 1의 제2 최상부 보호층의 sp 혼성 오비탈 및 결합기를 분석 한 라만(Raman) 분석 결과 그래프이다.
도 13은 실시예 1 및 비교예 1의 다층 구조의 표면 조도를 AFM(atomic force microscope)으로 측정한 결과이다.
도 14는 실시예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 투명 투명 기판인 유리의 세척기의 브러쉬를 통과한 후 관찰된 표면이다.
도 15는 비교예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 투명 투명 기판인 유리의 세척기의 브러쉬를 통과한 후 관찰된 표면이다.
도 16은 실시예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 40℃, 90% RH(습도)에서 3일 내지 7일 동안 노출된 후 관찰된 표면이다.
도 17은 비교예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 40℃, 90% RH(습도)에서 3일 내지 7일 동안 노출된 후 관찰된 표면이다.
도 18은 실시예 2 및 비교예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 각각 pH 2의 산성 용액에 5분간 노출된 후 측정된 색상변화(△E)를 나타낸다.
도 19는 실시예 2 및 비교예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 각각 pH 12의 염기성 용액에 5분간 노출된 후 측정된 색상변화(△E)를 나타낸다.1 is a cross-sectional view showing (a) a case in which a scratch is formed on the uppermost protective layer of a conventional low-emissivity glass coated with the uppermost protective layer and (b) a case in which the scratch of the uppermost protective layer is extended to the low-emissivity coating layer after thermal strengthening. .
2 is a cross-sectional view of a functional building material for windows and doors according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing an embodiment of the uppermost protective layer of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing another embodiment of the uppermost protective layer of the present invention.
Figure 5 shows (a) when scratches are formed on the second uppermost protective layer of the functional building material for windows and doors including the uppermost protective layer of the present invention and (b) scratches are removed by removing the second uppermost protective layer after heat strengthening; A cross-sectional view showing the case.
6 is a view showing the results of performing the long-term storage performance acceleration test of Example 1.
7 is a view showing the results of performing a long-term storage performance acceleration test of Comparative Example 1.
8 is a view showing a change in the scratch before and after thermal strengthening when the scratch on the second uppermost protective layer of Example 1 is reproduced.
9 is a view showing a change in the scratch before and after thermal strengthening when the scratch on the uppermost protective layer of Comparative Example 1 is reproduced.
10 is a view showing a change in scratches before and after thermal strengthening when the scratches on the first and second uppermost protective layers of Example 1 are reproduced.
11 is a view showing a change in the scratch before and after thermal strengthening when the scratch on the uppermost protective layer of Comparative Example 1 is reproduced.
12 (a) (left) is a graph of the Raman analysis result of analyzing sp hybrid orbitals and bonding groups of the second uppermost protective layer of the prior art, (b) (right) is the second uppermost part of Example 1 It is a graph of the Raman analysis result of analyzing the sp hybrid orbital and bonding group of the protective layer.
13 is a result of measuring the surface roughness of the multilayer structures of Example 1 and Comparative Example 1 using an atomic force microscope (AFM).
14 is a surface observed after the functional building material for windows having a multi-layer structure of Example 2 passes through the brush of a glass cleaner, which is a transparent transparent substrate.
15 is a surface observed after the functional building material for windows having a multi-layer structure of Comparative Example 2 passes through the brush of a glass cleaner, which is a transparent transparent substrate.
16 is a surface observed after exposure of the functional building material for windows and doors having a multilayer structure of Example 2 at 40° C. and 90% RH (humidity) for 3 to 7 days.
17 is a surface observed after exposure of the functional building material for windows and doors having a multilayer structure of Comparative Example 2 at 40° C. and 90% RH (humidity) for 3 to 7 days.
18 shows the color change (ΔE) measured after exposure of the functional building materials for windows and doors having a multilayer structure of Example 2 and Comparative Example 2 to an acidic solution of
19 shows the color change (ΔE) measured after exposure of the functional building materials for windows and doors having a multilayer structure of Example 2 and Comparative Example 2 to a basic solution of pH 12 for 5 minutes, respectively.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features and advantages will be described below in detail with reference to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to easily implement the technical idea of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to indicate the same or similar components.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.In the following, that an arbitrary component is disposed on the "upper (or lower)" of a component or "upper (or below)" of a component means that any component is disposed in contact with the upper surface (or lower surface) of the component. Furthermore, it may mean that other components may be interposed between the component and any component disposed on (or under) the component.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다. Also, when it is described that a component is "connected", "coupled" or "connected" to another component, the components may be directly connected or connected to each other, but other components are "interposed" between each component. It is to be understood that “or, each component may be “connected,” “coupled,” or “connected” through another component.
이하, 본 발명의 창호용 기능성 건축자재에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, the functional building material for windows and doors of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 창호용 기능성 건축 자재는 투명 기재(10), 상기 투명 기재(10)의 상부에 하나 이상의 층을 포함하는 저방사 코팅(20) 및 상기 저방사 코팅(20)의 상부에 최상부 보호층(100)을 포함할 수 있다. 2, the functional building material for windows and doors according to an embodiment of the present invention is a
도 3과 같이, 본 발명의 일 실시예에서, 상기 최상부 보호층(100)은 제1 최상부 보호층(30) 및 제2 최상부 보호층(40)을 순차적으로 포함할 수 있다. 3 , in an embodiment of the present invention, the uppermost
상기 제1 최상부 보호층(30)은 금속인 지르코늄을 포함할 수 있다. The first uppermost
본 발명의 다른 실시예에서, 상기 제1 최상부 보호층(30)은 지르코늄 옥사이드를 더 포함할 수 있다. 상기 지르코늄 옥사이드는 상기 지르코늄의 상부에 형성된다.In another embodiment of the present invention, the first uppermost
이 때 상기 지르코늄 옥사이드는 별도의 추가 공정에 의해 생성될 수도, 또는 상기 지르코늄이 자연 상태에서 산화됨으로써 형성될 수도 있다. 특히 상기 지르코늄은 메탈이기 때문에 공기 노출로 인해 자연 산화가 일어날 수 있다. 상기 지르코늄이 산화되어 지르코늄의 상부에 지르코늄 옥사이드를 형성하는 경우, 최상부 보호층(200)은 제1 최상부 보호층(30)에 지르코늄을 포함하는 층과 지르코늄 옥사이드를 포함하는 층으로 분리되는 구조를 형성한다. 이 때, 제2 최상부 보호층(40)은 지르코늄 옥사이드를 포함하는 층의 상부에 적층되는 구조를 갖는다. 이하, 상기 지르코늄을 포함하는 층을 '메탈 보호층(31)', 지르코늄 옥사이드를 포함하는 층을 '세라믹 보호층(32)'으로 칭한다. 이는 도 4와 같다. At this time, the zirconium oxide may be generated by a separate additional process, or may be formed by oxidizing the zirconium in a natural state. In particular, since the zirconium is a metal, natural oxidation may occur due to exposure to air. When the zirconium is oxidized to form zirconium oxide on top of zirconium, the uppermost
금속인 지르코늄을 포함하는 상기 메탈 보호층(31)은, 금속인 지르코늄이 가지는 우수한 내투습성과 수분에 강한 특성으로 인해, 하부의 저방사 코팅층 및 창호용 기능성 건축 자재의 화학적 내구성을 향상시키는 역할을 한다. 이에 따라 상기 메탈 보호층(31)은 창호용 기능성 건축 자재의 내구성과 장기 보관 성능을 향상 시킬 수 있다. The metal
상기 메탈 보호층(31)은 구성 성분인 금속 지르코늄이 완전히 산화되지 않고 금속 상태로 남아 있어야 최상부 보호층의 화학적 내구성을 향상시킬 수 있으므로 금속 지르코늄이 두께 방향으로 완전히(또는 전부) 산화되지 않는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 메탈 보호층(31)의 두께는 약 1 내지 2nm 일 수 있다. In the metal
한편 상기 메탈 보호층(31) 상에 위치하는 상기 세라믹 보호층(32)은 상기 메탈 보호층(31)의 공기 노출로 인해 지르코늄이 자연산화되어 형성될 수 있는 층으로서, 약 2 내지 3nm 두께로 형성된다. 상기 지르코늄의 산화로 인해 형성된 세라믹 보호층(32)은, 세라믹 고유의 소성변형에 대한 높은 저항성, 높은 경도 및 금속 지르코늄으로부터 세라믹 지르코늄 산화물의 형성 시 두께의 증가로 인하여, 최상부 보호층 뿐만 아니라 그 하부 적층 구조의 물리적 내구성을 향상시키고 그로 인해 내스크래치성을 향상시킬 수 있다.Meanwhile, the ceramic
이 때, 제1 최상부 보호층(30)은 두께가 약 3 내지 5nm 인 것이 바람직하다. 상기 제1 최상부 보호층의 두께가 3nm 미만인 경우 박막을 형성하지 못해 물리적 혹은 화학적 내구성 향상 폭이 적을 수 있고, 5nm 초과인 경우 흡수율 증가로 인해 최종 제품인 창호용 기능성 건축 자재의 투과율. 반사율 또는 색상의 관리가 어려워질 수 있다.At this time, it is preferable that the first uppermost
상기 제2 최상부 보호층(40)은 탄소를 포함할 수 있다. 상기 탄소는 그라파이트 물질을 타켓으로 이용한 스퍼터링(sputtering)과 같은 물리적 기상 증착(physical vapor deposition) 공정을 통해 얻을 수 있다. The second uppermost
이 때, 증착된 탄소는 sp2 및 sp3 혼성 오비탈의 혼합 형태를 가질 수 있다. 일반적으로 탄소는 sp2 혼성 오비탈을 가지는 2차원 구조의 흑연(graphite, 그라파이트)가 열역학적으로 안정한 상(phase)으로 알려져 있다. 한편 sp3 혼성 오비탈을 가지는 3차원 구조의 다이아몬드는 상기 흑연 대비 열역학적으로 안정한 상이 아니다. 상기의 열역학적 안정성과는 달리, 다이아몬드는 흑연 대비 높은 경도를 가지므로, 다이아몬드는 흑연보다 기계적 특성이 우수하다.In this case, the deposited carbon may have a mixed form of sp 2 and sp 3 hybrid orbital. In general, carbon is known as a thermodynamically stable phase of two-dimensional graphite having a sp 2 hybrid orbital (graphite). Meanwhile , diamond having a three-dimensional structure having sp 3 hybrid orbitals is not a thermodynamically stable phase compared to graphite. Unlike the thermodynamic stability described above, since diamond has a higher hardness than graphite, diamond has superior mechanical properties than graphite.
따라서 상기 제2 최상부 보호층(40)을 구성하는 성분인 탄소의 혼성화 비율의 제어는 상기 제2 최상부 보호층(40)의 특성 제어에 있어 중요하다. 특히 상기 제2 최상부 보호층(40) 내 탄소의 sp3 혼성 오비탈 비율을 높이는 것은 매우 중요하다. 이 때 혼성화 비율은 라만(Raman) 분석법에 의하여 특성화 또는 정량화 될 수 있다.Therefore, control of the hybridization ratio of carbon, which is a component constituting the second uppermost
상기 제2 최상부 보호층(40)은 제1 최상부 보호층(30)의 상부에 위치함으로써 창호용 기능성 건축 자재의 내스크래치성을 향상시키는 기능뿐만 아니라 창호용 기능성 건축 자재의 시공 시 수행되는 후속 열경화 처리 시 제1 최상부 보호층, 특히 메탈 보호층(31)에 포함된 지르코늄의 지나친 자연 산화, 특히 열 산화(thermal oxidation)를 감소시키는 역할을 한다. 특히 제1 최상부 보호층(30)에 세라믹 보호층(32)이 형성되면 물리적 내구성은 증가하지만 지나친 세라믹 보호층(32)의 형성은 그 하부에 위치하는 메탈 보호층(31)의 지나친 손실로 인한 화학적 내구성이 저하되는 바, 제2 최상부 보호층(40)은 제1 최상부 보호층(30)의 화학적 내구성의 저하를 감소시킬 수 있다. The second uppermost
본 발명의 창호용 기능성 건축 자재에서의 상기 제2 최상부 보호층(40)은 상기 투명 기재에 코팅된 다층 구조의 저방사 코팅을 열처리를 통하여 강화시킬 수 있다.The second uppermost
창호용 기능성 건축 자재에 외력에 의한 충격이 가해지는 경우, 상기 제2 최상부 보호층(40)은 최상부 보호층(100) 중에서 최외각에 위치하기 때문에 상기 외력에 의한 스크래치는 주로 제2 최상부 보호층(40)에 생기게 된다(도 5(a)). 그러나 상기 제2 최상부 보호층(40)에 형성된 스크래치는 열 강화 시 제거될 수 있다. When an impact by an external force is applied to the functional building material for windows and doors, the second uppermost
구체적으로 만일 본 발명의 최상부 보호층(100)의 표면인 제2 최상부 보호층(40)에 스크래치가 발생하는 경우, 상기 창호용 기능성 건축 자재의 후 처리 공정 인 열 강화 단계에서 상기 제2 최상부 보호층(40)은 주성분이 탄소로 이루어지므로 열 강화 단계에서의 열에 의해 제거될 수 있다. 다시 말하면, 상기 창호용 기능성 건축 자재는 열 강화 후 제2 최상부 보호층(40)이 완전히 연소된다. 그 결과, 상기 제2 최상부 보호층(40)에 포함된 스크래치도 상기 제2 최상부 보호층(40)과 함께 동시에 제거되므로 최종적으로는 스크래치가 없는 제1 최상부 보호층(30)만이 최외각에 노출되게 된다. Specifically, if a scratch occurs on the second uppermost
만약 제2 최상부 보호층(40)의 두께를 넘어 제1 최상부 보호층(30)까지 스크래치가 발생하더라도, 상기 제2 최상부 보호층(40)이 존재함으로 인해 열강화 후 스크래치의 산화로 인한 확장 정도가 개선되는 효과가 있다. Even if a scratch occurs to the first uppermost
만일 강한 외력에 의해 스크래치가 상기 제2 최상부 보호층(40)을 통과하는 경우, 상기 제1 최상부 보호층(30)에도 스크래치가 발생될 수 있다. If the scratch passes through the second uppermost
이 경우 열 강화가 수행되지 않으면, 상기 제1 최상부 보호층(30)에 발생한 스크래치는 그대로 남게 된다. 그러나 열강화가 수행되면, 상기 제1 최상부 보호층(30)에 발생한 스크래치 부분을 중심으로 산화가 진행됨에 따라 상기 스크래치는 육안으로 쉽게 관찰될 수 있을 정도로 옆으로 확장되게 된다.In this case, if thermal strengthening is not performed, scratches generated on the first uppermost
그러나 만일 제2 최상부 보호층(40)이 상기 제1 최상부 보호층(30) 상에 존재하는 경우, 상기 열강화 과정 동안 제2 최상부 보호층의 탄소가 CO2로 산화되어 기화되는 동안 제1 최상부 보호층(30)의 산화가 상대적으로 억제되게 된다. 그 결과 상기 제1 최상부 보호층(30)에 발생한 스크래치의 산화가 줄어들게 되어 최종적으로 제1 최상부 보호층(30)에 존재하는 스크래치의 확장이 억제될 수 있다.However, if the second uppermost
반면 제2 최상부 보호층(40)이 상기 제1 최상부 보호층(30) 상에 존재하지 않는 경우, 상기 열강화 과정 동안 제1 최상부 보호층(30)의 산화를 억제하지 못하게 된다. 그 결과 제1 최상부 보호층(30)에 발생한 스크래치의 확장은 피할 수 없게 된다.On the other hand, when the second uppermost
상기 제2 최상부 보호층의 두께는 1 내지 5nm 이다. The thickness of the second uppermost protective layer is 1 to 5 nm.
상기 제2 최상부 보호층의 두께가 5nm 보다 두꺼운 경우, 제2 최상부 보호층의 광 흡수에 의해 창호용 기능성 건축 자재의 투과율의 변화를 초래할 수 있어 바람직하지 못하다.When the thickness of the second uppermost protective layer is thicker than 5 nm, it is not preferable because the light absorption of the second uppermost protective layer may cause a change in transmittance of the functional building material for windows and doors.
반면 상기 제2 최상부 보호층의 두께가 1nm 보다 얇은 경우, 지나치게 얇은 제2 최상부 보호층의 두께는 하부의 제1 최상부 보호층의 보호에 효과적이지 못한 문제가 있디.On the other hand, when the thickness of the second uppermost protective layer is thinner than 1 nm, there is a problem that the excessively thin second uppermost protective layer is not effective in protecting the lower first uppermost protective layer.
한편 상기 제2 최상부 보호층은 후속 열강화 공정 이후 모두 제거될 수 있으므로 이에 따라 저방사 코팅 적층 구조의 광학 특성에 영향을 미치지 않는다. Meanwhile, since the second uppermost protective layer may be all removed after a subsequent thermal strengthening process, the optical properties of the low-emission coating laminate structure are not affected.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 최상부 보호층(30)과 상기 제2 최상부 보호층(40) 사이에는 유전체층이 추가적으로 위치할 수 있다. 상기 유전체층의 비한정적이고 구체적인 예로써 Si3N4:Al가 사용될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, a dielectric layer may be additionally positioned between the first uppermost
다만 제1 최상부 보호층(30)이 없이, 다시 말하면 후술할 저방사 코팅(20)에 직접적으로 상기 유전체층이 위치하는 것은 바람직하지 못하다. 왜냐하면, 저방사 코팅(20)의 적층 구조에 있어 상기 유전체층도 포함될 수 있어 동일한 유전체층이 단순히 중복되는 것과 실질적으로 동일할 뿐만 아니라 유전체층 단독의 배치는 하부층 또는 하부 구조의 보호에 효과적이지 못하기 때문이다. 그러나 상기 유전체층이 상기 제1 최상부 보호층(30) 상에 위치하는 경우, 상기 유전체층은 하부의 제1 최상부 보호층(30)의 물리적 및 화학적 저항성과 상승 작용을 일으켜 산 및/또는 염기와 같은 외부의 오염으로부터 하부의 저방사 코팅(20) 구조의 보호에 매우 효과적일 수 있다.However, without the first uppermost
본 발명의 창호용 기능성 건축 자재는 투명 기재(10)는 가시광선 투과율이 높은 투명 기재일 수 있다. 비한정적이고 구체적인 예로써 상기 투명 기재(10)는 약 80% 내지 약 100% 가시광선 투과율을 갖는 유리 또는 투명 플라스틱 기판일 수 있다. 보다 바람직하게는 유리일 수 있다. 상기 유리는 건축용으로 사용되는 유리가 제한 없이 사용될 수 있고, 예를 들어, 약 2mm 내지 약 12mm의 두께일 수 있고, 사용 목적 및 기능에 따라 달라질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.In the functional building material for windows and doors of the present invention, the
본 발명의 창호용 기능성 건축 자재는 상기 투명 기재 (10)의 상부에 저방사 코팅(20)이 코팅되어 있고, 최상부 보호층(100)은 저방사 코팅(20)의 상부에 증착되어 보호 역할을 한다. The functional building material for windows and doors of the present invention is coated with a low-
상기 저방사 코팅(20)은 다층 박막 구조일 수 있다. 상기 저방사 코팅(20)은 임의의 적합한 광학 적층 구조일 수 있고 특별히 제한되지 않는다. 상기 저방사 코팅(20)은 바람직하게는 적어도 하나의 은 층, 상기 은 층을 보호하기 위한 적어도 하나의 배리어층, 선택적으로 열 처리 동안 산화로부터 은 층을 보호하는 적어도 하나의 차단층, 유전체층 등에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 저방사 코팅(20) 구조 내의 상기 층들은 광학 특성의 향상 또는 개질을 위해 다양하게 배열되거나 또는 변경될 수 있다.The low-
상기 저방사 코팅 구조는 투명 기재 위에서 1번 이상 반복될 수 있다. 전술한 층들 위 또는 아래에 다른 층들도 제공될 수 있다. 한편, 그 사이에 다른 층들이 제공될 수 있다. 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 한 다른 일 구현예에서 다른 층들이 추가될 수 있고, 또 다른 일 구현 예에서는 특정 층들이 제거될 수 있다. The low-emissivity coating structure may be repeated one or more times on the transparent substrate. Other layers may also be provided above or below the aforementioned layers. Meanwhile, other layers may be provided in between. In another embodiment, other layers may be added, and in another embodiment, certain layers may be removed without departing from the purpose of the present invention.
바람직하게는 저방사 코팅(20)은 NiCr, Ag, ZnOx, TiOx 및 SiAlNx 중 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. Preferably, the low-
상기 최상부 보호층(100)은 창호용 기능성 건축 자재의 반사율 및 투과율 변화에 영향을 끼치지 않고, 투과 또는 반사와 같은 광학 특성에 심각하게 영향을 미치는 일 없이 저방사 코팅된 투명기재를 보호하고 스크래치를 실질적으로 감소시키는 보호층의 역할을 한다. The uppermost
본 발명을 실시예들에 의해 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예들에 의해 한정되는 것은 아니다. The present invention will be described in more detail by way of examples. However, the following examples are merely illustrative of the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following examples.
실시예 1Example 1
투명 유리 기재에 마그네트론 스퍼터링 증착기를 이용하여 다층 구조의 저방사 코팅을 형성한다. 상기 저방사 코팅의 상부에 3 내지 5nm의 지르코늄을 증착시켜 제1 최상부 보호층을 형성한다. 상기 지르코늄은 공기중에서 일부 산화되어 지르코늄과 함께 제1 최상부 보호층을 형성한다. 상기 제1 최상부 보호층의 상부에 sp 혼성 오비탈 탄소를 증착시켜 1 내지 5nm 두께의 제2 최상부 보호층을 형성한다. 이 때 상기 제2 최상부 보호층은 그라파이트(graphite)를 타겟으로 사용하며, 진공도, 기판 온도, 압력, 가속 전압을 포함한 파워, 가스의 순도 등의 공정 제어를 통해 탄소와 산소의 다양한 결합들의 비율 과 sp 혼성 오비탈 내에서 sp3 혼성 오비탈의 비율을 제어하였다.A low-emission coating of a multi-layer structure is formed on a transparent glass substrate using a magnetron sputtering evaporator. A first uppermost protective layer is formed by depositing 3 to 5 nm of zirconium on the low-emission coating. The zirconium is partially oxidized in air to form a first uppermost protective layer together with the zirconium. A second uppermost passivation layer having a thickness of 1 to 5 nm is formed by depositing sp hybrid orbital carbon on the first uppermost passivation layer. At this time, the second uppermost protective layer uses graphite as a target, and the ratio of various bonds of carbon and oxygen through process control such as vacuum degree, substrate temperature, pressure, power including accelerating voltage, and purity of gas. The ratio of sp 3 hybrid orbitals in sp hybrid orbitals was controlled.
비교예 1Comparative Example 1
투명 유리 기재에 마그네트론 스퍼터링 증착기를 이용하여 다층 구조의 저방사 코팅을 형성한다. 상기 저방사 코팅의 상부에 3 내지 5nm의 지르코늄을 증착시킨다. 상기 지르코늄은 공기중에서 일부 산화되어 지르코늄과 함께 최상부 보호층을 형성한다. A low-emission coating of a multi-layer structure is formed on a transparent glass substrate using a magnetron sputtering evaporator. 3 to 5 nm of zirconium is deposited on top of the low-emission coating. The zirconium is partially oxidized in air to form an uppermost protective layer together with the zirconium.
실험예Experimental example
(1) 장기 보관 성능 가속 시험(1) Long-term storage performance accelerated test
도 6 및 7은 각각 상기 실시예 1(제2 최상부 보호층이 존재하는 경우) 및 비교예 1(제2 최상부 보호층이 존재하지 않은 경우)의 다층 구조를 온도 50℃, 습도 90%RH 에서 3주간 방치한 후, 표면의 핀홀(부식) 경향성을 광학현미경으로 관찰한 것이다. 6 and 7 show the multilayer structures of Example 1 (when the second uppermost protective layer is present) and Comparative Example 1 (when the second uppermost protective layer is not present), respectively, at a temperature of 50°C and a humidity of 90%RH. After standing for 3 weeks, the pinhole (corrosion) tendency of the surface was observed with an optical microscope.
상기 실시예 1는 도 6와 같이 미세한 핀홀로서 육안으로 관찰 불가능한 수준, 다시 말하면 핀홀의 크기가 육안으로는 관찰되지 않은(최대 직경 20㎛ 이하) 미세 핀홀로 확인되었으며, 화학적 내구성이 개선된 것을 확인할 수 있다. Example 1 is a fine pinhole as shown in FIG. 6, which is at a level that cannot be observed with the naked eye, that is, it was confirmed as a fine pinhole whose size was not observed with the naked eye (maximum diameter of 20 μm or less), and chemical durability was improved. can be checked
반면 상기 비교예 1는 도 7과 같이 매우 큰 핀홀이 발생하여 육안으로 관찰되는 수준, 다시 말하면 육안으로도 명확하게 보이는 조대한 핀홀(부식)로 확인되었으며, 화학적 내구성이 떨어지고 불량 발생 가능성이 높음을 확인할 수 있다. On the other hand, Comparative Example 1 was confirmed as a level observed with the naked eye due to the occurrence of a very large pinhole as shown in FIG. can be checked
(2) 열강화에 의한 스크래치 확장 시험(얕은 스크래치)(2) Scratch expansion test by thermal strengthening (shallow scratch)
도 8은 상기 실시예 1의 제2 최상부 보호층에만 스크래치를 재연한 후,도 9는 상기 비교예 1의 최상부 보호층(제1 최상부 보호층에 해당)에 스크래치를 재연한 후, 각각 약 650 ℃ 이상에서 열 강화 이후 스크래치 변화를 관찰한 것이다.8 is after the scratch is reproduced only on the second uppermost protective layer of Example 1, FIG. 9 is after the scratch is reproduced on the uppermost protective layer (corresponding to the first uppermost protective layer) of Comparative Example 1, each about 650 Scratch changes were observed after thermal strengthening at ℃ or higher.
도 8에서 도시하는 바와 같이 상기 실시예 1에서는 제2 최상부 보호층에 형성된 스크래치가 열강화 이후 사라진 것이 관찰되었다. As shown in FIG. 8, in Example 1, it was observed that scratches formed on the second uppermost protective layer disappeared after thermal strengthening.
반면 도 9에서 도시하는 바와 같이 상기 비교예 1에서는 최상부 보호층에 형성된 스크래치가 열강화 이후 폭이 증가하여 육안으로 구분될 정도로 확장된 것이 관찰되었다. On the other hand, as shown in FIG. 9 , in Comparative Example 1, it was observed that the scratches formed on the uppermost protective layer increased in width after thermal strengthening, and thus expanded enough to be visually distinguished.
(3) 열강화에 의한 스크래치 확장 시험(깊은 스크래치)(3) Scratch expansion test by thermal strengthening (deep scratch)
도 10은 각각 1.0N 및 3.0N의 힘으로 상기 실시예 1의 제1 최상부 보호층 및 제2 최상부 보호층에 이르는 스크래치를 재연한 후 약 650 ℃ 이상에서 열 강화 이후 스크래치 변화를 관찰한 것이다.FIG. 10 is an observation of a scratch change after thermal strengthening at about 650° C. or higher after replaying the scratch reaching the first uppermost protective layer and the second uppermost protective layer of Example 1 with a force of 1.0N and 3.0N, respectively.
반면 도 11은 각각 1.0N 및 3.0N의 힘으로 상기 비교예 1의 최상부 보호층(제1 최상부 보호층)에 스크래치를 재연한 후, 약 650 ℃ 이상에서 열 강화 이후 스크래치 변화를 관찰한 것이다.On the other hand, FIG. 11 shows that after replaying the scratch on the uppermost protective layer (first uppermost protective layer) of Comparative Example 1 with a force of 1.0N and 3.0N, respectively, a scratch change was observed after thermal strengthening at about 650° C. or higher.
상기 실시예 1에서는 도 10과 같이 제1 최상부 보호층 및 제2 최상부 보호층에 걸쳐 형성된 스크래치가 열강화 이후 비교예 1에 비해 확장 정도가 개선된 것이 관찰되었다. 이는 앞에서 설명한 바와 같이, 제2 최상부 보호층의 존재로 인해 제1 최상부 보호층에 형성된 스크래치의 산화로 인한 확장이 억제되었기 때문이다.In Example 1, as shown in FIG. 10, it was observed that the degree of expansion of scratches formed over the first uppermost protective layer and the second uppermost protective layer was improved compared to Comparative Example 1 after thermal strengthening. This is because, as described above, the expansion due to oxidation of the scratch formed on the first uppermost protective layer was suppressed due to the presence of the second uppermost protective layer.
반면 상기 비교예 1에서는 도 11과 같이 최상부 보호층에 형성된 스크래치가 열강화 이후 폭이 증가하여 육안으로 구분될 정도로 확장된 것이 관찰되었다. On the other hand, in Comparative Example 1, as shown in FIG. 11 , it was observed that the scratch formed on the uppermost protective layer increased in width after thermal strengthening and expanded to the extent that it was visually distinguished.
(4) 혼성 오비탈 비율 측정 시험(4) hybrid orbital ratio measurement test
상기 실시예 1의 제2 최상부 보호층에 포함된 탄소의 혼성 오비탈의 혼성화 비율은 라만(Raman) 분석법을 이용하여 측정되었다. 한편 진공도, 기판 온도, 압력, 가속 전압을 포함한 파워, 가스의 순도 등의 공정 제어를 통해 얻어진 제2 최상부 보호층에 포함된 탄소의 결합은 하기의 표 1 및 도 12에 나타내었다. 한편, 표 1 및 도 12(a)(왼쪽)에서 종래예로 표시된 실험예는 통상적으로 알려진 공정 조건을 통해 제조된 탄소의 결합의 측정 결과이다.The hybridization ratio of the hybrid orbital of carbon included in the second uppermost protective layer of Example 1 was measured using a Raman analysis method. Meanwhile, the bonding of carbon included in the second uppermost protective layer obtained through process control such as vacuum degree, substrate temperature, pressure, power including acceleration voltage, and purity of gas is shown in Table 1 and FIG. 12 below. On the other hand, the experimental example shown as a conventional example in Table 1 and FIG. 12(a) (left) is a measurement result of carbon bonding prepared through conventionally known process conditions.
[표 1][Table 1]
상기 분석을 통해 본 발명의 제2 최상부 보호층 탄소는 sp2와 sp3 오비탈의 혼합 형태이며 sp2 오비탈 비율이 높은 것을 확인할 수 있다. 실시예 1의 경우 종래예 대비, sp3 오비탈의 혼성 비율이 상대적으로 높고, 나아가 -O(산소) 결합기의 비율이 상대적으로 낮음을 상기 표 1로부터 확인할 수 있다. Through the above analysis, it can be seen that the carbon of the second uppermost protective layer of the present invention is a mixture of sp2 and sp3 orbital, and has a high sp2 orbital ratio. In the case of Example 1, it can be seen from Table 1 that the hybridization ratio of sp3 orbitals is relatively high, and the ratio of -O (oxygen) bonding groups is relatively low compared to the conventional example.
먼저 -O(산소) 결합기의 비율이 낮다는 것은 제2 최상부 보호층 내의 탄소가 화학적으로 내구성이 높음을 의미할 수 있다. 나아가 sp3 오비탈의 혼성 비율이 높을수록, 물리적으로 안정한 다이아몬드 결합의 비율이 높음을 의미한다. 특히 실시예 1의 경우 sp3 오비탈의 혼성 비율이 sp2 오비탈의 혼성 비율 대비 90% 이상이고 탄소의 혼성 오비탈의 전체 혼성화 비율 중 sp3 오비탈의 혼성 비율이 40% 이상으로 높은 것은 본 발명의 실시예 1의 물리적 내구성이 매우 뛰어남을 의미한다. 또한 본 발명의 실시예 1에서 상대적으로 활성이 높은 산소와의 결합을 의미하는 -O(산소) 결합기의 전체 비율이 탄소의 전체 결합 비율 대비 13% 이하로 측정된 것은 본 발명의 실시예 1의 화학적 내구성 역시 매우 뛰어남을 의미한다.First, a low ratio of -O (oxygen) bonding groups may mean that carbon in the second uppermost protective layer is chemically durable. Furthermore, the higher the sp3 orbital hybridization ratio, the higher the ratio of physically stable diamond bonds. In particular, in the case of Example 1, the hybridization ratio of sp3 orbitals is 90% or more compared to the hybridization ratio of sp2 orbitals, and the hybridization ratio of sp3 orbitals among the total hybridization ratio of carbon hybrid orbitals is 40% or more. It means that the physical durability is very good. In addition, in Example 1 of the present invention, the total ratio of -O (oxygen) bonding groups, which means bonding with relatively highly active oxygen, was measured to be 13% or less compared to the total bonding ratio of carbon in Example 1 of the present invention. Chemical durability is also very good.
결과적으로 표 1 및 도 12의 라만 스펙트럼 분석 결과는 본 실시예 1의 제2 최상부 보호층 내의 탄소는 물리적 및 화학적 내구성이 매우 우수함을 의미한다 할 것이다.As a result, the results of Raman spectrum analysis in Table 1 and FIG. 12 indicate that the carbon in the second uppermost protective layer of Example 1 has very good physical and chemical durability.
(5) 표면 거칠기 측정 시험(5) surface roughness measurement test
아래의 표 2 및 도 13은 상기 실시예 1 및 비교예 1의 다층 구조의 표면 조도를 AFM(atomic force microscope)으로 측정한 결과를 나타낸다. Table 2 and FIG. 13 below show the results of measuring the surface roughness of the multilayer structures of Example 1 and Comparative Example 1 using an atomic force microscope (AFM).
[표 2][Table 2]
본 발명의 비교예 1 대비 실시예 1의 평균 표면 거칠기 값은 약 18% 정도 개선되었다. 상기와 같은 개선된 표면 거칠기는 본 발명의 창호용 기능성 건축 자재의 외부 충격에 대한 스크래치 저항성뿐만 아니라 찍힘 저항성의 향상에 기여할 수 있다.Compared to Comparative Example 1 of the present invention, the average surface roughness value of Example 1 was improved by about 18%. The improved surface roughness as described above can contribute to the improvement of the scratch resistance as well as the scratch resistance to the external impact of the functional building material for windows and doors of the present invention.
한편, 본 발명의 제1 최상부 보호층(30)의 화학적 및 물리적 내구성 평가를 위해 이하의 실시예 2 및 비교예 2를 제조한 후 평가하였다.On the other hand, to evaluate the chemical and physical durability of the first uppermost
실시예 2Example 2
투명 유리 기재에 먼저 리액티브(reactive) 스퍼터링 증착기 또는 화학적 기상 증착을 통해 다층구조의 저방사 코팅이 형성된다. 상기 다층 구조의 저방사 코팅의 상부에 SiAlNx 조성의 유전체층이 형성된다. 상기 유전체층의 상부에 3 내지 5nm의 지르코늄을 증착시켜 제1 최상부 보호층을 형성한다. 상기 지르코늄은 공기중에서 일부 산화되어 지르코늄과 함께 제1 최상부 보호층을 형성한다.First, a low-emission coating having a multi-layer structure is formed on a transparent glass substrate through a reactive sputtering evaporator or chemical vapor deposition. A dielectric layer of SiAlNx composition is formed on the low-emission coating of the multilayer structure. A first uppermost protective layer is formed by depositing 3 to 5 nm of zirconium on the dielectric layer. The zirconium is partially oxidized in air to form a first uppermost protective layer together with the zirconium.
비교예 2Comparative Example 2
투명 유리 기재에 마그네트론 스퍼터링 증착기를 이용하여 다층 구조의 저방사 코팅을 형성한다. 상기 다층 구조의 저방사 코팅의 상부에 Si3N4:Al 조성의 유전체층이 형성된다. A low-emission coating of a multi-layer structure is formed on a transparent glass substrate using a magnetron sputtering evaporator. A dielectric layer of Si 3 N 4 :Al composition is formed on the low-emission coating of the multilayer structure.
실험예Experimental example
(6) 물리적/화학적 내구성 평가(6) Physical/chemical durability evaluation
도 14 및 15은 각각 상기 실시예 2 및 비교예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 투명 투명 기판인 유리의 세척기의 브러쉬를 통과한 후 표면을 관찰한 것이다.14 and 15 are observations of the surface of the functional building material for windows and doors having the multilayer structure of Example 2 and Comparative Example 2, respectively, after passing through the brush of a glass cleaner, which is a transparent transparent substrate.
상기 도 14 및 15에서 명확하게 도시한 바와 같이, 최상부 층이 Zr/ZrO 구조를 가지는 실시예 2는 표면에서 상대적으로 적은 수의 스크래치가 관찰된 반면 최상부 층이 유전체층을 가지는 비교예 2는 표면에서 상대적으로 많은 수의 스크래치가 관찰되었다. As clearly shown in FIGS. 14 and 15 above, in Example 2, in which the top layer has a Zr/ZrO structure, a relatively small number of scratches were observed on the surface, whereas Comparative Example 2, in which the top layer had a dielectric layer, had a dielectric layer on the surface. A relatively large number of scratches were observed.
도 16 및 17은 각각 상기 실시예 2 및 비교예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 40℃, 90% RH(습도)에서 3일 내지 7일 동안 노출 후 표면을 관찰한 것이다.16 and 17 are observations of the surface of the functional building materials for windows and doors having the multilayer structure of Example 2 and Comparative Example 2, respectively, after exposure at 40° C. and 90% RH (humidity) for 3 to 7 days.
상기 도 16에서 명확하게 도시한 바와 같이, 최상부 층이 Zr/ZrO 구조를 가지는 실시예 2는 표면에서 비록 노출 시간이 증가할수록 표면에서의 부식점의 개수가 증가하는 경향을 보였으나 3일 동안의 노출에서는 대략 20개 수준으로 양호한 화학적 내구성을 가지며 7일 동안의 장기간의 노출 후에도 60개 이하의 우수한 내구성을 보였다.As clearly shown in FIG. 16, Example 2, in which the uppermost layer had a Zr/ZrO structure, showed a tendency to increase in the number of corrosion points on the surface as the exposure time increased on the surface. In exposure, it had good chemical durability at the level of about 20, and showed excellent durability of less than 60 even after long-term exposure for 7 days.
이에 반해 최상부 층이 유전체층을 가지는 비교예 2는 도 17에서 명확하게 드러나듯이 비교적 짧은 노출시간인 3일 동안의 노출 후에도 200개 이상의 부식점이 관찰되었고 7일 동안의 장기간의 노출 후에는 생성된 부식점의 성장이 육안으로도 관찰되었다.In contrast, in Comparative Example 2, in which the uppermost layer had a dielectric layer, more than 200 corrosion points were observed even after exposure for 3 days, which is a relatively short exposure time, as clearly shown in FIG. 17, and corrosion points generated after long-term exposure for 7 days growth was also observed with the naked eye.
도 14 내지 17의 상기 실험 결과는, 최상부 층이 Zr/ZrO 구조를 가지는 실시예 2는 우수한 물리적 및 화학적 내구성을 가짐을 직접적으로 입증하는 것이며 동시에 Zr/ZrO 적층 구조가 창호용 기능성 건축 자재의 내구성 향상에 매우 효과적인 적층구조임을 직접적으로 입증하는 것이라 할 수 있다.The experimental results of FIGS. 14 to 17 directly prove that Example 2, in which the uppermost layer has a Zr/ZrO structure, has excellent physical and chemical durability, and at the same time, the Zr/ZrO laminate structure is the durability of functional building materials for windows and doors. It can be said to directly prove that the laminate structure is very effective for improvement.
(7) 내산/내염기 평가(7) Acid/base resistance evaluation
도 18 및 19는 각각 상기 실시예 2 및 비교예 2의 다층 구조를 가지는 창호용 기능성 건축 자재가 각각 pH 2 및 pH 12의 산성 및 염기성 용액에 5분간 노출된 후의 색상변화(△E)를 측정한 결과이다. 특히 △E 값은 색 좌표계에서 L, a, b 값의 변화에 대한 정도 값이며, 변색 정도를 나타내는 대표적인 지표이다.18 and 19 show the color change (ΔE) of the functional building materials for windows and doors having the multilayer structure of Example 2 and Comparative Example 2, respectively, after being exposed to acidic and basic solutions of
특히 도 18에서 도시한 바와 같이, 최상부 층이 유전체층을 가지는 비교예 2는 투과 색상 변화(color (T))과 유리면 반사 색상 변화(color (S))가 1 이상, 코팅면 반사 색상 변화(color R)는 2 이상의 변색이 발생한 반면, 최상부 층이 Zr/ZrO 구조를 가지는 실시예 2는 투과 색상 변화(color (T))과 유리면 반사 색상 변화(color (S))가 1 미만, 코팅면 반사 색상 변화(color R)는 2 미만의 매우 우수한 변색 특성을 가짐을 확인할 수 있었다.In particular, as shown in FIG. 18, Comparative Example 2, in which the uppermost layer has a dielectric layer, has a transmission color change (color (T)) and a glass surface reflection color change (color (S)) of 1 or more, and a coating surface reflection color change (color) R) is 2 or more discoloration occurred, whereas Example 2 in which the uppermost layer has a Zr/ZrO structure has a transmission color change (color (T)) and a glass surface reflection color change (color (S)) of less than 1, the coating surface reflection It was confirmed that the color change (color R) had a very good color change property of less than 2.
1, 10: 투명 기재
2, 20: 저방사 코팅
3: 최상부 보호층
30: 제1 최상부 보호층
31: 메탈 보호층
32: 세라믹 보호층
40: 제2 최상부 보호층
100, 200: 최상부 보호층1, 10: transparent substrate
2, 20: low-emission coating
3: Top protective layer
30: first uppermost protective layer
31: metal protective layer
32: ceramic protective layer
40: second uppermost protective layer
100, 200: the uppermost protective layer
Claims (11)
상기 투명 기재의 상부에 위치하는 하나 이상의 층을 포함하는 저방사 코팅; 및
상기 저방사 코팅의 상부에 위치하는 최상부 보호층;을 포함하며,
상기 최상부 보호층은 금속 지르코늄과 지르코늄 산화물을 포함하는 제1 최상부 보호층;
상기 제1 최상부 보호층 상에 위치하며 탄소를 포함하는 제2 최상부 보호층;을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재.
transparent substrate;
a low-emissivity coating comprising one or more layers positioned on top of the transparent substrate; and
Including; the uppermost protective layer located on top of the low-emission coating,
The uppermost protective layer includes: a first uppermost protective layer comprising metal zirconium and zirconium oxide;
A functional building material for windows and doors comprising a; a second uppermost protective layer positioned on the first uppermost protective layer and comprising carbon.
상기 탄소의 혼성 오비탈의 전체 혼성화 비율 중 sp3 오비탈의 혼성 비율이 40% 이상인 창호용 기능성 건축 자재.
The method of claim 1,
A functional building material for windows and doors in which the hybridization ratio of sp 3 orbitals among the total hybridization ratio of the carbon hybrid orbitals is 40% or more.
탄소의 -O(산소) 결합기의 전체 비율이 탄소의 전체 결합 비율 대비 15% 이하인 창호용 기능성 건축 자재.
The method of claim 1,
A functional building material for windows and doors in which the total ratio of carbon -O (oxygen) bonding groups is 15% or less of the total carbon bonding ratio.
상기 제2 최상부 보호층의 RMS 표면 조도는 0.5 ㎚ 이하인 창호용 기능성 건축 자재.
The method of claim 1,
The RMS surface roughness of the second uppermost protective layer is 0.5 nm or less.
상기 창호용 기능성 건축 자재는 상기 제2 최상부 보호층을 포함하지 않는 창호용 기능성 건축 자재.
The method of claim 1,
The functional building material for windows and doors does not include the second uppermost protective layer.
상기 창호용 기능성 건축 자재는 온도 50℃, 습도 90%RH 에서 3주간 방치하는 장기 보관 성능 가속 시험 후 표면 핀홀의 최대 직경이 20㎛ 이하인 창호용 기능성 건축 자재.
The method of claim 1,
The functional building material for windows and doors is a functional building material for windows and doors in which the maximum diameter of the surface pinhole is 20㎛ or less after an accelerated long-term storage performance test left for 3 weeks at a temperature of 50℃ and a humidity of 90%RH.
상기 제1 최상부 보호층과 상기 제2 최상부 보호층 사이에 위치하는 유전체층을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재.
The method of claim 1,
A functional building material for windows and doors comprising a dielectric layer positioned between the first uppermost protective layer and the second uppermost protective layer.
상기 제2 최상부 보호층의 두께는 1 내지 5nm인 창호용 기능성 건축 자재.
The method of claim 1,
The second uppermost protective layer has a thickness of 1 to 5 nm, a functional building material for windows and doors.
상기 지르코늄의 두께는 1 내지 2㎚이고, 상기 지르코늄 산화막의 두께는 2 내지 3nm인 창호용 기능성 건축 자재.
The method of claim 1,
The thickness of the zirconium is 1 to 2 nm, the thickness of the zirconium oxide film is 2 to 3 nm of functional building materials for windows and doors.
pH 2의 산성 용액에 5분간 노출된 후, 상기 창호용 기능성 건축 자재의 색상변화(△E)는 투과 색상 변화(color (T))와 유리면 반사 색상 변화(color (S))가 1 미만, 코팅면 반사 색상 변화(color R)는 2 미만인 창호용 기능성 건축 자재.
6. The method of claim 5,
After exposure to an acidic solution of pH 2 for 5 minutes, the color change (ΔE) of the functional building material for windows and doors is less than 1, the transmission color change (color (T)) and the glass surface reflection color change (color (S)) are less than 1, A functional building material for windows and doors whose coating surface reflection color change (color R) is less than 2.
상기 저방사 코팅은 배리어층, 차단층, 유전체층에서 선택된 적어도 어느 하나 이상을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재.The method of claim 1,
The low-emissivity coating is a functional building material for windows and doors comprising at least one selected from a barrier layer, a blocking layer, and a dielectric layer.
Applications Claiming Priority (2)
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US20020009593A1 (en) * | 1999-05-03 | 2002-01-24 | Guardian Industries Corporation | Hydrophobic coating including DLC on substrate |
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