KR102715243B1 - 창호용 기능성 건축 자재 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 투명 기재 및 상기 투명 기재의 일면에 형성된 저방사 코팅을 포함하고, 상기 저방사 코팅은 저방사층, 상기 저방사층의 하부에 적층된 하부 유전체 및 상기 저방사층의 상부에 적층된 상부 유전체를 포함하고, 상기 하부 유전체는 제1유전체층, 제2유전체층, 제3유전체층 및 제4유전체층을 포함하고, 상기 하부 유전체는 제5유전체층, 제6유전체층, 제7유전체층, 제8 유전체층 및 제9유전체층을 포함하고, 상기 하부 유전체의 유전체층 중 적어도 2개가 질화실리콘알루미늄을 포함하고, 상기 상부 유전체의 유전체층 중 적어도 2개가 질화실리콘알루미늄을 포함하고, 적어도 1개가 산화알루미늄아연을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재에 관한 것이다.
Description
본 발명은 창호용 기능성 건축 자재에 관한 것이다.
저방사 유리(Low-Emissivity glass)는 은(Ag)과 같이 적외선 영역에서의 반사율이 높은 금속을 포함하는 저방사층이 박막으로 증착된 유리를 말한다. 이러한 저방사 유리는 적외선 영역의 복사선을 반사시켜 여름에는 실외의 태양 복사열을 차단하고 겨울에는 실내의 난방 복사열을 보존함으로써 건축물의 에너지 절감 효과를 가져오는 기능성 소재이다.
일반적으로 저방사층으로 사용되는 은(Ag)은 공기 중에 노출되었을 때 산화가 되므로, 상기 저방사층의 상부 및 하부에 산화방지막으로 유전체층을 증착시킨 저방사 코팅을 유리에 증착 시킨다. 이러한 유전체층은 가시광 투과율을 증가시키는 역할도 한다.
그러나 저방사 코팅은 고온 다습한 환경에서 대기중의 산소, 클로라이드, 설파이드, 이산화황 등과 같은 부식제와 접촉하게 되면 은(Ag)층의 부식이 발생하여 손상되는 문제가 발생한다. 또한, 저방사 코팅은 외부 충격에 취약하여 운송 또는 취급시에도 긁힘에 의한 코팅의 손상이 빈번하게 발생한다. 또한, 저방사 코팅이 손상된 경우 고온에서 열처리시 상기 손상된 부분이 산화되어 불량을 야기한다.
본 발명은 저방사층의 하부 유전체층 및 상부 유전체층에 신규한 조성의 다층 구조를 포함하는 저방사 코팅을 제공함으로써 운송 또는 취급시 긁힘에 의한 저방사 코팅의 손상이 적어 광학 성능의 저하 없이 보관 성능을 향상시킬 수 있는 창호용 기능성 건축 자재를 제공하는 것을 해결 과제로 한다.
전술한 과제를 해결하기 위한 수단으로,
본 발명의 창호용 기능성 건축 자재는 투명 기재 및 상기 투명 기재의 일면에 형성된 저방사 코팅을 포함하고, 상기 저방사 코팅은 저방사층, 상기 저방사층의 하부에 적층된 하부 유전체 및 상기 저방사층의 상부에 적층된 상부 유전체를 포함하고, 상기 하부 유전체는 제1유전체층, 제2유전체층, 3유전체층 및 제4유전체층을 포함하고, 상기 하부 유전체는 제5유전체층, 제6유전체층, 제7유전체층, 제8 유전체층 및 제9유전체층을 포함하고, 상기 하부 유전체의 유전체층 중 적어도 2개가 질화실리콘알루미늄을 포함하고, 상기 상부 유전체의 유전체층 중 적어도 2개가 질화실리콘알루미늄을 포함하고, 적어도 1개가 산화알루미늄아연을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1유전체층, 제3유전체층, 제6유전체층 및 제9유전체층이 질화실리콘알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제8유전체층이 산화알루미늄아연을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1유전체층의 굴절률은 1.95 내지 2.1이고, 제3유전체층의 굴절률은 2.2 내지 2.3인 것을 특징으로 한다.
또한, 제6유전체층의 굴절률은 2.2 내지 2.3이고, 제9유전체층의 굴절률은 2.1 내지 2.2인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1유전체층은 제3유전체층의 두께의 1.0 내지 2.5배인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제3유전체층의 두께는 8 내지 15 nm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제9유전체층은 제6유전체층의 두께의 1.0 내지 2.5배인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제6유전체층의 두께는 8 내지 15 nm인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저방사층 및 하부 유전체 사이에 하부 저방사 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 저방사층 및 상부 유전체 사이에 상부 저방사 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부 저방사 보호층 및 상부 저방사 보호층은 각각 Ni, Ti, Nb, Cr, Al, Zn, Mo 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 또는 합금을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부 유전체의 상부에 최상부 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 최상부 보호층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산화질화물 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 금속은 Si, Zr, Ti, Nb, Sn, Zn, Al, Bi, Ni 및 Cr 중에서 선택된 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 창호용 기능성 건축 자재는 단열 성능, 내마모성, 내구성 및 보관 성능이 개선되고, 높은 가시광선 투과율을 구현한다.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 창호용 기능성 건축 자재를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 실시예의 항온항습챔버에서 보관성능 실험 결과이다.
도 3은 비교예의 항온항습챔버에서 보관성능 실험 결과이다.
도 4는 실시예의 옥내 노출환경에서 보관성능 실험 결과이다.
도 5는 비교예의 옥내 노출환경에서 보관성능 실험 결과이다.
도 2는 실시예의 항온항습챔버에서 보관성능 실험 결과이다.
도 3은 비교예의 항온항습챔버에서 보관성능 실험 결과이다.
도 4는 실시예의 옥내 노출환경에서 보관성능 실험 결과이다.
도 5는 비교예의 옥내 노출환경에서 보관성능 실험 결과이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 '투명 기재'란 용어는 유리로서 언급될 것이나, 이 용어는 또한 유기 중합체로 만들어진 기재를 포함하는 것으로 이해된다. 상기 기재는 그것만이 견딜 수 있는 열처리가 언급될 때, 문자적 의미 그대로 오직 유리이다.
이하에서는, 본 발명의 몇몇 구현예에 따른 창호용 기능성 건축 자재를 설명하도록 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 투명 기재(10) 및 상기 투명 기재의 일면에 형성된 저방사 코팅(20)을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 창호용 기능성 건축자재를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
상기 투명 기재(10)는 가시광선 투과율이 높은 투명 기재일 수 있고, 예를 들어, 약 80% 내지 약 100% 가시광선 투과율을 갖는 유리 또는 투명 플라스틱 기판일 수 있다. 상기 투명 기재(10)는, 예를 들어, 건축용으로 사용되는 유리가 제한 없이 사용될 수 있고, 예를 들어, 약 2mm 내지 약 12mm의 두께일 수 있고, 사용 목적 및 기능에 따라 달라질 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 저방사 코팅(20)은 저방사층(30), 저방사층(30) 하부에 적층된 하부 유전체(40), 저방사층(30)의 상부에 적층된 상부 유전체(50)를 포함한다.
상기 저방사 코팅(20)은 태양 복사선 중 선택적으로 원적외선을 반사하는 저방사층 (30)을 기반으로 하는 다층 박막 구조로, 방사율을 낮추어 상기 저방사 코팅 (20에 저방사율 즉, 로이 (Low-e: low emissivity) 효과에 의한 우수한 단열 성능을 부여한다.
상기 저방사 코팅(20)은 상기와 같은 구조로 형성되어, 예를 들어 창문 유리의 코팅막으로 적용시, 여름에는 실외의 태양 복사열을 반사시키고 겨울에는 실내의 난방 복사열을 보존함으로써 실내외간 열의 이동을 최소화하여, 건축물의 에너지 절감 효과를 가져오는 기능성 소재이다.
'방사율 (Emissivity)'이란 물체가 임의의 특정 파장을 갖는 에너지를 흡수, 투과 및 반사하는 비율을 의미하는 것이다. 즉, 본 명세서에서 방사율은 적외선 파장 영역에 있는 적외선 에너지의 흡수 정도를 나타내는 것으로서, 구체적으로는 강한 열 작용을 나타내는 약 5㎛ 내지 약 50㎛의 파장영역에 해당하는 원적외선이 인가되었을 때, 인가되는 적외선 에너지에 대하여 흡수되는 적외선 에너지의 비율을 의미한다.
키르히호프의 법칙에 의하면, 물체에 흡수된 적외선 에너지는 물체가 다시 방사하는 적외선 에너지와 동일하므로, 물체의 흡수율과 방사율은 동일하다.
또한, 흡수되지 않은 적외선 에너지는 물체의 표면에서 반사되므로 물체의 적외선 에너지에 대한 반사율이 높을수록 방사율은 낮은 값을 갖는다. 이를 수치적으로 나타내면, 「방사율 = 1 - 적외선 반사율」의 관계를 갖는다.
이와 같은 방사율은 이 분야에서 통상적으로 알려진 다양한 방법을 통하여 측정될 수 있고, 예를 들어 KSL2514 규격에 의해 퓨리에 변환 적외선 분광기(FT-IR) 등의 설비로 측정할 수 있다.
임의의 물체, 예를 들어, 저방사 유리 등의 이와 같은 강한 열 작용을 나타내는 원적외선에 대한 흡수율, 즉 방사율이 단열 성능을 측정하는데 있어서, 매우 중요한 의미를 나타낼 수 있다.
상기 저방사 코팅(20)은 상기 투명 기재(10)에 코팅막으로 적용되어, 가시광선 영역에서는 소정의 투과 특성을 유지시켜 우수한 채광성을 구현할 수 있으면서, 적외선 영역에서는 방사율을 낮추어 우수한 단열 효과를 제공할 수 있는 에너지 절약형 창호용 기능성 건축 자재를 구현할 수 있다. 이러한 창호용 기능성 건축 자재는 일명, '로이 유리'라고 칭해지기도 한다.
상기 저방사층 (30)은 낮은 방사율을 가질 수 있는 전기 전도성 재료, 예를 들어 금속을 포함하는 층으로, 즉, 낮은 면저항을 가지고 그에 따라 낮은 방사율을 갖는다.
예를 들어, 상기 저방사층 (30)은 방사율이 약 0.01 내지 약 0.3일 수 있고, 구체적으로 약 0.01 내지 약 0.2일 수 있고, 보다 구체적으로 약 0.01 내지 약 0.1일 수 있으며, 보다 더 구체적으로 약 0.01 내지 약 0.08일 수 있다.
상기 방사율 범위의 저방사층 (30)은 가시광선 투과율 및 적외선 방사율을 적절히 조절하여 우수한 채광성 및 단열 효과를 동시에 구현할 수 있다. 상기와 같은 방사율을 갖는 상기 저방사층 (30)은 박막으로 구성한 재료의 면저항이 예를 들어, 약 0.78 Ω/sq내지 약 6.42 Ω/sq일 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 저방사층 (30)은 태양 복사선을 선택적으로 투과 및 반사시키는 기능을 수행하고, 구체적으로 적외선 영역의 복사선에 대한 반사율이 높아 저방사율을 갖는다.
상기 저방사층 (30)은 Ag, Au, Cu, Al, Pt, 이온 도핑 금속 산화물 및 이들의 조합을 포함하는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있고, 이에 제한되는 것이 아니며, 저방사 성능을 구현할 수 있는 것으로 공지된 금속이 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 이온 도핑 금속 산화물은 예를 들어, 인듐주석산화물(ITO), 불소 도핑된 주석산화물(FTO), Al 도핑된 아연산화물(AZO), 갈륨아연산화물(GZO) 등을 포함한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 저방사층 (30)은 은(Ag) 또는 은(Ag)을 함유하는 금속 합금을 포함하는 층일 수 있고, 그 결과 상기 저방사 코팅 (20)은 높은 전기전도도, 가시광선 영역에서의 낮은 흡수율, 내구성 등을 구현할 수 있다.
상기 저방사층 (30)의 두께는, 예를 들어, 약 5nm 내지 약 25nm일 수 있다. 상기 범위의 두께를 갖는 저방사층 (30)은 낮은 적외선 방사율 및 높은 가시광선 투과율을 동시에 구현하기에 적합하다.
상기 저방사층 (30)을 포함하는 저방사 코팅 (20)이 형성된 유리와 같은 저방사 유리는 고온 다습한 환경에서 대기 중의 산소, 클로라이드, 설파이드, 이산화황 등과 같은 부식제와 접촉하게 되면 저방사층 (30)에서 부식이 발생하여 저방사 코팅 (20)의 코팅막이 손상되기 쉽다. 또한, 이러한 저방사 유리는 운송 또는 취급시의 긁힘에 의해 저방사 코팅 (20)의 코팅막이 빈번하게 손상되기 쉽다.
상기 저방사 코팅(20)은 저방사층(30) 이외에도 하부 유전체(40) 및 상부 유전체(50)를 포함하고, 다층 구조로 형성됨으로써 상기 저방사층(30)을 효과적으로 보호하여 이러한 단점을 보완한다.
상기 하부 유전체(40)는 다수의 유전체층을 포함하는 다층구조이다. 상기 하부 유전체(40)는 하부로부터 제1유전체층(41), 제2유전체층(42), 제3유전체층(43) 및 제4유전체층(44)을 순서대로 포함한다.
상기 제1유전체층(41), 제3유전체층(43) 및 제4유전체층(44)은 각각 Si, Al, Zn 또는 Sn의 금속, 상기 금속의 적어도 2종을 포함하는 복합금속, 상기 금속의 산화물, 상기 금속의 질화물, 상기 금속의 산화질화물, 상기 복합금속의 산화물, 상기 복합금속의 질화물, 상기 복합금속의 산화질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2유전체층(42)은 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, TiOx; ZrOx; TaOx; 또는 Ti, Zr 및 Ta 중 적어도 2 이상의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 산화물;을 포함할 수 있고, 약 1.5≤x≤2.0 일 수 있고, 구체적으로, 약 1.6≤x≤1.9 일 수 있다.
상기 하부 유전체(40)의 유전체층 중 적어도 2개가 질화실리콘알루미늄을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 제1유전체층(41) 및 제3유전체층(43)이 질화실리콘알루미늄을 포함할 수 있다. 질화실리콘알루미늄을 포함하는 유전체층이 다층으로 형성됨으로써, 650℃ 내지 700℃의 고온에서 이루어지는 강화 공정 중에 열 에너지에 의해 투명 기재(10)로부터 하부 유전체(40)의 코팅막 내부로 이동되는 알칼리 이온 및 산소의 이동을 차단하여 저방사층(30)의 손상을 방지할 수 있고, 이에 따라 강화성능이 개선될 수 있다. 따라서 질화실리콘알루미늄층은 적어도 2개 이상의 유전체층에 포함되는 것이 바람직하고, 특히 제1유전체층에 포함되어 투명 기재(10)의 상부에 적층되는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 제1유전체층(41)의 굴절률은 1.95 내지 2.1이고, 제3유전체층(43)의 굴절률은 2.2 내지 2.3이다.
상기 질화실리콘알루미늄을 포함하는 제1유전체층(41)은, 박막 증착시 공급되는 Ar가스의 상대적인 비율이 높기 때문에 메탈릭 박막이 형성되고, 굴절률이 감소하며, 상대적으로 강화성능 및 보관성능이 향상된다.
상기 질화실리콘알루미늄을 포함하는 제3유전체층(43)은, 박막 증착시 공급되는 N 가스의 상대적인 비율이 높기 때문에 세라믹 박막이 형성되고, 굴절률이 증가하며, 상대적으로 내마모성이 향상된다. 상기 상대적인 비율은 박막 증착시 공급되는 Ar과 N 을 포함하는 전체 가스 중 Ar 가스의 비율 또는 N 가스의 비율을 의미한다.
상기 제1유전체층(41)은 제3유전체층(43)의 두께의 1.0 내지 2.5배이다. 제1유전체층의 두께가 제3유전체층의 두께의 1.0배 내지 2.5배 인 경우, 투과율, 투과색, 코팅면의 반사색 및 내구성을 구현하는데 있서 바람직하다.
상기 제3유전체층(41)의 두께는 8 내지 15nm 인 것이 바람직하다. 이에 따라 제1유전체층의 두께는 8 내지 37.5 nm 인 것이 바람직하다.
상기 상부 유전체(50)는 다수의 유전체층을 포함하는 다층구조이다. 상기 상부 유전체(50)는 하부로부터 제5유전체층(51), 제6유전체층(52), 제7유전체층(53), 제8유전체층(54) 및 제9유전체층(55)을 순서대로 포함한다.
상기 제5유전체층 내지 제6유전체층 및 제8유전체층 내지 제9유전체층은 각각 Si, Al, Zn 또는 Sn의 금속, 상기 금속의 적어도 2종을 포함하는 복합금속, 상기 금속의 산화물, 상기 금속의 질화물, 상기 금속의 산화질화물, 상기 복합금속의 산화물, 상기 복합금속의 질화물, 상기 복합금속의 산화질화물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 제7유전체층(53)은 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 산화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, TiOx; ZrOx; TaOx; 또는 Ti, Zr 및 Ta 중 적어도 2 이상의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 산화물;을 포함할 수 있고, 약 1.5≤x≤2.0 일 수 있고, 구체적으로, 약 1.6≤x≤1.9 일 수 있다.
상기 상부 유전체(50)의 유전체층 중 적어도 2개가 질화실리콘알루미늄을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 제6유전체층(52) 및 제9유전체층(55)이 질화실리콘알루미늄을 포함할 수 있다. 질화실리콘알루미늄을 포함하는 유전체층이 다층으로 형성됨으로써, 650℃ 내지 700℃의 고온에서 이루어지는 강화 공정 중에 열 에너지에 의해 외부로부터 상부 유전체(50)의 코팅막 내부로 이동되는 알칼리 이온 및 산소의 이동을 차단하여 저방사층(30)의 손상을 방지할 수 있고, 이에 따라 강화성능이 개선될 수 있다. 따라서 질화실리콘알루미늄층은 적어도 2개 이상의 유전체층에 포함되는 것이 바람직하고, 특히 제5유전체층 및 제7유전체층 사이의 제6유전체층에 포함되는 것이 바람직하다.
상기 제6유전체층(52)의 굴절률은 2.2 내지 2.3이고, 제9유전체층(55)의 굴절률은 2.1 내지 2.2이다.
상기 질화실리콘알루미늄을 포함하는 제6유전체층(52) 및 제9유전체층(55)은, 박막 증착시 공급되는 N 가스의 상대적인 비율이 높기 때문에 세라믹 박막이 형성되고, 굴절률이 증가하며, 상대적으로 내마모성이 향상된다. 상기 상대적인 비율은 박막 증착시 공급되는 Ar과 N 을 포함하는 전체 가스 중 Ar 가스의 비율 또는 N 가스의 비율을 의미한다.
상기 제9유전체층(55)은 제6유전체층(52)의 두께의 1.0 내지 2.5배이다. 제9유전체층의 두께가 제6유전체층의 두께의 1.0배 내지 2.5배 인 경우, 투과율, 투과색, 코팅면의 반사색 및 내구성을 구현하는데 있서 바람직하다.
상기 제6유전체층(55)의 두께는 8 내지 15nm 인 것이 바람직하다. 이에 따라 제9유전체층의 두께는 8 내지 37.5 nm 인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 상부 유전체(50)는 적어도 1개의 산화알루미늄아연을 포함할 수 있다. 상기 제8유전체층(54)이 산화알루미늄아연을 포함하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 제7유전체층(53)이 산화티타늄을 포함하고, 제9 유전체층(55)이 질화실리콘알루미늄을 포함하는 경우, 제7유전체층과 제9 유전체층 사이에 계면 접착력이 높은 산화알루미늄아연을 포함하는 제8 유전체층(54)이 개재됨으로써 내마모성을 향상시킬 수 있다. 또한, 상부 유전체(50) 내의 굴절률 1.95 이하인 산소 부족 상태의 산화알루미늄아연(ZnAlOx)을 포함함으로써 외부의 산소가 저방사 코팅(20) 내부로 확산되는 현상을 억제할 수 있고, 이에 따라 보관 성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 저방사층(30) 및 하부 유전체(40) 사이에 하부 저방사 보호층(60)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 저방사층(30) 및 상부 유전체(50) 사이에 상부 저방사 보호층(70)을 더 포함할 수 있다.
상기 하부 저방사 보호층(60) 및 상부 저방사 보호층(70)이 저방사층(30)의 양면에 형성됨으로써 창호용 기능성 건축 자재의 단열 성능, 내마모성, 보관 성능 및 높은 가시광선 투과율을 확보할 수 있게 한다.
상기 하부 저방사 보호층(60) 및 상부 저방사 보호층(70)은 광흡수 성능이 뛰어난 금속 (또는 합금)으로 이루어져 태양광을 조절하는 기능을 하고, 그 재료, 두께 등을 조절하여 상기 저방사 코팅 (20)이 구현하는 색상을 조절할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 하부 저방사 보호층(60) 및 상부 저방사 보호층(70)은 각각 Ni, Ti, Nb, Cr, Al, Zn, Mo 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 또는 합금을 포함할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 예시된 금속의 조합은 합금 형태를 의미한다. 바람직하게는 Ni 및 Cr을 포함할 수 있다.
상기 하부 저방사 보호층(60) 및 상부 저방사 보호층(70)은 가시광선 영역에서의 소멸 계수 (extinction coefficient)가 약 1.5 내지 약 3.5일 수 있다. 상기 소멸 계수는 소재의 물질 고유의 특성인 광학 상수에서 도출되는 값으로서, 상기 광학 상수는 수식으로는 n-ik로 표기된다. 이때 실수 부분은 n은 굴절률이고, 허수 부분인 k는 소멸 계수 (흡수 계수, 흡광 계수, 소광 계수 등으로도 명명됨)라고 한다. 소멸 계수는 파장(λ)의 함수이며, 금속의 경우 소멸 계수가 0보다 큰 것이 일반적이다. 소멸 계수, k는 흡수 계수, α와 α=(4πk)/λ의 관계를 갖으며, 흡수 계수, α는 빛이 통과하는 매질의 두께가 d일 때, I=I0exp(-αd)의 관계로 매질에 의한 빛의 흡수로 인해 통과한 빛의 세기(I)가 입사한 빛의 세기(I0)에 비해 감소하게 된다.
상기 하부 저방사 보호층(60) 및 상부 저방사 보호층(70)은 상기 범위의 가시광선 영역의 소멸 계수를 갖는 금속을 사용하여, 가시광선의 일정 부분을 흡수하여, 상기 저방사 코팅 (20)이 소정의 색상을 갖도록 한다.
또한, 이러한 구조로 형성된 상기 창호용 기능성 건축 자재는 열처리에 의한 강화 처리를 하더라도 투과율 및 색상과 같은 광학 성능의 변화가 낮다. 기존에 강화 처리된 제품의 경우, 강화 처리 후에 광학 성능이 변하기 때문에 강화 처리 전 저방사 코팅의 광학 성능의 변화를 미리 고려하여 설계되어야 한다. 강화 처리하지 않고 출시되는 제품은 이러한 강화 처리시 변화를 전혀 고려할 필요가 없기 때문에, 강화 처리시 광학 성능의 변화를 고려하여 설계된 제품과 별도로 제조되어야 하는 불편이 있다. 상기 창호용 기능성 건축 자재는 강화 처리시 광학 성능의 변화가 크지 않기 때문에, 강화 처리하지 않고 출시되는 제품과 강화 처리시 광학 성능의 변화를 고려하여 설계된 제품을 별도로 구별하지 않고 제작할 수 있는 이점이 있다.
상기 하부 저방사 보호층(60) 및 상부 저방사 보호층(70)은 각각 약 0.5nm 내지 약 2nm의 두께로 할 수 있고, 이에 한정되지 않으며, 용도에 맞게 적절히 변경할 수 있다. 상기 저방사 코팅 (20)은 상기 두께 범위의 하부 저방사 보호층(60) 및 상부 저방사 보호층(70)을 각각 형성함으로써 저방사층(30)을 보호하여, 단열 성능, 내구성, 강화 전후 광학 성능 변화를 낮추는 역할을 수행하면서 소정의 투과율 및 반사율을 갖도록 조절하기에 적합하다.
상기 저방사 코팅 (20)은 소정의 광학 성능을 구현하기 위하여 전술한 구조 이외의 다른 추가적인 층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서 상기 상부 유전체(50)의 상부에 최상부 보호층(80)을 더 포함할 수 있다.
상기 최상부 보호층 (80)은 최외각에 노출되는 층으로서, 지르코늄계 화합물을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 최상부 보호층 (80)은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산화질화물 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하거나, 상기 적어도 하나에, 비스무트(Bi), 붕소(B), 알루미늄(Al), 규소(Si), 마그네슘(Mg), 안티몬(Sb), 베릴륨(Be) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나의 원소가 도핑된 물질을 포함할 수 있다. 상기 금속은 Si, Zr, Ti, Nb, Sn, Zn, Al, Bi, Ni 및 Cr 중에서 선택된 적어도 어느 하나일 수 있고, 이에 한정되지 않는다.
상기 최상부 보호층(80)은 하부 유전체(40) 및 상부 유전체(50)와 함께 우수한 광학 성능을 구현할 수 있다.
상기 창호용 기능성 건축 자재를 제조하기 위해, 먼저 투명 기재(10)를 준비한 뒤, 상기 저방사 코팅 (20)의 각 층을 순차적으로 형성할 수 있다. 저방사 코팅 (20)의 각 층을 공지된 방법에 따라, 원하는 물성을 구현하기에 적합한 방법으로 형성할 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐이고 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
실시예
마그네트론 스퍼터링 증착기를 사용하여, 하기와 같이 투명 유리 기재에 코팅된 다층 구조의 저방사 코팅을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재를 제조하였다.
5mm 두께의 투명 유리 기재 상에 아르곤/질소 분위기 하에서 제1 유전체층인 질화실리콘알루미늄을 증착하고, 이어서 아르곤/산소 분위기 하에서 제2 유전체층인 산화티타늄을 형성하였다. 아르곤/질소 분위기 하에서 제3 유전체층인 질화실리콘알루미늄을 형성하였고, 아르곤/산소 분위기 하에서 제4유전체층인 산화알루미늄아연층을 형성한 후, 아르곤 100% 분위기하에서 니켈크롬층을 형성시켜 하부 저방사 보호층을 형성하였다.
다음으로 은층을 증착하여 저방사층을 형성하였고, 상기 저방사층 상부에 아르곤 100% 분위기 하에서 니켈크롬층을 형성시켜 상부 저방사 보호층을 형성하고, 아르곤/산소 분위기 하에서 산화알루미늄아연층을 형성하여 제5 유전체층을 형성하였다. 그 후 아르곤/질소 분위기 하에서 제6유전층인 질화실리콘알루미늄을 증착하고, 이어서 아르곤/산소 분위기 하에서 제7 유전층인 산화티타늄을 형성하고, 아르곤/산소 분위기 하에서 제 8 유전층인 산화알루미늄아연층을 형성하고, 아르곤/질소 분위기 하에서 제9 유전층인 질화실리콘알루미늄을 형성하였다.
비교예
마그네트론 스퍼터링 증착기를 사용하여, 하기와 같이 투명 유리 기재에 코팅된 다층 구조의 저방사 코팅을 포함하는 창호용 기능성 건축 자재를 제조하였다.
5mm 두께의 투명 유리 기재 상에 아르곤/산소 분위기 하에서 산화티타늄을 형성하고, 아르곤/산소 분위기 하에서 산화알루미늄아연층을 형성한 후, 아르곤 100% 분위기하에서 니켈크롬층을 형성하였다.
다음으로 은층을 증착하여 저방사층을 형성하였고, 상기 저방사층 상부에 아르곤 100% 분위기 하에서 니켈크롬층을 형성하고, 아르곤/산소 분위기 하에서 산화알루미늄아연층을 형성하고, 아르곤/산소 분위기 하에서 산화티타늄을 형성하고, 아르곤/질소 분위기 하에서 질화실리콘알루미늄을 형성하였다.
평가
(1) 내마모성 평가
1) 경도 평가
박막의 경도는 Ericsen Scratch Hardness Tester 413 장비에 1.0 Φ 팁(tip)을 적용하여 0.1 N 에서 1.0 N까지 하중을 변경해가며, 스크래치 발생 유무를 확인하고 박막의 경도를 비교하였다. 수치가 높을수록 내마모성이 우수하다. 경도가 0.7N 이상인 경우, 0.7N 미만인 경우보다 내마모성이 우수하다.
2) 헤이즈의 변화량 평가
Haze의 변화량을 BYK Gardner 社 Haze-gard plus 장비로 측정하였다. 헤이즈의 변화량이 작을수록 내마모성이 우수하다. 헤이즈의 변화량이 0.5% 이하인 경우, 0.5% 초과인 경우보다 내마모성이 우수하다.
3) 세척 등급 평가
실시예 및 비교예 에 따라 제조된 창호용 기능성 건축 자재에 대하여, 세척기(MANNA, MGR-460)를 사용하여 내마모성 시험을 실시하였고, 그에 따라 육안으로 상기 각 저방사 코팅의 표면에 스크래치가 발생하는 정도를 상대적으로 구분하여 세척등급을 나타내었다.
상기 세척 등급이 2등급 이하인 경우 적합하고, 3등급 이상인 경우 부적합하다.
상기 실시예 및 비교예의 내마모성에 대한 실험 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 실시예 | 비교예 | ||
| 경도 | 경도(N) | 0.8~1.0 | 0.3~0.4 |
| 헤이즈 변화량 | △Haze(%) | 0.3~0.4 | 0.8~1.1 |
| 세척 등급 | 초기 | 1등급(pass) | 1.5 등급(pass) |
| 5일 이후 | 1.5 등급(pass) | 2등급(pass) |
2) 보관 성능 평가
1)항온항습챔버 노출 평가
상기 실시예 및 비교예의 물질을 온도 50℃, 습도 90%RH의 항온항습챔버에서 7일 및 14일간 각각 방치한 후, 표면의 부식점을 관찰한다.
현미경으로 200 배율로 관찰하여 부식점이 발견되지 않을수록 우수한 특성을 갖는 것이며, 부식점이 100개 미만인 경우 PASS, 100개 초과인 경우 FAIL로 나타내었다.
상기 실시예 및 비교예의 항온항습챔버에서 보관 성능에 대한 실험 결과를 하기 표 2 및 도 2 내지 5에 나타내었다.
| 실시예 | 비교예 | |
| 7일차 | PASS(10개 이하) | PASS (30개) |
| 14일차 | PASS(10개 이하) | FAIL (100개 이상) |
2) 옥내 노출 평가
상기 실시예 및 비교예의 물질을 옥내 노출 평가를 통해 보관 성능을 평가하였다. 옥내에서 4일 및 12일간 각각 방치한 후, 표면의 부식 발생여부를 관찰하였으며, 부식이 발생하지 않는 경우 PASS, 발생하는 경우 FAIL로 나타내었다.
상기 실시예 및 비교예의 옥내 노출시 보관 성능에 대한 실험 결과를 하기 표 3 에 나타내었다.
| 실시예 | 비교예 | |
| 7일차 | PASS | FAIL |
| 14일차 | PASS | FAIL |
(3) 광학특성 평가
1) 투과율 측정
UV-Vis-NIR 스펙트럼 측정 장치(Shimadzu, Solidspec-3700)를 이용하여 250 내지 2500nm 범위의 1nm 구간 폭으로 광학 스펙트럼을 측정한 후, 결과 값을 KS L 2514 기준에 의거하여, 가시광선 투과율을 측정하였다.
2) 방사율 측정
원적외선 분광 측정장치인 FT-IR (Frontier, Perkin Elmer사)를 이용하여 창호용 기능성 건축 자재의 저방사 코팅이 코팅된 쪽의 일면의 원적외선 반사율 스펙트럼을 측정하였으며, 그 결과로부터 KS 2514 규격에 맞게 원적외선 평균 반사율을 산출한 후, 하기 [식 1]로 방사율을 평가하였다.
[식 1]
방사율(%) = 100%-(원적외선 평균반사율)
3) 외측 반사색 측정
UV-Vis-NIR 스펙트럼 측정 장치(Shimadzu, Solidspec-3700)를 이용하여 250 내지 2500nm 범위의 1nm 구간 폭으로 광학 스펙트럼을 측정한 후, 결과 값을 KS L 2514 기준에 의거하여, 외측 반사색을 측정하였다.
상기 실시예 및 비교예의 광학 특성에 대한 실험 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
| 구분 | 투과율(복층,%) | 방사율(단판,%) | 외측 반사색(복층) |
| 실시예 | 63.5 | 2.8~3.2 | a*: -0.8 *: -11.3 |
| 비교예 | 65.0 | 3.0~3.2 | a*: 1.5 *: -10.8 |
실시예의 창호용 기능성 건축 자재는 광학 및 단열 성능이 우수하면서 푸른색 구현이 가능한 것을 확인할 수 있다.
10: 투명 기재
20: 저방사 코팅
30: 저방사층
40: 하부 유전체
41: 제1유전체층
42: 제2유전체층
43: 제3유전체층
44: 제4유전체층
50: 상부 유전체
51: 제5유전체층
52: 제6유전체층
53: 제7유전체층
54: 제8유전체층
55: 제9유전체층
60: 하부 저방사 보호층
70: 상부 저방사 보호층
80: 최상부 보호층
20: 저방사 코팅
30: 저방사층
40: 하부 유전체
41: 제1유전체층
42: 제2유전체층
43: 제3유전체층
44: 제4유전체층
50: 상부 유전체
51: 제5유전체층
52: 제6유전체층
53: 제7유전체층
54: 제8유전체층
55: 제9유전체층
60: 하부 저방사 보호층
70: 상부 저방사 보호층
80: 최상부 보호층
Claims (14)
- 투명 기재 및 상기 투명 기재의 일면에 형성된 저방사 코팅을 포함하고,
상기 저방사 코팅은 저방사층, 상기 저방사층의 하부에 적층된 하부 유전체 및 상기 저방사층의 상부에 적층된 상부 유전체를 포함하고,
상기 하부 유전체는 제1유전체층, 제2유전체층, 제3유전체층 및 제4유전체층을 포함하고,
상기 상부 유전체는 제5유전체층, 제6유전체층, 제7유전체층, 제8 유전체층 및 제9유전체층을 포함하고,
상기 하부 유전체의 유전체층 중 적어도 2개가 질화실리콘알루미늄을 포함하고,
상기 상부 유전체의 유전체층 중 적어도 2개가 질화실리콘알루미늄을 포함하고, 적어도 1개가 산화알루미늄아연을 포함하며,
상기 제1유전체층, 제3유전체층, 제6유전체층 및 제9유전체층이 질화실리콘알루미늄을 포함하고,
상기 제8유전체층이 산화알루미늄아연을 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 제1유전체층의 굴절률은 1.95 내지 2.1이고, 제3유전체층의 굴절률은 2.2 내지 2.3인
창호용 기능성 건축 자재.
- 제 1 항에 있어서, 제6유전체층의 굴절률은 2.2 내지 2.3이고, 제9유전체층의 굴절률은 2.1 내지 2.2인
창호용 기능성 건축 자재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1유전체층은 제3유전체층의 두께의 1.0 내지 2.5배인
창호용 기능성 건축 자재.
- 제 6 항에 있어서, 상기 제3유전체층의 두께는 8 내지 15 nm인
창호용 기능성 건축 자재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제9유전체층은 제6유전체층의 두께의 1.0 내지 2.5배인
창호용 기능성 건축 자재.
- 제 8 항에 있어서, 상기 제6유전체층의 두께는 8 내지 15 nm인
창호용 기능성 건축 자재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 저방사층 및 하부 유전체 사이에 하부 저방사 보호층을 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 저방사층 및 상부 유전체 사이에 상부 저방사 보호층을 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
- 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 하부 저방사 보호층 또는 상부 저방사 보호층은 각각 Ni, Ti, Nb, Cr, Al, Zn, Mo 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 또는 합금을 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부 유전체의 상부에 최상부 보호층을 포함하는
창호용 기능성 건축 자재.
- 제 13 항에 있어서, 상기 최상부 보호층은 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 산화질화물 및 이들의 조합을 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 금속은 Si, Zr, Ti, Nb, Sn, Zn, Al, Bi, Ni 및 Cr 중에서 선택된 적어도 어느 하나인
창호용 기능성 건축 자재.
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