KR101187841B1 - 에너지 절감형 칼라 차폐유리 제조방법 및 이에 사용되는 코팅 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 차폐 조성물 및 광물성 안료를 혼합하여 칼라 차폐 조성물을 획득하는 단계; 상기 칼라 차폐 조성물을 코팅액 주입기로 이동하는 단계; 이동된 상기 조성물을 전사롤러의 요홈부에 주입하는 단계; 상기 전사롤러가 회전하면서 유리판에 상기 조성물을 전사하는 단계; 상기 유리판을 이송하여 열경화시키는 단계;를 포함하는, 에너지 절감형 칼라 차폐유리 제조방법에 관한 것이다.
또한 상기 광물성 안료는 0.3~15 중량%로 포함되도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.

Description

에너지 절감형 칼라 차폐유리 제조방법 및 이에 사용되는 코팅 조성물{The energy saving coloured shielding-glass manufacturing process, and the coating composition therewith}

본 발명은, 차폐 조성물 및 광물성 안료를 혼합하여 칼라 차폐 조성물을 획득하는 단계; 상기 칼라 차폐 조성물을 코팅액 주입기로 이동하는 단계; 이동된 상기 조성물을 전사롤러의 요홈부에 주입하는 단계; 상기 전사롤러가 회전하면서 유리판에 상기 조성물을 전사하는 단계; 상기 유리판을 이송하여 열경화시키는 단계;를 포함하는, 에너지 절감형 칼라 차폐유리 제조방법에 관한 것이다.

또한 상기 광물성 안료는 0.3~15 중량%로 포함되도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.

우리나라는 2008년 이후로 녹색성장정책을 강력히 추진하고 있으며, 이는 에너지 목표 관리제 및 건축규제 강화 등의 정책으로 이어지고 있다.

즉 신규 주택, 아파트 등의 건축물은 의무적으로 에너지를 50% 절감하여야 하는데, 창호는 에너지 라벨을 부착하고, 에너지 효율 등급 인증을 받도록 하는 등의 사항이 포함되어 있다.

한편 창호는 건축물 외관의 고급스러움과 채광 효과를 위해서 널리 사용되는데, 창호의 비중이 크면 난방비 및 냉방비가 증가하는 등 에너지 절감이 용이하지 않은 상황이다.

이에 따라 유리의 표면에 은 등의 금속 또는 금속산화물을 얇게 코팅하여 낮은 방사율을 구현하고자 하는 로우-이(Low-E, Low-Emissivity) 유리가 연구되어 왔다.

로우-이 유리는 창을 통해 들어오는 가시광선은 대부분 안으로 투과시켜 실내를 밝게 유지하고, 적외선 영역의 복사선은 효과적으로 차단함으로써, 겨울에는 안에서 발생한 난방열이 밖으로 빠져나가지 못하도록 차단하고, 여름에는 바깥의 열기를 차단하는 역할을 하므로 냉?난방비를 줄일 수 있는 것이 장점이다.

한편 로우-이 유리는 코팅 제조방법에 따라 파이롤리틱 공법(pyrolytic process)에 의한 하드 로우-이(hard low-E) 유리 및 스퍼터링 공법(sputtering process)에 의한 소프트 로우-이(soft low-E)유리로 구분된다.

첫 번째, 하드 로우-이 유리는, 판유리 제조 공정 시 금속용액 또는 분말을 판유리 표면 위에 분사하고 열적 코팅을 시켜 생산한다. 코팅 물질은 금속산화물(SnO2) 단일물질이다.

이는 강화 가공 등의 열처리가 가능한 장점은 있으나, 여러 금속 사용이 제한되어 색상이 단순하고, 코팅막이 탁하다는 단점을 가지고 있다.

두 번째, 소프트 로우-이 유리는, 이미 생산된 판유리를 별도의 진공챔버에 넣고 은(Ag), 티타늄(Ti), 스테인리스강(Stainless Steel) 등의 금속을 다층 박막 코팅시켜 생산한다.

장점은 광학 성능 등이 우수하다는 점이나, 하드코팅 대비 코팅 경도 및 내구성이 약하다는 단점이 존재한다.

한편 본 출원의 발명자는 하드 로우-이 및 소프트 로우-이 유리의 장점을 모두 취하고자, 대한민국 특허출원번호 10-2011-0141167호에서 박막 코팅장치를 제안한 바 있다.

종래에는 굴곡이 있는 유리판의 상면에 균일한 두께의 코팅막을 형성시킬 수 없었으나, 전사롤러(10) 및 보조롤러(20)를 이용하여 코팅액을 유리판에 전사함으로써 코팅액을 균일하게 코팅시키는 기술을 제안한 바 있다.

이는 하드 로우-이 유리 제조방법에 비하여 다양한 성분을 포함하고 있는 코팅액을 이용할 수 있다는 점에서 유리하고 또한 소프트 로우-이 유리 제조방법에 필수적인 진공챔버가 필요없이 코팅함으로써 기계 설비 비용을 감소시키고 우수한 광학 성능을 제공할 수 있다는 점에서 현저한 효과를 보유하고 있다.

한편 에너지 절감형 코팅용 조성물과 관련한 선행기술을 검토해보면, 대한민국 등록특허공보 10-1013123호에는 바인더 수지 10~60 중량%, 복합금속산화물 10~60 중량% 및 레벨링제 0.1~1 중량%를 포함하는 조성물이 개시되어 있다.

개략적으로 검토해보면, 상기 조성물은 이를 이용한 코팅 방법과 관련하여 도출된 결과로 볼 수 있는데, 청구항 4를 보면 코팅용 조성물을 소재면이 바닥에 대하여 소정 기울기를 갖도록 기울인 상태에서 소재면의 상단에서 하단으로 흘려보내는 방식으로 코팅공정을 수행하는 것이 기재되어 있다는 것에서 알 수 있다.

즉 상단에서 하단으로 흘려보내기 때문에 유리면에 대한 부착성을 확보하고자 바인더 수지를 10~60 중량% 사용하여야 하며, 또한 마찬가지 이유로 표면 평활성을 확보하고자 레벨링제를 0.1~1 중량% 사용할 수밖에 없게 된다.

한편 차폐 성능을 보유하면서 칼라 색상을 내기 위해서는 차폐 기능을 갖는 조성물에 색상을 낼 수 있는 안료를 혼합하여야 한다.

안료는 무기안료 및 유기안료로 크게 나눌 수 있으며, 종류에 따라 색조, 선명도, 은폐력, 견뢰도 등이 다르므로, 각각 알맞은 용도에 사용되고 있다.

따라서 본 출원의 발명인이 제안한 바의 상기 대한민국 특허출원번호 10-2011-0141167호의 박막 코팅장치를 이용함으로써, 코팅 조성물에서 유리 바인더 수지 및 레벨링제를 이용하지 않거나 대폭 감소시키고 또한 적절한 안료를 포함시킬 수 있으며, 이에 따라 차폐 유리에 다양한 칼라 색상을 제공할 수 있는 기술을 제안하고자 한다.

본 발명의 목적은, 코팅 조성물에서 유리 바인더 수지 및 레벨링제를 이용하지 않거나 대폭 감소시키고 또한 적절한 안료를 포함시켜, 에너지 절감형 칼라 차폐 유리를 제조할 수 있는 방법 및 이에 사용되는 코팅 조성물을 제공함에 한다.

본 발명은, 차폐 조성물 및 광물성 안료를 혼합하여 칼라 차폐 조성물을 획득하는 단계; 상기 칼라 차폐 조성물을 코팅액 주입기로 이동하는 단계; 이동된 상기 조성물을 전사롤러의 요홈부에 주입하는 단계; 상기 전사롤러가 회전하면서 유리판에 상기 조성물을 전사하는 단계; 상기 유리판을 이송하여 열경화시키는 단계;를 포함하는, 에너지 절감형 칼라 차폐유리 제조방법을 제공함으로써, 기술적 과제를 해결하고자 한다.

본 발명은, 유리 바인더 수지 및 레벨링제를 이용하지 않거나 대폭 감소시키고 또한 적절한 안료를 포함시켜, 에너지를 절감시키고 미적 기능을 향상시킬 수 있는 현저한 효과를 보유하고 있다.

도 1은 본 발명에 따른 에너지 절감형 칼라 차폐유리를 제조하는 방법에 적용될 수 있는 장치의 주요 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 절감형 칼라 차폐유리를 제조하는 방법의 주요 단계를 도시한 도면이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

도 1은 본 발명에 따른 에너지 절감형 칼라 차폐유리를 제조하는 방법에 적용될 수 있는 장치의 주요 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 에너지 절감형 칼라 차폐유리를 제조하는 방법의 주요 단계를 도시한 도면이다.

유리판(1)의 하면에서 유리판(1)을 이송하는 이송롤러(2); 이송롤러(2)의 상면으로 이송되는 유리판(1)의 상면에 접촉 회전되게 설치되고, 표면에 유리판(1)과 탄력적으로 접촉되기 위한 탄력층(12)이 형성되며, 탄력층(12)에 균일한 간격의 요홈부(13)가 형성되어 요홈부(13)에 코팅물질을 채워 상기 유리판(1) 상면에 코팅물질을 전사시키기 위한 전사롤러(10); 상기 전사롤러(10)와 접촉되어 회전되면서 전사롤러(10)의 요홈부(13)에 코팅물질이 채워지도록 접촉 회전하는 보조롤러(20); 상기 보조롤러(20)와 상기 전사롤러(10) 사이에 코팅물질을 주입하는 코팅액 주입기(30); 차폐성 조성물과 광물성 안료를 혼합한 후에 혼합된 코팅 조성물을 코팅액 주입기(30)로 이동시키는 코팅액 혼합기(40); 및 상기 전사롤러(10)에 의해 균일한 간격으로 코팅물질이 상면에 전사된 유리판(10)을 통과시키면서 코팅물질을 열경화시켜 굴곡이 있는 유리판(1)의 상면에 균일 두께의 코팅막으로 형성시키는 열경화장치(50);를 포함한다.

여기에서, 코팅액 혼합기(40)는 차폐를 위한 조성물과 광물성 안료를 혼합하는 기능을 주로 수행하게 되며, 바람직하게 양자의 혼합을 위한 온도 및 압력 조건 등에 따라 설계된다.

도 2를 참조하면, 도 1의 장치를 이용하여 칼라 차폐유리를 제조하는 방법의 주요 단계가 도시되어 있다.

S100 단계에서 차폐 조성물 및 광물성 안료를 혼합하고, S200 단계에서 혼합한 칼라 차폐코팅 조성물을 코팅액 주입기(30)으로 이동시키며, S300 단계에서 롤러(10)에 코팅액을 주입하게 된다.

다음으로, S400 단계에서 코팅액을 전사시키고, S500 단계에서 열경화시킴으로 칼라 차폐유리를 제조하게 된다.

설계조건에 따라서, 도 1에 도시된 바의 롤러 구성과는 상이하게 전사 수단을 형성할 수 있음은 물론이다.

실시예 1. 칼라 차폐코팅 조성물의 제조

먼저, 본 발명에 따른 칼라 차폐코팅 조성물은 유리판에 직접 코팅액을 전사하는 방법을 이용하므로, 유리 바인더 수지는 0~5 중량%, 레벨링제는 0~0.1 중량% 을 포함하도록 한다.

또한 본 발명은 광물성 안료를 사용하여 색상을 나타내게 되며, 0.3~15 중량%로 포함되도록 한다.

여기에서, 광물성 안료는 한 색상 단독으로 사용되기도 하고 필요한 색상을 나타내기 위하여 여러 안료가 혼합되기도 한다.

일 예로, 황색안료는 크롬옐로, 황토 및 카드뮴옐로의 군, 녹색안료는 에메랄드녹 및 산화크로뮴녹의 군, 청색안료는 프러시안블루 및 코발트청의 군, 자색안료는 망가니즈염 및 마스염의 군, 흑색안료는 카본블랙 및 철흑의 군, 백색안료는 실리카백, 알루미나백, 백토 및 탄산칼슘의 군에서 각각 선택된다.

또한 필요한 색상을 내기 위하여 각 안료에서 선택된 하나 이상의 물질을 혼합하여 색상을 낸다.

또한 본 발명에 따른 광물성 안료는 색상을 갖되 전체적으로 투명하도록 하여 건축물의 외관으로서의 미적 기능을 보다 부가시킬 수 있도록 설계된다.

차폐 기능성 조성물은 금속산화물을 주로 이용하되, 20~80 중량%가 포함되도록 한다.

여기에서, 차폐 기능성 조성물은 적외선 및 자외선을 차단하는 것으로서, 광학적 특성은 물론 광물성 안료와 혼합이 용이한 크기 및 재료를 선택하도록 한다.

일반적으로, 코팅용 금속산화물은 주로 인듐주석산화물(ITO: Indium tin oxide) 및/또는 안티몬 주석 산화물(ATO: Antimony tin oxide)을 중심으로 필요한 금속산화물을 혼합하여 복합금속산화물을 형성하게 된다.

본 발명의 실시예에서는 안티몬 주석 산화물을 중심으로(40~70 중량%), 산화아연(5~15 중량%) 및 산화주석(5~15 중량%)을 소량 혼합하고 기타 필요한 금속 산화물을 선택하여 추가하였다.(5~10 중량%)

실험예 1. 칼라 차폐코팅 조성물의 광학적 특징

상기 실시예 1에 따라서, 유리 바인더 수지 5 중량%, 레벨링제 0.01 중량%, 광물성 안료(카드뮴옐로) 10 중량%, 차폐 조성물 49.99 중량%(안티몬 주석 산화물), 기타 용제 35 중량%로 하여 광학적 특징을 실험하였다.

칼라차폐 코팅조성물	차폐계수 (SC)	자외선 차단율	가시광 투과율(%) 투과/반사	태양방사 (%) 투과/반사/흡수	열관류율 (W/m2K)	태양열취득율 일사열취득율 (SHGC)	취득총열량 (W/m2)
광학적특징	0.72	67%	69/6.8	48/5.5/46	4.0	0.63	492~494

여기에서, 차폐계수(SC, Shading coefficient)는 복사에너지 차단 정도의 비율로 창에 빛이 모두 통과할 경우의 값이 1이며 0에 가까울수록 태양열이 많이 차폐된다고 볼 수 있다.

또한 열관류율(U-value)은 대류와 전도에 의해 전달되는 열에너지 정도를 나타내는 값으로 창을 사이에 두고 1도의 온도차이를 두었을 경우, 시간당 얼마만큼의 열량값이 전달되는지를 나타낸다.

또한 태양열취득율(Solar heat gain coefficient, solar factor)는 입사된 태양에너지 중 창을 통해 실내로 유입되는 태양에너지의 비율을 나타낸다.

또한 취득총열량(RHG, Relative heat gain)은 유리를 직접 투과하는 태양복사열과 유리가 태양복사열을 흡수한 후 실내 쪽으로 재방사하는 에너지를 합한 것이다. 즉 취득총열량이 작다는 것은 여름철 실외에서 실내로 유입되는 열량이 자다는 것을 의미한다.

상기의 실험결과를 고찰해보면, 시장에서 주요하게 이용되는 리그만 차열코팅의 광학적 특징과 거의 일치하는 것으로서, 칼라 코팅 조성물의 기능으로서는 매우 적합한 결과라고 볼 수 있다.

여기에서, 조성물에 포함되는 조성비의 조건에 따라 광학적 특징은 달라질 수 있음은 물론이나 유리 바인더 수지 및 레벨링제를 대폭 감소시키고 광물성 안료를 혼합한 조성물로서의 광학적 효능은 인정될 수 있다고 본다.

한편, 상기에서 도 1 내지 도 2를 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도 1 내지 도 2의 구성 및 기능에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

1: 유리판
2: 이송롤러
10: 전사롤러
10a: 축
11: 롤러몸체
12: 탄력층
13: 요홈부
20: 보조롤러
30: 코팅액 주입기
40: 코팅액 혼합기
50: 열경화장치

Claims (5)

1. 차폐 조성물 및 광물성 안료를 혼합하여 칼라 차폐 조성물을 획득하는 단계;
   상기 칼라 차폐 조성물을 코팅액 주입기로 이동하는 단계;
   이동된 상기 조성물을 전사롤러의 요홈부에 주입하는 단계;
   상기 전사롤러가 회전하면서 유리판에 상기 조성물을 전사하는 단계;
   상기 유리판을 이송하여 열경화시키는 단계;를 포함하되,
   상기 광물성 안료는 0.3~15 중량%로 포함되도록 하는 것을 특징으로 하는, 에너지 절감형 칼라 차폐유리 제조방법.
   
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 칼라 차폐 조성물의 차폐계수는 0.72인 것을 특징으로 하는, 에너지 절감형 칼라 차폐유리 제조방법.
   
4. 전사롤러의 요홈부에 주입되어, 상기 전사롤러가 회전하면서 유리판에 전사되는 칼라 차폐 조성물은,
   유리 바인더 수지 0~5 중량%; 레벨링제는 0~0.1 중량%; 광물성 안료 0.3~15 중량%; 차폐 조성물 20~80 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는, 칼라 차폐 조성물.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 광물성 안료는, 황색, 녹색, 청색, 자색, 흑색 또는 백색안료로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 안료를 포함하는 것을 특징으로 하는, 칼라 차폐 조성물.
   

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