KR101223887B1 - 붕소 화합물 코팅과 스퍼터링 공정을 접목한 투명 열차단 필름 제조방법 - Google Patents

붕소 화합물 코팅과 스퍼터링 공정을 접목한 투명 열차단 필름 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 붕소 화합물 코팅과 스퍼터링 공정을 접목한 투명 열차단 필름 제조방법에 관한 것으로, 투명 열차단 필름 제조방법에 있어서, 베이스 필름에 해당하는 제 1PET 필름층 일측 표면으로 무기금속산화물과, 붕소 화합물, 희석용제, 첨가제, 촉매를 포함하여 구성되는 IR 차단제를 이용하여 적외선 차단층을 코팅하는 단계, 상기 적외선 차단층을 건조하는 단계, 상기 적외선 차단층이 형성된 표면으로 IR 반사를 위한 스퍼터링층을 형성하는 단계, 상기 스퍼터링층 표면으로 제 2PET 필름을 접착시키는 단계, 상기 제 2PET 필름 이형 필름을 접착시키는 단계 및 상기 제 1 PET 필름 타측 표면으로 하드 코팅층을 코팅하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 본 발명은 내구성, 시인성, 전자파 차폐성을 향상시킬 수 있어 산업분야에 다양하게 적용할 수 있는 장점이 있다.

Description

붕소 화합물 코팅과 스퍼터링 공정을 접목한 투명 열차단 필름 제조방법{Sputter coated with boron compounds, thermal shutdown films manufacturing process that combines a transparent way}
본 발명은 붕소 화합물이 첨가된 투명 열차단 코팅과 스퍼터링 공법을 이용한 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 효과적인 차단성과 투과성을 겸비한 투명 열차단 필름 제조방법에 관한 것이다.
태양광선은 크게 자외선(100 ~ 380 nm), 가시광선(380 ~ 780 nm), 적외선(780 ~ 60000 nm)으로 나누어지며, 적외선은 다시 근적외선 및 원적외선으로 구분된다. 이 중 자외선이 약 6%, 가시광선이 약 46%, 적외선이 약 48%로 구성되며, 자외선은 피부가 오랜 시간 노출될 경우 피부노화, 암 발생 등의 원인이 되고, 적외선은 실내 온도를 상승시켜 여름철 냉방 비용 증가의 원인이 된다.
최근에는 이러한 자외선 및 적외선을 포함하는 태양광선이 직접 실내로 조사되는 것을 차단하기 위하여 각종 차단필름을 자동차, 건축물 등의 창유리에 부착하여 자외선 및 적외선에의 노출을 방지하기 위한 제품들이 개발되어 실용화되고 있다. 이러한 차단 필름은 그 자체로 자외선, 적외선을 차단하는 기능뿐만 아니라, 창유리의 기계적 강도를 보완하는 역할, 창유리가 파손될 경우 유리 파편이 비산하는 것을 방지하는 기능, 착색필름을 도포할 경우에는 프라이버시를 보호하는 역할 등 다양한 기능을 수행한다.
KR 10-068300호 KR 10-018538호 KR 2004-0072862호 폴리에스테르 필름의 단면에 도포 수지와 용제로 희석된 염료 및 자외선 흡수제를 도포하여 제조하는 방법이 '대한민국 등록특허 제 068300호', 점착용 수지에 유기계 화합물인 열선흡수제를 배합하고 하드 코팅층에는 자외선 경화용 수지에 염료를 배합하여 사용하는 방법이 대한민국 등록특허 '제018538호', 폴리에스테르 지지층과 염료를 함유하는 폴리에스테르 컬러층 및 접착성 코팅층으로 이루어지며, 이러한 다층 구조의 적어도 하나의 층에 염료를 함유시키는 방법이 대한민국 공개특허 '제2004-0072862호'등이 제안되고 있다. 일반적으로 열차폐 물질로 사용되는 무기산화물은 뛰어난 내구성과 높은 열차단 특성을 가지고 있지만, 낮은 가시광선 투과율 때문에 그 활용 범위가 한정 되어 있다. 무기산화물에는 안티몬틴옥사이드(ATO), 인듐틴옥사이드(ITO), 2산화실리카(SiO2), 3산화알루미나(Al2O3), 3산화몰리브덴(MoO3), 5산화니오브(Nb2O5), 5산화 바나듐(V2O5), 텅스텐 브론즈(Tungsten Bronze) 등이 사용되고 있는데, 이중 특히 가장 많이 사용되며, 실제로 적외선차단 특성이 양호한 무기산화물로는 안티몬틴옥사이드(ATO), 인듐틴옥사이드(ITO)와 텅스텐 브론즈(TungstenBronze) 등이 있다. 도 1은 종래기술에 일예로 열차단 필름의 단면 구성도이다. 실내외로 유입, 유출되는 복사열을 차단하는 열차단층이 형성된 기재층과, 상기 열차단층과 접착할 수 있는 접착층이 형성된 보호층을 포함하며, 상기 열차단층과 상기 접착층이 마이크로웨이브파로 건조되는 것을 특징으로 한다. 하지만, 종래기술에 따른 열차단 필름의 경우 습식코팅 또는 스퍼터링 코팅 중 하나만을 사용하고 열차단 필름을 제조하는 게 일반적인데, 습식 코팅의 경우는 높은 열흡수율로 인해 유리표면온도가 올라가 유리의 열파현상이 발생하는 문제점이 있고, 스퍼터링 공정만으로 제조될 경우 높은 열차단율을 유지하기 위해 반사율이 올라갈 경우 실내 전파차단현상이 발생되는 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 특정파장의 투과도 조절이 가능한 붕소 화합물을 통해 열차단 필름으로 적외선 차단층을 형성함으로써 필름 전체의 두께를 줄일 수 있어 높은 생산성을 확보할 수 있고, 내구성을 향상시킬 수 있는 투명 열차단 필름을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 습식 코팅과 스퍼터링 코팅 방식 두가지를 모두 접목하여 각 방식에 따른 장점을 가질 수 있는 투명 열차단 필름을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 투명 열차단 필름 제조방법에 있어서, 베이스 필름에 해당하는 제 1PET 필름층 일측 표면으로 무기금속산화물과, 붕소 화합물, 희석용제, 첨가제, 촉매를 포함하여 구성되는 적외선 차단제를 이용하여 적외선 차단층을 코팅하는 단계, 상기 적외선 차단층을 건조하는 단계, 상기 적외선 차단층이 형성된 표면으로 적외선(IR) 반사를 위한 스퍼터링층을 형성하는 단계, 상기 스퍼터링층 표면으로 제 2PET 필름을 접착시키는 단계, 상기 제 2PET 필름 이형 필름을 접착시키는 단계 및 상기 제 1 PET 필름 타측 표면으로 하드 코팅층을 코팅하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스퍼터링층 형성단계는, 무기금속산화물을 스퍼터링 공정을 통해 형성하며, 상기 무기금속산화물은 ITO, AZO, Ag, AZO, ITO로 각각 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 적외선 차단층 건조단계는, 열풍 건조와 자외선 건조를 통해 건조하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하드 코팅층 형성단계는, 20nm 내지 30nm 크기의 세라믹 나노입자를 분산하여 형성시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하드 코팅층 형성단계 후에는, UV를 이용한 경화단계를 더 포함한다.
또한, 상기 스퍼터링층은, 상기 적외선 차단층과 동시에 코팅되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 붕소 화합물 첨가량 제어를 통해 파장별 투과도를 제어하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되고 작용되는 화학적으로 안정한 금속산화물을 사용하므로 산, 알칼리는 물론 열이나 빛에 대하여 안정성을 유지하며, 공기에 의한 산화나 황화현상 등의 결함이 없고, 금속계 증착 Coating 방식 및 Plasma Sputter 방식에서 나타나는 반사와 거울효과가 없으며, 난반사를 없애주므로 표지판의 인식 등이 우수하고, 우천 시 도로의 중앙선 등이 더 잘보이는 효과가 있고, 맑고 밝은 시야를 확보할 수 있는 장점이 있습니다.
또한, 금속 코팅한 썬팅 필름에 비해 전자파 차단 효과가 없어 무선장비에 전혀 장애를 주지 않으며, 뜨거운 열과 눈부심 차단으로 운전중의 편안함 제공합니다.
또한, 본 발명에 따른 열차단 필름의 활용도로 에어컨과 히터의 성능 및 냉난방 효율 증대, 뛰어난 투시도에 의한 탁월한 전면 투시성, 야간 운전시 반사/역반사가 거의 없고, 마주 오는 차량의 불빛을 최적으로 필터링하므로 눈의 피로가 감소하여 야간 운전시의 위험성 감소시킬 수 있는 효과가 있습니다.
또한, 본 발명은 습식코팅과 스퍼터링 코팅을 접목할 수 있도록 Roll to Roll Sputter 시스템을 통해 적외선 차단층 형성을 위한 금속박막을 코팅함으로써 컬러, 가시광선 투과율, 적외선 반사율 등을 자유롭게 조절할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래기술에 따른 열차단 필름의 단면 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 붕소 화합물 코팅과 스퍼터링 공정을 접목한 투명 열차단 필름 제조방법의 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 붕소 화합물이 첨가된 투명 열차단 필름의 구조를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 투명 열차단 필름의 적외선 차단층 형성을 위한 스퍼터링 시스템을 도시한 도면,
도 5는 ATO를 단독으로 사용한 열차단 필름의 Spectrophotometer 측정 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 붕소 화합물이 첨가된 열차단 필름의 Spectrophotometer 측정 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 붕소 화합물 코팅과 스퍼터링 공정을 접목한 투명 열차단 필름 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 붕소 화합물 코팅과 스퍼터링 공정을 접목한 투명 열차단 필름 제조방법은, 투명 열차단 필름 제조방법에 있어서, 베이스 필름에 해당하는 제 1PET 필름층 일측 표면으로 무기금속산화물과, 붕소 화합물, 희석용제, 첨가제, 촉매를 포함하여 구성되는 적외선 차단제를 이용하여 적외선 차단층을 코팅하는 단계, 상기 적외선 차단층을 건조하는 단계, 상기 적외선 차단층이 형성된 표면으로 적외선 반사를 위한 스퍼터링층을 형성하는 단계, 상기 스퍼터링층 표면으로 제 2PET 필름을 접착시키는 단계, 상기 제 2PET 필름 이형 필름을 접착시키는 단계 및 상기 제 1 PETT 필름 타측 표면으로 하드 코팅층을 코팅하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 붕소 화합물이 첨가된 투명 열차단 필름은 붕소 화합물을 이용하여 특정파장의 투과도 조절이 가능하고, 두께를 얇게 제작할 수 있으며, 내구성, 시안성, 차폐성이 높은 열차단 필름 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 열차단 필름 제조방법은 베이스 필름에 해당하는 제 1PET(Polyethylele Terephthalate) 필름(100) 표면으로 적외선 차단층(110)을 코팅하는 단계(S100), 적외선 차단층(110)을 건조하는 단계(S110), 상기 적외선 차단층으로 스퍼터링 공정을 통해 스퍼터링층(120)을 형성하는 단계(S120), 제 2PET 필름(130)을 접착시키는 단계, 및 상기 제 1PET 필름으로 하드 코팅층(160)을 형성하는 단계(S150)로 크게 구성된다.
도 2는 본 발명에 따른 붕소 화합물이 첨가된 투명 열차단 필름 제조방법의 순서도이다.
우선, 베이스 필름에 해당하는 제 1PET 필름(100)을 준비한 후 필름 표면으로 적외선(IR) 차단을 위한 적외선 차단층(110)을 형성한다(S100). 상기 적외선 차단층은 본 발명의 주요 기술적 요지로 붕소 화합물을 첨가하여 파장별 투과도를 조절할 수 있다. 적외선 차단층(110)은 붕소, 희석용제, 첨가제, 촉매를 혼합한 붕소 화합물을 습윤분사하고, 무기금속산화물을 스퍼터링 공정으로 코팅하여 적외선 차단층을 형성한다.
무기금속산화물의 경우 ATO 또는 ITO 나노입자를 코팅함으로써 IR 반사체 역할을 한다. 금속 산화물의 사이즈는 바람직하게는 1/1,000,000,000m의 초미립자 분말을 사용한다. 이러한 금속산화물은 아크릴산, 광촉매, 기타 고분자 화합물과 혼합되어 있다.
붕소 화합물은 본 발명에 따른 주요 첨가제로써, 유기용제와 붕소 화합물을 혼합하여 습윤 분사하여 적용한다. 상기 붕소 화합물은 800 ~ 1000nm의 파장 투과도를 조절하기 위한 것으로써, 이를 적용하여 두께를 3um 이하로 제조가 가능하다.
희석용제는 극성구조를 갖는 유기용제이며, Coating 점도 및 Coating Leveling 성을 조절하기 위하여 첨가하며, 첨가제는 습윤분산제의 일종으로 주성분은 메톡시프로아세이트계이며 역할은 코팅액의 극성을 조절하여 무기 나노 세라믹 입자의 응집 방지를 하여 Coating Leveling성을 향상시킨다. 촉매는 주제에 함유된 광촉매 역할을 보조하며, Curing영역을 UV Lamp발광 파장 중 가장 많은 부분인350 ~ 400nm영역에서 활성화 Curing하도록 하여 경화속도를 현격히 향상하여 제품 생산수율을 극대화시킴과 동시에 기존제품의 품질 수준(외관적인 특성)을 높인다. 촉매의 주성분으로 Bis(2,4,6-Trimethylbenzoyl)-phenylphosphineoxide가 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 바람직한 실시예로 적외선 차단층 구성을 위한 금속 산화물층(스퍼터링층)으로 다층 구조의 차단층을 형성할 수 있는데, Roll to Roll Sputter를 통해 구성한다. 상기 롤-투-롤(Roll-to-Roll) 스퍼터링 시스템은 롤러를 통해 베이스 필름이 공급되는 진공챔버 내부에서 증착하고자 하는 물질인 타겟이 순차 배열되고 필름이 통과할 때 타겟에서 순차적으로 스퍼터링하여 필름 표면에 금속박막을 증착하는 것이다.
이와 같이 형성되는 상기 적외선 차단층(110)은 반사율을 높여 유기, 무기 Coating에서 문제점으로 지적되는 높은 열흡수율을 상쇄시킴으로써, 전도에 의해 열이 내부로 전달되는 것을 차단하여 전체적인 에너지 관리측면에서 효율을 극대화시킬 수 있는 것이다. 적외선 차단층 코팅 후에는 열풍 및 자외선을 통해 건조시키는 것이 바람직하다.
여기서 상기 적외선 차단층을 형성하기 전에는 접착층을 도포하는데, 에너지가 높은 800 내지 1000nm 영역을 선택적으로 흡수/차단할 수 있는 적외선 코팅액을 투명 접착층에 혼합하여 유기 코팅층을 코팅함으로써 적외선의 직접적인 실내 유입을 차단할 수 있다.
상기 적외선 차단층을 형성한 후에는 다시 제 2PET 필름(130)을 접착한다. 즉, 제 1PET 필름과 제 2PET 필름 사이로 적외선 차단층이 형성되는 것이다.
그리고 유리나 창문과 같은 제품에 부착하기 위하여 접착기능을 부가하기 위하여 상기 제 2PET 필름 표면으로 점착층(140)을 도포하고(S130), 점착층으로 이형필름(150)을 부착한다(S140).
마지막으로 베이스 필름 타측면으로 하드 코팅층(160)을 형성한다(S150). 상기 하드 코팅층은 내구성을 향상시키기 위한 것으로, 표면 Scratch 방지 코팅 도료에 세라믹을 나노입자(20 ~ 30nm)로 분산하여 혼합한 것으로, 800 ~ 2500nm 영역의 파장이 직접적으로 실내로 유입되는 것을 차단한다.
도 3은 본 발명에 따른 붕소 화합물이 첨가된 투명 열차단 필름의 구조를 나타낸 단면도이다. 베이스 필름에 해당하는 PET 필름 타측면으로는 하드 코팅층(150)이 코팅되어 있으며, 일측면으로는 유기 코팅층, 적외선 차단층(110), 점착층(160) 및 이형 필름이 형성된다(S150). 단품으로 제작되는 열차단 필름의 경우 베이스 필름 타측면으로 이형필름(170)이 더 구성될 수 있다. 이형 필름은 유리창이나 차량 유리에 열차단 필름을 접착시킬 때 제거되는 필름이다. 상기 이형필름이 제거되면 점착층이 노출됨으로써 점착을 통해 열차단 필름을 부탁한다. 상기 이형 필름을 접착한 후에는 마지막으로 UV 경화 단계(S160)를 통해 필름 전체를 경화시켜 내구성을 마무리한다.
도 4는 본 발명에 따른 투명 열차단 필름의 적외선 차단층 형성을 위한 스퍼터링 시스템을 도시한 도면이다. 앞서 언급된 바와 같이 본 발명에서는 롤-투-롤 스퍼터링 시스템을 통해 적외선 차단층을 순차적으로 스퍼터링 할 수 있다. 좀 더 상세하게 본 발명에 따른 적외선 차단층의 금속 산화물은 ITO, AZO, Ag, AZO, ITO으로 각각 순차적인 구조를 갖는데, 롤-투-롤 스퍼터링 시스템을 통해 공급되는 PET 필름에 연속적으로 스퍼터링을 구현할 수 있다.
도 5는 ATO를 단독으로 사용한 열차단 필름의 Spectrophotometer 측정 그래프, 도 6은 본 발명에 따른 붕소 화합물이 첨가된 열차단 필름의 Spectrophotometer 측정 그래프이다. 두 그래프에서 비교할 수 있듯이 적외선 영역 중 에너지를 가장 많이 포함하는 800 내지 1000nm 영역을 붕소 화합물을 첨가한 제품이 최대로 차단시켜줌으로써 기존 ATO를 사용한 일반 Type 보다 열차단 효과를 극대화시킬 수 있다.
이와 같이 구성되고 작용되는 본 발명은 유기, 무기 코팅을 함으로써 NIR(근적외선)영역대의 파장이 직접 실내로 유입되는 것을 모두 차단하고 Sputtering 공정을 통해 NIR 영역에서 반사율을 높임으로써 열차단 필름의 장점을 극대화시킬 수 있는 우수한 효과가 있다. 이상, 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
100 : PET 필름층
110 : 적외선 차단층
120 : 스퍼터링층
130 : 제 2PET
140 : 점착층
150 : 이형필름

Claims (7)

  1. 투명 열차단 필름 제조방법에 있어서,
    베이스 필름에 해당하는 제 1PET 필름층 일측 표면으로 무기금속산화물 코팅과, 붕소, 희석용제, 첨가제, 촉매를 포함하는 붕소 화합물로 구성되는 적외선(IR) 차단제를 코팅하여 적외선 차단층을 코팅하는 단계;
    상기 적외선 차단층을 건조하는 단계;
    상기 적외선 차단층이 형성된 표면으로 적외선(IR) 반사를 위한 스퍼터링층을 형성하는 단계;
    상기 스퍼터링층 표면으로 제 2PET 필름을 접착시키는 단계;
    상기 제 2PET 필름의 표면에 이형 필름을 접착시키는 단계; 및
    상기 제 1PET 필름 타측 표면으로 하드 코팅층을 코팅하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 붕소 화합물 코팅과 스퍼터링 공정을 접목한 투명 열차단 필름 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스퍼터링층 형성단계는,
    무기금속산화물을 스퍼터링 공정을 통해 형성하며, 상기 무기금속산화물은 ITO, AZO, Ag, AZO, ITO가 각각 순차적으로 구성되는 것을 특징으로 하는 붕소 화합물 코팅과 스퍼터링 공정을 접목한 투명 열차단 필름 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 적외선 차단층 건조단계는,
    열풍 건조와 자외선 건조를 통해 건조하는 것을 특징으로 하는 붕소 화합물 코팅과 스퍼터링 공정을 접목한 투명 열차단 필름 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 하드 코팅층 형성단계는,
    20 내지 30nm 크기의 세라믹 나노입자를 분산하여 형성시키는 것을 특징으로 하는 붕소 화합물 코팅과 스퍼터링 공정을 접목한 투명 열차단 필름 제조방법.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서, 상기 하드 코팅층 형성단계 후에는,
    UV를 이용한 경화단계를 더 포함하는 붕소 화합물 코팅과 스퍼터링 공정을 접목한 투명 열차단 필름 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 붕소 화합물 첨가량 제어를 통해 파장별 투과도를 제어하는 것을 특징으로 하는 붕소 화합물 코팅과 스퍼터링 공정을 접목한 투명 열차단 필름 제조방법.
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