WO2023239140A1 - 태양광 반사능이 향상된 복사냉각 페인트 - Google Patents

태양광 반사능이 향상된 복사냉각 페인트 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a radiative cooling paint with improved solar reflectivity. More specifically, the present invention relates to a radiative cooling paint with improved solar reflectivity. More specifically, it prevents the inflow of energy from incident sunlight by improving the reflectivity of incident sunlight and improves the radiative cooling function by increasing energy discharge through long-wavelength infrared radiation. It is about radiative cooling paint that is performed.
  • cooling In general, energy is used for cooling.
  • general-purpose cooling devices such as refrigerators and air conditioners convert electrical energy (compressor) into mechanical energy to compress the refrigerant and then absorb the heat generated when the compressed refrigerant expands. Cooling is performed using .
  • radiative cooling is a new technology that allows cooling without consuming energy because heat exchange occurs outside the Earth's atmosphere rather than around the cooling body through a spontaneous process that does not use energy called infrared radiation.
  • heat exchange by radiation from the cooling body to the outside of the Earth's atmosphere is accomplished by thermal radiation (infrared radiation), a spontaneous process that does not require energy.
  • Thermal radiation is a method of heat transfer that does not require direct contact with a heat source or passing through a medium. Since heat transfer is accomplished through the emission of electromagnetic waves, it does not require a medium and is transmitted over astronomical distances at the speed of light.
  • the key to zero-energy radiative cooling is to reflect incident sunlight as much as possible rather than absorb it, and to effectively discharge the heat energy contained in the object out of the Earth's atmosphere.
  • the thermal energy of the object is emitted as long-wavelength infrared rays (so-called sky window) with a wavelength of 8 ⁇ m to 13 ⁇ m that are not absorbed by the Earth's atmosphere.
  • Infrared rays other than those with wavelengths of 8 ⁇ m to 13 ⁇ m are absorbed by carbon dioxide and water vapor in the atmosphere while passing through the Earth's atmosphere, so heat transfer does not occur between objects on the Earth's surface and outer space.
  • the absorption, reflection, transmission, and radiation of light in each wavelength band must be independently well controlled.
  • the main heat source is incident sunlight, and the heat of sunlight arrives in the form of UV-visible rays-near-infrared rays. Therefore, in order to achieve daytime radiative cooling, the light of incident sunlight (UV-visible rays-near-infrared rays) must be reflected as much as possible. It should block the inflow of heat caused by sunlight as much as possible by not absorbing it, and the heat it contains should radiate well in the form of infrared rays from the surface.
  • the internal temperature of a black car that absorbs light easily rises, but in the case of a white car that does not absorb light and reflects it well, the temperature rises relatively less.
  • the surface of the car does not absorb the light in the UV-visible-near-infrared wavelength range, that is, incident sunlight, but reflects it as much as possible to minimize the inflow of heat energy caused by solar irradiation, and at the same time fails to reflect 100% of the sunlight, thereby reducing the inflow of sunlight.
  • the thermal energy of a car which is larger than the thermal energy, is discharged through infrared radiation of 8 ⁇ m to 13 ⁇ m that is not absorbed by the earth's atmosphere, the temperature of the car can be cooled to lower than the surrounding temperature.
  • All objects radiate their thermal energy to the outside in the form of light, and the wavelength of the emitted light is determined by the surface temperature of the object.
  • the reason the sun radiates light in the UV-visible-near-infrared wavelength range to the outside is because the sun's surface temperature reaches 6000°C.
  • Objects with a surface temperature of several tens of degrees Celsius radiate long-wavelength infrared rays with a wavelength of several to tens of microns (for example, 5 ⁇ m to 100 ⁇ m) to the outside.
  • the Earth's atmosphere contains small amounts of water vapor and carbon dioxide.
  • Water vapor and carbon dioxide gas absorb some of the long-wavelength infrared rays that the Earth radiates to the outside, suppressing radiation to the outside.
  • a representative example is the "greenhouse effect". As the concentration of carbon dioxide in the Earth's atmosphere increases, the emission of long-wave infrared rays emitted by the Earth into space is interrupted, preventing heat from being discharged from the Earth to space, causing the Earth's temperature to rise.
  • long-wavelength infrared rays in the 8 ⁇ m to 13 ⁇ m wavelength range are not absorbed by the Earth's atmosphere and are easily emitted outside the Earth's atmosphere.
  • the temperature of outer space is -270°C, which is close to the absolute temperature of 0 K, so it is a natural phenomenon that long-wave infrared rays are radiated into space from the surface of the Earth, which has a surface temperature of several tens of degrees Celsius, causing heat to move.
  • paint-type radiative cooling materials require a thick film thickness and low binder content (high ceramic fine particle content) to sufficiently reflect sunlight.
  • ceramic fine particles with appropriate properties must be selected and the particle size selected to maximize light scattering.
  • the coating layer thickness may be low due to limited light scattering.
  • the radiation cooling ability and hiding power of radiation cooling paint are bound to be limited.
  • the present invention reduces the thickness of the paint film layer required to implement radiation cooling performance, and in order to reduce the painting workability and difficulty of painting the radiation cooling paint, air bubbles are formed inside the paint film layer so that light scattering occurs more actively within the radiation cooling paint.
  • the object is to provide a radiant cooling paint that forms.
  • the purpose of the present invention is to provide a radiative cooling paint that exhibits excellent radiative cooling performance even at a small thickness, eliminating the need to paint to a large thickness, and thus has excellent painting workability.
  • the purpose of the present invention is to provide a radiative cooling paint that has excellent radiative cooling performance even when the binder content increases due to effective light scattering by bubbles, and improves the durability of the coating layer as the binder content increases.
  • the present invention has high radiation cooling power regardless of day or night, and when applied to structures and buildings installed outdoors, absorption of incident sunlight is minimized even during the day when sunlight is shining, and heat release through long-wavelength infrared radiation is well maintained.
  • the object is to provide a radiative cooling paint with improved cooling performance.
  • the purpose of the present invention is to provide a radiative cooling paint that is installed outdoors in data centers, communication equipment, relay facilities, etc., and solves problems caused by the temperature of the equipment increasing due to internal heat storage.
  • the radiation cooling paint according to an embodiment of the present invention is composed of ceramic microparticles that act as a pigment, a polymer resin that acts as a binder, and a solvent, and is applied on a substrate. After coating, a paint film layer is formed, and the paint film layer reflects incident sunlight as much as possible and minimizes absorption, and at the same time maximizes the emission of long-wavelength infrared rays corresponding to 8 ⁇ m to 13 ⁇ m, thereby reducing the amount of radiation from incident sunlight.
  • the volume of pores can be between 3% and 50%.
  • the ceramic fine particles are treated to be hydrophilic or hydrophobic depending on the solvent, and are homogeneously mixed with the polymer binder to form the bubbles on the surface of the ceramic fine particles, forming a combination of the ceramic fine particles and the bubbles. It can be.
  • the binder enhances reflection of the incident sunlight without reducing the long-wavelength infrared radiation at at least one of the interface between the ceramic microparticles and the pore and the interface between the pore and the polymer binder. As the volume increases, at least one of the thickness of the paint film layer and the content of the ceramic fine particles may be reduced.
  • the ceramic fine particles are at least one of TiO 2 , Al 2 O 3 , h-BN, ZrO 2 , SiO 2 , CaCO 3 , BaSO 4 , MgO, Y 2 O 3 , YSZ, BeO, MnO, ZnO, SiC, and AlN. It includes, and may include at least one polymer microparticle among PVDF, PTFE, and ETFE.
  • the size of the ceramic microparticles and the bubbles may be 0.1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • the ceramic fine particles may be selected in consideration of the refractive index and extinction coefficient for the incident sunlight and the extinction coefficient for the long-wavelength infrared ray.
  • the polymer resin may include at least one of polyurethane resin, alkyd resin, acrylate resin, PVC, PE, acrylic resin, DPHA, and fluorine resin.
  • the weight ratio of the ceramic microparticles and the polymer resin is x:1, and x may be 0.15 to 3.
  • the thickness of the paint film layer may be 300 ⁇ m or less.
  • the radiation cooling paint according to an embodiment of the present invention may further include at least one additive selected from a dispersant (conditioning agent) and a photoinitiator to improve the workability of the paint.
  • the present invention reduces the thickness of the paint film layer required to implement radiation cooling performance, and in order to reduce the painting workability and difficulty of painting the radiation cooling paint, air bubbles are formed inside the paint film layer so that light scattering occurs more actively within the radiation cooling paint. Can provide radiant cooling paint forming.
  • the present invention can provide a radiative cooling paint with excellent painting workability by showing excellent radiative cooling performance even at a small thickness, without having to paint to a large thickness.
  • the present invention can provide a radiative cooling paint that has excellent radiative cooling performance even when the binder content increases due to effective light scattering by bubbles, and the durability of the coating layer is improved as the binder content increases.
  • the present invention has high radiation cooling power regardless of day or night, and when applied to structures and buildings installed outdoors, absorption of incident sunlight is minimized even during the day when sunlight is shining, and heat release through long-wavelength infrared radiation is well maintained. Radiant cooling paints with improved cooling performance can be provided.
  • the present invention can provide a radiative cooling paint that is installed outdoors, such as in data centers, communication equipment, and relay facilities, and solves problems caused by the temperature of the equipment increasing due to internal heat storage.
  • 1 is a diagram explaining the concept of a radiation cooling element and a radiation cooling paint.
  • Figures 2 and 3 are diagrams illustrating a radiative cooling paint with improved solar reflectivity according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 4a and 4b are views explaining the optical characteristics of a radiation cooling paint according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a view explaining an electron micrograph of a radiation cooling paint according to an embodiment of the present invention.
  • Singular expressions may include plural expressions, unless the context clearly indicates otherwise.
  • a component e.g. a first
  • another component e.g. a second
  • the component is connected to the other component. It may be connected directly to a component or may be connected through another component (e.g., a third component).
  • the expression “a device configured to” may mean that the device is “capable of” working with other devices or components.
  • processor configured (or set) to perform A, B, and C refers to a processor dedicated to performing the operations (e.g., an embedded processor), or by executing one or more software programs stored on a memory device.
  • processor may refer to a general-purpose processor (e.g., CPU or application processor) capable of performing the corresponding operations.
  • Terms such as '..unit' and '..unit' used hereinafter refer to a unit that processes at least one function or operation, and may be implemented as hardware, software, or a combination of hardware and software.
  • 1 is a diagram explaining the concept of a radiation cooling element and a radiation cooling paint.
  • FIG. 1 illustrates a radiative cooling element formed using a conventional radiative cooling paint that implements radiative cooling performance and relates to the radiative cooling paint of the present invention.
  • a radiation cooling element 100 manufactured using a radiation cooling paint according to the prior art is illustrated.
  • the radiation cooling element 100 includes a paint film layer 120 formed on a substrate 110, and the paint film layer 120 includes ceramic fine particles 121 and ceramic fine particles 122 that serve as pigments. ) is formed based on a radiant cooling paint composed of a polymer resin that acts as a binder and a solvent.
  • Radiation cooling paints are limited in that light scattering occurs only at the interface between ceramic microparticles and polymer combinations with different refractive indices, but various types of radiation cooling devices are being studied.
  • a radiation cooling device in the form of a multilayer thin film deposited on a substrate was proposed.
  • a silver (Ag) thin film was deposited on the substrate to reflect incident sunlight, and a multilayer thin film of materials that were transparent to incident sunlight and were capable of absorbing and emitting long-wavelength infrared rays was laminated on top of this to construct the device.
  • a radiative cooling device in the form of a polymer film was proposed in which a silver (Ag) thin film for solar light reflection is deposited on one side of the polymer film and ceramic microparticles for long-wavelength infrared radiation are dispersed inside the film.
  • a silver (Ag) thin film for solar light reflection is deposited on one side of the polymer film and ceramic microparticles for long-wavelength infrared radiation are dispersed inside the film.
  • Both of these devices used specular reflection, which reflects incident sunlight like a mirror by using a metal thin film such as silver (Ag) to reflect incident sunlight.
  • radiative cooling can be performed by reflecting all the incident sunlight without absorbing it by using white scattering reflection, which scatters and reflects light for all wavelengths of incident sunlight and does not have a mirror-like appearance but is white in color.
  • white scattering reflection reduces manufacturing costs because it does not use expensive silver thin films, and since there is no deterioration in product performance due to deterioration of the silver thin film, the lifespan of the product is longer, making it more suitable for manufacturing radiative cooling devices.
  • ceramic micro particles of a size similar to the wavelength to be reflected are required, and a binder material to connect these micro particles is also needed.
  • Polymer materials are very suitable as a binder material.
  • Polymers are a very competitive material because they are easy to mass produce, are cheap, and can control physical properties in a variety of ways.
  • a zero-energy radiation cooling element can be constructed using polymer, various products can be manufactured inexpensively and processability is also improved, which has many advantages.
  • a white radiation cooling element can be created by combining only these materials. Since it is a combination of polymer resin and ceramic fine particles, the radiation cooling element can also be implemented in the form of "paint.”
  • paints are applied (coated) to various surfaces to form a paint film, and the formed film reflects incident sunlight to the maximum, minimizes absorption, and maximizes the emission of long-wavelength infrared rays of 8 ⁇ m to 13 ⁇ m, thereby performing radiative cooling. It becomes paint.
  • the advantage of radiative cooling paint is that it is applied on any surface on which paint can be applied to form a coating film, and the formed coating film performs radiative cooling, allowing for a variety of applications.
  • Figures 2 and 3 are diagrams illustrating a radiative cooling paint with improved solar reflectivity according to an embodiment of the present invention.
  • Figures 2 and 3 illustrate a radiative cooling paint in which pores are formed inside the paint film layer and light scattering is enhanced by the pores according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 illustrates a case where only one ceramic fine particle among a plurality of ceramic fine particles is generated as a composite in a radiation cooling element formed using a radiation cooling paint according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 3 illustrates a case in which a plurality of ceramic fine particles are all produced as a combined body in a radiation cooling element formed using a radiation cooling paint according to an embodiment of the present invention.
  • the binder enhances the reflection of incident sunlight without reducing long-wavelength infrared radiation at at least one of the interfaces between ceramic microparticles and bubbles and the interface between bubbles and polymer binder, but as the volume of bubbles increases, the paint coating film At least one of the thickness of the layer and the content of ceramic fine particles can be reduced.
  • the combination may be a combination of ceramic microparticles and air bubbles.
  • the radiation cooling element 200 is formed of radiation cooling paint.
  • the radiation cooling paint is composed of ceramic fine particles as a pigment, polymer resin as a binder, and a solvent, and is coated on the substrate 210 and then applied as a paint film layer. It forms (220).
  • the ceramic microparticles may include first ceramic microparticles 221 and second ceramic microparticles 222 .
  • Ceramic fine particles include at least one of TiO 2 , Al 2 O 3 , h-BN, ZrO 2 , SiO 2 , CaCO 3 , BaSO 4 , MgO, Y 2 O 3 , YSZ, BeO, MnO, ZnO, SiC, and AlN. and may include at least one polymer microparticle selected from PVDF, PTFE, and ETFE.
  • the first ceramic fine particles 221 and the second ceramic fine particles 222 may be different materials among the ceramic fine particle materials described above.
  • the size of the ceramic microparticles may be 0.1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • Ceramic microparticles can be selected by considering the refractive index and extinction coefficient for incident sunlight and the extinction coefficient for long-wavelength infrared rays.
  • ceramic fine particles to scatter light and a polymer binder to bind the ceramic fine particles are needed to effectively reflect incident sunlight.
  • the concentration of ceramic fine particles to scatter and reflect the incident light must be high, and the thickness of the coating layer made of ceramic fine particles and polymer combination must be at least a certain thickness.
  • bubbles 223 of a similar size as the ceramic fine particles are uniformly present in the coating layer composed of the ceramic fine particles and the polymer composite, light is transmitted due to a high refractive index difference at the boundary between the bubbles 223 and the polymer composite, and the bubbles and the ceramic microparticles. This refraction promotes light scattering, so the thickness of the coating layer to reflect 90% of incident sunlight can be reduced and the concentration of ceramic fine particles can be reduced.
  • the paint film layer 220 reflects incident sunlight as much as possible and minimizes absorption, and at the same time maximizes the emission of long-wavelength infrared rays corresponding to 8 ⁇ m to 13 ⁇ m to prevent incident sunlight from incident sunlight. It performs a radiative cooling function by preventing the inflow of energy and increasing energy output through long-wavelength infrared radiation.
  • the paint film layer 220 may be formed with a volume of bubbles 223 within the paint film layer 220 of 3% to 50% in order to enhance reflection of incident sunlight without reducing long-wavelength infrared radiation. there is.
  • the paint film layer 220 is made by treating ceramic fine particles to be hydrophilic or hydrophobic depending on the solvent, and homogeneously mixed with a polymer binder to form bubbles 223 on the surface of the ceramic fine particles to form a second layer.
  • a combination of ceramic fine particles 222 and air bubbles 224 may be formed.
  • the bubbles 223 in the paint film layer 220 of the radiative cooling element 200 are more than a certain volume, incident sunlight scattering is promoted and all the light is reflected, but if the bubble volume fraction is too large, the paint film The mechanical properties of the layer may deteriorate.
  • Light scattering in the radiation cooling element 200 formed by the radiation cooling paint occurs at the interface between the ceramic fine particles and the polymer composite, the interface between the ceramic fine particles and the bubbles, and the interface between the bubbles and the polymer composite, compared to the case without bubbles.
  • the thickness of the coating layer for a certain amount of light scattering reflection may be reduced or the required ceramic fine particle content may be reduced.
  • the radiation cooling element 300 is formed of radiation cooling paint.
  • the radiation cooling paint is composed of ceramic fine particles as a pigment, polymer resin as a binder, and a solvent, and forms a paint film layer 320 after coating on the substrate 310.
  • the ceramic microparticles may include first ceramic microparticles 321 and second ceramic microparticles 322.
  • Ceramic fine particles include at least one of TiO 2 , Al 2 O 3 , h-BN, ZrO 2 , SiO 2 , CaCO 3 , BaSO 4 , MgO, Y 2 O 3 , YSZ, BeO, MnO, ZnO, SiC, and AlN. and may include at least one polymer microparticle selected from PVDF, PTFE, and ETFE.
  • the first ceramic fine particles 321 and the second ceramic fine particles 322 may be different materials among the ceramic fine particle materials described above.
  • the size of the ceramic microparticles may be 0.1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • Ceramic microparticles can be selected by considering the refractive index and extinction coefficient for incident sunlight and the extinction coefficient for long-wavelength infrared rays.
  • the polymer resin in the radiative cooling paint for forming the paint film layer 320 is at least one of polyurethane resin, alkyd resin, acrylate resin, PVC, PE, acrylic resin, DPHA, and fluorine resin. may include.
  • the weight ratio of the ceramic microparticles and the polymer resin is x:1, and x may be 0.15 to 3.
  • the radiation cooling paint may be a radiation cooling paint in which light scattering is further enhanced by the bubbles 323.
  • the size of the bubbles 323 may be 0.1 ⁇ m to 5 ⁇ m.
  • air bubbles 323 are mixed and formed in a similar size to ceramic fine particles, thereby promoting light reflection, thereby realizing high light reflection and radiation cooling performance even when the ceramic particle content in the radiation cooling paint is reduced.
  • radiation cooling paint forms a paint film layer by incorporating bubbles similar in size to ceramic fine particles, so it can achieve high light reflection and radiation cooling performance even if the ceramic particle content is reduced.
  • Light scattering of the radiation cooling paint according to an embodiment of the present invention occurs at the interface between the ceramic fine particles and the polymer binder, the interface between the ceramic fine particles and the bubbles 323, and the interface between the bubbles 323 and the polymer binder, so the bubbles ( Compared to the case without 323), the thickness of the coating layer for a certain amount of light scattering reflection is reduced or the required ceramic fine particle content is reduced.
  • Polymer particles such as PVDF, PTFE, ETFE and TiO 2 , Al 2 O 3 , h-BN, ZrO 2 , SiO 2 , CaCO 3 , BaSO 4 , MgO, Y 2 O 3 , YSZ, BeO, MnO, ZnO, SiC,
  • a mixture of ceramic microparticles such as AlN and polymer resins such as polyurethane resin, fluorine resin, polyethylene resin, polyacrylate resin, PDMS, PVC, etc. effectively reflects incident sunlight (UV-vis-NIR) without absorbing it, 8 It has a radiative cooling function because it can have high absorption (emission) in the entire area of the ⁇ m to 13 ⁇ m atmospheric window.
  • Polymer particles and ceramic microparticles have different refractive indices from polymer resins, so they can scatter incident light to reduce absorption of incident sunlight and increase reflection.
  • the substrate 210 or 310 may be installed outdoors, such as in a data center, communication equipment, or relay facility, and may be the surface of the equipment due to internal heat storage.
  • the present invention can provide a radiative cooling paint that is installed outdoors, such as in data centers, communication equipment, and relay facilities, and solves problems caused by the temperature of the equipment increasing due to internal heat storage.
  • Ceramic microparticles may include not only single particles but also coreshell particles composed of different types of ceramic materials or hollow microparticles with an empty interior.
  • the refractive index of ceramic fine particles is approximately 2.0 or higher, the polymer binder is 1.4 to 1.6, and the refractive index of bubbles is 1.0, so light scattering by bubbles can be more effective.
  • Photoinitiators, thermal initiators, and dispersants are added to polymer resins such as polyurethane resin, fluorine resin, polyethylene resin, polyacrylate resin, PDMS, and PVC to improve the mechanical properties of the paint film, gloss, dryness, and polymer (ceramic) microparticles. Dispersibility, etc. can be improved.
  • the radiation cooling paint may further include at least one additive selected from a dispersant (conditioning agent) and a photoinitiator to improve the workability of the paint.
  • the thickness of the paint film layer 320 may be formed to be 300 ⁇ m or less.
  • the radiative cooling device 300 In order to achieve sufficient reflection of incident sunlight even with a reduced thickness of the paint film layer 320, the radiative cooling device 300 according to an embodiment of the present invention requires additional light in addition to the scattering of only the ceramic fine particles and polymer binder of the existing radiative cooling paint. May trigger light scattering.
  • the radiation cooling paint forms a first assembly 324 and a second assembly 325 to distribute air bubbles similar in size to ceramic fine particles within the paint film layer 320, thereby forming the bubbles.
  • the first assembly 324 is a combination of first ceramic fine particles 321 and bubbles 323, and the second assembly 325 is a combination of second ceramic fine particles 322 and bubbles ( 323).
  • the refractive index of the bubble is 1.0, and the difference in refractive index between the polymer binder and ceramic fine particles is large, so light scattering is very effective around the bubble, resulting in sufficiently high solar reflectance and low solar light transmittance even in the thin thickness of the paint film layer 320. provides.
  • the radiative cooling paint according to an embodiment of the present invention reduces absorption of incident sunlight, maximizes reflection, and promotes the emission of 8 ⁇ m to 13 ⁇ m infrared rays compared to the radiative cooling paint of the existing invention or commercialized insulation (insulation), thereby increasing the It has excellent radiation cooling performance.
  • the first assembly 324 and the second assembly 325 including air bubbles 323 are uniformly distributed inside the paint film layer 320.
  • Light scattering is promoted due to the influence of air bubbles present inside the paint film layer 320, thereby increasing reflection of incident light, and the light does not reach the deep part of the film layer and is scattered and reflected from the upper part of the film layer, thereby reducing absorption.
  • the surface of the ceramic fine particles is made into a hydrophobic (lipophilic) surface, so that when the ceramic fine particles are mixed and homogenized with the polymer binder and solvent, the ceramic fine particles are formed. Allow bubbles to form on the surface.
  • the surface of the ceramic fine particles is made into a hydrophilic (oleophobic) surface so that bubbles are formed on the surface of the ceramic fine particles when the ceramic fine particles are mixed and homogenized with the polymer binder and solvent.
  • Such manipulation of the ceramic fine particle surface can be performed on part or all of the ceramic fine particles, and can be implemented on some types of ceramic fine particles or all types of ceramic fine particles, and through this, the concentration of air bubbles can be controlled.
  • ceramic microparticles are naturally hydrophilic, but these ceramic microparticles can be treated with a solution containing stearic acid to modify their surface properties to hydrophobicity.
  • Radiation cooling paint may be a material that has a large difference in refractive index from the polymer resin that acts as a binder in order to effectively scatter and reflect incident sunlight.
  • the present invention reduces the paint film layer thickness required to implement radiative cooling performance, and in order to lower the painting workability and painting difficulty of the radiative cooling paint, a coating layer is installed inside the paint film layer so that light scattering occurs more actively within the radiative cooling paint. Radiant cooling paints that form bubbles can be provided.
  • the present invention shows excellent radiation cooling performance even at a small thickness, so it is possible to provide a radiation cooling paint with excellent painting workability without having to paint to a large thickness.
  • Figures 4a and 4b are views explaining the optical characteristics of a radiation cooling paint according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4a illustrates a comparison between the present invention and the prior art with regard to reflectance among the optical characteristics of a radiative cooling paint according to an embodiment of the present invention.
  • graph 400 compares the reflectance of a sample 402 according to the prior art and a sample 401 based on a radiatively cooled paint that forms a paint film layer with pores according to the present invention.
  • Figure 4b illustrates a comparison between the present invention and the prior art in relation to absorption among the optical properties of the radiative cooling paint according to an embodiment of the present invention.
  • graph 410 compares the absorption rate of a sample 412 based on the prior art and a sample 411 based on a radiatively cooled paint that forms a paint film layer with pores according to the present invention.
  • YSZ Yttria-stabilized zirconia microparticles having a particle diameter of 0.4 ⁇ m to 0.6 ⁇ m were mixed with a Teflon polymer binder to prepare a radiant cooling paint, and one specimen was cooled at a speed of 1000 rpm. It was manufactured by stirring at low speed, and other specimens were manufactured by stirring at high speed at 2000 rpm.
  • Graphs 400 and 410 show the results of measuring the optical properties of the two radiation-cooled paint specimens prepared in this way by coating them on a glass substrate.
  • the low-speed stirred specimens correspond to samples 401 and 411 related to the present invention
  • the high-speed stirred specimens correspond to samples 402 and 412 related to the prior art.
  • the samples 401 and 411 exhibit high reflectance and low absorbance in all areas of incident sunlight compared to the samples 402 and 412. .
  • the present invention can provide a radiative cooling paint that has excellent radiative cooling performance even when the binder content increases due to effective light scattering by bubbles, and the durability of the coating layer is improved as the binder content increases.
  • the present invention has high radiation cooling power regardless of day or night, and when applied to structures and buildings installed outdoors, absorption of incident sunlight is minimized even during the day when sunlight is shining, and heat release through long-wavelength infrared radiation is well maintained. It is possible to provide a radiative cooling paint with improved radiative cooling performance.
  • Figure 5 is a view explaining an electron micrograph of a radiation cooling paint according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 illustrates an electron micrograph of a radiant cooling paint according to one embodiment of the present invention.
  • the paint specimen from which air bubbles were removed by high-speed stirring was stirred at low speed to empty the area behind the particles compared to the specimen with bubbles present. This indicates that a small number of bubbles corresponding to the space are observed.
  • the selection and composition of the ceramic fine particles of the radiation cooling paint are such that they have a sufficiently high refractive index and low extinction coefficient in sunlight and a high extinction coefficient in the atmospheric window, so that even at a low thickness, high solar light reflection, Ensure low solar penetration and high atmospheric window radiation.
  • radiation cooling power can be improved by using a radiation cooling paint that has physical properties of a refractive index of 1.7 or more and a bandgap of 5 eV or more at a visible light wavelength of 550 nm.
  • radiant cooling paint may be a paint material in powder form.
  • additives e.g. dispersants, photoinitiators, etc.
  • dispersants e.g. photoinitiators, etc.
  • a transparent top coat layer is added on top of the paint film layer formed with radiation cooling paint to improve the performance of the film layer.
  • An undercoat layer, a middle layer, etc. can be added to the bottom of the paint film layer formed with radiation cooling paint to improve bonding strength with the substrate.
  • the radiant cooling paint according to an embodiment of the present invention can be applied as a replacement for existing paint to buildings, container boxes, antenna boxes, cooling towers, water pipes, automobiles, safety helmets, etc., and can be applied to all product groups in which cooling is useful. .
  • radiation cooling paint since radiation cooling paint has similar composition to existing paint, it can be implemented by partially changing the forming material.

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Abstract

본 발명은 안료(pigment) 역할의 세라믹(ceramic) 미세입자, 바인더(binder) 역할의 폴리머 레진(polymer resin), 그리고 솔벤트(solvent)로 구성되고, 기판 상에 코팅 후 페인트 도막층을 형성하며, 페인트 도막층은 입사태양광을 최대한 반사하고 흡수를 최소화하고, 동시에 8 ㎛ 내지 13 ㎛에 해당하는 장파장 적외선의 방사(emission)를 최대화하여 입사 태양광으로부터의 에너지 유입을 막고 장파장 적외선의 방사를 통한 에너지 배출을 증가시킴에 따라 복사냉각 기능을 수행하고, 장파장 적외선 방사에 대한 감소가 없이 입사 태양광의 반사를 증진시키기 위하여 페인트 도막층 내부에 기포(pore)의 부피가 3%이상 50%이하로 형성될 수 있는 복사냉각 페인트에 관한 것이다.

Description

태양광 반사능이 향상된 복사냉각 페인트
본 발명은 태양광 반사능이 향상된 복사냉각 페인트에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 입사 태양광의 반사능을 증진하여 입사 태양광으로부터의 에너지 유입을 막고, 장파장 적외선의 방사를 통한 에너지 배출을 높여 복사냉각 기능을 수행하는 복사냉각 페인트에 관한 것이다.
일반적으로 냉각을 위해서는 에너지를 반드시 사용하는데, 예를 들어, 냉장고, 에어콘 등 범용 냉각기기는 전기에너지(콤프레서)를 기계에너지로 변환하여 냉매를 압축시킨 뒤 압축된 냉매가 팽창될 때 발생하는 열의 흡수를 이용하여 냉각을 수행한다.
즉, 열을 온도가 낮은 데에서 높은 곳으로 이동시키는 냉각을 일으키기 위해서는 에너지를 사용하여야 한다.
그러나 복사냉각은 열교환이 적외선 방사라는 에너지를 쓰지 않는 자발적인 과정을 통해 냉각체의 주변이 아닌 지구 대기권밖과 일어나므로, 에너지의 소모없이 냉각을 시킬 수 있는 신기술이다.
즉, 냉각체로부터 지구 대기권 바깥까지의 복사에 의한 열교환은 에너지가 필요치 않는 자발적인 과정인 열복사(적외선방사)에 의해 이루어진다.
뜨거운 물체에 가까이 다가가면 주위 공기가 따뜻하지 않아도 뜨거움을 느낄 수 있는데, 복사에 의한 열에너지 전달방법이다.
열복사는 열원과 직접 접촉하거나 매개물질을 거치지 않아도 되는 열전달 방법이며 전자기파를 방출을 통해 열전달이 이루어지므로 매질이 필요하지 않고 빛의 속도로 천문학적 거리까지 전달된다.
절대온도(0K) 이상의 모든 물체는 열에너지를 가지고 있어서 열복사를 하며 이때 방출하는 방출되는 복사에너지는 물체의 온도와 표면적, 그리고 표면의 성질에 따라 결정된다.
제로에너지 복사냉각의 핵심은 입사태양광을 흡수하지 않고 최대한 반사 시키며, 물체가 가지고 있는 열에너지는 지구 대기권밖으로 효과적으로 배출하는 것이다.
이를 위해서는 물체의 열에너지를 지구대기권에 의해 흡수되지 않는 8 ㎛ 내지 13 ㎛ 파장의 장파장 적외선(일명, 대기의 창(sky window) 구간)으로 배출하는 것이다.
8 ㎛ 내지 13 ㎛ 파장 이외의 적외선은 지구 대기권을 통과하는 동안 대기중의 이산화탄소, 수증기 등에 의해 흡수되므로 지구표면의 물체와 우주공간사이의 열전달이 일어나지 않는다.
복사냉각을 위해서는 적외선을 잘 방사할 수 있도록 해야 하는데, 이를 위해서는 방사하려는 적외선을 잘 흡수하는 물성을 갖어야 한다.
특히, 어떤 소재가 태양광이 있는 주간에도 복사냉각을 수행하여 주변보다 낮은 온도가 되기 위해서는 각 파장대에서 빛의 흡수, 반사, 투과, 복사를 독립적으로 잘 제어하여야 한다.
대부분의 경우 주요 열원은 입사하는 태양광이고 태양광의 열은 UV-가시광선-근적외선의 형태로 도달하므로 주간 복사냉각이 이루어지기 위해서는 입사 태양광 (UV-가시광선-근적외선)의 빛을 최대한 반사 시키고 흡수하지 않아 태양광에 의한 열의 유입을 최대한 차단하여야 되며, 자신이 갖고 있는 열은 표면에서 적외선의 형태로 잘 방사하여야 한다.
그리하여 유입되는 태양광의 에너지보다 많은 양의 열에너지를 방사할 수 있다면 에너지의 소모없이 주변보다 낮은 온도로 냉각될 수 있다.
쉽게 예를 들면 태양빛이 내리쬐는 대낮에 빛을 잘 흡수하는 검은색 자동차의 내부 온도는 쉽게 상승하지만 상대적으로 빛을 흡수하지 않고 잘 반사시키는 흰색 자동차의 경우 온도상승은 상대적으로 덜 상승하게 된다.
만약 자동차의 표면이 UV-가시광선-근적외선의 파장대의 빛, 즉 입사태양광을 흡수하지 않고 최대한 반사시켜 태양광의 조사에 의한 열에너지의 유입을 최소화하고, 동시에 태양광을 100% 반사시키지 못하여 유입된 열에너지 보다 많은 양의, 자동차의 열에너지를 지구 대기에 흡수되지 않는 8 ㎛ 내지 13 ㎛ 의 적외선 방사를 통해 배출시키면 자동차의 온도는 주변의 온도보다도 더 낮게 냉각할 수 있다.
모든 물체는 그 자체가 지니고 있는 열에너지를 빛의 형태로 외부로 방사하게 되는데 이때 방사되는 빛의 파장대는 그 물체의 표면온도에 의해 결정된다.
태양이 UV-가시광선-근적외선 파장대의 빛을 외부로 방사하는 이유는 태양의 표면온도가 6000℃에 달하기 때문이다.
표면온도가 수 십 ℃인 물체는 파장이 수 내지 수십 마이크론(예시: 5 ㎛ 내지 100 ㎛)인 장파장 적외선을 외부로 방사한다.
만약 물체 표면에 장파장 적외선의 방사를 억제하거나 방사되는 빛을 다시 반사시키는 소재를 코팅하게 되면 장파장 적외선 방사에 의한 열의 손실이 줄어들어 보온의 효과가 있다.
이 현상은 겨울철 의류에 이미 적용되어 사용되고 있고, 마찬가지로 표면에서의 적외선 방사가 용이하게 잘 일어난다면 그 물체는 열복사에 의한 열방출이 잘 일어난다.
지구의 대기는 질소, 산소, 아르곤 외에도 소량의 수증기, 이산화탄소 등이 존재하는데 수증기와 이산화탄소 가스는 지구가 외부로 방사하는 장파장 적외선의 일부 파장을 흡수하여 외부로의 방사를 억제한다.
대표적인 예가 "온실효과"인데 지구 대기중의 이산화탄소의 농도가 짙어 질수록 지구가 방사하는 장파장 적외선의 우주로의 방출이 방해 받아 열이 지구로부터 우주로 배출되지 못해 지구의 온도가 올라가게 된다.
그러나 속칭 대기의 창(sky window)라 불리는 8 ㎛ 내지 13 ㎛ 파장대의 장파장 적외선은 지구 대기에 의하여 흡수되지 않고 지구 대기밖으로 쉽게 방사된다.
참고로 우주공간의 온도는 절대온도 0 K에 가까운 -270℃이므로 표면 온도 수 십 ℃의 지구표면에서 장파장 적외선이 우주로 방사되는 것은 열이 이동하는 것은 자연스러운 현상이다.
만약 어떤 소재가 자신의 열에너지를 대기의 창이라 불리는 8 ㎛ 내지 13 ㎛ 파장대의 장파장 적외선으로 잘 방출한다면 복사냉각은 더욱 잘 일어나게 된다.
기존의 페인트 형태의 복사냉각 소재(소자)는 충분한 태양광 반사를 위해 두꺼운 도막 두께 및 낮은 바인더 함량(높은 세라믹 미세입자 함량)이 요구되었다.
복사냉각 페인트를 만들기 위하여는 적합한 물성의 세라믹 미세입자 선별과 광산란이 극대화되도록 입자 사이즈를 선택하여야 한다.
태양광 영역대에서의 높은 굴절률을 갖고, 대기의 창 영역에서 높은 소멸계수(extinction coefficient k)를 갖는 물질을 선택한다.
세라믹 미세입자의 사이즈 조절과 입사 태양광 영역대(UV-vis-NIR)에서의 높은 굴절률을 갖는 물질의 선별을 통해 미산란(Mie scattering)의 극대화하여도, 제한된 광산란으로 인하여 도막층 두께가 낮을 경우에는 복사냉각 페인트의 복사냉각 능력과 은폐력이 제한될 수밖에 없다.
본 발명은 복사냉각성능 구현에 요구되는 페인트 도막층 두께를 줄이고, 복사냉각 페인트의 도장 작업성 및 도장 난이도를 낮추기 위하여 복사냉각 페인트 내부에서 광산란이 더욱 활발하게 일어날 수 있도록 페인트 도막층 내부에 기포를 형성하는 복사 냉각 페인트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 작은 두께에서도 우수한 복사냉각성능을 보임으로서, 두꺼운 두께까지 페인트를 도장을 하지 않아도 되어, 도장 작업성이 우수한 복사 냉각 페인트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 기포에 의한 효과적인 광산란으로 인하여, 바인더의 함량이 증가하더라도 우수한 복사냉각 성능을 가지며, 바인더의 함량이 증가하므로 도막층의 내구성도가 향상되는 복사 냉각 페인트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 주야간 상관없이 높은 복사 냉각 파워를 갖고, 옥외에 설치되는 구조물과 건축물에 적용하면 태양광이 작렬하는 주간에도 입사태양광의 흡수가 최소화되고, 장파장 적외선 방사를 통한 열방출이 잘 유지되어 복사냉각 성능이 개선되는 복사 냉각 페인트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 데이터센터나 통신 장비, 중계시설 등, 옥외에 설치되어, 내부 축열때문에 장비의 온도가 높아져 생기는 문제점을 해결하는 복사 냉각 페인트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트는 안료(pigment) 역할의 세라믹(ceramic) 미세입자, 바인더(binder) 역할의 폴리머 레진(polymer resin), 그리고 솔벤트(solvent)로 구성되고, 기판 상에 코팅 후 페인트 도막층을 형성하며, 상기 페인트 도막층은 입사태양광을 최대한 반사하고 흡수를 최소화하고, 동시에 8 ㎛ 내지 13 ㎛에 해당하는 장파장 적외선의 방사(emission)를 최대화하여 입사 태양광으로부터의 에너지 유입을 막고 상기 장파장 적외선의 방사를 통한 에너지 배출을 증가시킴에 따라 복사냉각 기능을 수행하고, 상기 장파장 적외선 방사에 대한 감소가 없이 입사 태양광의 반사를 증진시키기 위하여 상기 페인트 도막층 내부에 기포(pore)의 부피가 3%이상 50%이하로 형성될 수 있다.
상기 페인트 도막층은 상기 세라믹 미세입자가 상기 솔벤트에 따라 친수성 또는 소수성으로 처리되고, 상기 폴리머 바인더와 같이 균질혼합되어 세라믹 미세입자 표면에 상기 기포가 형성되어 상기 세라믹 미세입자와 상기 기포의 결합체가 형성될 수 있다.
상기 결합체는 상기 세라믹 미세입자와 상기 기포 간의 계면 및 상기 기포와 상기 폴리머 바인더 간의 계면 중 적어도 하나의 계면에서 상기 장파장 적외선 방사에 대한 감소가 없이 상기 입사 태양광의 반사를 증진시키되 상기 기포(pore)의 부피가 증가함에 따라 상기 페인트 도막층의 두께 및 상기 세라믹 미세입자의 함량 중 적어도 하나를 감소시킬 수 있다.
상기 세라믹 미세입자는 TiO2, Al2O3, h-BN, ZrO2, SiO2, CaCO3, BaSO4, MgO, Y2O3, YSZ, BeO, MnO, ZnO, SiC, AlN 중 적어도 하나를 포함하고, PVDF, PTFE, ETFE 중 적어도 하나의 폴리머 미세입자를 포함할 수 있다.
상기 세라믹 미세입자 및 상기 기포의 크기는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다.
상기 세라믹 미세입자는 상기 입사 태양광에 대한 굴절률과 소멸 계수 그리고 상기 장파장 적외선에 대한 소멸 계수를 고려하여 선택될 수 있다.
상기 폴리머 레진은 폴리우레탄 수지, 알키드 수지, 아크릴레이트 수지, PVC, PE, 아크릴 수지, DPHA, 불소계 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 세라믹 미세입자와 상기 폴리머 레진의 무게비는 x:1이고, x는 0.15 내지 3일 수 있다.
상기 페인트 도막층의 두께는 300 ㎛이하로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트는 페인트의 작업성을 개선하기 위하여 분산제(conditioning agent) 및 광개시제(photoinitiator) 중 적어도 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 복사냉각성능 구현에 요구되는 페인트 도막층 두께를 줄이고, 복사냉각 페인트의 도장 작업성 및 도장 난이도를 낮추기 위하여 복사냉각 페인트 내부에서 광산란이 더욱 활발하게 일어날 수 있도록 페인트 도막층 내부에 기포를 형성하는 복사 냉각 페인트를 제공할 수 있다.
본 발명은 작은 두께에서도 우수한 복사냉각성능을 보임으로서, 두꺼운 두께까지 페인트를 도장을 하지 않아도 되어, 도장 작업성이 우수한 복사 냉각 페인트를 제공할 수 있다.
본 발명은 기포에 의한 효과적인 광산란으로 인하여, 바인더의 함량이 증가하더라도 우수한 복사냉각 성능을 가지며, 바인더의 함량이 증가하므로 도막층의 내구성도가 향상되는 복사 냉각 페인트를 제공할 수 있다.
본 발명은 주야간 상관없이 높은 복사 냉각 파워를 갖고, 옥외에 설치되는 구조물과 건축물에 적용하면 태양광이 작렬하는 주간에도 입사태양광의 흡수가 최소화되고, 장파장 적외선 방사를 통한 열방출이 잘 유지되어 복사냉각 성능이 개선되는 복사 냉각 페인트를 제공할 수 있다.
본 발명은 데이터센터나 통신 장비, 중계시설 등, 옥외에 설치되어, 내부 축열때문에 장비의 온도가 높아져 생기는 문제점을 해결하는 복사 냉각 페인트를 제공할 수 있다.
도 1은 복사냉각 소자 및 복사냉각 페인트의 개념을 설명하는 도면이다.
도 2 및 도 3는 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 반사능이 향상된 복사냉각 페인트를 설명하는 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트의 광학적 특성을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트의 전자 현미경 사진을 설명하는 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다.
실시 예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시 예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
하기에서 다양한 실시 예들을 설명에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 다양한 실시예들에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다.
"제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 명세서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다.
어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다.
예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
또한, '또는' 이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or' 이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다.
즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다' 라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
이하 사용되는 '..부', '..기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 복사냉각 소자 및 복사냉각 페인트의 개념을 설명하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 복사냉각 페인트와 관련되고, 복사 냉각 성능을 구현하는 종래의 복사냉각 페인트를 이용하여 형성되는 복사냉각 소자를 예시한다.
도 1을 참고하면, 종래 기술에 따른 복사냉각 페인트를 이용하여 제조되는 복사냉각 소자(100)를 예시한다.
복사냉각 소자(100)는 기판(110) 상에 형성되는 페인트 도막층(120)을 포함하고, 페인트 도막층(120)은 안료(pigment) 역할의 세라믹 미세입자(121)와 세라믹 미세입자(122)가 바인더(binder) 역할의 폴리머 레진 그리고 솔벤트로 구성된 복사냉각 페인트에 기반하여 형성된다.
복사냉각 페인트는 광산란이 세라믹 미세입자와 굴절률이 다른 폴리머 결합체 계면에서만 일어나서 제한적이지만 다양한 형태의 복사냉각 소자가 연구되고 있다.
초기에는 기판위에 증착된 다층박막 형태의 복사냉각 소자가 제안되었다. 기판위에 입사태양광 반사를 위하여 은(Ag) 박막이 증착되고 이 위에 입사 태양광에는 투명하며 장파장 적외선을 잘 흡수하고 방사할 수 있는 소재들의 다층박막이 적층되어 소자가 구성되었다.
또 폴리머 필름 한쪽 면에 태양광 반사를 위한 은(Ag) 박막이 증착되고 필름 내부에는 장파장 적외선 방사를 위한 세라믹 미세입자가 분산된 폴리머 필름 형태의 복사냉각 소자도 제안되었다.
이 두 소자들은 모두 입사태양광을 반사시키기 위하여 은(Ag) 같은 금속박막을 이용하여 거울처럼 입사태양광을 반사시키는 거울 반사(specular reflection)를 사용하였다.
거울 반사 대신 입사태양광의 모든 파장에 대하여 빛을 산란시키면서 반사시켜 거울같은 외관을 띠지 않고 백색을 띠는 백색 산란반사를 이용하여 입사태양광을 흡수하지 않고 모두 반사시켜 복사냉각을 수행할 수도 있다.
특히 백색 산란반사는 값비싼 은 박막을 사용하지 않으므로 제조비용도 저렴해지며 은 박막의 열화에 따른 제품의 성능저하가 없으므로 제품의 수명도 길게 되어 복사냉각 소자제조에 더욱 적합하다.
백색 산란 반사를 효율적으로 일으키기 위해서는 반사하려는 파장과 비슷한 크기의 세라믹 마이크로 입자가 필요하고 이러한 마이크로 입자들을 연결해줄 바인더 소재도 필요한데, 바인더 소재로는 폴리머 소재가 매우 적당하다.
폴리머는 대량생산이 용이하고 값이 싸며 다양하게 물성을 조절할 수 있으므로 매우 경쟁력 있는 소재이다.
따라서 폴리머를 이용하여 제로에너지 복사냉각 소자를 구성할 수 있으면 값싸게 여러 가지 제품을 만들 수 있으며 가공성 또한 좋아지므로 여러 가지 장점이 있다.
많은 폴리머 수지 및 세라믹 미세입자는 그 자체로 8 ㎛ 내지 13 ㎛에 해당하는 대기의 창(sky window)구간에서 높은 방사율을 갖으며 입사태양광에 추명하며 잘 흡수하지 않는다.
이러한 소재들만을 결합하여 백색복사냉각 소자를 만들 수 있는데, 폴리머 수지와 세라믹 미세입자의 결합된 형태이므로 "페인트"의 형태로 복사냉각 소자를 구현할 수도 있다.
즉 다양한 폴리머 수지 및 세라믹 미세입자가 솔벤트에 용해·분산되어 구성되면 이는 페인트의 일반적인 형태이다.
이러한 페인트가 다양한 표면에 도포(코팅)되어 페인트 막을 형성하고 형성된 도막은 입사태양광을 최대로 반사시키고 흡수를 최소화하며 8 ㎛ 내지 13 ㎛ 장파장 적외선의 방사를 최대로 하여 복사냉각을 수행하면 복사냉각 페인트가 되는 것이다.
여러 종류의 복사냉각 소자들과 비교하여 복사냉각 페인트의 장점은 페인트가 도포될 수 있는 임의의 면 위에 도포되어 도막을 형성하고 형성된 도막이 복사냉각을 수행하게 되므로 다양한 응용이 가능하다는 점이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 태양광 반사능이 향상된 복사냉각 페인트를 설명하는 도면이다.
도 2와 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 페인트 도막층 내부에 기포(pore)를 형성하고, 기포 의해 광산란이 증진된 복사 냉각 페인트를 예시한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트를 이용하여 형성된 복사냉각 소자에서 복수의 세라믹 미세입자 중 어느 하나의 세라믹 미세입자만 결합체로 생성되는 경우를 예시한다.
한편, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트를 이용하여 형성된 복사냉각 소자에서 복수의 세라믹 미세입자 모두 결합체로 생성되는 경우를 예시한다.
예를 들어, 결합체는 세라믹 미세입자와 기포 간의 계면 및 기포와 폴리머 바인더 간의 계면 중 적어도 하나의 계면에서 장파장 적외선 방사에 대한 감소가 없이 입사 태양광의 반사를 증진시키되 기포의 부피가 증가함에 따라 페인트 도막층의 두께 및 세라믹 미세입자의 함량 중 적어도 하나가 감소시킬 수 있다.
예를 들어, 결합체는 세라믹 미세입자와 기포의 결합체일 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 소자(200)는 복사냉각 페인트로 형성된다.
복사냉각 페인트는 안료(pigment) 역할의 세라믹(ceramic) 미세입자, 바인더(binder) 역할의 폴리머 레진(polymer resin), 그리고 솔벤트(solvent)로 구성되고, 기판(210) 상에 코팅 후 페인트 도막층(220)을 형성한다.
세라믹 미세입자는 제1 세라믹 미세입자(221) 및 제2 세라믹 미세입자(222)를 포함할 수 있다.
세라믹 미세입자는 TiO2, Al2O3, h-BN, ZrO2, SiO2, CaCO3, BaSO4, MgO, Y2O3, YSZ, BeO, MnO, ZnO, SiC, AlN 중 적어도 하나를 포함하고, PVDF, PTFE, ETFE 중 적어도 하나의 폴리머 미세입자를 포함할 수 있다.
제1 세라믹 미세입자(221)와 제2 세라믹 미세입자(222)는 상술한 세라믹 미세입자 물질 중에서 서로 다른 물질일 수 있다.
예를 들어, 세라믹 미세입자의 크기는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다.
세라믹 미세입자는 입사 태양광에 대한 굴절률과 소멸 계수 그리고 장파장 적외선에 대한 소멸 계수를 고려하여 선택될 수 있다.
복사냉각 페인트의 경우 입사 태양광을 효과적으로 반사시키기 위하여 빛을 산란시킬 세라믹 미세입자와 이들을 세라믹 미세입자들을 결합해줄 폴리머 결합체가 필요하다.
이때 세라믹 미세입자와 폴리머간의 굴절률 차이가 커지면 광산란이 촉진되어 산란 반사가 더욱 효과적으로 일어난다.
효과적인 복사냉각을 위하여는 입사태양광을 90% 이상 반사시켜야 하기 때문에 입사광을 산란 반사할 세라믹 미세입자의 농도는 높아야 하며 세라믹 미세입자와 폴리머 결합체로 이루어진 도막층의 두께는 일정 두께 이상이어야 한다.
만약 세라믹 미세입자와 폴리머 결합체로 이루어진 도막층에 세라믹 미세입자와 비슷한 크기의 기포(223)가 균일하게 존재하게 된다면 기포(223)와 폴리머 결합체, 기포와 세라믹 미세입자 간의 경계에서 높은 굴절률 차이로 빛이 굴절되어 광산란이 촉진되므로 입사 태양광 90% 반사를 위한 도막층의 두께를 줄일 수도 있으며 세라믹 미세입자의 농도를 줄일 수도 있다.
일반적으로 세라믹 미세입자의 함량이 낮을수록 페인트 제조에 유리하며 페인트 도막층의 도막두께가 얇을수록 유리하다.
본 발명의 일실시예에 따르면 페인트 도막층(220)은 입사태양광을 최대한 반사하고 흡수를 최소화하고, 동시에 8 ㎛ 내지 13 ㎛에 해당하는 장파장 적외선의 방사(emission)를 최대화하여 입사 태양광으로부터의 에너지 유입을 막고 장파장 적외선의 방사를 통한 에너지 배출을 증가시킴에 따라 복사냉각 기능을 수행한다.
또한, 페인트 도막층(220)은 장파장 적외선 방사에 대한 감소가 없이 입사 태양광의 반사를 증진시키기 위하여 페인트 도막층(220) 내부에 기포(223)의 부피가 3%이상 50%이하로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 페인트 도막층(220)은 세라믹 미세입자가 솔벤트에 따라 친수성 또는 소수성으로 처리되고, 폴리머 바인더와 같이 균질혼합되어 세라믹 미세입자 표면에 기포(223)가 형성되어 제2 세라믹 미세입자(222)와 기포의 결합체(224)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 복사냉각 소자(200)의 페인트 도막층(220)에서 기포(223)가 특정 부피 이상이면 입사태양광 산란이 촉진되어 빛을 다 반사하지만 너무 기포 부피분율이 커지면 도막층의 기계적 성질이 저하될 수 있다.
복사냉각 페인트에 의해 형성된 복사냉각 소자(200)에서의 광산란은 세라믹 미세입자와 폴리머 결합체 간의 계면, 세라믹 미세입자와 기포 간의 계면, 그리고 기포와 폴리머 결합체 간의 계면에서 일어나므로 기포가 없는 경우와 비교하여 일정양의 광산란반사를 위한 도막층의 두께가 감소하거나 요구되는 세라믹 미세입자 함량이 감소될 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 소자(300)는 복사냉각 페인트로 형성된다.
복사냉각 페인트는 안료 역할의 세라믹 미세입자, 바인더 역할의 폴리머 레진, 그리고 솔벤트로 구성되고, 기판(310) 상에 코팅 후 페인트 도막층(320)을 형성한다.
세라믹 미세입자는 제1 세라믹 미세입자(321) 및 제2 세라믹 미세입자(322)를 포함할 수 있다.
세라믹 미세입자는 TiO2, Al2O3, h-BN, ZrO2, SiO2, CaCO3, BaSO4, MgO, Y2O3, YSZ, BeO, MnO, ZnO, SiC, AlN 중 적어도 하나를 포함하고, PVDF, PTFE, ETFE 중 적어도 하나의 폴리머 미세입자를 포함할 수 있다.
제1 세라믹 미세입자(321)와 제2 세라믹 미세입자(322)는 상술한 세라믹 미세입자 물질 중에서 서로 다른 물질일 수 있다.
예를 들어, 세라믹 미세입자의 크기는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다.
세라믹 미세입자는 입사 태양광에 대한 굴절률과 소멸 계수 그리고 장파장 적외선에 대한 소멸 계수를 고려하여 선택될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 페인트 도막층(320)을 형성하기 위한 복사냉각 페인트에서 폴리머 레진은 폴리우레탄 수지, 알키드 수지, 아크릴레이트 수지, PVC, PE, 아크릴 수지, DPHA, 불소계 수지 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
세라믹 미세입자와 상기 폴리머 레진의 무게비는 x:1이고, x는 0.15 내지 3일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 복사냉각 페인트는 기포(323)에 의해 광산란이 더욱 증진된 복사 냉각 페인트일 수 있다.
예를 들어, 기포(323)의 크기는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛일 수 있다.
일례로, 페인트 도막층(320)은 기포(323)가 세라믹 미세입자와 유사한 사이즈로 혼입 형성됨으로써 광반사가 촉진되어 복사냉각 페인트에서 세라믹 입자 함량이 줄어도 높은 광반사와 복사냉각 성능을 구현한다.
즉, 복사냉각 페인트는 세라믹 미세입자와 크기가 유사한 기포를 혼입하여 페인트 도막층을 형성함에 따라 세라믹 입자 함량이 줄어도 높은 광반사와 복사냉각 성능을 구현할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트의 광산란은 세라믹 미세입자와 폴리머 결합체 간의 계면, 세라믹 미세입자와 기포(323) 간의 계면, 그리고 기포(323)와 폴리머 결합체 간의 계면에서 일어나므로, 기포(323)가 없는 경우와 비교하여 일정양의 광산란 반사를 위한 도막층의 두께가 감소하거나 요구되는 세라믹 미세입자 함량이 감소한다.
PVDF, PTFE, ETFE 같은 폴리머 입자 및 TiO2, Al2O3, h-BN, ZrO2, SiO2, CaCO3, BaSO4, MgO, Y2O3, YSZ, BeO, MnO, ZnO, SiC, AlN 같은 세라믹 미세입자와 폴리우레탄 수지, 불소 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리 아크릴레이트 수지, PDMS, PVC 등과 같은 폴리머 수지의 혼합물은 입사 태양광 (UV-vis-NIR)을 흡수하지 않고 효과적으로 반사하며, 8 ㎛ 내지 13 ㎛ 대기의 창 전 영역에서 높은 흡수(방사)도를 갖을 수 있으므로 복사냉각 기능을 갖는다.
그리고 이 혼합물은 용제로 사용되는 솔벤트에 의해 균질화되어 다양한 표면에 쉽게 도포할 수 있는 페인트의 형태를 갖는다.
폴리머 입자들과 세라믹 미세입자들은 폴리머 수지들과 서로 다른 굴절률을 갖으므로 입사광을 산란시켜 입사태양광의 흡수를 줄이고 반사를 높일 수 있다.
기판(210) 또는 기판(310)은 데이터센터나 통신 장비, 중계시설 등, 옥외에 설치되어, 내부 축열때문에 장비의 표면일 수 있다.
따라서, 본 발명은 데이터센터나 통신 장비, 중계시설 등, 옥외에 설치되어, 내부 축열때문에 장비의 온도가 높아져 생기는 문제점을 해결하는 복사 냉각 페인트를 제공할 수 있다.
세라믹 미세입자에는 단일 입자뿐 만 아니라 이종의 세라믹소재로 구성된 코어쉘(coreshell) 입자나 내부가 비어있는 빈(hollow) 마이크로 입자도 포함할 수 있다.
단순히 세라믹 미세입자와 폴리머 바인더(결합체)로만 이루어질 때보다 기포가 추가되면 광산란이 세라믹입자와 폴리머바인더와의 계면 외에도 폴리머 바인더와 기포, 세라믹입자와 기포간의 계면에서도 이루어지므로 광산란이 더욱 촉진된다.
세라믹 미세입자들의 굴절률은 대략 2.0 이상, 폴리머 바인더는 1.4 내지 1.6 그리고 기포의 굴절률은 1.0이므로 기포에 의한 광산란은 더욱 효과적으로 이루어질 수 있다.
폴리우레탄 수지, 불소 수지, 폴리에틸렌 수지, 폴리 아크릴레이트 수지, PDMS, PVC 등과 같은 폴리머 수지에 광개시제나 열 개시제, 분산제 등을 첨가하여 페인트 막의 기계적 성질, 광택, 건조성, 폴리머(세라믹) 마이크로입자들의 분산성 등을 개선할 수 있다.
이에 따라 복사냉각 페인트는 페인트의 작업성을 개선하기 위하여 분산제(conditioning agent) 및 광개시제(photoinitiator) 중 적어도 하나의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 페인트 도막층(320)의 두께는 300 ㎛이하로 형성될 수 있다.
폴리머 바인더의 함량이 증가하면, 즉 세라믹 미세입자 함량이 감소하면 태양광 반사는 감소하며 태양광 투과는 증가한다는 문제점이 있다.
그러나 일반적으로 폴리머 바인더 함량이 높을수록 페인트 작업성이 개선되며 페인트 막의 표면이 미려해진다.
복사냉각성능 구현에 요구되는 최소 도막층 두께를 낮춤으로서, 복사냉각 페인트의 도장 작업성 및 도장 난이도를 낮출 필요성이 있다.
이를 위하여는 복사냉각 페인트 내부에서 광산란이 더욱 활발하게 일어날 수 있도록 하여야 한다.
본 발명의 일실시예예 따른 복사냉각 소자(300)는 페인트 도막층(320)의 감소된 두께에서도 충분한 입사태양광 반사를 이루기 위해서는 기존의 복사냉각 페인트의 세라믹 미세입자와 폴리머 바인더만의 산란이외에 추가적인 광산란을 촉발시킬 수 있다.
이를 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트는 세라믹 미세입자와 유사한 크기의 기포를 페인트 도막층(320) 내부에 분포하도록 제1 결합체(324) 및 제2 결합체(325)를 형성하여 기포와 세라믹 미세입자, 기포와 폴리머 바인더 사이에서도 광산란이 일어나도록 하고자 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제1 결합체(324)는 제1 세라믹 미세입자(321)와 기포(323)의 결합체이고, 제2 결합체(325)는 제2 세라믹 미세입자(322)와 기포(323)의 결합체일 수 있다.
기포의 굴절률은 1.0으로 폴리머 바인더 및 세라믹 미세입자와의 굴절률 차이가 커서 기포주위에서 광산란이 매우 효과적으로 이루어져 얇은 두께로 형성되는 페인트 도막층(320)의 두께에서도 충분히 높은 태양광 반사율과 낮은 태양광 투과율을 제공한다.
기포가 소량 함유되어도 대기의 창 방사율은 전혀 영향을 받지 않는다.
보다 구체적으로, 기포(323)가 페인트 도막층(320)내에 존재할 경우 광산란이 활발하게 일어나므로 빛은 페인트 도막층(320)의 심부까지 도달하지 못하고 반사되어 나오게 된다.
그러나 기포가 없는 경우 광산란이 줄어서 빛은 도막층 심부까지 도달하게 되고 흡수입자를 더 많이 보게되므로 흡수가 증가하며 반사가 감소하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트는 기존 발명의 복사냉각 페인트나 상용화된 차열(단열)과 비교하여 입사태양광 흡수를 줄이고 반사를 극대화하며 8 ㎛ 내지 13 ㎛ 적외선의 방사를 촉진하여 더 우수한 복사냉각 성능을 갖는다.
입사 태양광의 반사를 늘리고 흡수를 줄이기 위하여 페인트 도막층(320) 내부에 기포(323)를 포함하는 제1 결합체(324) 및 제2 결합체(325)가 균일하게 분포되도록 한다.
페인트 도막층(320) 내부에 존재하는 기포의 영향으로 광산란이 촉진되어 입사광의 반사가 증가하며 빛은 도막층 심부에 도달하지 못하고 도막층 상부에서 산란 반사되므로 흡수도 감소하게 된다.
페인트 도막층(320) 내부에 기포를 생성시키기 위하여 용매가 물인 수용성 페인트의 경우 세라믹 미세입자표면을 소수성(친유성) 표면으로 만들어 세라믹 미세입자가 폴리머 바인더와 용매와 같이 혼합 균질화될 때 세라믹 미세입자 표면에 기포가 형성되도록 한다.
마찬가지로 용매가 기름성분인 유성 페인트의 경우 세라믹 미세입자표면을 친수성(소유성) 표면으로 만들어 세라믹 미세입자가 폴리머 바인더와 용매와 같이 혼합 균질화될 때 세라믹 미세입자 표면에 기포가 형성되도록 한다.
이와 같은 세라믹 미세입자표면의 조작은 세라믹 미세입자 부분 및 전부에 대하여 할 수 있으며 일부 종류의 세라믹 미세입자나 모든 종류의 세라믹 미세입자에 대하여 구현될 수 있고, 이를 통하여 기포의 농도를 조절할 수 있다.
일반적으로 세라믹 미세입자들은 자연적으로 친수성을 띠는데 이러한 세라믹 미세입자들을 스테아르산(stearic acid)가 녹아 있는 용액으로 처리하여 표면성질을 소수성으로 개질시킬 수 있다.
복사냉각 페인트는 입사태양광을 효과적으로 산란 반사시키기 위하여 바인더 역할의 폴리머 수지와의 굴절률 차이가 큰 소재일 수 있다.
즉, 굴절률 값이 높은 소재를 선택하며 밴드갭 에너지(bandgap energy)값이 높아 입사 태양광에 투명한 소재를 선택한다.
따라서, 본 발명은 복사냉각성능 구현에 요구되는 페인트 도막층 두께를 줄이고, 복사냉각 페인트의 도장 작업성 및 도장 난이도를 낮추기 위하여 복사냉각 페인트 내부에서 광산란이 더욱 활발하게 일어날 수 있도록 페인트 도막층 내부에 기포를 형성하는 복사 냉각 페인트를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 작은 두께에서도 우수한 복사냉각성능을 보임으로서, 두꺼운 두께까지 페인트를 도장을 하지 않아도 되어, 도장 작업성이 우수한 복사 냉각 페인트를 제공할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트의 광학적 특성을 설명하는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트의 광학적 특성 중 반사율(reflection)과 관련하여 본 발명과 종래 기술을 비교하여 설명한다.
도 4a를 참고하면, 그래프(400)는 본 발명에 따라 기공이 존재하도록 페인트 도막층을 형성하는 복사냉각 페인트에 기반한 샘플(401)과 종래 기술에 따른 샘플(402)의 반사율을 비교한다.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트의 광학적 특성 중 흡수율(absorption)과 관련하여 본 발명과 종래 기술을 비교하여 설명한다.
도 4b를 참고하면, 그래프(410)는 본 발명에 따라 기공이 존재하도록 페인트 도막층을 형성하는 복사냉각 페인트에 기반한 샘플(411)과 종래 기술에 따른 샘플(412)의 흡수율을 비교한다.
그래프(400)와 그래프(410)와 관련하여 0.4 ㎛ 내지 0.6 ㎛의 입경을 갖는 YSZ(Yttria-stabilized zirconia) 미세입자를 테프론 폴리머 바인더와 혼합하여 복사 냉각 페인트를 제조하고, 한 시편은 1000rpm의 속도로 저속교반하여 제조하였으며 다른 시편은 2000rpm으로 고속교반하여 제조된다.
그래프(400)와 그래프(410)에서는 이렇게 제조된 두 복사냉각 페인트 시편을 유리 기판위에 코팅하여 광학적 성질을 측정한 결과를 나타낸다. 여기서, 저속교반 시편은 본 발명과 관련된 샘플(401)과 샘플(411)에 해당하고, 고속교반 시편은 종래기술과 관련된 샘플(402)과 샘플(412)에 해당된다.
그래프(400)와 그래프(410)에서와 같이 샘플(401)과 샘플(411)은 샘플(402)과 샘플(412) 대비 입사태양광 전 영역에서 높은 반사율과 낮은 흡수도를 나타내는 것을 확인할 수 있다.
샘플(401)과 샘플(411)에서는 기포(pore)가 존재하여 광산란이 촉진되어 반사가 늘어나게 되며 샘플(402)과 샘플(412)에서는 기포가 상대적으로 적게 존재하여 광산란이 덜 효과적으로 일어나 광산란에 의한 반사는 줄고 광은 페인트 도막층 내부에 더 깊이 침투하게되어 흡수도가 증가하는 것을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명은 기포에 의한 효과적인 광산란으로 인하여, 바인더의 함량이 증가하더라도 우수한 복사냉각 성능을 가지며, 바인더의 함량이 증가하므로 도막층의 내구성도가 향상되는 복사 냉각 페인트를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 주야간 상관없이 높은 복사 냉각 파워를 갖고, 옥외에 설치되는 구조물과 건축물에 적용하면 태양광이 작렬하는 주간에도 입사태양광의 흡수가 최소화되고, 장파장 적외선 방사를 통한 열방출이 잘 유지되어 복사냉각 성능이 개선되는 복사 냉각 페인트를 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트의 전자 현미경 사진을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트의 전자 현미경 사진을 예시한다.
도 5를 참고하면, 제1 전자 현미경 사진(500)은 저속교반되어 기포가 존재하는 복사냉각 페인트의 경우 20마이크론 정도의 미세입자 군집체(agglomerate)가 관찰된다.
한편, 제2 전자 현미경 사진(510)에서 고속교반되어 기포가 제거된 시편에서는 이러한 뭉치(agglomerate)가 관찰되지 않는다.
고배율 전자 현미경 사진인 제1 전자 현미경 사진(500)과 제2 전자 현미경 사진(510)에서 나타난 바와 같이 고속교반되어 기포가 제거된 페인트 시편이 저속교반되어 기포가 존재하는 시편대비 입자들 뒤의 빈공간에 해당하는 기포가 적게 관찰되고 있음을 나타낸다.
두 시편 모두 94% 내지 95%에 다하는 유사한 대기의 창 반사율을 보이고 있으나 저속 교반된 시편의 입사 태양광에 대한 반사율이 높으므로 100W가 넘는 높은 복사냉각 능력을 보이는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따라 복사냉각 페인트의 세라믹 미세입자의 선별 및 조성은 태양광에서 충분히 높은 굴절률과 낮은 소멸계수, 대기의 창에서 높은 소멸계수를 가지도록 하여 낮은 두께에서도 높은 태양광 반사, 낮은 태양광 투과, 높은 대기의 창 방사를 가지도록 한다.
예를 들어, 가시광선 파장 550 nm에서 굴절률 1.7 이상, 띠틈(bandgap) 5 eV 이상의 물성을 갖는 복사냉각 페인트를 사용하여 복사냉각전력을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 복사냉각 페인트는 파우더(powder) 형태의 페인트 물질일 수 있다.
복사냉각 페인트의 작업성을 개선하기 위하여 다양한 종류의 첨가제(예: 분산제, 광개시제 등)가 추가될 수 있다.
복사냉각 페인트로 형성되는 페인트 도막층 상부에 투명한 탑코트(top coat)층이 추가되어 도막층의 성능을 향상시킬 수 있다.
복사냉각 페인트로 형성되는 페인트 도막층 하부에 하도층, 중도층 등이 추가되어 기판과의 결합력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 복사냉각 페인트는 건축물, 콘테이너박스, 안테나 box, 냉각탑, 소유(수)관, 자동차, 안전모 등에 기존 페인트를 대체하여 적용될 수 있으며 냉각이 유용한 모든 제품군에 응용이 가능하다.
또한, 복사냉각 페인트는 기존 페인트와 구성물질이 유사함에 형성 물질을 일부 변경하여 구현될 수 있다.
상술한 구체적인 실시 예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.
그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 다양한 실시 예들이 내포하는 기술적 사상의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (10)

  1. 안료(pigment) 역할의 세라믹(ceramic) 미세입자, 바인더(binder) 역할의 폴리머 레진(polymer resin), 그리고 솔벤트(solvent)로 구성되고, 기판 상에 코팅 후 페인트 도막층을 형성하며,
    상기 페인트 도막층은 입사태양광을 최대한 반사하고 흡수를 최소화하고, 동시에 8 ㎛ 내지 13 ㎛에 해당하는 장파장 적외선의 방사(emission)를 최대화하여 입사 태양광으로부터의 에너지 유입을 막고 상기 장파장 적외선의 방사를 통한 에너지 배출을 증가시킴에 따라 복사냉각 기능을 수행하고, 상기 장파장 적외선 방사에 대한 감소가 없이 입사 태양광의 반사를 증진시키기 위하여 상기 페인트 도막층 내부에 기포(pore)의 부피가 3%이상 50%이하로 형성되는 것을 특징으로 하는
    복사냉각 페인트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 페인트 도막층은 상기 세라믹 미세입자가 상기 솔벤트에 따라 친수성 또는 소수성으로 처리되고, 상기 폴리머 바인더와 같이 균질혼합되어 세라믹 미세입자 표면에 상기 기포가 형성되어 상기 세라믹 미세입자와 상기 기포의 결합체가 형성되는 것을 특징으로 하는
    복사냉각 페인트.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 결합체는 상기 세라믹 미세입자와 상기 기포 간의 계면 및 상기 기포와 상기 폴리머 바인더 간의 계면 중 적어도 하나의 계면에서 상기 장파장 적외선 방사에 대한 감소가 없이 상기 입사 태양광의 반사를 증진시키되 상기 기포(pore)의 부피가 증가함에 따라 상기 페인트 도막층의 두께 및 상기 세라믹 미세입자의 함량 중 적어도 하나를 감소시키는 것을 특징으로 하는
    복사냉각 페인트.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 미세입자는 TiO2, Al2O3, h-BN, ZrO2, SiO2, CaCO3, BaSO4, MgO, Y2O3, YSZ, BeO, MnO, ZnO, SiC, AlN 중 적어도 하나를 포함하고, PVDF, PTFE, ETFE 중 적어도 하나의 폴리머 미세입자를 포함하는 것을 특징으로 하는
    복사냉각 페인트.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 세라믹 미세입자 및 상기 기포의 크기는 0.1 ㎛ 내지 5 ㎛인 것을 특징으로 하는
    복사냉각 페인트.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 세라믹 미세입자는 상기 입사 태양광에 대한 굴절률과 소멸 계수 그리고 상기 장파장 적외선에 대한 소멸 계수를 고려하여 선택되는 것을 특징으로 하는
    복사냉각 페인트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 폴리머 레진은 폴리우레탄 수지, 알키드 수지, 아크릴레이트 수지, PVC, PE, 아크릴 수지, DPHA, 불소계 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
    복사냉각 페인트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 세라믹 미세입자와 상기 폴리머 레진의 무게비는 x:1이고, x는 0.15 내지 3인 것을 특징으로 하는
    복사냉각 페인트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 페인트 도막층의 두께는 300 ㎛이하로 형성되는 것을 특징으로 하는
    복사냉각 페인트.
  10. 제1항에 있어서,
    페인트의 작업성을 개선하기 위하여 분산제(conditioning agent) 및 광개시제(photoinitiator) 중 적어도 하나의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    복사냉각 페인트.
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