WO2021256633A1

WO2021256633A1 - 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: WO2021256633A1
Application number: PCT/KR2020/016864
Authority: WO
Inventors: 황태경
Original assignee: 황태경
Priority date: 2020-06-16
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2021-12-23
Also published as: KR102162433B1

Abstract

본 발명은 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 안정 동위원소를 선별하여 열 차폐 복합 텅스텐을 구성하고, 제법 과정 중 미량의 불순물로 존재할 수 있는 방사성 동위원소를 제거하며, 상대적으로 낮은 에너지 열원을 사용해 합성을 진행함으로써, 우수한 열 차폐 특성을 가지면서 생활 방사성이 충분히 낮은, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물에 관한 것이다.

Description

친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 및 그 제조방법

원자의 핵 내부에 양성자수가 충분히 많을 때에는 쿨롱 반발력 때문에 핵은 불안정하기 쉽고, 따라서 안정화 되기 위한 자연적 원리에 의해 보다 적은 양성자를 갖는 원자로 붕괴되는 경향이 생긴다. 이러한 현상에 의해 방사선(Radiation)이 발생되며, 방사선에는 α선, β선, γ선이 있다.

방사선을 낼 수 있는 방사성 원소에는 자연방사성원소와 인공방사성원소가 있는데, 자연방사성원소는 자연계에 존재하는 원소로 약 60여종(원자번호 81이상)이 알려져 있으며, 인공방사성원소는 핵 반응 및 핵 분열 등 인공적인 방법에 의해 만들어지는 것으로 그 종류가 매우 많다.

방사능(Radioactivity)이란, 상기 방사선을 방출하는 능력을 가리키며, 방사능을 가진 물질을 가리켜 방사성 물질이라고 한다. 이러한 방사성 물질에 생명체가 노출이 되면 각종 문제가 유발될 수 있다.

우선 생명체의 상당부분은 물로 이루어지는데, 물 분자는 방사선에 의해 전리될 수 있으며, 물 분자가 전리되면 매우 빠른 속도로 이온과 자유 라디칼 (Free Radical)이 생성된다. 이온의 경우 자연 상태에서도 대량 존재하기 때문에 그 유해성이 크지 않으나, 자유 라디칼의 경우 그 활성이 매우 커서 다른 분자의 구조 변형에 관여하거나 강산화제인 과산화수소(H₂0₂)를 생성하여 독성을 일으킬 수 있다. 그 결과 DNA 및 RNA 등 세포분열과 관계된 시스템에 작용하여 세포의 파괴, 변형 등을 유발하게 된다.

문제는 이러한 방사선이 생활 환경 속 도처에서 발생하고 있다는 사실이다. 원자력 발전을 할 수 있는 원자번호가 큰 원소뿐만 아니라, Berylium(Be), Carbon(C), Hydrogen(H), Potassium(K), Radon(Rn) 등의 원소에서도 방사선이 발생하기 때문에, 생명체는 일상 생활을 영위하는 과정에서 부득이하게 다량의 방사선에 노출될 수밖에 없다.

신체가 연간 자연 방사선에 피폭되는 양은 약 3.08mSv이며, 피폭되는 양의 45.6%는 라돈에 의해, 33.8%는 지각 방사선에 의해, 12.3%는 음식물에 의해 발생되는 것으로 파악되고 있다.

방사선은 노출된 선량이 에너지를 의미하기 때문에 선량과 비례하여 그 위해성도 증가하게 된다. 100mSv 이상에서는 혈액검사상의 이상, 200mSv 이상에서는 태아의 장애, 생식세포 이상 및 불임, 1Sv 이상에서는 급성 방사선 증후군, 2Sv 이상에서는 백내장 등이 유발되는 것으로 보고되고 있다.

열 차폐 재료는 크게 유기화합물형 열 차폐 재료와, 무기화합물형 열 차폐 재료로 구분될 수 있다.

유기화합물형 열 차폐 재료는 란타늄 헥사보라이드(Lanthanum Hexaboride, LaB₆₎, 프탈로시아닌(Phthalocyanine, P_C), 카본블랙(Carbon Black), 티탄블랙(Titan Black), 금속착염(Metal Complex), 디인모늄염 (Diimonium Salt) 등이 있다. 이중 실제로 많이 사용되고 있는 유기화합물은 금속착염(Metal Complex), 카본블랙(Carbon Black), 디인모늄염 (Diimonium Salt)등 이다.

반면에, 무기화합물형 열 차폐 재료는 안티몬 틴 옥사이드(ATO), 인듐 틴 옥사이드 (ITO), 2산화 실리카(SiO₂), 3산화 알루미나(Al₂O₃), 3산화 몰리브덴(MoO₃), 5산화 니오브(Nb₂O₅), 5산화 바나듐(V₂O₅), 텅스텐 브론즈(Tungsten Bronze), 텅스텐 옥사이드(Tungsten Oxide) 등이 있다.

텅스텐 브론즈(Perovskite Tungsten Bronze)는 와이드 밴드 겝(Wide Band Gap)산화물로, 3산화 텅스텐에 Na 등의 양성원소를 Doping한 형태이며, 일반적으로 페로브스카이트 구조(ABO₃)를 가지게 된다.

텅스텐 브론즈의 특징으로는 파장 800nm 이상부터 광 에너지 흡수가 강하고, 파장 380~780nm 에서의 광 에너지 흡수는 약하기 때문에 투명성을 필요로 하는 분야에서는 활발히 연구되고 있는 실정이다.

텅스텐 브론즈 화합물은 약 5만 가지 정도로 알려져 있고, 특히 적외선 차단 특성을 보이는 텅스텐 브론즈 화합물은 A_xWO_y, 예를 들어 Cs_xWO₃(Cs_xW⁶ ⁺ _1- _zW⁵ ⁺ _zO₃) 형태로 텅스텐은 W⁶⁺, W⁵⁺ _,W⁴⁺ 등으로 비화학정량적 가전자수로 혼재되어 있으며, A_x는 알칼리금속 또는 알칼리토금속 원소, W는 텅스텐, O_y는 산소를 말한다.

상기 텅스텐 브론즈 열 차폐 재료들은 보다 나은 광학적 특성의 발현을 위해, 하소 및 환원소성 단계 등을 통해 결정결함이 유도(산소결핍-적외선 차폐 실현, 이종 금속원소 도핑에 의한 P형 및 n형 반도체처럼 전도성 향상)될 수 있는데, 문제는 이러한 과정에서, 마이크로파 웨이브 합성과 같이 합성 과정 중 예상치 못한 극도의 높은 에너지가 사용되었을 때 원치 않는 인체에 유해한 방사성 물질이 생성될 수 있다는 것이다.

유기물은 800℃ 이상의 고온 또는 고에너지로 합성될 수 없는 반면, 무기산화물들은 구성 원소의 강한 결합력으로 인해 고온 또는 고에너지로도 합성이 가능하다. 하지만, 고온 또는 고에너지가 사용되었을 때에는 핵 분열 및 중성자 방출로 인하여 방사선(α선, β선, γ선)에 관한 위험성 및 유해성 문제가 발생할 수 있다.

원자번호 49번의 인듐(Indium, In)은, 자연계에 ⁽ ¹¹³⁾In과 ⁽ ¹¹⁵⁾In이 존재하는 것으로 알려져 있다. 안정 동위원소인 ⁽ ¹¹³⁾In은 자연계에서 4.29%, 방사성 동위원소인 ⁽ ¹¹⁵⁾In은 95.71%로, 방사성 동위원소인 ⁽ ¹¹⁵⁾In이 안정 동위원소인 ⁽ ¹¹³⁾In에 비해 월등히 많이 존재한다. ⁽ ¹¹⁵⁾In은 반감기가 굉장히 길어 안정 동위원소처럼 취급하나, 이러한 경우라도 일상 생활에서 사용되는 것을 최대한 줄이는 것이 안전을 위해 필요할 것이다.

원자번호 83번의 비스무트(Bismuth, Bi)는, 자연계에 존재하는 동위원소가 6종이 있으며, 이 가운데 ⁽ ²⁰⁹⁾Bi가 100%에 가깝게 존재하고 있다. ⁽ ²¹⁰⁾Bi, ⁽ ²¹¹⁾Bi, ⁽²¹²⁾Bi, ⁽ ²¹⁴⁾Bi, ⁽ ²¹⁵⁾Bi는 우라늄(Uranium, U)과 토륨(Thorium, Th)의 붕괴 사슬 과정에서 생성되는 동위원소로 자연계에 극히 미량만 존재한다.

특히, 비스무트(Bismuth, Bi)는 안정 동위원소가 존재하지 않되, ⁽ ²⁰⁹⁾Bi의 반감기가 1.9×10¹⁹년을 초과하기 때문에 안정 동위원소로 취급되고 있으나, 생활 방사능 안정성에는 유해 인자로 작용할 수도 있으니 이를 배제하는 것이 바람직하다.

과거에는 산화물을 얻기 위해 높은 온도로 융해 및 산화를 시켰는데, 이렇게 제조된 산화물은 원료 속에 미량으로 존재하고 있는 우라늄(Uranium, U) 또는 토륨(Thorium, Th)과 같은 원소들을 완전히 제거하지 못하였는바, 이러한 원소들에 의해 방사선(α선, β선, γ선) 량이 증가하는 결과가 발생했다.

따라서, 열 차폐 미립자를 합성하기 전에 비방사성 동위원소의 선별이 필요함을 물론이거니와, 비방사성 동위원소로 선별된 원료 속에 있는 미량의 또 다른 방사성 물질로 인해 높은 온도 또는 고에너지에 의해 방사선량이 증가될 수 있다는 사실을 고려함이 반드시 필요하다.

미국공개특허공보 US2003/0094600A1(2003.05.22.)은 열 차폐 미립자를 투명 열 가소성 고분자에 구성시킨 조성물로써 열 차폐 미립자로, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO), 플루오린 틴 옥사이드(Fluorine Tin Oxide, FTO), 안티몬 틴 옥사이드(Antimony Tin Oxide, ATO), 알루미늄 아연 옥사이드 (Aluminium Zinc Oxide, AZO), A_xBO₃ _-y 형태의 복합산화물을 포함한다. A_xBO₃ _-y 형태의 복합산화물에서 A는 Ca, Sr, Ba, Al, In, Cs이고, B는 W, Mo, Re이며, 0.01<x<3, 0.001<y<1.5이고, 미립자의 크기는 200nm 이하인 특징이 있다.

하지만, 상기 미국공개특허는 자연계에서 방사성 동위원소 비율이 월등히 높은 인듐(Indium, In)을 사용하고 있으며, A_xBO_(3-y) 형태의 복합산화물에 대한 제법이 개시되어 있지 않고, 비방사성 복합 산화물을 획득하기 위한 특별한 제법 역시 개시되어 있지 않다는 한계가 있다.

한국공개특허공보 제10-2007-0048807호(2007.05.09.)에는 복합 텅스텐 구조 W_yO_z(W는 텅스텐, O는 산소, 2.2≤z/y≤2.999)로 표기되는 텅스텐 산화물 및/또는 일반식 M_xW_yO_z(M은 알칼리금속, W는 텅스텐, O는 산소, 2.2≤z/y≤2.999) 형태로 적외선 차폐 복합 텅스텐 산화물 제조방법이 개시되어 있다.

하지만, 상기 한국공개특허는, 원료 속에 포함된 미량의 우라늄(Uranium, U) 또는 토륨(Thorium, Th)과 같은 원소들을 완전히 제거하지 못하였고, 전구체를 그대로 사용하여 고온의 고상 반응으로 제조되어 방사선량이 증가되는 문제가 유발될 수 있다.

또한, M원소가 도핑된 M_xWO₃에서 O₃로 표시되는 회백색은 완전 산화물이며, 적외선 차단 특성이 없는 것으로, 적외선 차단 특성을 가지기 위해서는 산소 함량이 결핍되거나 전자적 또는 광학적 환원이 일어나야 적외선 차단 특성이 발현될 수 있음에도 불구하고, K_0. ₃₃WO₃ 등 환원이 일어나지 않은 A_xBO₃으로 표기하고 있으므로, 이 산화물은 적외선 차단 특성을 가질 수 없다.

이에 관련 업계에서는 태양광에 분포하는 적외선, 인위적인 적외선, 복사열-적외선을 효과적으로 차단할 수 있으면서, 유해한 방사선 동위원소를 선별적으로 제거하고, 방사선 동위원소 전구체의 정제 및 방사선 동위원소가 발생할 수 없는 열원을 에너지로 사용하여, 내열성 및 내구성을 가지며, 제조과정이 간단하여 제조에 많은 비용이 필요치 않는 새로운 형식의 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물에 관한 개발을 요구하고 있는 실정에 있다.

(특허문헌 1) 미국공개특허공보 US2003/0094600A1(2003.05.22.)

(특허문헌 2) 한국공개특허공보 제10-2007-0048807호(2007.05.09.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 방사선에 대한 유해성이 없고, 친환경적인 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 조성물을 이루는 열 차폐 원소들을 안정 동위원소로 선별하고, 선별된 안정 동위원소로 이루어진 전구체들은 별도의 정제과정을 거쳐, 방사성 물질을 최소화시키고, 액상 공침법으로 낮은 온도 및 낮은 에너지 상태에서 합성을 진행해, 방사성 물질(라돈(²²⁰Ra), 우라늄(²³⁴U), 토륨(²³⁰Th) 등)의 생성을 차단함으로써, 베크렐 강도가 148 Bq/m³ 이하인 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전구체를 이루는 원소들을 안정 동위원소로 구성하고, 비방사성 안정 동위원소로 이루어진 전구체 또는 출발 물질을 10 배수 이상의 용매로 용해 및 정제시키고, 반대 전하로 적하시켜 상대적으로 낮은 온도 및 낮은 에너지 상태에서 합성을 진행해, 방사성 물질의 생성을 차단하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 비방사성 안정 동위원소 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)이 산소가 결핍된 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) (^(y)A: 비방사성 안정 동위원소, x: 환원소성에 따른 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수, y: A의 질량수, z: W의 질량수, (3-n): 산소의 결핍, 0.01＜x＜2, 0.001＜n＜1.5) 형태의 페로브스카이트(Peroveskite)형, 입방정계(Cubic)형, 육방정계(Hexgonal)형, 정방정계(Tetragonal)형, 사방정계(Orthorhombic)형, 단사정계(Monoclinic)형 결정구조 중 하나 이상을 형성하도록 하여, 상대적으로 작은 1차 입경을 가지게 됨에 따라, 화합물 제조시 소성과정에서 입자 크기의 증대 문제가 발생하지 않도록 하고 투명성과 헤이즈가 중요한 코팅 조성물에서는 산란 현상으로 인해 뿌옇게 되는 문제의 발생을 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 미립자가 XRD 분석법에 의해 미세격자 결함을 확인할 수 있는 격자상수 범위(a축: 7.3000Å~7.4200Å , c축: 7.5700Å~7.6300Å)로 이루어져 무기물 열 차폐 재료의 광학적 특성을 극대화함으로써, 가시광선 투과율 및 적외선 차단율을 개선한 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 헤이즈를 원천적으로 차단함으로써, 완성된 열 차폐 조성물에서 산란 현상으로 인해 뿌옇게 보이는 문제의 발생을 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 무기물 열 차폐 재료의 광학적 특성을 극대화함으로써, 가시광선 투과율 및 적외선 차단율을 개선한 열 차폐 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 비방사성 안정 동위원소 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)을 합성조건이 간단한 액상 공침법으로 제조해, 입자 생성 및 입자 크기의 제어가 용이하도록 함으로써, 균일한 나노 크기의 입자를 가지는 비방사성 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 비방사성 안정 동위원소 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)이 산소가 결핍된 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) (^(y)A: 비방사성 안정 동위원소, x: 환원소성에 따른 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수, y: A의 질량수, z: W의 질량수, (3-n): 산소의 결핍, 0.01＜x＜2, 0.001＜n＜1.5) 수화물을 300~600℃ 범위에서 하소시켜, 수산기 및 물분자는 완전하게 제거하면서 입자의 성장은 최소화해 나노 사이즈 입자를 얻을 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 불활성 가스의 투입하에 환원 소성을 진행하여, 산소가 결핍된 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) (^(y)A: 비방사성 안정 동위원소, x: 환원소성에 따른 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수, y: A의 질량수, z: W의 질량수, (3-n): 산소의 결핍, 0.01＜x＜2, 0.001＜n＜1.5) 형태의 페로브스카이트(Peroveskite)형, 입방정계(Cubic)형, 육방정계(Hexgonal)형, 정방정계(Tetragonal)형, 사방정계(Orthorhombic)형, 단사정계(Monoclinic)형 구조가 형성되도록 하고, ^(y)A 자리에, 비방사성 알칼리금속 안정 동위원소, 비방사성 알칼리토금속 안정 동위원소, 비방사성 희토류 안정 동위원소, ^(24,25, ²⁶⁾Mg, ^(90,91,92, ⁹⁴⁾Zr, ^(50,52,53, ⁵⁴⁾Cr, ⁽ ⁵⁵⁾Mn, ^{(54,56,57,58)}Fe, ^{(96,98,99,100,101,102,} ¹⁰⁴⁾Ru, ⁽ ⁵⁹⁾Co, ⁽ ¹⁰³⁾Rh, ^(191, ¹⁹³⁾Ir, ^{(58,60,61,62,} ⁶⁴⁾Ni, ^{(102,104,105,106,108,110)}Pd, ^{(190,192,194,195,196,} ¹⁹⁸⁾Pt, ^(63, ⁶⁵⁾Cu, ^(107, ¹⁰⁹⁾Ag, ⁽ ¹⁹⁷⁾Au, ^{(64,66,67,68,} ⁷⁰⁾Zn, ^{(106,108,110,111,112,114)}Cd, ⁽ ²⁷⁾Al, ^(69, ⁷¹⁾Ga, ^(203, ²⁰⁵⁾Tl, ^(28,29, ³⁰⁾Si, ^{(70,72,73,74,} ⁷⁶⁾Ge, ^{(112,114,115,116,117,118,119,120,122,124)}Sn, ^{(204,206,207,} ²⁰⁸⁾Pb, ^(121, ¹²³⁾Sb, ^(10, ¹¹⁾B, ⁽ ¹⁹⁾F, ⁽ ³¹⁾P, ^{(32,33,34,36)}S, ^{(74,76,77,78,} ⁸⁰⁾Se, ^(79, ⁸¹⁾Br, ^{(120,122,123,124,125,} ¹²⁶⁾Te, ^{(46,47,48,49,} ⁵⁰⁾Ti, ⁽ ⁹³⁾Nb, ⁽⁵¹⁾V, ^{(92,94,95,96,97,98)}Mo, ⁽ ¹⁸¹⁾Ta, ⁽ ¹⁸⁵⁾Re, ⁽ ⁹⁾Be, ^{(176,177,178,179,} ¹⁸⁰⁾Hf, ^{(184,187,188,189,190,} ¹⁹²⁾Os 및 ⁽¹²⁷⁾I 중 어느 하나 이상을 더욱 조밀하게 대치시켜 우수한 적외선 차폐 특성을 가지도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 환원 소성을 진행할 때, 폭발 위험성이 있는 수소가스를 사용하지 않고, 불활성 가스를 사용함으로써, 작업상의 위험을 줄이고, 종래의 소성 장비를 이용해 간편하게 작업을 진행할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 일반적인 TPP(트리페닐 포스핀) 또는 TPPR_x(트리페닐 포스핀 유도체)들은 폭발성과 독가스를 방출할 수 있어 취급하기 까다롭고, 대단히 위험성이 높으므로, 이러한 문제점이 없는, 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)를 사용해, 안전하게 비방사성 안정 동위원소 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)의 내열성과 내구성을 확보하도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 선택적 반응성이 우선이면서 이종 반응성은 없는 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)를 비방사성 안정 동위원소 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound) 표면에 형성하거나 분산체, 고분자 중에 포함시킴으로써, 인(P)의 특징인 산소 또는 라디칼에 우선 반응을 이용하여, 잔류 산소(O, O₂) 유입에 의한 반응, 잔류 수산기(-OH)에 의한 반응, 잔류 라디칼(Radical)에 의한 반응 등을 효과적으로 차단하도록 하여, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)의 내열성, 내구성 등의 문제를 보완하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 자동차용품(썬루프, 헤드라이트, 서라운드 뷰/전면/후면 적외선 필터 기능이 있는 렌즈, 내부 적외선 필터 기능이 있는 렌즈, 자율주행용 적외선 반사 외장 도료 또는 그 용도의 외장 필름형 부재-PPF(Paint Protection Film), 유리 부착형 열차단 필름 등), 건축용품(유리 글라이징 도료, 광택제, 온실용 부재, 버스 보호소, 이중벽-다중벽 시트, 벽체 도배용 부재, 광고 소재용 부재 등), 도전성, 압전 도전성, 적외선 반사, 광학 센서, 가스 센서, 수소 저장소재, Solar Cell/DSSC(Dye Sensitized Solar Cells) 소재, 속건성 잉크, 적외선 흡수 3D 잉크, 레이저 흡수 식각용 소재, 레이저 흡수 Cutting 소재, 포토레지스트(PR) 용 소재, 속건성 섬유, 보온성 섬유, 적외선 흡수 섬유(군복 등), 전자 부품 포장재, 능동형 스마트 필름 소재, 바이오 표지 추적자, 위조 방지 지폐, 적외선 흡수 위조 방지 라벨, 식품 변질 확인용 포장 라벨, 적외선 레이저 파장 인지-투명 신용 카드, 기능성 화장품, 적외선 필터 광학렌즈, 적외선 CCTV, 주름방지 안경, 썬글라스, 광-열 변환 소재, Photochromic 소재, Thermochromic 소재 등 다양한 분야에 적용 가능한 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 분산졸에 용매, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound), 분산제, 비드를 포함시켜, 회전력을 가진 설비에서 밀링하여 볼밀법에 의한 대량 생산이 가능하도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 조성물에 각종 첨가제(분산제, 자외선 차단제, 증점제, 유동화제, 이형화제, 산화방지제, 경화제 등)를 포함시켜 용도에 맞게 첨가제 종류와 함량이 선택될 수 있도록 하고, 첨가제의 함량을 1 ~ 30 중량%가 되도록 하여, 충분한 분산 및 분포체를 얻고, 조성물이 적용된 물품에서 건조되지 못한 첨가제에 의한 물품 불량이 발생하지 않도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 열 차폐 특성이 발현되는 열 차폐 조성물의 함량이 충분하다면, 투명성 및 헤이즈를 극대화하기 위해 용매를 포함하는 분산졸 또는 코팅졸 형태로 제공되도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 매체 중에 2차 가공 또는 미립자가 포함되도록 하여, 섬유의 보온성, 기타 부재의 보온성, 부재의 속건성, 부재의 패턴 형성, 전도성, 대전 방지성, 적외선 반사성 등의 다양한 특성이 발현될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 매체 중에 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물의 함량을 1 ~ 80 중량%가 되도록 구성하여, 용도에 따라 충분한 광학적 특성이 발현되도록 하고, 매체의 변형을 방지하는 것이다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은, 매체와, 열 차폐 미립자를 포함하고, 상기 열 차폐 미립자는, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물은, 산소가 결핍된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물은, ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) 형태로, 상기 ^(y)A는 비방사성 안정 동위원소이고, 상기 x는 환원소성에 따른 상기 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수이며, 상기 y는 A의 질량수이고, 상기 z는 W의 질량수이며, 상기 (3-n)은 산소의 결핍을 의미하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물은, 페로브스카이트(Peroveskite)형, 입방정계(Cubic)형, 육방정계(Hexgonal)형, 정방정계(Tetragonal)형, 사방정계(Orthorhombic)형, 단사정계(Monoclinic)형 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 ^(y)A는, 비방사성 알칼리금속 안정 동위원소, 비방사성 알칼리토금속 안정 동위원소 및 비방사성 희토류 안정 동위원소 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 ^(y)A는, ^(24,25, ²⁶⁾Mg, ^{(90,91,92,94)}Zr, ^(50,52,53, ⁵⁴⁾Cr, ⁽ ⁵⁵⁾Mn, ^(54,56,57, ⁵⁸⁾Fe, ^{(96,98,99,100,101,102,} ¹⁰⁴⁾Ru, ⁽ ⁵⁹⁾Co, ⁽ ¹⁰³⁾Rh, ^(191,193)Ir, ^{(58,60,61,62,} ⁶⁴⁾Ni, ^{(102,104,105,106,108,} ¹¹⁰⁾Pd, ^{(190,192,194,195,196,} ¹⁹⁸⁾Pt, ^(63, ⁶⁵⁾Cu, ^(107,109)Ag, ⁽ ¹⁹⁷⁾Au, ^{(64,66,67,68,} ⁷⁰⁾Zn, ^{(106,108,110,111,112,} ¹¹⁴⁾Cd, ⁽ ²⁷⁾Al, ^(69, ⁷¹⁾Ga, ^(203, ²⁰⁵⁾Tl, ^(28,29,30)Si, ^{(70,72,73,74,} ⁷⁶⁾Ge, ^{(112,114,115,116,117,118,119,120,122,} ¹²⁴⁾Sn, ^{(204,206,207,} ²⁰⁸⁾Pb, ^(121, ¹²³⁾Sb, ^(10,11)B, ⁽ ¹⁹⁾F, ⁽ ³¹⁾P, ^(32,33,34, ³⁶⁾S, ^{(74,76,77,78,} ⁸⁰⁾Se, ^(79, ⁸¹⁾Br, ^{(120,122,123,124,125,} ¹²⁶⁾Te, ^{(46,47,48,49,50)}Ti, ⁽ ⁹³⁾Nb, ⁽ ⁵¹⁾V, ^{(92,94,95,96,97,} ⁹⁸⁾Mo, ⁽ ¹⁸¹⁾Ta, ⁽ ¹⁸⁵⁾Re, ⁽ ⁹⁾Be, ^{(176,177,178,179,} ¹⁸⁰⁾Hf, ^{(184,187,188,189,190,192)}Os 및 ⁽ ¹²⁷⁾I 중 어느 하나 이상인 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n)의 x는, 0.01 초과, 2 미만 인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n)의 n은, 0.001 초과, 1.5 미만 인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 ^(z)W는, ¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W, ¹⁸⁶W 중 어느 하나 이상인 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 열 차폐 미립자는, 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 친환경 열 차폐 텅스텐 조성물은, 방사능 강도가 148 Bq/m³ 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 열 차폐 미립자를 함유할 매체를 제공하는 매체제공단계와, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물을 포함하는 열 차폐 미립자를 제공하는 열차폐미립자제공단계와, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 형성하는 조성물형성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 열차폐미립자제공단계는, 산소가 결핍된 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) 형태의 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물을 형성하는 비방사성화합물형성단계를 포함하며, 상기 ^(y)A는 비방사성 안정 동위원소이고, 상기 x는 환원소성에 따른 상기 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수이며, 상기 y는 A의 질량수이고, 상기 z는 W의 질량수이며, 상기 (3-n)은 산소의 결핍을 의미하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 비방사성화합물형성단계는, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 수화물을 합성하는 합성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 합성단계는, 액상 공침법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 합성단계는, 비방사성 안정 동위원소로 전구체를 형성하는 전구체형성단계와, 상기 전구체형성단계 이후에, 상기 전구체를 10 배수 이상의 용매로 용해시키고 정제하는 용해및정제단계와, 상기 용해및정제단계 이후에, 반대되는 산가(pH)를 투입하여 침전을 일으키는 석출단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 비방사성화합물형성단계는, 상기 합성단계 이후에, 합성된 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 수화물에서 수산기(-OH) 및 물 분자를 제거하고 무정형을 형성하기 위해 하소를 하는 1차하소단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 비방사성화합물형성단계는, 상기 1차하소단계 이후에, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물의 산소결핍을 위해 불활성 가스의 투입하에 환원소성을 하는 2차환원소성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 불활성 가스는, N₂, Ar, Ne 및 CO₃중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 열차폐미립자제공단계는, 상기 비방사성화합물형성단계 이후에, 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물에 부동화제를 투입해 내열성 및 내구성을 향상시키는 부동화제투입단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 부동화제투입단계는, 부동화 피막 역할을 하는 상기 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)를 준비하는 트리페닐포스핀옥사이드제공단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 부동화제투입단계는, 상기 트리페닐포스핀옥사이드제공단계 이후에, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물과, 분산제와, 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)와, 용매를 포함하는 분산졸을 형성하는 분산졸형성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은, 방사선에 대한 유해성이 없고, 친환경적인 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 제공하는 효과를 가진다.

본 발명은, 조성물을 이루는 열 차폐 원소들을 안정 동위원소로 선별하고, 선별된 안정 동위원소로 이루어진 전구체들은 별도의 정제과정을 거쳐, 방사성 물질을 최소화시키고, 액상 공침법으로 낮은 온도 및 낮은 에너지 상태에서 합성을 진행해, 방사성 물질(라돈(²²⁰Ra), 우라늄(²³⁴U), 토륨(²³⁰Th) 등)의 생성을 차단함으로써, 베크렐 강도가 148 Bq/m³ 이하인 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 제공하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 전구체를 이루는 원소들을 안정 동위원소로 구성하고, 비방사성 안정 동위원소로 이루어진 전구체 또는 출발 물질을 10 배수 이상의 용매로 용해 및 정제시키고, 반대 전하로 적하시켜 상대적으로 낮은 온도 및 낮은 에너지 상태에서 합성을 진행해, 방사성 물질의 생성을 차단하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 제공하는 효과가 있다.

본 발명은, 비방사성 안정 동위원소 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)이 산소가 결핍된 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) (^(y)A: 비방사성 안정 동위원소, x: 환원소성에 따른 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수, y: A의 질량수, z: W의 질량수, (3-n): 산소의 결핍, 0.01＜x＜2, 0.001＜n＜1.5) 형태의 페로브스카이트(Peroveskite)형, 입방정계(Cubic)형, 육방정계(Hexgonal)형, 정방정계(Tetragonal)형, 사방정계(Orthorhombic)형, 단사정계(Monoclinic)형 결정구조 중 하나 이상을 형성하도록 하여, 상대적으로 작은 1차 입경을 가지게 됨에 따라, 화합물 제조시 소성과정에서 입자 크기의 증대 문제가 발생하지 않도록 하고 투명성과 헤이즈가 중요한 코팅 조성물에서는 산란 현상으로 인해 뿌옇게 되는 문제의 발생을 방지하는 효과를 가진다.

본 발명은, 미립자가 XRD 분석법에 의해 미세격자 결함을 확인할 수 있는 격자상수 범위(a축: 7.3000Å~7.4200Å , c축: 7.5700Å~7.6300Å)로 이루어져 무기물 열 차폐 재료의 광학적 특성을 극대화함으로써, 가시광선 투과율 및 적외선 차단율을 개선한 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 제공하는 효과가 있다.

본 발명은, 헤이즈를 원천적으로 차단함으로써, 완성된 열 차폐 조성물에서 산란 현상으로 인해 뿌옇게 보이는 문제의 발생을 방지하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 무기물 열 차폐 재료의 광학적 특성을 극대화함으로써, 가시광선 투과율 및 적외선 차단율을 개선한 열 차폐 조성물을 제공하는 효과가 있다.

본 발명은, 비방사성 안정 동위원소 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)을 합성조건이 간단한 액상 공침법으로 제조해, 입자 생성 및 입자 크기의 제어가 용이하도록 함으로써, 균일한 나노 크기의 입자를 가지는 비방사성 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 제공하는 효과를 가진다.

본 발명은, 비방사성 안정 동위원소 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)이 산소가 결핍된 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) (^(y)A: 비방사성 안정 동위원소, x: 환원소성에 따른 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수, y: A의 질량수, z: W의 질량수, (3-n): 산소의 결핍, 0.01＜x＜2, 0.001＜n＜1.5) 수화물을 300~600℃ 범위에서 하소시켜, 수산기 및 물분자는 완전하게 제거하면서 입자의 성장은 최소화해 나노 사이즈 입자를 얻을 수 있도록 하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 불활성 가스의 투입하에 환원 소성을 진행하여, 산소가 결핍된 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) (^(y)A: 비방사성 안정 동위원소, x: 환원소성에 따른 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수, y: A의 질량수, z: W의 질량수, (3-n): 산소의 결핍, 0.01＜x＜2, 0.001＜n＜1.5) 형태의 페로브스카이트(Peroveskite)형, 입방정계(Cubic)형, 육방정계(Hexgonal)형, 정방정계(Tetragonal)형, 사방정계(Orthorhombic)형, 단사정계(Monoclinic)형 구조가 형성되도록 하고, ^(y)A 자리에, 비방사성 알칼리금속 안정 동위원소, 비방사성 알칼리토금속 안정 동위원소, 비방사성 희토류 안정 동위원소, ^(24,25, ²⁶⁾Mg, ^(90,91,92, ⁹⁴⁾Zr, ^(50,52,53, ⁵⁴⁾Cr, ⁽ ⁵⁵⁾Mn, ^{(54,56,57,58)}Fe, ^{(96,98,99,100,101,102,} ¹⁰⁴⁾Ru, ⁽ ⁵⁹⁾Co, ⁽ ¹⁰³⁾Rh, ^(191, ¹⁹³⁾Ir, ^{(58,60,61,62,} ⁶⁴⁾Ni, ^{(102,104,105,106,108,110)}Pd, ^{(190,192,194,195,196,} ¹⁹⁸⁾Pt, ^(63, ⁶⁵⁾Cu, ^(107, ¹⁰⁹⁾Ag, ⁽ ¹⁹⁷⁾Au, ^{(64,66,67,68,} ⁷⁰⁾Zn, ^{(106,108,110,111,112,114)}Cd, ⁽ ²⁷⁾Al, ^(69, ⁷¹⁾Ga, ^(203, ²⁰⁵⁾Tl, ^(28,29, ³⁰⁾Si, ^{(70,72,73,74,} ⁷⁶⁾Ge, ^{(112,114,115,116,117,118,119,120,122,124)}Sn, ^{(204,206,207,} ²⁰⁸⁾Pb, ^(121, ¹²³⁾Sb, ^(10, ¹¹⁾B, ⁽ ¹⁹⁾F, ⁽ ³¹⁾P, ^{(32,33,34,36)}S, ^{(74,76,77,78,} ⁸⁰⁾Se, ^(79, ⁸¹⁾Br, ^{(120,122,123,124,125,} ¹²⁶⁾Te, ^{(46,47,48,49,} ⁵⁰⁾Ti, ⁽ ⁹³⁾Nb, ⁽⁵¹⁾V, ^{(92,94,95,96,97,98)}Mo, ⁽ ¹⁸¹⁾Ta, ⁽ ¹⁸⁵⁾Re, ⁽ ⁹⁾Be, ^{(176,177,178,179,} ¹⁸⁰⁾Hf, ^{(184,187,188,189,190,} ¹⁹²⁾Os 및 ⁽¹²⁷⁾I 중 어느 하나 이상을 더욱 조밀하게 대치시켜 우수한 적외선 차폐 특성을 가지도록 하는 효과가 있다.

본 발명은, 환원 소성을 진행할 때, 폭발 위험성이 있는 수소가스를 사용하지 않고, 불활성 가스를 사용함으로써, 작업상의 위험을 줄이고, 종래의 소성 장비를 이용해 간편하게 작업을 진행할 수 있도록 하는 효과를 가진다.

본 발명은, 일반적인 TPP(트리페닐 포스핀) 또는 TPPR_x(트리페닐 포스핀 유도체)들은 폭발성과 독가스를 방출할 수 있어 취급하기 까다롭고, 대단히 위험성이 높으므로, 이러한 문제점이 없는, 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)를 사용해, 안전하게 비방사성 안정 동위원소 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)의 내열성과 내구성을 확보하도록 하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 선택적 반응성이 우선이면서 이종 반응성은 없는 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)를 비방사성 안정 동위원소 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound) 표면에 형성하거나 분산체, 고분자 중에 포함시킴으로써, 인(P)의 특징인 산소 또는 라디칼에 우선 반응을 이용하여, 잔류 산소(O, O₂) 유입에 의한 반응, 잔류 수산기(-OH)에 의한 반응, 잔류 라디칼(Radical)에 의한 반응 등을 효과적으로 차단하도록 하여, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)의 내열성, 내구성 등의 문제를 보완하는 효과가 있다.

본 발명은, 자동차용품(썬루프, 헤드라이트, 서라운드 뷰/전면/후면 적외선 필터 기능이 있는 렌즈, 내부 적외선 필터 기능이 있는 렌즈, 자율주행용 적외선 반사 외장 도료 또는 그 용도의 외장 필름형 부재-PPF(Paint Protection Film), 유리 부착형 열차단 필름 등), 건축용품(유리 글라이징 도료, 광택제, 온실용 부재, 버스 보호소, 이중벽-다중벽 시트, 벽체 도배용 부재, 광고 소재용 부재 등), 도전성, 압전 도전성, 적외선 반사, 광학 센서, 가스 센서, 수소 저장소재, Solar Cell/DSSC(Dye Sensitized Solar Cells) 소재, 속건성 잉크, 적외선 흡수 3D 잉크, 레이저 흡수 식각용 소재, 레이저 흡수 Cutting 소재, 포토레지스트(PR) 용 소재, 속건성 섬유, 보온성 섬유, 적외선 흡수 섬유(군복 등), 전자 부품 포장재, 능동형 스마트 필름 소재, 바이오 표지 추적자, 위조 방지 지폐, 적외선 흡수 위조 방지 라벨, 식품 변질 확인용 포장 라벨, 적외선 레이저 파장 인지-투명 신용 카드, 기능성 화장품, 적외선 필터 광학렌즈, 적외선 CCTV, 주름방지 안경, 썬글라스, 광-열 변환 소재, Photochromic 소재, Thermochromic 소재 등 다양한 분야에 적용 가능한 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 제공하는 효과를 가진다.

본 발명은, 분산졸에 용매, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound), 분산제, 비드를 포함시켜, 회전력을 가진 설비에서 밀링하여 볼밀법에 의한 대량 생산이 가능하도록 하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 조성물에 각종 첨가제(분산제, 자외선 차단제, 증점제, 유동화제, 이형화제, 산화방지제, 경화제 등)를 포함시켜 용도에 맞게 첨가제 종류와 함량이 선택될 수 있도록 하고, 첨가제의 함량을 1 ~ 30 중량%가 되도록 하여, 충분한 분산 및 분포체를 얻고, 조성물이 적용된 물품에서 건조되지 못한 첨가제에 의한 물품 불량이 발생하지 않도록 하는 효과가 있다.

본 발명은, 열 차폐 특성이 발현되는 열 차폐 조성물의 함량이 충분하다면, 투명성 및 헤이즈를 극대화하기 위해 용매를 포함하는 분산졸 또는 코팅졸 형태로 제공되도록 하는 효과를 가진다.

본 발명은, 매체 중에 2차 가공 또는 미립자가 포함되도록 하여, 섬유의 보온성, 기타 부재의 보온성, 부재의 속건성, 부재의 패턴 형성, 전도성, 대전 방지성, 적외선 반사성 등의 다양한 특성이 발현될 수 있도록 하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 매체 중에 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물의 함량을 1 ~ 80 중량%가 되도록 구성하여, 용도에 따라 충분한 광학적 특성이 발현되도록 하고, 매체의 변형을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 제조방법을 도시한 도면.

도 2는 비방사성화합물형성단계를 도시한 도면.

도 3은 합성단계를 도시한 도면.

도 4는 부동화제투입단계를 도시한 도면.

도 5는 본 발명의 사용상태도.

도 6은 본 발명의 사용상태도.

이하에서는 본 발명에 따른 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 및 그 제조방법의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 공지의 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에서 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에서 사용된 정의에 따른다.

동위원소(Isotope)란, 원자번호는 같지만 양성자수와 중성자수의 합인 질량수가 다른 원소를 의미하는 것으로, 핵을 이루는 중성자의 수는 다르지만, 양성자의 수는 같아서 원자번호가 같고 화학적 성질도 같은 원소를 말한다. 방사성 동위원소(Radioactive Isotope)란, 어떤 원소의 동위원소 중 핵이 불안정하여 보다 안정한 상태로 바뀌는 과정에서 에너지를 가지는 입자(방사선)를 방출함으로써 방사성 붕괴(Radioactive Decay)를 하는 동위원소를 가리킨다.

반대로, 비방사성 동위원소란, 어떤 원소의 동위원소 중 핵이 안정하여 방사선을 방출하지 않는 동위원소를 말한다.

본 발명인 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물(1)은, 이러한 안정 동위원소를 선별하여 열 차폐 복합 텅스텐을 구성하고, 제법 과정 중 미량의 불순물로 존재할 수 있는 방사성 동위원소를 제거하며, 상대적으로 낮은 에너지 열원을 사용해 합성을 진행함으로써, 우수한 열 차폐 특성을 가지면서 생활 방사성이 충분히 낮은 특성이 있다. 조성물을 이루는 열 차폐 원소들을 안정 동위원소로 선별하고, 선별된 안정 동위원소로 이루어진 전구체들은 별도의 정제과정을 거쳐, 방사성 물질을 최소화시키고, 액상 공침법으로 낮은 온도 및 낮은 에너지 상태에서 합성을 진행해, 방사성 물질(라돈(²²⁰Ra), 우라늄(²³⁴U), 토륨(²³⁰Th) 등)의 생성을 차단함으로써, 베크렐 강도가 148 Bq/m³ 이하인 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 제공될 수 있다.

상기 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물(1)은, 자동차용품(썬루프, 헤드라이트, 서라운드 뷰/전면/후면 적외선 필터 기능이 있는 렌즈, 내부 적외선 필터 기능이 있는 렌즈, 자율주행용 적외선 반사 외장 도료 또는 그 용도의 외장 필름형 부재-PPF(Paint Protection Film), 유리 부착형 열차단 필름 등), 건축용품(유리 글라이징 도료, 광택제, 온실용 부재, 버스 보호소, 이중벽-다중벽 시트, 벽체 도배용 부재, 광고 소재용 부재 등), 도전성, 압전 도전성, 적외선 반사, 광학 센서, 가스 센서, 수소 저장소재, Solar Cell/DSSC(Dye Sensitized Solar Cells) 소재, 속건성 잉크, 적외선 흡수 3D 잉크, 레이저 흡수 식각용 소재, 레이저 흡수 Cutting 소재, 포토레지스트(PR) 용 소재, 속건성 섬유, 보온성 섬유, 적외선 흡수 섬유(군복 등), 전자 부품 포장재, 능동형 스마트 필름 소재, 바이오 표지 추적자, 위조 방지 지폐, 적외선 흡수 위조 방지 라벨, 식품 변질 확인용 포장 라벨, 적외선 레이저 파장 인지-투명 신용 카드, 기능성 화장품, 적외선 필터 광학렌즈, 적외선 CCTV, 주름방지 안경, 썬글라스, 광-열 변환 소재, Photochromic 소재, Thermochromic 소재 등 다양한 분야에 적용 가능할 수 있다.

이러한 상기 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물(1)은, 매체(10)와 열 차폐 미립자(30)를 포함한다.

상기 매체(10)는, 후술할 열 차폐 미립자(30)를 함유하는 구성으로, 고분자, 저분자 또는 단량체형 유기 화합물로 이루어진 중합체 또는 공중합체로 형성될 수 있다. 상기 매체(10)는 아크릴(Acryl)계, 우레탄(Urethane)계, 에스테르(Ester)계, 에폭시(Epoxy)계, 카보네이트(Carbonate)계, PVB(Poly Vinyl Butyral), EVA(Ethylene-Vinyl Acetate), 폴리이미드(Poly Imide)계, 이소시아네이트(Isocyanate)계, PET(PolyEthylene Terephtalate)계 또는 고분자로 인지하는 모든 것들, 광 경화용 올리고머(Oligomer), 광 경화용 모너머(Monomer) 등을 포함하거나, 무기 고분자, 즉 고분자 사슬골격 구조 중에 탄소(C)를 제외한 원소로 이루어진 중합체 화합물 형태 또는 유/무기 하이브리드 공중합체 중 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다. 보다 바람직하게는 투명한 중합체가 될 수 있다. 또한, 매체(10) 중에는 2차 가공 또는 미립자가 포함되도록 하여, 섬유의 보온성, 기타 부재의 보온성, 부재의 속건성, 부재의 패턴 형성, 전도성, 대전 방지성, 적외선 반사성 등의 다양한 특성이 발현되도록 할 수 있다.

상기 열 차폐 미립자(30)는, 상기 매체(10)에 포함되어 외부의 일사열 및 내부의 복사열이 유입 또는 방출되는 것을 방지하는 구성을 말한다. 상기 열 차폐 미립자(30)는, 상대적으로 작은 1차 입경을 가지게 됨에 따라, 화합물 제조시 소성과정에서 입자 크기의 증대 문제가 발생하지 않고, 산소가 결핍되어 우수한 광학적 특성을 발휘하면서, 산소가 결핍된 결정구조를 가지더라도 내열성, 내구성의 문제가 없는 특징이 있다.

상기 열 차폐 미립자(30)는 X-ray 회절 분석법 (XRD)에 의해 격자상수를 분석할 수 있다. 즉, 리트벨트(Rietveld, 1969) 지수(R-index)로 패턴 지수(R_p), 예상치 지수(R_exp), 가중치 지수(R_wp), 양호 지수비 S(R_wp/R_exp), 브래그 지수(R_B) 등으로 격자상수와 공간군(a축:Å, c축:Å, ν:Å³)으로 계산 되어질 수 있으며, 회절선 적분폭(β) 근사값 함수로 계산된 로렌치안(Lorentzian) 및 가우시안(Gaussian) 함수 값은 입자간 최대응력(%), 입자크기, 입자체적으로 환산 표시되며, 따라서 산소의 미세농도(산소결핍의 정도) 또한 예측 및 계산 가능하며, LECO社 ONH836 측정 장비로 실제 산소의 함량을 다른 기체로 용해시켜 IR 분광법으로 정량화할 수도 있다. 따라서 산화물과 환원물의 산소농도에 차이가 있다면, 측정한 값의 범위는 제한없이 모두 포함될 수 있다.

이러한 상기 열 차폐 미립자(30)는, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)과, 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)(33)를 포함한다.

상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)은, 산소가 결핍된 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) 형태를 가지는 것으로, 상기 ^(y)A는 비방사성 안정 동위원소이고, 상기 x는 환원소성에 따른 상기 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수이며, 상기 y는 A의 질량수이고, 상기 z는 W의 질량수이며, 상기 (3-n)은 산소의 결핍을 의미한다. 바람직하게는 상기 x는 0.01 초과, 2 미만의 수치를 가질 수 있으며, 상기 n은 0.001 초과, 1.5 미만의 수치를 가질 수 있다.

x 값이 0.01을 초과해야 페르미 준위(Fermi Level)에 따른 에너지 밴드 값을 낮춰 혼성 궤도 형성에 의한 전자의 여기(들뜬 상태)가 유리하여 전도도가 향상되고, 입방정계(Cubic)인 결정상에서 육방정계(Hexagonal) 결정상으로 형성될 때에 최대한 삽입시킬 수 있는 x 값이 2 미만 이어야 안정한 결정성을 가질 수 있다. x 값이 2 이상에서는 결정성의 왜곡이 일어나 입자의 불안정한 상태를 유발시킬 수 있고, 텅스텐의 가전자 수가 W⁶⁺, W⁵⁺, W⁴⁺ 존재할 때, 알칼리 원소와 대칭을 이루기 위해서는 각기 다른 원소 수를 가질 수 있으나, 예를 들어, x 값이 2 이고 텅스텐이 +6가 일 때에는 화학 정량적인 분자식으로 아무런 특성이 없는 Cs₂WO₄ 로 백색인 분말을 얻게 되며, 양의 가전자수는 +8 이고, 음의 가전자수는 -8이 된다. 비화학당량적인 복합 텅스텐일 때 열 차폐, 전도성, 전자파 흡수 등을 기대할 수 있는바, 양의 원소로 격자의 결함을 유도하거나 산소 결핍에 의한 에너지 공명현상을 유도하는데 있어서는 x 값이 2 미만이어야 한다.

n이 0.001 보다 낮으면 산소의 함량이 충분하여 편극전자의 평형으로 전자여기(Excitation) 에너지 밴드값인 1.0 eV ~ 1.8 eV 범위에서 플라톤 흡수가 떨어져 근적외선 차단 특성이 저하되는 문제점이 있고, n이 1.5 보다 높으면 산소 함량이 너무 낮아 오히려 결정구조의 왜곡(Jahn-Teller 왜곡)이 생겨 결정구조를 유지할 수 없는 문제점이 발생하기 때문이다.

상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)은 상기 매체(10) 중 그 함량이 1 ~ 80 중량%가 되도록 구성하여, 용도에 따라 충분한 광학적 특성이 발현되도록 하고, 상기 매체(10)의 변형을 방지할 수 있다.

상기 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) (^(y)A: 비방사성 안정 동위원소, x: 환원소성에 따른 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수, y: A의 질량수, z: W의 질량수, (3-n): 산소의 결핍, 0.01＜x＜2, 0.001＜n＜1.5)는 페로브스카이트(Peroveskite)형, 입방정계(Cubic)형, 육방정계(Hexgonal)형, 정방정계(Tetragonal)형, 사방정계(Orthorhombic)형, 단사정계(Monoclinic)형 구조를 가질 수 있다.

안티몬 틴 옥사이드(Antimony Tin Oxide, ATO)), 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO), 텅스텐 브론즈(Tungsten Bronze)와 같은 무기물 열 차폐 재료들은 1차 입경(Particle Size)이 100nm 이내이면 실제로 분산졸(Sol)로 제조하였을 때 평균 입도분포가 100nm 이상이 되는 경우가 많다. 100nm이상의 평균 입도분포를 가지는 분산졸은 헤이즈(Haze)를 가지며 필름으로 제작되었을 때 산란현상으로 인해 뿌옇게 보이게 된다.

하지만, 상기 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) (^(y)A: 비방사성 안정 동위원소, x: 환원소성에 따른 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수, y: A의 질량수, z: W의 질량수, (3-n): 산소의 결핍, 0.01＜x＜2, 0.001＜n＜1.5)의 페로브스카이트(Peroveskite)형, 입방정계(Cubic)형, 육방정계(Hexgonal)형, 정방정계(Tetragonal)형, 사방정계(Orthorhombic)형, 단사정계(Monoclinic)형 구조는 상대적으로 작은 1차 입경을 가지는바, 화합물 제조시 소성과정 중 입자의 크기가 증대되는 문제가 없다.

따라서 상기 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) (^(y)A: 비방사성 안정 동위원소, x: 환원소성에 따른 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수, y: A의 질량수, z: W의 질량수, (3-n): 산소의 결핍, 0.01＜x＜2, 0.001＜n＜1.5) 형태는 기존의 무기물 열 차폐재료의 광학적 특성을 극대화하면서 뿌옇게 보이는 외관상의 문제를 해결한다.

실제 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)의 입자크기는 20 ~ 30 nm로, 입자크기 100 nm 급에서 발생하는 헤이즈를 원천적으로 차단할 수 있다.

상기 ^(y)A는, 비방사성 알칼리금속 안정 동위원소, 비방사성 알칼리토금속 안정 동위원소, 비방사성 희토류 안정 동위원소, ^(24,25, ²⁶⁾Mg, ^(90,91,92, ⁹⁴⁾Zr, ^(50,52,53, ⁵⁴⁾Cr, ⁽⁵⁵⁾Mn, ^(54,56,57, ⁵⁸⁾Fe, ^{(96,98,99,100,101,102,} ¹⁰⁴⁾Ru, ⁽ ⁵⁹⁾Co, ⁽ ¹⁰³⁾Rh, ^(191, ¹⁹³⁾Ir, ^{(58,60,61,62,} ⁶⁴⁾Ni, ^{(102,104,105,106,108,110)}Pd, ^{(190,192,194,195,196,} ¹⁹⁸⁾Pt, ^(63, ⁶⁵⁾Cu, ^(107, ¹⁰⁹⁾Ag, ⁽ ¹⁹⁷⁾Au, ^{(64,66,67,68,} ⁷⁰⁾Zn, ^{(106,108,110,111,112,114)}Cd, ⁽ ²⁷⁾Al, ^(69, ⁷¹⁾Ga, ^(203, ²⁰⁵⁾Tl, ^(28,29, ³⁰⁾Si, ^{(70,72,73,74,} ⁷⁶⁾Ge, ^{(112,114,115,116,117,118,119,120,122,124)}Sn, ^{(204,206,207,} ²⁰⁸⁾Pb, ^(121, ¹²³⁾Sb, ^(10, ¹¹⁾B, ⁽ ¹⁹⁾F, ⁽ ³¹⁾P, ^{(32,33,34,36)}S, ^{(74,76,77,78,} ⁸⁰⁾Se, ^(79, ⁸¹⁾Br, ^{(120,122,123,124,125,} ¹²⁶⁾Te, ^{(46,47,48,49,} ⁵⁰⁾Ti, ⁽ ⁹³⁾Nb, ⁽⁵¹⁾V, ^{(92,94,95,96,97,98)}Mo, ⁽ ¹⁸¹⁾Ta, ⁽ ¹⁸⁵⁾Re, ⁽ ⁹⁾Be, ^{(176,177,178,179,} ¹⁸⁰⁾Hf, ^{(184,187,188,189,190,} ¹⁹²⁾Os 및 ⁽¹²⁷⁾I 중 어느 하나 이상일 수 있다.

예를 들어, 알칼리금속 중 세슘(Cesium, Cs)은 원자량 112 ~ 151 사이에 총 40 개의 동위 원소가 알려져 있으며, 자연계에 존재하는 세슘은 거의 전부가 질량수가 133인 ¹³³Cs으로, 상기 ¹³³Cs은 유일하게 방사선을 내지 않는 비방사성 안정 동위원소인 특징이 있다. 따라서, 상기 ^(y)A는 ⁽ ¹³³⁾Cs로 볼 수 있다.

또한, 자연계에 존재하는 텅스텐(Tungsten, W)은 방사선을 내지 않는 비방사성 안정 동위원소로 ¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W, ¹⁸⁶W가 존재하며, 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)은 이들을 이용할 수 있으므로, ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n)에서 ^(z)W는 상기 ⁽¹⁸²⁾W, ⁽¹⁸³⁾W, ⁽¹⁸⁴⁾W, ⁽¹⁸⁶⁾W가 될 수 있다.

상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)은 액상 공침법에 의해 합성된 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 수화물(Composite Tungsten Hydroxide)로부터 형성될 수 있다.

상기 액상 공침법에 따르면, 우선 비방사성 안정 동위원소를 선별 선택하고, 원하는 원소의 전구체를 10 배수 이상의 용매에 용해시켜 정제된 반응 혼합물의 반대되는 산가(pH)를 일정량 투입하면 침전 및 석출이 일어나며, 이 과정 중에 온도, 용매, 적하물질, 반응시간 등의 조절에 의해 원하는 무기화합물을 합성할 수 있게 된다. 이때 반응기는 특별히 제한되지 않으며, 열원의 설비도 제한이 없어서 기존 설비를 충분히 활용할 수 있게 되는 이점이 생긴다.

예를 들면, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 수화물(Composite Tungsten Hydroxide)은,

텅스텐(W)이 안정 동위원소(¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W, ¹⁸⁶W)들로만 구성된 염화텅스텐(WCl₂), 텅스텐산(H₂WO₄), 텅스텐산나트륨2수화물(Na₂WO₄·2H₂O), 텅스텐헥사이프로파놀레이트(C₁₈H₄₂O₆W), 암모늄메타텅스텐산염수화물((NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀·H₂O), 텅스텐셀레나이드(H₂Se₂W), 텅스텐텔루라이드(WTe₂), 텅스텐보라이드(BH₂W) 중에서, 흰색분말의 암모늄메타텅스텐산염수화물((NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀·H₂O) 30 중량%와;

^(y)A_x(^(y)A: 비방사성 안정 동위원소, x: 환원소성에 따른 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수, y: A의 질량수, 0.01＜x＜2)에 해당되는 양성원소로, 비방사성 알칼리금속 안정 동위원소, 비방사성 알칼리토금속 안정 동위원소, 비방사성 희토류 안정 동위원소, ^(24,25, ²⁶⁾Mg, ^(90,91,92, ⁹⁴⁾Zr, ^(50,52,53, ⁵⁴⁾Cr, ⁽ ⁵⁵⁾Mn, ^(54,56,57, ⁵⁸⁾Fe, ^{(96,98,99,100,101,102,104)}Ru, ⁽ ⁵⁹⁾Co, ⁽ ¹⁰³⁾Rh, ^(191, ¹⁹³⁾Ir, ^{(58,60,61,62,} ⁶⁴⁾Ni, ^{(102,104,105,106,108,} ¹¹⁰⁾Pd, ^{(190,192,194,195,196,198)}Pt, ^(63, ⁶⁵⁾Cu, ^(107, ¹⁰⁹⁾Ag, ⁽ ¹⁹⁷⁾Au, ^{(64,66,67,68,} ⁷⁰⁾Zn, ^{(106,108,110,111,112,} ¹¹⁴⁾Cd, ⁽²⁷⁾Al, ^(69, ⁷¹⁾Ga, ^(203, ²⁰⁵⁾Tl, ^(28,29, ³⁰⁾Si, ^{(70,72,73,74,} ⁷⁶⁾Ge, ^{(112,114,115,116,117,118,119,120,122,} ¹²⁴⁾Sn, ^{(204,206,207,208)}Pb, ^(121, ¹²³⁾Sb, ^(10, ¹¹⁾B, ⁽ ¹⁹⁾F, ⁽ ³¹⁾P, ^(32,33,34, ³⁶⁾S, ^{(74,76,77,78,} ⁸⁰⁾Se, ^(79, ⁸¹⁾Br, ^{(120,122,123,124,125,126)}Te, ^{(46,47,48,49,} ⁵⁰⁾Ti, ⁽ ⁹³⁾Nb, ⁽ ⁵¹⁾V, ^{(92,94,95,96,97,} ⁹⁸⁾Mo, ⁽ ¹⁸¹⁾Ta, ⁽ ¹⁸⁵⁾Re, ⁽⁹⁾Be, ^{(176,177,178,179,} ¹⁸⁰⁾Hf, ^{(184,187,188,189,190,} ¹⁹²⁾Os, ⁽ ¹²⁷⁾I 중에서 칼륨 안정 동위원소(³⁹K (93.3%), ⁴¹K (6.7%))들로만 구성된 수산화칼륨(KOH), 염화칼륨(KCl) 및 탄산칼륨(K₂CO₃) 가운데 탄산칼륨(K₂CO₃) 15 중량%를;

중량비 10 배수인 증류수 450 중량%를 용기에 투입 후 용해시켜, 일면에 방사능 물질에 흡착력을 가지는 제올라이트(Zeolite) 처리된 필터지로 여과한 후 4 구 플라스크 반응기에 투입하고, 히팅 맨틀(Heating Mantle)을 이용해 80 ℃를 유지하며 3 시간 동안 천천히 교반해, 적하재료로서 유기산인 푸마릭산(Fumaric Acid) 50 중량%를 증류수에 해리시키고, 앞서 전구체가 용해되어 있는 플라스크 반응기에 드롭핑 펀넬(Dropping Funnel)을 사용해 일정한 속도로 20 분 동안 적하를 진행시키면, 무색투명했던 용액은 점차적으로 노란색 점조액으로 형성되고, 일정시간 숙성 후 반응을 종료시켜 필터 및 부산물들을 세척함으로써 베이지색 반응물 45 중량%를 수득할 수 있다.

상기 액상 공침법에 의해 합성된 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 수화물(Composite Tungsten Hydroxide)은 수산기(-0H)가 있는 상태로 존재하고 있어, 수산기 및 물 분자를 완전히 제거하기 위해 1차 하소(Calcine)를 거칠 필요가 있다. 하소란, 어떤 물질을 고온으로 가열하여 그 휘발성분의 일부 또는 전부를 제거하는 조작으로, 아래의 반응식으로 표현할 수 있다.

^(y)A_x ^(z)WO_3·(nH₂O, -OH) → ^(y)A_X ^(z)WO₃+ (nH₂O)_vapor

상기 1차 하소의 온도는 300 ~ 600 ℃ 범위에서 유지되는 것이 바람직하다. 하소 온도가 300 ℃ 미만일 경우에는 수산기(-OH) 및 물 분자를 완전히 제거할 수가 없어 수산기 및 물 분자가 잔존할 수 있으며, 수산기 및 물 분자가 잔존하게 되면 전술한 육방정계 구조를 형성할 수 없게 된다. 또한 하소 온도가 600 ℃를 초과할 경우에는 입자의 성장이 진행되어 나노 사이즈 입자를 얻을 수 없게 되고, 최종 제품에서 헤이즈가 발생할 수 있다.

따라서, 상기 1차 하소의 온도는 바람직하게는 400 ~ 600 ℃ 범위에서 유지될 수 있으며, 보다 바람직하게는 400 ~ 500 ℃ 범위에서 유지될 수 있다.

상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)의 결정결함은 2차 환원소성(Reduction Firing)에 의해 유도될 수 있다. 환원소성이란, 연소에서 공기가 불충분하게 공급되면 불완전 연소가 일어나 이산화탄소 또는 연료의 분해 생성물 속에 있는 수소가 피가열물에 환원 작용을 일으키는 소성방법으로, 아래의 반응식으로 표현될 수 있다.

^(y)A_x ^(z)WO₃ → ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n)+ (nO, nO₂, nNO, nNO₂,…)_gas

상기 2차 환원소성은 폭발 위험성이 있는 수소가스를 사용하지 않고, 폭발 위험성이 없는 불활성 가스(N₂, Ar, Ne, CO₃중 어느 하나 이상을 포함)를 투입하여 환원시킴으로써 금속산화물에 산소 결핍현상을 주는 것이 바람직하다. 만일 수소가스를 사용하게 되면 가스를 주입해야 하는 고가의 특수 장비가 필요하게 될 뿐만 아니라, 수소가스의 주입 조건이 맞지 않을 경우에는 약간의 산소만으로도 큰 폭발이 발생할 수 있는바, 이는 작업상의 위험을 줄이고 간편하게 기존의 소성장비를 이용할 수 있도록 하기 위해서이다. 이러한 2차 환원소성에 의해 형성된 분말은 짙은 청색을 띌 수 있다.

상기 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)(33)은, 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)이 비방사성 안정 동위원소로 유해성이 없는 친환경적인 화합물을 형성하기 위해 일반적인 소성 및 하소 온도보다 낮은 온도로 실시하여 상대적으로 산소가 결핍된 결함이 있는 다소 약한 결정구조를 가지게 되는바, 내열성, 내구성 등의 문제가 있을 수 있기에, 이러한 내열성, 내구성 등의 문제를 해결하기 위해 상기 열 차폐 미립자(30)에 포함되는 구성을 말한다.

부동화 피막(Passivation Film)이란, 보통의 화학 반응성을 상실한 상태의 금속 산화 피막을 말한다. 구체적으로는 선택적 반응성이 우선이면서 이종 반응성은 없는 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)(33)를 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31) 표면에 형성하거나 중합체 내에 분포시킴으로써, 잔류 산소(O, O₂) 유입에 의한 반응, 잔류 수산기(-OH)에 의한 반응, 잔류 라디칼(Radical)에 의한 반응 등을 상기 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)(33)가 효과적으로 차단하게 되어, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)의 내열성, 내구성 등의 문제를 해결할 수 있게 된다.

^(y)A_x ^(z)WO_(3-n)+OP(C₆H₅)₃

부동화 피막 역할을 하는 상기 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)는 위 반응에 표현된 바와 같이, 분자식이 OP(C₆H₅)₃ 이며, 상기 OP(C₆H₅)₃는 트리페닐 포스핀이 공기중에 산화시켜 쉽게 얻을 수 있고, 그 반응식은 아래와 같이 표현할 수 있다.

2[P(C₆H₅)₃] + O₂ → 2[OP(C₆H₅)₃]

이차 및 삼차 포스핀 또는 지방족 및 방향족 혼합 포스핀 또는 모든 유기 유도체 그 염이 포함되는 포스핀들은 산화된 상태로 사용될 수도 있다. 다만, 본 발명에 따른 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물(1)에 사용하기에는 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine oxide)(33)가 가장 바람직할 수 있다.

상기 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)(33)는 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)의 표면에 형성되는 것을 제외하는 것은 아니지만, 쉽게 적용이 가능하도록 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)에 혼합됨이 바람직하다.

상기 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)(33)는 그 함량이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는, 0.1 ~ 2 중량%로 구성하여, 가시광선 투과율 및 적외선 차폐율 등의 광학적 특성을 크게 떨어뜨리지 않으면서 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)의 내열성 및 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 제조방법(S1)에 관한 도면으로, 이하에서는 도 1을 참고하여, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 제조방법(S1)에 대해 설명하도록 하겠다. 중복된 서술을 피하고자, 전술한 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물(1)에 관한 설명은 그 기재를 생략하거나 간략히 하겠다. 도 1에 의하면, 본 발명인 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 제조방법(S1)은, 매체제공단계(S10), 열차폐미립자제공단계(S30), 조성물형성단계(S50)를 포함한다.

상기 매체제공단계(S10)는, 열 차폐 미립자(30)를 함유할 매체(10)를 제공하는 단계로, 상기 매체(10)는, 고분자, 저분자 또는 단량체형 유기 화합물로 이루어진 중합체 또는 공중합체로 형성될 수 있다. 상기 매체(10)는 아크릴(Acryl)계, 우레탄(Urethane)계, 에스테르(Ester)계, 에폭시(Epoxy)계, 카보네이트(Carbonate)계, PVB(Poly Vinyl Butyral), EVA(Ethylene-Vinyl Acetate), 폴리이미드(Poly Imide)계, 이소시아네이트(Isocyanate)계, PET(PolyEthylene Terephtalate)계 또는 고분자로 인지하는 모든 것들, 광 경화용 올리고머(Oligomer), 광 경화용 모너머(Monomer) 등을 포함하거나, 무기 고분자, 즉 고분자 사슬골격 구조 중에 탄소(C)를 제외한 원소로 이루어진 중합체 화합물 형태 또는 유/무기 하이브리드 공중합체 중 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다. 조성물을 통해 만들어지는 열 차폐 필름 등이 우수한 광학적 특성을 발현할 수 있도록, 상기 매체(10)는 투명한 중합체로 구성됨이 바람직할 수 있다.

상기 열차폐미립자제공단계(S30)는, 상기 매체(10) 내에 함유될 열 차폐 미립자(30)를 제공하는 단계로, 상기 열 차폐 미립자(30)는, 상기 매체(10)에 포함되어 외부의 일사열 및 내부의 복사열이 유입 또는 방출되는 것을 방지할 수 있다. 도 1을 참고하면, 이러한 상기 열차폐미립자제공단계(S30)는, 비방사성화합물형성단계(S31) 및 부동화제투입단계(S33)를 포함한다.

상기 비방사성화합물형성단계(S31)는, 산소가 결핍된 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) 형태의 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)을 형성하는 단계를 말한다. 상기 ^(y)A는 비방사성 안정 동위원소이고, 상기 x는 환원소성에 따른 상기 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수이며, 상기 y는 A의 질량수이고, 상기 z는 W의 질량수이며, 상기 (3-n)은 산소의 결핍을 의미한다. 바람직하게는 상기 x는 0.01 초과, 2 미만의 수치를 가질 수 있고, 상기 n은 0.001 초과, 1.5 미만의 수치를 가질 수 있다.

상기 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n)는 페로브스카이트(Peroveskite)형, 입방정계(Cubic)형, 육방정계(Hexgonal)형, 정방정계(Tetragonal)형, 사방정계(Orthorhombic)형, 단사정계(Monoclinic)형 구조를 가질 수 있다. 상기 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n)의 페로브스카이트(Peroveskite)형, 입방정계(Cubic)형, 육방정계(Hexagonal)형 또는 정방정계(Tetragonal)형, 사방정계(Orthorhombic)형, 단사정계(Monoclinic)형 구조는 상대적으로 작은 1차 입경을 가지는바, 화합물 제조시 소성과정 중 입자의 크기가 증대되는 문제가 없게 된다. 도 2를 참고하면, 이러한 상기 비방사성화합물형성단계(S31)는, 합성단계(S311), 1차하소단계(S313), 2차환원소성단계(S315)를 포함한다.

상기 합성단계(S311)는, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 수화물(Composite Tungsten Hydroxide)을 합성하는 단계를 말한다. 산화물을 얻기 위해 고온으로 융해 및 산화를 시켜 제조된 산화물의 경우는 원료속에 미량으로 존재하고 있는 우라늄(²³⁴U), 토륨(²³⁰Th) 등과 같은 원소들이 완전히 제거되지 못하며, 마이크로파 웨이브 또는 열 플라즈마(고온부 온도 10,000K ~ 15,000K) 등의 고온 합성은 합성 시간을 단축시킬 수는 있으나, 합성 과정 중 예상치 못한 극도의 높은 에너지가 사용되어, 원치 않는 인체에 유해한 방사성 물질이 생성될 수 있다. 따라서, 상기 합성단계(S311)는, 액상 공침법으로 낮은 온도 및 낮은 에너지 상태에서 합성을 진행해, 방사성 물질(라돈(²²⁰Ra), 우라늄(²³⁴U), 토륨(²³⁰Th) 등)의 생성을 차단하는 것이 바람직하며, 이로써, 베크렐 강도가 148 Bq/m³ 이하인 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 제공할 수 있게 된다.

또한, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 수화물을 합성조건이 간단한 액상 공침법으로 제조함으로써, 입자생성 및 입자크기의 제어가 용이하여 균일한 나노크기의 입자를 얻을 수 있다.

도 3을 참고하여 설명하면, 구체적으로, 상기 합성단계(S311)는, 비방사성 안정 동위원소로 전구체를 형성하는 전구체형성단계(S3111)와, 상기 전구체형성단계(S3111)이후에, 상기 전구체를 10 배수 이상의 용매로 용해시키고 정제하는 용해및정제단계(S3113)와, 상기 용해및정제단계(S3113) 이후에, 반대되는 산가(pH)를 투입하여 침전을 일으키는 석출단계(S3115)를 포함한다.

이를 통해, 상대적으로 낮은 온도 및 낮은 에너지 상태에서 합성을 진행해, 방사성 물질의 생성을 차단할 수 있게 된다. 이 과정 중에 온도, 용매, 적하물질, 반응시간 등의 조절에 의해 원하는 무기화합물을 합성할 수 있게 되며, 이때 반응기는 특별히 제한되지 않으며, 열원의 설비도 제한이 없어서 기존 설비를 충분히 활용할 수 있다.

상기 1차하소단계(S313)는, 상기 합성단계(S311) 이후에, 합성된 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 수화물(Composite Tungsten Hydroxide)에서 수산기(-OH) 및 물 분자를 제거하고 무정형을 형성하기 위해 300 ~ 600 ℃ 범위에서 하소를 하는 단계로, 아래의 반응으로 표현될 수 있다.

^(y)A_x ^(z)WO₃·(nH₂O, -OH) → ^(y)A_x ^(z)WO₃+ (nH₂O)_vapor

액상 공침법에 의해 합성된 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 수화물(Composite Tungsten Hydroxide)은 수산기(-0H)가 있는 상태로 존재하고 있어, 수산기 및 물 분자를 완전히 제거하기 위해 1차 하소(Calcine)를 거치게 된다. 상기 1차 하소의 온도는 300 ~ 600 ℃ 범위에서 유지되는 것이 바람직하다. 하소 온도가 300℃ 미만일 경우에는 수산기(-OH) 및 물 분자를 완전히 제거할 수가 없어 수산기 및 물 분자가 잔존할 수 있으며, 수산기 및 물 분자가 잔존하게 되면 전술한 육방정계 구조를 형성할 수 없게 된다. 또한 하소 온도가 600 ℃를 초과할 경우에는 입자의 성장이 진행되어 나노 사이즈 입자를 얻을 수 없게 되고, 최종 제품에서 헤이즈가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 1차 하소의 온도는 바람직하게는 400 ~ 600 ℃ 범위에서 유지될 수 있으며, 보다 바람직하게는 400 ~ 500 ℃ 범위에서 유지될 수 있다.

상기 1차하소단계(S313)를 통해, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 수화물(Composite Tungsten Hydroxide)에서 수산기 및 물분자는 완전하게 제거하면서 입자의 성장은 최소화해 나노 사이즈 입자를 얻을 수 있게 된다.

상기 2차환원소성단계(S315)는, 상기 제1차하소단계(S313) 이후에, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)의 산소결핍을 위해 불활성 가스의 투입하에 환원소성을 하는 단계를 말한다.

^(y)A_x ^(z)WO₃ → ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n)+ (nO, nO₂, nNO, nNO₂,…)_gas

상기 2차환원소성단계(S315)에서 사용되는 불활성 가스는 N₂, Ar, Ne 및 CO₃ 중 어느 하나 이상을 포함한다. 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)의 결정결함은 상기 2차환원소성단계(S315)에 의해 유도될 수 있다. 환원소성이란, 연소에서 공기가 불충분하게 공급되면 불완전 연소가 일어나 이산화탄소 또는 연료의 분해 생성물 속에 있는 수소가 피가열물에 환원 작용을 일으키는 소성방법을 말한다. 상기 2차환원소성단계(S315)는 폭발 위험성이 있는 수소가스를 사용하지 않고, 폭발 위험성이 없는 불활성 가스(N₂, Ar, Ne, CO₃중 어느 하나 이상을 포함)를 투입하여 환원시킴으로써 금속산화물에 산소 결핍현상을 주게 된다. 만일 수소가스를 사용하게 되면 가스를 주입해야 하는 고가의 특수 장비가 필요하게 될 뿐만 아니라, 수소가스의 주입 조건이 맞지 않을 경우에는 약간의 산소만으로도 큰 폭발이 발생할 수 있는바, 이는 작업상의 위험을 줄이고 간편하게 기존의 소성장비를 이용할 수 있도록 하기 위해서이다. 이러한 2차 환원소성에 의해 형성된 분말은 짙은 청색을 띌 수 있다.

상기 부동화제투입단계(S33)는, 상기 비방사성화합물형성단계(S31) 이후에, 내열성 및 내구성을 향상시키기 위해, 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)에 부동화제를 투입하는 단계를 말한다. 상기 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)은 비방사성 안정 동위원소로, 유해성이 없는 친환경적인 화합물을 형성하기 위해 일반적인 소성 및 하소 온도보다 낮은 온도로 실시하여 상대적으로 산소가 결핍된 결함이 있는 다소 약한 결정구조를 가지게 되는바, 내열성, 내구성 등의 문제가 있을 수 있다. 따라서, 이러한 내열성, 내구성 등의 문제는 상기 부동화제 투입을 통해 해결하게 된다. 도 4는 부동화제투입단계를 도시한 도면으로, 이러한 상기 부동화제투입단계(S33)는, 트리페닐포스핀옥사이드제공단계(S331), 분산졸형성단계(S333)를 포함한다.

상기 트리페닐포스핀옥사이드제공단계(S331)는, 후술할 분산졸형성단계(S333)에서 사용될 부동화 피막 역할을 하는 상기 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)를 준비하는 단계를 말한다. 상기 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)는 분자식이 OP(C₆H₅)₃ 이며, 상기 OP(C₆H₅)₃는 트리페닐 포스핀이 공기중에 산화시켜 쉽게 얻을 수 있고, 그 반응식은 아래와 같이 표현할 수 있다.

2[P(C₆H₅)₃] + O₂ → 2[OP(C₆H₅)₃]

상기 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)(33)는 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)의 표면에 형성되는 것을 제외하는 것은 아니지만, 쉽게 적용이 가능하도록 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)에 혼합됨이 바람직하다. 상기 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)(33)는 그 함량이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 바람직하게는, 0.1 ~ 2 중량%로 구성하여, 가시광선 투과율 및 적외선 차폐율 등의 광학적 특성을 크게 떨어뜨리지 않으면서 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)의 내열성 및 내구성을 크게 향상시킬 수 있다.

상기 분산졸형성단계(S333)는, 상기 트리페닐포스핀옥사이드제공단계(S331) 이후에, 분산졸을 형성하는 단계를 말한다. 상기 분산졸은, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)과, 분산제와, 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)와, 용매(유기용제)를 포함할 수 있다. 열 차폐 특성이 발현되는 열 차폐 조성물의 함량이 충분하다면, 투명성 및 헤이즈를 극대화하기 위해 용매를 포함하는 분산졸 또는 코팅졸 형태로 제공되도록 하는 것이다.

상기 분산졸 내의 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)(31)의 함량은 특별히 제한된 것은 없지만, 1 ~ 50 중량%가 됨이 바람직하다. 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)의 함량이 1 중량% 미만일 때에는 최종 적용 물품에서 충분한 광학적 특성을 발현하지 못하고, 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)의 함량이 50 중량%를 초과할 때에는 높은 고형분으로 인해 원하는 나노분산졸의 입도 크기에 도달하기 위해 상대적으로 많은 분산시간이 필요하기 때문이다. 분산 시간이 길어짐은 분산제의 변형을 일으켜 다음 공정인 2차 공정 제조에서 문제를 일으킬 수 있다. 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물(1)을 제조하기 위해서는 열 차폐 미립자(30)를 매체(10)에 포함시켜야 하는데, 과도한 분산 시간을 통해 제조된 분산졸이 상기 매체(10)에 혼입될 경우, 서로 간의 상용성이 저하되어, 층의 분리, 미세 쇼킹, 경시변화에 따른 겔화 등의 문제가 발생할 수 있다.

상기 분산졸 내의 상기 분산제의 함량은 1 ~ 10 중량%가 됨이 바람직하다. 상기 분산제가 1 중량% 미만일 때에는 충분한 분산졸을 얻을 수 없으며, 상기 분산제가 10 중량%를 초과할 때에는 조성물이 적용된 물품을 건조시킬 때 건조되지 못한 분산제가 조성물이 적용된 물품 표면에 잔존하게 되어 조성물이 적용된 물품 표면의 불량을 야기할 수 있기 때문이다.

상기 분산졸 내의 상기 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)의 함량은 특별히 제한 된 것은 없으나 0.1 ~ 2 중량%가 됨이 바람직하다. 상기 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine oxide)의 함량이 0.1 중량% 미만일 때에는 부동화 피막 현상이 제대로 발현되지 못하여 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)의 내열성 및 내구성을 크게 향상시킬 수 없으며, 상기 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)의 함량이 2 중량%를 초과할 때에는 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)의 광학 특성 중 가시광선 투과율을 떨어뜨릴 수 있어 고투과 고효율 열 차폐 조성물 제조를 어렵게 한다.

상기 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물(1)이 적용된 물품이 필름이라면, 가시광선을 투과할 수 있어야 하는데, 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)은 응집되어 있는 형태를 가지는바, 그 입자를 분산시키는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 분산졸형성단계(S333)는 간편하고 대량생산에 용이한 볼밀(Ball Mill)법에 의해 입자를 분산시키면서 분산졸을 형성할 수 있다.

구체적으로는 응집된 상태의 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound) 분말, 용매(Water, Alcohol, 유기용제), 분산제 등을 원통형 분산기에 투입하고, 지르코늄 비드(Zirconium Bid)는 원통형 분산기 체적의 60% 이상을 투입한 후, 상기 원통형 분산기를 일정 속도로 회전시킴으로써 이루어진다. 이때 원통형 분산기 내부의 모든 내용물은 회전을 하게 되고, 특히 상기 지르코늄 비드(Zirconium Bid)는 응집되어 있던 분산하고자 하는 분말에 직접 표면 충격 및 표면 전단력을 전달하여 물리적 에너지를 가함과 동시에, 표면 그라인딩(Grinding)을 유도하는바, 일정 시간이 경과하면 1차 입경보다 작은 사이즈의 나노입자로 분산되고, 최종적으로는 광학적 특성을 발현할 수 있게 된다.

결국, 상기 분산졸형성단계(S333)에서는, 화합물의 응집을 분리시키며, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)의 내열성 및 내구성을 향상시키는 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)을 액상 상태에서 같이 분포시키거나 표면에 형성시키게 된다.

상기 조성물형성단계(S50)는, 상기 매체제공단계(S10) 및 상기 열차폐미립자제공단계(S30) 이후에, 상기 매체(10) 내에 열 차폐 미립자(30)를 함유시켜 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물(1)을 형성하는 단계로, 상기 조성물(1)은 분산졸, 고분자 매체, 유기용제를 포함할 수 있다. 상기 조성물(1)에서 상기 분산졸의 함량은 20 ~ 70 중량%가 됨이 바람직하다. 상기 분산졸의 함량이 20 중량% 미만일 경우 적용 물품이 필름일 때 광학적 특성이 떨어지게 되고, 상기 분산졸의 함량이 70 중량%를 초과할 경우 고분자 매체의 비율이 낮아져 도막 부착력이 떨어지거나 표면 내스크래치성이 떨어질 수 있기 때문이다. 보다 바람직하게는 상기 분산졸은 40 ~ 50 중량%, 상기 매체(10)는 40 ~ 50 중량%, 상기 유기용제는 10 ~ 20 중량%로 구성될 수 있다.

상기 조성물(1)에 각종 첨가제(분산제, 자외선 차단제, 증점제, 유동화제, 이형화제, 산화방지제, 경화제 등)를 포함시켜 용도에 맞게 첨가제 종류와 함량이 선택될 수 있도록 하고, 첨가제의 함량을 1 ~ 30 중량%가 되도록 하여, 충분한 분산 및 분포체를 얻고, 조성물이 적용된 물품에서 건조되지 못한 첨가제에 의한 물품 불량이 발생하지 않도록 할 수 있다.

상기 조성물(1)에 있어서 상기 매체(10)는 기재인 플라스틱 필름과 결합을 용이하게 하고, 도막 두께를 조절할 수도 있다. 상기 매체(10)는, 중합체로서 자외선조사 또는 열풍 건조에 의해 광 중합 또는 경화를 일으키는 고분자 중합체, 공중합체, 경화제, 올리고머(Oligomer), 모너머(Monomer), 광개시제로 구성될 수도 있다.

상기 조성물(1)에 있어서 상기 유기용제는, 메틸 에틸 케톤(Methyl Ethyl Ketone), 톨루엔(Toluene), 에틸 아세테이트(Ethyl Acetate), 이소 프로필 알콜(Iso Propyl Alcohol), 에틸 셀로솔브(Ethyl Cellosolve), 이소 부틸 알콜(Iso butyl Alcohol), 디메틸포름아미드(Dimethylformamide), 에탄올(Ethanol), 부틸셀로솔브(Butyl Cellosolve), 크실렌(Xylene), 1-옥탄올(1-Octanol), 디에틸렌 글리콜(Diethylene Glycol), 니트로벤젠(Nitrobenzene) 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 조성물(1)의 적용에는 제한이 없다. 도포, 코팅, 섬유로서 얀(Yarn), 섬유로서 실, 섬유로서 원사, 섬유로서 원단, 인조 섬유 원단, 인조 가죽형 원단, 투윈(Twin) 및 싱글(Single) 압출 스크류에 의한 마스터배치, 중합체형 펠렛, T다이 압출 시트재, 공압출 형 시트재, 필름은 일면에 형성할 수도 있고, 일면에 투입될 수도 있으며, 다중 막 또는 다중 층으로 구비될 수도 있고, 스프레이 형으로 뿌릴 수도 있으며, 유리에 롤을 이용해 액상으로 바를 수도 있고, 섬유에 코팅할 수도 있으며, 섬유에 염착할 수도 있고, 섬유에 투입할 수도 있으며, 렌즈 중에 투입될 수도 있고, 렌즈에 코팅될 수도 있으며, 포장재에 포함 또는 코팅될 수 있고, 광고소재에 포함 또는 코팅될 수 있다. 즉 어떤 형태로도 적용 가능하다.

상기 조성물(1)에 있어서, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)의 미립자 크기는 필요에 따라서 나노미터(nm), 서브마이크론(Submicron), 마이크론(Micron) 으로 될 수 있으며, 상기 미립자의 모양은 구(Spherical), 막대(Rod), 실(Skein, Line), 침상(Needle Shaped), 튜브(Tube), 망상(Network, Reticular Structure), 2D(평면) 및 3D(입체)적으로 표현 가능한 모든 모양 등을 포함될 수 있으며, 상기 미립자는 필요에 따라 구현되는 색상 또는 색차 계산 값, 즉 CIE(L*a*b) 균등 색차 색도 시스템에 따른 색도의 표현에도 제한이 없고, 상기 미립자는 전도도, 저항 등 전기적인 특성 또한 제한이 없다.

이하에서는 구체적인 실험을 통해, 열 차폐 조성물을 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)로 구성할 때, 방사능 강도가 기준치인 148 Bq/m³(0.4 uSv/h) 이하로 되어 방사능에 관해서는 확실한 안정성을 확보하고, 가시광선 투과율, 적외선차단율이 개선된다는 점과, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)의 내열성 및 내구성은 부동화제 형성을 통해 향상됨을 살펴 보겠다.

(1) 시편의 준비

1) 실시예 1

흰색분말의 암모늄메타텅스텐산염수화물((NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀·H₂O) 30 중량%와, 탄산칼륨(K₂CO₃) 15 중량%를 증류수 450 중량%과 함께 용기에 투입 후 용해시켜, 일면에 프러시안블루(Prussian blue)와 제올라이트(Zeolite)가 함께 처리된 필터지로 여과한 후, 4구 플라스크 반응기에 투입 하고, 히팅 맨틀(Heating Mantle)을 이용해 80℃를 유지하며 3시간 동안 천천히 교반하여 액체로 해리시키고, 적하 재료로서는 무기산 또는 유기산을 사용 할 수 있고(pH 2 이하로 조정 가능하다면 무관), 그 중 푸마릭산(Fumaric Acid) 50 중량%를 증류수에 해리시켜, 전구체가 용해되어 있는 플라스크 반응기에 드롭핑 펀넬(Dropping Funnel)을 사용해 일정한 속도로 20분 동안 적하를 진행시키면 반투명했던 용액은 점차적으로 노란색 점조액으로 형성된다.

일정시간 숙성 후 반응을 종료시켜 필터 및 부산물들을 세척하여 회백색 반응물 45 중량%를 수득하고, 방사능 측정기 QSF104m로 선량 당량(Dose Equivalent)을 나타내는 SI 단위계인 시버트(Sievert, 기호:Sv) 측정시, 0.15 uSv/h(안전기준 0.4 uSv/h 이하)로 방사능 수치가 안전한 것을 확인하였으며, 상기와 같이 얻어진 수화물 상태의 칼륨텅스텐산화물을 얻은 후, 1차 하소를 위해 공기중 400 ℃의 온도로 약 1시간 동안 소성을 하였다.

베이지색의 분말(^(39, ⁴¹⁾K₀ _. ₂₆ ^{(182,183,184,186)}WO₃)은 칼륨과 텅스텐이 혼재 되어있는 산화물이다. 베이지색의 산화물은 적외선차단 특성이 없는 것을 확인했다. 이후 얻어진 비방사성 칼륨텅스텐산화물에 격자결함 및 육방정계(Hexagonal)형 결정을 형성하기 위해 전기로 내부에 질소(N₂) 가스를 채우고, 600 ℃에서 2 시간 동안 유지한 후 자연냉각시켜 2차 환원소성을 종료하면, 짙은 청색의 비방사성 안정 동위원소 칼륨텅스텐산화물(^(39,41)K_0.26 ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))을 나노입자로 쉽게 수득할 수 있다.

이렇게 얻어진 분말들을 분산졸 형태로 제조하기 위해 환원소성 된 비방사성 안정 동위원소 칼륨텅스텐산화물(^(39, ⁴¹⁾K₀ _. ₂₆ ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 분말 20 중량%, 시판 중인 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide) 0.1 중량%, 분산제 0.5 중량%와, 유기용매 79.4 중량%를 넣고, 0.5mm 지르코늄비드를 전체 체적에 60%를 넣어 볼 밀(Ball Mill)을 행한다. 이때 분산시간은 72 시간 동안 행하였다. 얻어진 분산졸은 아크릴 바인더 50 중량%에 분산졸 40 중량%를 넣은 후 유기용제로 메틸 이소부틸 케톤(Methyl Isobutyl Ketone, MIBK) 10 중량%를 투입시켜 조성물을 완성하였다.

2) 실시예 2

실시예 1에 있어서, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound) 분말 합성과정 중에서 출발 원료인 탄산칼륨(K₂CO₃) 대신, 나트륨 안정 동위원소(²³Na)로만 구성된 탄산나트륨(Na₂CO₃) 25 중량%, 증류수 550 중량%를 투입하는 것, 환원소성 온도 500℃ 것 이외에는 실시예 1과 같은 조건에서 실시예 2를 준비하였다.

즉, 비방사성 복합 칼륨텅스텐 화합물(^(39, ⁴¹⁾K₀ _. ₂₆ ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))의 조성에서 양성원소가 기존의 칼륨에서 나트륨으로 교체투입 되어 비방사성 열 차폐 복합 나트륨텅스텐화합물(⁽²³⁾Na_0.3 ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))이 되었다.

3) 실시예 3

실시예 1에 있어서, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound) 분말 합성과정 중에서 출발 원료로 탄산칼륨(K₂CO₃) 대신, 세슘 안정 동위원소(¹³³Cs)로만 구성된 탄산세슘(Cs₂CO₃) 15 중량%를 투입하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 조건에서 실시예 3을 준비하였다.

즉, 비방사성 복합 칼륨텅스텐 화합물(^(39, ⁴¹⁾K₀ _. ₂₆ ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))의 조성에서 양성원소가 기존의 칼륨에서 세슘으로 교체투입되어 비방사성 열 차폐 복합 세슘텅스텐화합물(⁽¹³³⁾Cs_0.3 ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))이 되었다.

4) 실시예 4

실시예 1에 있어서, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)분말 합성과정 중에서 출발 원료로 탄산칼륨(K₂CO₃) 대신, 몰리브덴 안정 동위원소(^{(92,94,95,96,97,} ⁹⁸⁾Mo)로만 구성된 암모늄 디몰리브데이트((NH₄)₂Mo₂O₇) 15 중량%를 투입하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 조건에서 실시예 4을 준비하였다.

즉, 비방사성 복합 칼륨텅스텐 화합물(^(39, ⁴¹⁾K₀ _. ₂₆ ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))의 조성에서 양성원소가 기존의 칼륨에서 몰리브덴으로 교체투입 되어 비방사성 열 차폐 복합 몰리브덴텅스텐화합물(^{(92,94,95,96,97,98)}Mo_0.3 ^{(182,183,184,186)}W_0.7O_(3-n))이 되었다.

5) 실시예 5

실시예 1에 있어서, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite tungsten compound)분말 합성과정 중에서 출발 원료로 탄산칼륨(K₂CO₃) 대신, 주석 안정 동위원소(^{(112,114,115,116,117,118,119,120,122,} ¹²⁴⁾Sn)로만 구성된 주석탄산염 (Sn(CO₃)₂) 15 중량%를 투입, 합성 반응 온도를 90 ℃로 하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 조건에서 실시예 5을 준비하였다.

즉, 비방사성 복합 칼륨텅스텐 화합물(^(39, ⁴¹⁾K₀ _. ₂₆ ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))의 조성에서 양성원소가 기존의 칼륨에서 주석으로 교체투입 되어 비방사성 열 차폐 복합 주석텅스텐화합물(^{(112,114,115,116,117,118,119,120,122,124)}Sn_0.26 ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))이 되었다.

6) 실시예 6

실시예 1에 있어서, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound)분말 합성과정 중에서 출발 원료로 탄산칼륨(K₂CO₃) 대신, 알루미늄 안정 동위원소(⁽ ²⁷⁾Al)로만 구성된 알루미늄 탄산염 (Al₂(CO₃)₃) 15 중량%를 투입하는 것 이외에는 실시예 1과 같은 조건에서 실시예 6을 준비하였다.

즉, 비방사성 복합 칼륨텅스텐 화합물(^(39, ⁴¹⁾K₀ _. ₂₆ ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))의 조성에서 양성원소가 기존의 칼륨에서 알루미늄으로 교체투입 되어 비방사성 열 차폐 복합 알루미늄텅스텐화합물(⁽²⁷⁾Al_0.25 ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))이 되었다.

7) 실시예 7

실시예 1에 있어서, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물(Composite Tungsten Compound) 분말 합성과정 중에서 출발 원료로 탄산칼륨(K₂CO₃) 대신, 루비듐 안정 동위원소(^(85, ⁸⁷⁾Rb)로만 구성된 탄산루비듐 (Rb₂CO₃) 20 중량%를 투입, 이외에는 실시예 1과 같은 조건에서 실시예 7을 준비하였다.

즉, 비방사성 복합 칼륨텅스텐 화합물(^(39, ⁴¹⁾K₀ _. ₂₆ ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))의 조성에서 양성원소가 기존의 칼륨에서 루비듐으로 교체투입 되어 비방사성 열 차폐 복합 루비듐텅스텐화합물(^(85,87)Rb_0.27 ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))이 되었다.

8) 비교예 1

실시예 1과 다르게 고상반응법으로 실험을 진행하였으며, 비방사성 안정 동위원소인 ^(39, ⁴¹⁾K 대신, 자연계 6 종류가 있지만 안정 동위원소가 없는 토륨(⁽ ²³²⁾Th)으로, 전구체는 시판중인 이산화토륨(ThO₂)으로 교체 투입하고, 전구체는 특수 처리 필터 정제도 하지 않고, 토륨과 텅스텐의 몰비가 0.3 : 1 로 하여 이산화토륨과 텅스텐트리옥사이드(WO₃) 분말들을 그대로 막자 사발에 혼합하여, 질소(N₂) 분위기, 온도 1,050 ℃, 3 시간 진행하여 토륨텅스텐산화물(⁽²³²⁾Th_xWO_(3-n)) 분말을 준비하였다.

즉, 금속 원소 중 기존의 비방사성 안정 동위원소인 ^(39, ⁴¹⁾K을 방사성 동위원소인 토륨(⁽²³²⁾Th)으로 교체하였다.

9) 비교예 2

실시예 1과 다르게 고상반응법으로 진행하였으며, 비방사성 안정 동위원소인 ^(39,41)K 대신, 시판중인 인듐(^(113, ¹¹⁵⁾In)으로 자연계에 존재하는 2종으로 구성된(⁽¹¹³⁾In(4.29%), ⁽¹¹⁵⁾In(95.71%)) 인듐산염(In₂(CO₃)₃)으로 교체 투입하고, 전구체는 특수 처리 필터 정제도 하지 않고, 인듐과 텅스텐의 몰비가 0.3 : 1 로 하여 인듐산염과 텅스텐트리옥사이드(WO3) 분말들을 그대로 막자사발에 혼합하여, 질소(N₂)분위기, 마이크로웨이브로 고출력 (2,450MHz), 3 시간 진행하여 인듐텅스텐산화물(^(113,115)In_xWO_(3-n)) 분말을 준비하였다.

즉, 금속 원소 중 기존의 비방사성 안정 동위원소인 ^(39, ⁴¹⁾K을 방사성 동위원소 비율이 높은 인듐(^(113,115)In)으로 교체 투입하였다.

(2) 실험방법

- 화합물을 X-ray 회절분석법(X-ray Diffraction, XRD)으로 측정하여, X선 회절 데이터 카드와 비교함으로써, 결정구조를 확인하였다.

- 완성된 조성물은 액상 상태로 JASCO(JAPAN) 650 UV/VIS Spectrometer로 Baseline을 MIBK(Methyl Isobutyl Ketone) 용제 중에 설정하여 가시광선 투과율(%), 적외선 투과율(%), 헤이즈(%)를 측정하였다. 적외선 차폐율(%)은 '100 - 적외선 투과율(%)'을 통해 계산했다.

- 내열성 및 내구성 관찰을 위해 열풍 건조기(SH-DO-149FG)를 사용하여 온도 120℃에서 72시간 동안 방치한 후 광학 특성을 재측정함으로써 변화율을 측정하였다.

- 베크렐 강도(Bq/m³)는 RD-200 방사능 측정기를 통해 측정하였다.

(3) 실험결과

구분	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5	실시예6	실시예7
가시광선 투과율% (380~ 780nm)	67.2%	61.2%	70.2%	68.3%	53.3%	65.2%	69.2%
적외선 차폐율% (780~ 2000nm)	68.6%	69.6%	90.6%	67.5%	51.3%	84.3%	88.2%
헤이즈% (380~ 780nm)	0.69%	0.71%	0.61%	0.76%	0.82%	0.82%	0.52%
변화율 (ΔT%)	3.7%	3.9%	2.1%	4.3%	1.7%	2.5%	2.6%
베크렐 강도 (Bq/m³)	21.87 Bq/m³	20.66 Bq/m³	18.87 Bq/m³	25.12 Bq/m³	24.33 Bq/m³	25.29 Bq/m³	19.46 Bq/m³

1) 실시예 1의 실험결과

화합물을 X-ray 회절분석법(X-ray Diffraction, XRD)으로 측정한 결과, JCPDS card No.83-1593과 비교했을 때, 결정 구조가 육방정계(Hexagonal)형이라는 것을 알 수 있었고, 분말의 청색과 격자간 a축과 c축 비율의 변화로 환원이 되었음을 알 수 있었다.

완성된 조성물을 액상 상태로 JASCO(JAPAN) 650 UV/VIS Spectrometer로 Baseline을 MIBK(Methyl Isobutyl Ketone) 용제 중에 설정하여 측정한 결과, 가시광선 투과율은 67.2%, 적외선 투과율은 31.4%(적외선 차폐율은 68.6%), 헤이즈는 0.69% 로 나타났다.

변화율은 3.7%로, 그 변화가 크지 않았으며, 내열성과 내구성이 있음을 확인했다.

RD-200 방사능 측정기로 측정한 결과는, 기준 값 148 Bq/m³ 이하인, 21.87 Bq/m³였다.

즉, 실시예 1은, 광학 특성이 우수하면서, 내열성과 내구성을 가지고, 친환경적인, 비방사성 열 차폐 복합 칼륨텅스텐(^(39, ⁴¹⁾K₀ _. ₂₆ ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 조성물이라는 것이 확인되었다.

2) 실시예 2의 실험결과

화합물을 JCPDS card No.46-0174와 비교한 결과, 결정 구조가 육방정계(Hexagonal)형임을 알 수 있었고, 짙은 청색과 격자간 비율의 변화로 환원된 것임을 확인하였다.

완성된 조성물을 액상 상태로 실시예 1과 같이 광학 분석한 결과, 가시광선 투과율은 61.2%, 적외선 투과율은 30.4%(적외선 차폐율은 69.6%), 헤이즈는 0.71% 인 것이 확인되었다.

변화율은 3.9%로, 내열성과 내구성이 있었으며, RD-200 방사능 측정기로 측정한 결과, 베크렐 강도는 기준 값 148 Bq/m³ 이하인, 20.66 Bq/m³로 나타났다.

즉, 실시예 2는, 광학 특성이 우수하면서, 내열성과 내구성이 있고, 친환경적인, 비방사성 열 차폐 복합 나트륨텅스텐(⁽ ²³⁾Na₀ _. ₃ ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 조성물이라는 것을 알 수 있다.

3) 실시예 3의 실험결과

화합물을 ICDD card No.81-2144와 비교한 결과, 결정 구조가 육방정계(Hexagonal)형임을 알 수 있었고, 짙은 청색과 격자간 비율의 변화로 환원된 것임을 확인하였다.

완성된 조성물을 액상 상태로 실시예 1 과 같이 광학 분석한 결과, 가시광선 투과율은 70.2%, 적외선 투과율은 9.4%(적외선 차폐율은 90.6%), 헤이즈는 0.61% 로 나타났다.

변화율은 2.1%로, 우수한 내열성과 내구성이 확인되었다.

RD-200 방사능 측정기로 측정한 베크렐 강도는 18.87 Bq/m³이었다.

추가적으로, 청색분말에 2 탐침 면저항 측정을 해보니 2.7×10²(Ω/□)으로, 도전성이 있었다.

즉, 실시예 3은, 광학 특성이 우수하면서, 내열성과 내구성을 가지고, 친환경적인, 비방사성 열 차폐 복합 세슘텅스텐(⁽¹³³⁾Cs_0.3 ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 조성물이다.

4) 실시예 4의 실험결과

화합물을 ICDD card No.03-1387과, JC-PDF2 No.05-0508로 비교한 결과, 육방정계(Hexagonal)형과 사방정계가 혼재된 결정형임을 확인할 수 있었으며, 짙은 청색과 격자간 비율의 변화로 극소적 환원된 것임이 확인되었다. 짙은 청색 분말은 특히 Electrochromic, Photochromic, Thermochromic 등 변색 재료로서 유용하며, 2 탐침 면저항 측정시 3.4×10²(Ω/□)으로 도전성이 있었다.

완성된 조성물을 액상 상태로, 실시예 1과 같이 광학 분석한 결과, 가시광선 투과율은 68.3%, 적외선 투과율은 32.5%(적외선 차폐율은 67.5%), 헤이즈는 0.76% 인 것이 확인되었고, 변화율은 4.3%로 나타났으며, RD-200 방사능 측정기로 베크렐 강도를 측정했을 때, 기준 값 148 Bq/m³ 이하인, 25.12 Bq/m³가 나타났다.

즉, 실시예 4는, 광학 특성이 우수하면서, 내열성과 내구성을 갖춘, 친환경적인, 비방사성 열 차폐 복합 몰리브덴텅스텐(^{(92,94,95,96,97,} ⁹⁸⁾Mo₀ _.3 ^{(182,183,184,186)}W_0.7O_(3-n)) 조성물이라는 것을 알 수 있다.

5) 실시예 5의 실험결과

화합물을 JCPDS card No.84-0181로 비교한 결과, 결정 구조가 정방정계(Tetragonal)임이 확인되었고, 짙은 갈색과 격자간 비율의 변화로 극소적 환원이 이루어졌음을 발견하였다. 짙은 갈색 분말은 특히 Gas Sensing에도 유용하다.

2 탐침 면저항측정시 2.7×10²(Ω/□)으로 도전성이 있었고, 완성된 조성물을 액상 상태로 실시예 1 과 같이 광학 분석한 결과, 가시광선 투과율은 53.3%, 적외선 투과율은 48.7%(적외선 차폐율은 51.3%), 헤이즈는 0.82% 인 것이 확인되었으며, 변화율은 1.7%이었고, RD-200 방사능 측정기로 측정한 값은 148 Bq/m³ 이하인, 24.33 Bq/m³로 확인되었다. 즉, 실시예 5 역시도, 광학 특성이 우수하면서, 내열성과 내구성을 가지고, 친환경적인, 비방사성 열 차폐 복합 주석텅스텐(^{(112,114,115,116,117,118,119,120,122,124)}Sn_0.26 ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 조성물이라는 것을 알 수 있다.

6) 실시예 6의 실험결과

화합물을 ICDD card No.75-2187로 비교한 결과, 결정 구조가 육방정계(Hexagonal) 형임을 확인되었고, 짙은 청색과 격자간 비율의 변화로 극소적 환원된 것임을 알 수 있었으며, 짙은 청색분말은 광변색(Photochromic)에도 유용하다는 것을 발견하였다. 2 탐침 면저항측정시 6.7×10²(Ω/□)으로 도전성이 있었다.

완성된 조성물을 액상 상태로 실시예 1과 같이 광학 분석한 결과, 가시광 투과 65.2%, 적외선 투과 15.7%(적외선 차폐 84..3%), 헤이즈 0.82% 인것을 확인하였고, 변화율은 2.5%로 나타났으며, RD-200 방사능 측정기로 측정했을 때, 기준 값 148Bq/m³ 이하인 25.29 Bq/m³값이 도출되었다.

즉, 실시예 6에 의하면, 광학 특성이 우수하면서, 내열성과 내구성이 있으며, 친환경적인, 비방사성 열 차폐 복합 알루미늄텅스텐(⁽ ²⁷⁾Al₀ _. ₂₅ ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 조성물을 얻을 수 있다.

7) 실시예 7의 실험결과

화합물을 JCPDS card No.73-1549로 비교한 결과, 결정 구조가 육방정계(Hexagonal) 형임이 확인되었고, 짙은 청색과 격자간 비율의 변화로 환원된 것임을 알 수 있었다. 짙은 청색분말 미립자는 유리에 넣는 것과, 섬유에 넣는 것과, 렌즈에 넣는 것과, 신용카드에 넣는 것과, 위조방지에 넣는 것과, 포장지에 넣는 것과, 라벨에 넣는 것 등에 유용할 수 있다.

2 탐침 면저항측정시 2.1×10²(Ω/□)으로 도전성이 있었다. 완성된 조성물을 액상 상태로 실시예 1 과 같이 광학 분석한 결과, 가시광선 투과율은 69.2%, 적외선 투과율은 11.8%(적외선 차폐율은 88.2%), 헤이즈는 0.52 %인 것이 확인되었고, 변화율은 2.6%이었으며, RD-200 방사능 측정기로 측정했을 때 베크렐 강도는 기준 값 148Bq/m³ 이하인, 19.46 Bq/m³로 측정되었다.

즉, 실시예 7은, 광학 특성이 우수하면서, 내열성과 내구성이 우수하고, 친환경적인, 비방사성 열 차폐 복합 루비늄텅스텐(^(85, ⁸⁷⁾Rb₀ _. ₂₇ ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 조성물이라는 것을 알 수 있다.

구분	비교예1	비교예2
가시광선 투과율% (380~ 780nm)	55.2%	45.5%
적외선 차폐율% (780~ 2000nm)	38.2%	31.7%
헤이즈% (380~ 780nm)	2.97%	3.99%
변화율 (ΔT%)	10.3%	12.1%
베크렐 강도 (Bq/m³)	226.27 Bq/m³	156 Bq/m³

8) 비교예 1의 실험결과

수득한 (⁽²³²⁾Th_xWO_(3-n)) 화합물을 RD-200 방사능 측정기로 측정한 결과, 기준 값 148Bq/m³ 이상인, 226.27 Bq/m³의 수치를 보였으며, 광학분석 결과, 가시광선 투과율은 55.2%, 적외선 투과율은 61.8%(적외선 차폐율은 38.2%), 헤이즈는 2.97%로 측정이 되었는바, 기준치 이상의 방사능이 검출되었고, 광학적 특성이 떨어지는 문제가 발견되었다. 또한, 변화율도 10.3%로, 실시예에 비해 내열성과 내구성이 떨어지는 문제가 있었다.

9) 비교예 2의 실험결과

수득한 (⁽ ^(113,115)In_xWO_(3-n)) 화합물을 RD-200 방사능 측정기로 측정한 결과, 기준 값 148Bq/m³ 이상인, 156 Bq/m³가 확인되었다. 이는 방사성 동위원소 비율이 지배적인 인듐(⁽¹¹³⁾In(4.29%), ⁽¹¹⁵⁾In(95.71%))과 높은 에너지 마이크로웨이브에 의한 영향으로 생활 방사능 수치가 상승한 것으로 보여진다.

광학분석결과, 가시광선 투과율은 45.5%, 적외선 투과율은 68.3%(적외선 차폐율은 31.7%), 헤이즈는 3.99%로 측정이 되었는바, 기준치 이상의 방사능이 검출되었고, 실시예에 비해 광학적 특성이 크게 떨어졌다.

게다가, 변화율은 12.1%로, 고온의 온도를 견디지 못하고 크게 변화하였는바, 내열성과 내구성이 우수하지 못하다는 것이 확인되었다.

도 5 및 도 6은 본 발명의 사용상태도로, 도 5는 조성물(1)을 폴리카보네이트에 넣어 사출한 시편을 나타내고 있으며, 도 6은 조성물(1)이 글라스에 적용된 물품을 나타내고 있다. 이처럼 본 발명인 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물(1)은 우수한 열 차폐 특성을 가지면서 생활 방사성이 충분히 낮아, 자동차용품(썬루프, 헤드라이트, 서라운드 뷰/전면/후면 적외선 필터 기능이 있는 렌즈, 내부 적외선 필터 기능이 있는 렌즈, 자율주행용 적외선 반사 외장 도료 또는 그 용도의 외장 필름형 부재-PPF(Paint Protection Film), 유리 부착형 열차단 필름 등), 건축용품(유리 글라이징 도료, 광택제, 온실용 부재, 버스 보호소, 이중벽-다중벽 시트, 벽체 도배용 부재, 광고 소재용 부재 등), 도전성, 압전 도전성, 적외선 반사, 광학 센서, 가스 센서, 수소 저장소재, Solar Cell/DSSC(Dye Sensitized Solar Cells) 소재, 속건성 잉크, 적외선 흡수 3D 잉크, 레이저 흡수 식각용 소재, 레이저 흡수 Cutting 소재, 포토레지스트(PR) 용 소재, 속건성 섬유, 보온성 섬유, 적외선 흡수 섬유(군복 등), 전자 부품 포장재, 능동형 스마트 필름 소재, 바이오 표지 추적자, 위조 방지 지폐, 적외선 흡수 위조 방지 라벨, 식품 변질 확인용 포장 라벨, 적외선 레이저 파장 인지-투명 신용 카드, 기능성 화장품, 적외선 필터 광학렌즈, 적외선 CCTV, 주름방지 안경, 썬글라스, 광-열 변환 소재, Photochromic 소재, Thermochromic 소재 등 다양한 분야에 적용 가능할 수 있다.

이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한, 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims

매체와, 열 차폐 미립자를 포함하고,

상기 열 차폐 미립자는, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물.
제1항에 있어서,

상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물은, 산소가 결핍된 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물.
제2항에 있어서,

상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물은, ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) 형태로, 상기 ^(y)A는 비방사성 안정 동위원소이고, 상기 x는 환원소성에 따른 상기 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수이며, 상기 y는 A의 질량수이고, 상기 z는 W의 질량수이며, 상기 (3-n)은 산소의 결핍을 의미하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물.
제3항에 있어서,

상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물은, 페로브스카이트(Peroveskite)형, 입방정계(Cubic)형, 육방정계(Hexgonal)형, 정방정계(Tetragonal)형, 사방정계(Orthorhombic)형, 단사정계(Monoclinic)형 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 텅스텐 조성물.
제3항에 있어서,

상기 ^(y)A는, 비방사성 알칼리금속 안정 동위원소, 비방사성 알칼리토금속 안정 동위원소 및 비방사성 희토류 안정 동위원소 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 텅스텐 조성물.
제3항에 있어서,

상기 ^(y)A는, ^(24,25, ²⁶⁾Mg, ^(90,91,92, ⁹⁴⁾Zr, ^(50,52,53, ⁵⁴⁾Cr, ⁽ ⁵⁵⁾Mn, ^(54,56,57, ⁵⁸⁾Fe, ^{(96,98,99,100,101,102,104)}Ru, ⁽ ⁵⁹⁾Co, ⁽ ¹⁰³⁾Rh, ^(191, ¹⁹³⁾Ir, ^{(58,60,61,62,} ⁶⁴⁾Ni, ^{(102,104,105,106,108,} ¹¹⁰⁾Pd, ^{(190,192,194,195,196,198)}Pt, ^(63, ⁶⁵⁾Cu, ^(107, ¹⁰⁹⁾Ag, ⁽ ¹⁹⁷⁾Au, ^{(64,66,67,68,} ⁷⁰⁾Zn, ^{(106,108,110,111,112,} ¹¹⁴⁾Cd, ⁽²⁷⁾Al, ^(69, ⁷¹⁾Ga, ^(203, ²⁰⁵⁾Tl, ^(28,29, ³⁰⁾Si, ^{(70,72,73,74,} ⁷⁶⁾Ge, ^{(112,114,115,116,117,118,119,120,122,} ¹²⁴⁾Sn, ^{(204,206,207,208)}Pb, ^(121, ¹²³⁾Sb, ^(10, ¹¹⁾B, ⁽ ¹⁹⁾F, ⁽ ³¹⁾P, ^(32,33,34, ³⁶⁾S, ^{(74,76,77,78,} ⁸⁰⁾Se, ^(79, ⁸¹⁾Br, ^{(120,122,123,124,125,126)}Te, ^{(46,47,48,49,} ⁵⁰⁾Ti, ⁽ ⁹³⁾Nb, ⁽ ⁵¹⁾V, ^{(92,94,95,96,97,} ⁹⁸⁾Mo, ⁽ ¹⁸¹⁾Ta, ⁽ ¹⁸⁵⁾Re, ⁽⁹⁾Be, ^{(176,177,178,179,} ¹⁸⁰⁾Hf, ^{(184,187,188,189,190,} ¹⁹²⁾Os 및 ⁽ ¹²⁷⁾I 중 어느 하나 이상인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 텅스텐 조성물.
제3항에 있어서,

상기 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n)의 x는, 0.01 초과, 2 미만인 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 텅스텐 조성물.
제3항에 있어서,

상기 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n)의 n은, 0.001 초과, 1.5 미만 인 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 텅스텐 조성물.
제3항에 있어서,

상기 ^(z)W는, ¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W, ¹⁸⁶W 중 어느 하나 이상인 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 텅스텐 조성물.
제2항에 있어서,

상기 열 차폐 미립자는, 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 텅스텐 조성물.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 친환경 열 차폐 텅스텐 조성물은, 방사능 강도가 148 Bq/m³ 이하인 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물.
열 차폐 미립자를 함유할 매체를 제공하는 매체제공단계와,

비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물을 포함하는 열 차폐 미립자를 제공하는 열차폐미립자제공단계와,

친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물을 형성하는 조성물형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 제조방법.
제12항에 있어서,

상기 열차폐미립자제공단계는, 산소가 결핍된 ^(y)A_x ^(z)WO_(3-n) 형태의 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물을 형성하는 비방사성화합물형성단계를 포함하며, 상기 ^(y)A는 비방사성 안정 동위원소이고, 상기 x는 환원소성에 따른 상기 ^(y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수이며, 상기 y는 A의 질량수이고, 상기 z는 W의 질량수이며, 상기 (3-n)은 산소의 결핍을 의미하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 제조방법.
제13항에 있어서,

상기 비방사성화합물형성단계는, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 수화물을 합성하는 합성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 제조방법.
제14항에 있어서,

상기 합성단계는, 액상 공침법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 제조방법.
제15항에 있어서,

상기 합성단계는, 비방사성 안정 동위원소로 전구체를 형성하는 전구체형성단계와, 상기 전구체형성단계 이후에, 상기 전구체를 10 배수 이상의 용매로 용해시키고 정제하는 용해및정제단계와, 상기 용해및정제단계 이후에, 반대되는 산가(pH)를 투입하여 침전을 일으키는 석출단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 제조방법.
제14항에 있어서,

상기 비방사성화합물형성단계는, 상기 합성단계 이후에, 합성된 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 수화물에서 수산기(-OH) 및 물 분자를 제거하고 무정형을 형성하기 위해 하소를 하는 1차하소단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 제조방법.
제17항에 있어서,

상기 비방사성화합물형성단계는, 상기 1차하소단계 이후에, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물의 산소결핍을 위해 불활성 가스의 투입하에 환원소성을 하는 2차환원소성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 제조방법.
제18항에 있어서,

상기 불활성 가스는, N₂, Ar, Ne 및 CO₃중 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 제조방법.
제13항에 있어서,

상기 열차폐미립자제공단계는, 상기 비방사성화합물형성단계 이후에, 상기 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물에 부동화제를 투입해 내열성 및 내구성을 향상시키는 부동화제투입단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 제조방법.
제20항에 있어서,

상기 부동화제투입단계는, 부동화 피막 역할을 하는 상기 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)를 준비하는 트리페닐포스핀옥사이드제공단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물 제조방법.
제21항에 있어서,

상기 부동화제투입단계는, 상기 트리페닐포스핀옥사이드제공단계 이후에, 비방사성 안정 동위원소 열 차폐 복합 텅스텐 화합물과, 분산제와, 트리페닐 포스핀 옥사이드(TriPhenyl Phosphine Oxide)와, 용매를 포함하는 분산졸을 형성하는 분산졸형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 친환경 열 차폐 복합 텅스텐 조성물