KR20220074101A - 수동 복사 냉각 필름 및 그의 용도 - Google Patents

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박선아
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Abstract

주체에 대한 복사 냉각 성능이 실질적으로 구현될 수 있는 구조로서, 열접착이 가능하여 포장재로 사용할 수 있는 수동 복사 냉각 필름이 개시된다. 본 발명은 평균 입경 0.01 내지 30 ㎛의 유전체 입자가 0.1 내지 25 중량% 함량으로 분산된 폴리올레핀을 포함하고, 열을 제거하고자 하는 물체를 파장 범위 8 내지 13 ㎛의 방사에 대하여 평균 방사율 0.5 내지 1로 선택적 복사 냉각시키는 제1 적외선 방사층; 상기 제1 적외선 방사층 상부에 위치하고, 평균 입경 0.01 내지 30 ㎛의 유전체 입자가 0.1 내지 25 중량% 함량으로 분산된 고분자 기재를 포함하고, 상기 선택적 복사 냉각된 열을 외부로 방출시키는 제2 적외선 방사층; 및 상기 제1 적외선 방사층과 상기 제2 적외선 방사층 사이에 위치하여 태양광을 반사시키는 태양광 반사층;을 포함하는 수동 복사 냉각 필름을 제공한다.

Description

수동 복사 냉각 필름 및 그의 용도{Passive radiative cooling film and its use}
본 발명은 다층 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수동 복사 냉각 필름에 관한 것이다.
복사 냉각이란 물체로부터 방사된 복사량이 흡수된 에너지보다 많을 때 물체의 온도가 감소하는 자연적 현상이다. 방출되는 복사에너지의 양은 스테판-볼츠만 법칙(Stefan-Boltzmann Law)에 의해 정량화되며, 하기 수학식 1과 같이 표시될 수 있다.
[수학식 1]
P = εσT4
(P는 대기의 절대온도(T)에 대한 단위면적당 방출하는 복사에너지(W/㎡), ε은 방출율, σ = 5.67 × 10-8 W/㎡·T4)
지표면은 항상 일정한 복사에너지를 방출하고 있는데, 주간에는 태양으로부터의 복사에너지를 흡수하고, 방출 복사에너지 대비 흡수 복사에너지가 더 크므로 복사 냉각이 발생하지 않는다. 즉, 야간에 복사 냉각 효과가 이론적으로는 더 크게 발생할 수 있으나, 구름 및 습도가 많은 곳에서는 지표면 및 물체로부터 방출된 복사에너지가 재방사되어 복사 냉각이 미미하거나 발생하지 않을 수 있다. 이러한 특징에 의해 복사 냉각 효과는 주로 해가 짧고 습도가 낮으며 구름이 없는 맑고 건조한 날 극대화된다. 우리나라의 경우, 봄철과 가을철에 극심한 일교차를 유발하는 원인과 관계가 있는 현상이다.
이러한 자연적 현상을 공학적으로 이용한 것을 '복사 냉각 기술'이라고 칭한다. 이는 외부 에너지 투입 없이 냉각을 구현할 수 있다는 점에서 제로에너지 냉각(Zero energy cooling) 또는 패시브 쿨링(Passive cooling) 기술로도 불리며 탄소 및 에너지 저감 효과 측면에서 주목을 받고 있다. 지구 표면과 우주 사이에 존재하는 대기는 산소나 질소 등 수많은 기체의 혼합물로서 복사 냉각을 위한 반투명 매개체 역할을 하나, 복사 특성의 관점에서 보면 대기는 대부분의 파장대에서의 낮은 투과율로 인해 지구 표면(평균 298 K)으로부터 우주(0 K)로의 열 복사를 약화시킨다. 그러나, 대기는 대기창(Atmospheric window)이라 불리는 8 내지 13 ㎛ 파장 범위에서의 열 복사에 대해서는 매우 투명하여 대기를 가열하지 않으면서 열을 우주 공간으로 방출할 수 있다. 대기창 투과율은 지리적 위치, 구름의 양, 습도 조건 등 여러가지 환경적 요인의 영향을 받으며, 일반적으로 맑고 건조할 경우 대기창 투과율도 높다.
중국 공개특허 제109070695호는 고분자 및 고분자 내에 분산된 다수의 유전체 입자를 포함하는 선택적 방사층을 이용한 7 내지 14 ㎛ 파장 영역의 방사에 대한 평균 방사율이 0.5 내지 1.0인 선택적 방열 냉각구조로서, 복사 냉각으로 인한 표면 냉각 효과를 발현함으로써 주체(열을 제거하고자 하는 물체)로부터 냉각을 실현하는 방법을 제시하였으나, 필름과 주체 사이의 열전도 저항을 줄이기 위한 수단에 대해서는 언급하지 않고 있고, 제시된 선택적 방사층 구조만으로 실효적인 복사 냉각 구현은 어려울 수 있으며, 주체로부터 복사 냉각에 대한 실제적인 효과에 대해서도 제시하지 않고 있다.
본 발명은 수동 복사 냉각 필름에 있어, 주체에 대한 복사 냉각 성능이 실질적으로 구현될 수 있는 구조로서, 열접착이 가능하여 포장재로 사용할 수 있는 수동 복사 냉각 필름을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 평균 입경 0.01 내지 30 ㎛의 유전체 입자가 0.1 내지 25 중량% 함량으로 분산된 폴리올레핀을 포함하고, 열을 제거하고자 하는 물체를 파장 범위 8 내지 13 ㎛의 방사에 대하여 평균 방사율 0.5 내지 1로 선택적 복사 냉각시키는 제1 적외선 방사층; 상기 제1 적외선 방사층 상부에 위치하고, 평균 입경 0.01 내지 30 ㎛의 유전체 입자가 0.1 내지 25 중량% 함량으로 분산된 고분자 기재를 포함하고, 상기 선택적 복사 냉각된 열을 외부로 방출시키는 제2 적외선 방사층; 및 상기 제1 적외선 방사층과 상기 제2 적외선 방사층 사이에 위치하여 태양광을 반사시키는 태양광 반사층;을 포함하는 수동 복사 냉각 필름을 제공한다.
또한 상기 필름은 -100 내지 300℃의 작동 온도 하에 50 내지 150 W/㎡의 복사 냉각력(Radiative cooling power)을 가지고, 태양광 반사율이 80 내지 95%인 것을 특징으로 하는 수동 복사 냉각 필름을 제공한다.
또한 상기 유전체 입자는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 규산알루미늄(Al2SiO5), 제올라이트(Na2Al2Si3O-2H2O), 탄산칼슘(CaCO3), 탄화규소(SiC), 산화아연(ZnO), 황산아연(ZnSO4), 이산화타이타늄(TiO2), 황산바륨(BaSO4), 산화세륨(Ce2O3) 및 지르코니아(ZrO2) 및 산화 카올린(Al2Si2O5(OH)4)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수동 복사 냉각 필름을 제공한다.
또한 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌이고, 상기 고분자 기재는 PET(Polyethylene terephthalate), PETG(Glycol-modified polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PTFE(Polytetrafluoroethylene), PFA(Perfluoroalkoxyalkane), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene), ECTFE(Ethylene chlorotrifluoroethylene), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), FEP(Fluorinated ethylene propylene), THV(Terpolymer of tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene 및 vinylidene fluoride), PVC(Polyvinyl chloride), PVDC(Polyvinylidene chloride), PU(Polyurethane), PC(Polycarbonate), PE(Polyethylene) 및 PP(Polypropylene)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 1종이거나 2종 이상이 혼합된 것을 특징으로 하는 수동 복사 냉각 필름을 제공한다.
또한 상기 제1 적외선 방사층의 두께는 30 내지 100 ㎛이고, 상기 제2 적외선 방사층의 두께는 5 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 수동 복사 냉각 필름을 제공한다.
또한 상기 태양광 반사층은 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)이 상기 제1 적외선 방사층 상에 20 내지 600 nm의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 수동 복사 냉각 필름을 제공한다.
또한 상기 제2 적외선 방사층 및 상기 태양광 반사층 사이에 실리콘계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 및 에폭시계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 접착성 수지로 형성된 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 복사 냉각 필름을 제공한다.
또한 상기 필름은 하기 방법에 따라 측정된 열접착강도가 500 gf/25mm 이상인 것을특징으로 하는 수동 복사 냉각 필름을 제공한다.
[열접착강도 측정방법]
상기 필름 두 장을 상기 제1 적외선 방사층이 마주보도록, Heat gradient 장비로 2 kgf/㎠의 압력 하에서 1초간 접착시켜 측정 샘플을 제작하고, 측정 샘플을 폭 25.4 mm로 재단하여 23℃에서 200 mm/min의 박리속도로 180°의 박리 각에서의 박리강도를 인장강도 측정기를 통해 T-peel 테스트 방식으로 측정함.
또한 상기 필름을 포함하는 드론 배송용 포장재를 제공한다.
본 발명은 유전체 입자를 포함한 제1 적외선 방사층 및 최외측(상단)에 위치하는 제2 적외선 방사층을 포함하는 수동 복사 냉각 필름으로서, 제1 적외선 방사층에 의해 주체로부터 복사 냉각되어 흡수된 열을 제2 적외선 방사층이 효과적으로 외부로 방사시킴으로써 복사 냉각력을 극대화하여 실질적인 복사 냉각 효과 구현이 가능한 수동 복사 냉각 필름을 제공할 수 있다.
또한 제1 적외선 방사층에 폴리올레핀 소재를 사용함으로써 열접착이 가능하여 포장재로 사용할 수 있고, 이는 기존의 복사 냉각 소재가 접착제를 통해 특정 물체에 부착됨으로써 목표물의 온도를 낮추는 방식과는 달리 접착제를 생략함으로써 열교환 저항을 줄여 복사 냉각력을 높이는 장점이 있다.
또한 기존의 무기물 적층형 복사 냉각 기술과 달리 열접착용 필름으로 많이 사용되는 범용 고분자를 사용함으로써 가공성 및 경제성이 우수한 수동 복사 냉각 필름을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수동 복사 냉각 필름을 예시적으로 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 수동 복사 냉각 필름의 주체로부터의 냉각 실현 과정을 설명하는 모식도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
도 1은 본 발명에 따른 수동 복사 냉각 필름을 예시적으로 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수동 복사 냉각 필름의 주체로부터의 냉각 실현 과정을 설명하는 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 수동 복사 냉각 필름(100)은 제1 적외선 방사층(140), 제2 적외선 방사층(110) 및 태양광 반사층(130)을 포함하며, 접착층(120)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에서 '필름'이라는 용어는 그 상대적인 두께에 따라 '시트'로도 이해될 수 있으며, 따라서 본 발명에서 '수동 복사 냉각 필름'은 '수동 복사 냉각 시트'를 포함하는 개념으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 수동 복사 냉각 필름(100)은 실온, 주간 또는 야간에, 복사 냉각력(Radiative cooling power)이 100 W/㎡ 수준을 보여준다. 구체적으로, 본 발명에 따른 수동 복사 냉각 필름(100)은 -100 내지 300℃의 작동 온도 하에 50 내지 150 W/㎡의 복사 냉각력을 나타낼 수 있고, 태양광 반사율이 80 내지 95%일 수 있다.
상기 제1 적외선 방사층(140)은 열을 제거하고자 하는 물체, 즉, 주체로부터 복사 냉각된 열을 흡수하는 층으로서, 예컨대, 포장재 내부의 적외선 형태의 열을 흡수하는 층이다.
본 발명에서 상기 제1 적외선 방사층(140)은 층 두께를 30 내지 100 ㎛ 수준으로 두껍게 설정하여 모든 적외선 영역대를 흡수하되, 평균 입경 0.01 내지 30 ㎛의 유전체 입자(150)가 0.1 내지 25 중량% 함량으로 분산된 폴리올레핀을 포함하여, 주체를 파장 범위 8 내지 13 ㎛의 방사에 대하여 평균 방사율 0.5 내지 1로 선택적 복사 냉각시킨다. 여기서 방사율이란, 물체가 빛 에너지를 받아 반사, 투과 또는 흡수를 하게 되는데, 반사율, 투과율 및 흡수율의 합을 '1'이라 할 때 흡수된 에너지가 차지하는 비율을 방사율로 정의할 수 있고, 이는 방사율이 흡수율과 동일함을 전제하며, 이러한 전제 사항은 시간이 지남에 따라 운동 상태가 그대로인 동적 상태(예컨대, 온도가 변하지 않는 상태)인 경우를 의미한다. 한편, 상기 평균 방사율은 산출 범위를 8 내지 13 ㎛ 파장으로 설정하였을 경우의 평균 방사율을 정의하고 있다.
상기 폴리올레핀을 포함하는 제1 적외선 방사층은 종래기술과 다르게 본 발명은 접착제를 사용하지 않아도 되는 열접착이 가능한 구조이기 때문에, 주체가 접촉되는 면에 접착제가 없으므로 열전도 저항이 적어 복사 냉각에 유리하다. 이러한 폴리올레핀으로 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 단독, 또는 이들을 균일하게 혼합하여 사용할 수 있다.
이러한 열접착이 가능한 구조에 따라 본 발명에 따른 복사 냉각 필름은 하기 방법에 따라 측정된 열접착강도가 500 gf/25mm 이상일 수 있고, 바람직하게는 500 내지 3,000 gf/25mm, 더욱 바람직하게는 700 내지 2,000 gf/25mm일 수 있다.
[열접착강도 측정방법]
상기 필름 두 장을 상기 제1 적외선 방사층이 마주보도록, Heat gradient 장비로 2 kgf/㎠의 압력 하에서 1초간 접착시켜 측정 샘플을 제작하고, 측정 샘플을 폭 25.4 mm로 재단하여 23℃에서 200 mm/min의 박리속도로 180°의 박리 각에서의 박리강도를 인장강도 측정기를 통해 T-peel 테스트 방식으로 측정함.
상기 제2 적외선 방사층(110)은 상기 제1 적외선 방사층(140)에서 복사 냉각되어 흡수된 열을 다시 적외선 형태로 필름 외부로 방사하는 역할을 수행하는 층으로서, 적외선 방사율이 높은 고분자 기재를 포함하며, 본 발명에서는 제2 적외선 방사층(110)에서 적외선 영역대 중 특정 파장(8 내지 13 ㎛) 영역대를 효과적으로 방사시키기 위해 기재의 두께를 5 내지 50 ㎛로서 상기 제1 적외선 방사층(140)보다 얇게 설정하는 것이 바람직하며, 이러한 선택적 파장 영역대에서 적외선 방사 능력을 높이기 위해 상기 제1 적외선 방사층(140)에서와 마찬가지로 평균 입경 0.01 내지 30 ㎛의 유전체 입자(150)가 0.1 내지 25 중량% 함량으로 고분자 기재에 분산되어 있다.
상기 제2 적외선 방사층(110)의 고분자 기재로는 PET(Polyethylene terephthalate), PETG(Glycol-modified polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PTFE(Polytetrafluoroethylene), PFA(Perfluoroalkoxyalkane), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene), ECTFE(Ethylene chlorotrifluoroethylene), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), FEP(Fluorinated ethylene propylene), THV(Terpolymer of tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene 및 vinylidene fluoride), PVC(Polyvinyl chloride), PVDC(Polyvinylidene chloride), PU(Polyurethane) 및 PC(Polycarbonate), PE(Polyethylene), PP(Polypropylene)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 1종이거나 2종 이상이 혼합된 고분자가 적용될 수 있다.
한편, 상기 제1 적외선 방사층(140) 및 제2 적외선 방사층(110)은 각각 UV 안정제, 난연제, 산화방지제, 중화제, 가공조제 등의 첨가제를 0.1 내지 5 중량% 범위에서 블렌드하여 사용할 수 있다.
상기 제1 적외선 방사층(140) 및 제2 적외선 방사층(110)에 분산되어 있는 유전체 입자(150)는 각각 폴리올레핀 및 고분자 기재 매트릭스 상에 분산되어 선택적 방사 성능이 구현되도록 하며, 파장 범위 8 내지 13 ㎛의 방사에 대하여 높은 평균 방사율을 고려할 때 평균 입경 0.01 내지 30 ㎛의 유전체 입자(150)가 0.1 내지 25 중량% 함량으로 분산되어 있고, 바람직하게는 평균 입경 1 내지 10 ㎛의 유전체 입자(150)가 1 내지 8 중량% 함량으로 분산되어 있을 수 있다. 이러한 유전체 입자(150)로는 예컨대, 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 규산알루미늄(Al2SiO5), 제올라이트(Na2Al2Si3O-2H2O), 탄산칼슘(CaCO3), 탄화규소(SiC), 산화아연(ZnO), 황산아연(ZnSO4), 이산화타이타늄(TiO2), 황산바륨(BaSO4), 산화세륨(Ce2O3), 지르코니아(ZrO2), 산화 카올린(Al2Si2O5(OH)4) 등을 들 수 있다.
본 발명에서는 태양광으로 인한 가열로 주간 냉각 효과가 저하되는 것을 방지하기 위하여 상기 제1 적외선 방사층(140)과 상기 제2 적외선 방사층(110) 사이에 태양광 반사층(130)을 더 구비한다.
상기 태양광 반사층(130)은 상기 제1 적외선 방사층(140) 상에 20 내지 600 nm의 두께로 증착 형성되어, 태양광 영역대(0.3 내지 2.5 ㎛)를 물리적으로 반사시켜 냉각시키는 역할을 하게 되며, 이에 따라 본 발명에 따른 수동 복사 냉각 필름은 80 내지 95%의 태양광 반사율을 갖도록 할 수 있다.
이러한 태양광 반사층(130)을 이루는 소재는 태양광 반사성 금속 재료로서, 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)이 바람직하게 적용될 수 있고, 스퍼터(Sputter) 또는 열증착 (Thermal Evaporation) 방식으로 증착 형성될 수 있다.
본 발명에서는 상기 제2 적외선 방사층(110) 및 상기 태양광 반사층(130) 사이에 접착층(120)이 더욱 구비될 수 있다.
상기 접착층(120)을 이루는 소재로는 상기 접착 대상이 되는 층에 접착 성능을 부여하면서 본 발명에 따른 복사 냉각 성능을 저하시키지 않는 소재라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지와 같은 반응성 접착제, 아크릴계 수지와 같은 수성형 접착제, 실리콘계 수지 등이 사용될 수 있다.
이상의 본 발명에 따른 수동 복사 냉각 필름(100)을 구성하는 층들은 상기 태양광 반사층(130)을 제외하고는 모두 압출 성형이 가능하다. 즉, 본 발명에 따른 수동 복사 냉각 필름(100)은 각 층을 구성하는 펠렛상의 원료를 이용하여 압출 라미네이션 내지 공압출 등의 공지된 방법으로 제조될 수 있으며, 따라서 기존의 무기물 적층형 복사 냉각 기술의 경우 진공 증착 공정 등으로 인해 가공성이 좋지 않았으나, 본 발명에 따른 수동 복사 냉각 필름(100)은 열접착용 필름으로 많이 사용되는 범용 고분자를 사용하여 압출 성형되어 가공성 및 경제성이 우수한 장점이 있다. 이때, 상기 제1 적외선 방사층(140) 및 제2 적외선 방사층(110)의 경우 고분자 수지 자체에 유전체 입자(150)를 균일하게 분산시켜 펠렛화한 후 압출 성형을 통해 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 수동 복사 냉각 필름(100)을 이용한 선택적 복사 냉각의 대상이 되는 주체로는 예컨대, 태양 전지 패널, 자동차 외장재 혹은 창문, 건축물의 지붕 혹은 창문, 커튼 및 블라인드, 농업용 방호막 및 비닐하우스, 플렉서블 투명 전극, 옥외 대형 디스플레이 표면 등 복사 냉각이 요구되는 매우 다양한 대상에 적용될 수 있으며, 바람직한 적용예로서 드론 배송용 포장재를 들 수 있으며, 운송 과정에서 외부 보관이 많아 태양광에 많이 노출되는 드론 배송용 포장재는 본 발명에 따른 복사 냉각 필름이 적용되기 좋은 환경이라 할 수 있다.
본 발명에 따른 수동 복사 냉각 필름(100)을 이용한 선택적 복사 냉각의 과정은 다음과 같다.
먼저, 선택적 복사 냉각 구조로 이루어진 필름 또는 시트(100)를 열접착이 가능한 제1 적외선 방사층(140)을 주체로 향하게 하여 냉각하고자 하는 주체(목표물)의 표면과 밀착하여 부착한다.
다음으로, 적외선 방사에 의해 선택적 복사 냉각 구조로 이루어진 필름 또는 시트(100)의 표면이 냉각되며(Surface cool), 필름 또는 시트(100) 대비 상대적으로 높은 온도 상태인 주체(목표물)의 온도가 상대적으로 낮은 온도 상태인 필름 또는 시트(100)로 열이 이동한다(Space cool).
다음으로, 선택적 복사 냉각 구조에 의해 발생한 복사 냉각력에 상응하는 냉각을 주체(목표물)에 제공한다.
이와 같이, 본 발명에 따른 수동 복사 냉각 필름(100)은 선택적 적외선 방사 및 태양광 반사 기능을 수행하는 선택적 복사 냉각 필름 구조를 제공함으로써, 별도의 에너지 없이 주체(목표물)의 온도를 낮출 수 있다. 이러한 제로 에너지 냉각 복합 소재를 제공함으로써 실생활 적용 가능성에 기여하고, 결과적으로 에너지 저감 및 탄소 저감 효과에도 크게 기여할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 구체적인 실시예를 들어 설명한다.
실시예 1
PETG(폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 구성하는 에틸렌 단위의 30 몰%에 해당하는 부분을 1,4-시클로헥산디메틸렌 단위로 대체)와 평균 입경 2 내지 5 ㎛의 실리카(SiO2)를 0.1 중량% 함량으로 단축압출기에 투입하여 용융 혼련 및 냉각 고화시켜 펠렛상으로 제조한 후, 압출 성형하여 두께 5 ㎛의 제2 적외선 반사층을 제조하였다.
또한 폴리프로필렌(PP)과 평균 입경 2 내지 5 ㎛의 실리카(SiO2)를 0.1 중량% 함량으로 단축압출기에 투입하여 용융 혼련 및 냉각 고화시켜 펠렛상으로 제조한 후, 압출 성형하여 두께 50 ㎛의 제1 적외선 반사층을 제조하였다. 이후, 전자빔 가열법에 의해 은(Ag)을 가열 증기화시켜 두께 20 nm의 태양광 반사층을 증착하였다.
다층 필름 성형기를 이용하여 상기 제조된 제2 적외선 반사층과 태양광 반사층 사이를 아크릴계 수지로 접착층을 형성하여 접착하여 수동 복사 냉각 필름을 제조하였다.
실시예 2 내지 11, 비교예 1 내지 2
상기 실시예 1에서 각 층의 두께, 유전체 입자을 하기 표 1 및 표 2와 같이 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 수동 복사 냉각 필름을 제조하였다.
시험예
상기 제조된 필름에 대하여 하기 방법에 따라 가공성, 복사냉각력 및 열접착강도를 평가 내지 측정하고, 그 결과를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.
[가공성 평가방법]
상기 실시예 또는 비교예에서 제1 적외선 방사층 및 제2 적외선 방사층을 외경 및 L/D(압출기 스크류의 길이와 외경의 비)가 각각 30 mm 및 28인 단축 스크류 조합의 압출기를 통해 필름 성형 시, 필름이 설정된 두께 및 유전체 함량으로 성형이 가능한 경우 'O(합격)', 설정된 두께 또는 유전체 함량으로 성형되지 않거나, 성형이 불가능한 경우 'X(불합격)'으로 평가하였다.
[복사냉각력 측정방법]
제조된 필름을 정사각형 모양의 기판으로 구성된 복사냉각력 측정 구조체 (가로 100 mm × 세로 100 mm) 상단 면에 제1 적외선 방사층이 맞닿도록 부착하여 준비한다. 기판의 하단에는 Feed Back Heater가 장착되어 있으며, 이는 제조된 필름에 의해 냉각된 표면 온도를 인식하고, 열을 가함으로써 기준 온도로 일정하게 유지시킨다. 이때, 단위 면적 기준으로 가해준 전력 수치를 계산하여 복사냉각력을 측정하였다.
[열접착강도 측정방법]
제조된 필름 두 장을 제1 적외선 방사층이 마주보도록, Heat gradient 장비(TOYOSEIKI)로 2 kgf/㎠의 압력 하에서 1초간 접착시켜 측정 샘플을 제작하고, 측정 샘플을 폭 25.4 mm로 재단하여 23℃에서 200 mm/min의 박리속도로 180°의 박리 각에서의 박리강도를 인장강도 측정기를 통해 T-peel 테스트 방식으로 측정하였다.
항목 구분 단위 실시예1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 실시예 6
제2 적외선 방사층 종류 - PETG PETG PETG PETG PETG PETG
두께 ㎛ 5 50 50 50 50 50
유전체 종류 - 실리카 실리카 실리카 실리카 실리카 실리카
함량 중량 % 0.1 0.1 25 25 25 25
태양광 반사층 종류 - 은 은 은 은 은 은
두께 nm 20 20 20 600 600 600
제1 적외선 방사층 종류 - PP PP PP PP PP PP
두께 ㎛ 50 50 50 50 100 100
유전체 종류 - 실리카 실리카 실리카 실리카 실리카 실리카
함량 중량 % 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 25
가공성 - O : 합격,
X : 불합격		 O O O O O O
복사냉각력 - W/㎡ 100 100 110 110 110 110
열접착강도 - gf/25mm 1000 1000 1000 1000 1100 1100
항목 구분 단위 실시예7 실시예8 비교예1 비교예2 실시예9 실시예
10		 실시예
11
제2 적외선 방사층 종류 - PETG PETG PETG PETG PETG PETG PETG
두께 ㎛ 3 55 20 20 20 20 20
유전체 종류 - 실리카 실리카 실리카 실리카 실리카 실리카 실리카
함량 중량 % 0.1 0.1 0.05 30 25 25 25
태양광 반사층 종류 - 은 은 은 은 은 은 은
두께 nm 20 20 20 20 10 600 600
제1 적외선 방사층 종류 - PP PP PP PP PP PP PP
두께 ㎛ 50 50 50 50 100 150 100
유전체 종류 - 실리카 실리카 실리카 실리카 실리카 실리카 실리카
함량 중량 % 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 25 30
가공성 - O : 합격,
X : 불합격		 X O O X O X X
복사냉각력 - W/㎡ 100 90 90 100 80 100 100
열접착강도 - gf/25mm 1000 1000 1000 1000 1100 1100 1100
표 1 및 표 2를 참조하면, 본 발명에 따라 제1 적외선 방사층, 제2 적외선 방사층 및 태양광 방사층을 일정 범위의 조성 및 두께로 하여 수동 복사 냉각 필름을 설계할 경우(실시예 1 내지 7) 필름 가공성, 복사냉각력 및 열접착강도 모두 우수한 필름 제조가 가능한 것을 확인할 수 있다.
다만, 제2 적외선 방사층 두께를 과도하게 얇거나 두껍게 형성할 경우(실시예 7 및 8)에는 각각 가공성 및 복사냉각력이 다소 저하되고, 태양광 반사층의 두께를 과도하게 얇게 형성할 경우(실시예 9)에는 복사냉각력이 다소 저하되고, 제1 적외선 방사층 두께를 과도하게 두껍게 형성하거나(실시예 10) 유전체 입자 함량이 과도할 경우(실시예 11)에는 가공성이 다소 저하되는 것으로부터, 상기 조성 및 층 두께에 있어 목적하는 가공성, 복사냉각력 및 열접착강도의 구현을 위해서는 본 발명에 제시된 바람직한 범위에서 설계될 필요가 있다.
한편, 제2 적외선 방사층의 유전체 입자 함량이 일정 수준에 미치지 못하거나(비교예 1) 과도할 경우(비교예 2)에는 각각 복사냉각력 및 가공성이 저하되는 것을 확인할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100 : 수동 복사 냉각 필름 110 : 제2 적외선 방사층
120 : 접착층 130 : 태양광 반사층
140 : 제1 적외선 방사층 150 : 유전체 입자

Claims (9)

  1. 평균 입경 0.01 내지 30 ㎛의 유전체 입자가 0.1 내지 25 중량% 함량으로 분산된 폴리올레핀을 포함하고, 열을 제거하고자 하는 물체를 파장 범위 8 내지 13 ㎛의 방사에 대하여 평균 방사율 0.5 내지 1로 선택적 복사 냉각시키는 제1 적외선 방사층;
    상기 제1 적외선 방사층 상부에 위치하고, 평균 입경 0.01 내지 30 ㎛의 유전체 입자가 0.1 내지 25 중량% 함량으로 분산된 고분자 기재를 포함하고, 상기 선택적 복사 냉각된 열을 외부로 방출시키는 제2 적외선 방사층; 및
    상기 제1 적외선 방사층과 상기 제2 적외선 방사층 사이에 위치하여 태양광을 반사시키는 태양광 반사층;
    을 포함하는 수동 복사 냉각 필름.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필름은 -100 내지 300℃의 작동 온도 하에 50 내지 150 W/㎡의 복사 냉각력(Radiative cooling power)을 가지고, 태양광 반사율이 80 내지 95%인 것을 특징으로 하는 수동 복사 냉각 필름.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 입자는 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 규산알루미늄(Al2SiO5), 제올라이트(Na2Al2Si3O-2H2O), 탄산칼슘(CaCO3), 탄화규소(SiC), 산화아연(ZnO), 황산아연(ZnSO4), 이산화타이타늄(TiO2), 황산바륨(BaSO4), 산화세륨(Ce2O3) 및 지르코니아(ZrO2) 및 산화 카올린(Al2Si2O5(OH)4)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 수동 복사 냉각 필름.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌이고, 상기 고분자 기재는 PET(Polyethylene terephthalate), PETG(Glycol-modified polyethylene terephthalate), PEN(Polyethylene naphthalate), PVDF(Polyvinylidene fluoride), PTFE(Polytetrafluoroethylene), PFA(Perfluoroalkoxyalkane), PCTFE(Polychlorotrifluoroethylene), ECTFE(Ethylene chlorotrifluoroethylene), ETFE(Ethylene Tetra fluoro Ethylene), FEP(Fluorinated ethylene propylene), THV(Terpolymer of tetrafluoroethylene, hexafluoropropylene 및 vinylidene fluoride), PVC(Polyvinyl chloride), PVDC(Polyvinylidene chloride), PU(Polyurethane), PC(Polycarbonate), PE(Polyethylene) 및 PP(Polypropylene)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 1종이거나 2종 이상이 혼합된 것을 특징으로 하는 수동 복사 냉각 필름.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 적외선 방사층의 두께는 30 내지 100 ㎛이고, 상기 제2 적외선 방사층의 두께는 5 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 수동 복사 냉각 필름.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 태양광 반사층은 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)이 상기 제1 적외선 방사층 상에 20 내지 600 nm의 두께로 형성된 것을 특징으로 하는 수동 복사 냉각 필름.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 적외선 방사층 및 상기 태양광 반사층 사이에 실리콘계 수지, 아크릴계 수지, 우레탄계 수지 및 에폭시계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 접착성 수지로 형성된 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수동 복사 냉각 필름.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 필름은 하기 방법에 따라 측정된 열접착강도가 500 gf/25mm 이상인 것을특징으로 하는 수동 복사 냉각 필름:
    [열접착강도 측정방법]
    상기 필름 두 장을 상기 제1 적외선 방사층이 마주보도록, Heat gradient 장비로 2 kgf/㎠의 압력 하에서 1초간 접착시켜 측정 샘플을 제작하고, 측정 샘플을 폭 25.4 mm로 재단하여 23℃에서 200 mm/min의 박리속도로 180°의 박리 각에서의 박리강도를 인장강도 측정기를 통해 T-peel 테스트 방식으로 측정함.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 필름을 포함하는 드론 배송용 포장재.
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Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7645829B2 (en) * 2004-04-15 2010-01-12 Exxonmobil Chemical Patents Inc. Plasticized functionalized propylene copolymer adhesive composition
US9927188B2 (en) * 2015-06-15 2018-03-27 Palo Alto Research Center Incorporated Metamaterials-enhanced passive radiative cooling panel
EP3423298B1 (en) * 2016-02-29 2021-07-28 The Regents of the University of Colorado, a body corporate Selective radiative cooling structure
EP3541621B1 (de) * 2016-11-17 2020-10-07 Covestro Intellectual Property GmbH & Co. KG Transparenter mehrschichtkörper zum wärmemanagement
KR102036071B1 (ko) * 2018-06-12 2019-10-24 경희대학교 산학협력단 다층 복사 냉각 구조

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