KR102155347B1

KR102155347B1 - 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물

Info

Publication number: KR102155347B1
Application number: KR1020200040665A
Authority: KR
Inventors: 황태경; 장상임; 손대희; 황시우; 황승우
Original assignee: 황태경; 장상임; 황시우; 황승우
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2020-09-11
Also published as: WO2021201566A1

Abstract

본 발명은 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전도성 고분자와, 상기 전도성 고분자에 분산된 전도성 금속 산화물 미립자를 포함하되, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의해 상기 전도성 고분자의 전기전도도를 향상시키면서, 동시에, 전도성 금속 산화물 미립자가 고분자 분산제 또는 고분자 첨가제 없이도 상기 전도성 고분자 내에 분산되도록 함으로써, 적외선 반사율이 높고, 투명하며, 저온에서도 막이 형성될 수 있는 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물에 관한 것이다.

Description

저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물 {Composite Coating Composition Reflecting Infrared Rays, Having High Transparency and Forming a Film at Low Temperatures}

열 차폐는 열 흡수와 열 반사를 포함하는 개념으로, 이 가운데 열 반사 소재는, 가시광선 투과율이 높으며, 미러(Mirror) 효과가 없고, 뿌옇게 보이는 현상을 표현한 헤이즈(Haze) 값이 낮으며, 근적외선 반사특성이 높고, 복합 조성물일 경우 상용성과 안정성이 확보되며, 제조가 용이할 것 등이 요구된다고 할 것이다.

도 1은 종래의 전도성 침상형 입자를 도시한 도면으로, 이는 한국공개특허공보 제10-2007-0048807호(2007.05.09.)에 개시되어 있다.

도 1을 참고하여 설명하면, 종래의 가시광 투과형 입자 분산 전도체는, 일반식 WyOz로 표기되는 텅스텐 산화물 및 일반식 MxWyOz로 표기되는 복합 텅스텐 산화물 중 하나 이상을 포함하며, 입자 직경은 1nm 이상이고, 가시광 투과성을 갖는 동시에 상기 입자를 9.8MPa 압력 하에서 측정한 압분 저항값이 1.0Ω·㎝ 이하인 전도성 입자의 집합물인 것을 특징으로 한다.

이때 상기 전도성 입자는 침상형으로 구성되어 장축과 단축의 비가 5 이상인 동시에 장축의 길이가 5nm 이상 10000㎛ 이하이거나, 판상 결정으로 구성되어 판상 결정의 두께가 1nm 이상 100㎛ 이하인 동시에 판상면의 대각 길이의 최대치가 5nm 이상 500㎛ 이하이고 대각 길이의 최대치와 판상 결정의 두께 비가 5 이상으로 구성된다.

하지만, 상기 종래 기술은 전도성 입자가 침상형 또는 판상형으로 이루어질 경우 아래와 같은 문제가 발생할 수 있다는 사실을 간과하고 있다.

도 2는 도 1의 침상형 입자가 직교할 때의 상태를 도시한 도면으로, 도 2를 참고하여 설명하면, 전도성 입자가 도 2에 도시된 바와 같이 90°로 정확히 교차할 경우에는 침상형 입자의 폭이 10nm 라고 가정했을 때 교차되는 부분의 면적은 한 변의 길이가 10nm 인 정사각형의 형태의 면적이 생성됨을 알 수 있다.

반면에, 도 3은 도 1의 침상형 입자가 직교하지 않을 때의 상태를 도시한 도면으로, 도 2와는 달리, 전도성 입자가 도 3에 도시된 바와 같이 90°로 정확히 교차하지 않을 경우에는, 침상형 입자의 폭이 10nm 라고 했을 때, 교차되는 부분의 면적이 도 2에 비해 커지게 되는 문제가 유발된다.

결국 도 3과 같은 상황에서는 가시광선의 투과시, 보다 큰 면적을 형성하는 교차 부분에 의해 빛의 회절, 굴절, 산란 등이 발생하게 되고, 이로 인해 뿌옇게 보이는 헤이즈 현상이 발생할 수 밖에 없다. 이러한 문제는 전도성 입자가 침상형일 때 뿐만 아니라, 판상형일 때에도 마찬가지이다.

앞서 살펴본 바와 같이, 침상형 또는 판상형에서는 입자의 교차 또는 겹침이 발생해야 하는데, 그 이유는 입자의 교차 또는 겹침을 통해 자유전자의 흐름이 유지되어야만 플라스몬(Plasmon) 현상이 유지되거나 발현될 수 있기 때문이다.

플라스몬(Plasmon)이란, 금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말하며, 금속의 나노 입자에서는 플라스몬이 표면에 국부적으로 존재하기 때문에 표면 플라스몬(Surface Plasmon)이라고 부르기도 한다.

빛의 전기장과 플라스몬에 의해 광흡수가 일어나면 선명한 색을 띌 수 있게 되는데, 이때 플라스몬과 광자가 결합되어 생성하는 또 다른 유사 입자를 플라스마 폴라리톤이라고 하며, 이 현상을 표면 플라스몬 공명(Surface Plasmon Resonance)이라 하고, 국소적으로 매우 증가된 전기장을 발생시킨다.

이것은 빛 에너지가 표면 플라스몬에 변환되어 금속의 나노 입자 표면에 축적되었음을 뜻하며, 빛의 회절 한계보다 작은 영역에서 광 제어가 가능함을 의미하기도 한다. 플라스몬의 에너지(Ep)는 아래의 자유전자 모형을 계산할 수 있다. 아래 식에서 ħ는 플라크 상수(h)를 2π로 나눈 값, n은 전자밀도, e은 기본전하, m은 전자의 질량, ε₀는 진공의 유전율을 뜻한다.

전술한 내용을 바탕으로 살펴보면, 자유전자가 풍부한 금속 입자는 적외선 반사특성이 있으므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 스퍼터링(Sputtering) 등에 의해 기재(S) 표면에 증착된 금속 입자(P)가 기재층(S) 상에 연속적으로 구성된 도막의 경우 금속 입자(P)간의 거리가 떨어지지 않고 서로 접촉되면서 자유전자(e) 띠를 형성해, 도막 전체 표면에서 우수한 빛(L) 반사 특성이 나타나게 된다.

하지만, 이러한 종래의 도막에서는 이격거리 없이 밀착 접촉된 상기 금속 입자(P)에 의해, 적외선 반사뿐만 아니라, 도막을 통과해야할 가시광선까지 반사되는 문제가 발생하였다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 상기 금속 입자(P) 사이의 간격을 늘릴 경우에는, 입자(P) 사이의 간격이 늘어나게 되면서 가시광선의 투과율이 높아지게 되지만, 연속적인 자유전자(e) 띠 형성이 어려워지게 되면서, 적외서 반사 특성은 급격히 떨어지게 된다.

즉, 종래 기술에 의하면, 적외선 반사율을 높이고자 할 때에는 가시광선 투과율이 낮아지는 문제가 발생하게 되고, 반대로, 가시광선 투과율을 높이고자 할 때에는 적외선 반사율이 낮아지는 문제가 있었다.

게다가, 종래의 침상형 또는 판상형의 전도성 입자를 분산시킴에 있어서는, 그 특수한 모양으로 인해, 도막 형성시 과량의 분산제를 필수적으로 투입해야만 했는데, 이때 첨가된 과량의 분산제 및 고분자 첨가제들은 전기전도도 및 면 저항의 문제를 유발시켰으며, 전기전도도에 비례하는 적외선 반사특성 또한 떨어뜨리는 문제를 낳았다.

또한, 종래의 열 반사 소재는, 진공 증착(Vapour Deposition), 물리적 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD), 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD), 플라즈마 화학적 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 마그네트론 스퍼터링 법(Magnetron Suttering Method) 등에 의해 제조되었기에, 이와 같은 방법에 의해 열 반사 소재를 제조하기 위해서는 고가의 설비들이 필요한 문제가 있었고, 열 반사 소재를 제조하는 생산 속도가 떨어져 비효율적이었으며, 이러한 문제로 제조된 제품의 단가가 높아지는 결과가 발생했다.

이에 관련 업계에서는 종래 기술에 의한 전술한 문제들을 해결하면서, 태양광에 분포하는 적외선을 효과적으로 반사할 수 있고, 미러(Mirror) 효과가 없으며, 가시광선의 투과율은 높고, 헤이즈도 없으며, 제조 과정이 간단하여 제조에 많은 비용을 필요치 않는 새로운 형식의 열 반사 코팅 조성물의 개발을 요구하고 있는 실정이다.

한국공개특허공보 제10-2007-0048807호 (2007.05.09.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 전도성 고분자에 전도성 금속 산화물 미립자를 분산시켜, 적외선 반사율과 가시광선 투과율이 높고, 미러(Mirror) 효과가 없으며, 헤이즈가 발생하지 않는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, WET 코팅이 가능하고, 종래의 설비에서도 사용이 가능하며, Roll to Roll 등이 가능해 생산 과정이 연속적으로 되어 제품 생산성을 높이고, 150 ℃ 이하의 열풍에서도 막이 형성될 수 있으며, 피쉬아이(Fish-Eye), 얼룩 등 코팅면 상의 결점이 발생하지 않도록 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전도성 고분자를 액상으로 구성해, 상기 전도성 고분자 내에 전도성 금속 산화물 미립자들이 서로 이격되어 고르게 분포될 수 있도록 하고, 전도성 금속 산화물 미립자들 사이의 간격을 넓혀 완성된 도막의 가시광선 투과율을 높이며, 자유전자의 표면 이동을 촉진해 적외선 반사율도 함께 높이는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전도성 고분자를 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)로 구성하여, 상기 PEDOT:PSS를 개질시켜 전기전도도가 향상된 개질된 전도성 고분자가 제공될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전도성 고분자를 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)로 구성하고, 이를 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)으로 처리하여, 전도성 고분자의 내외부 에너지 흡수 차이에 따라 표면이 개질되도록 함으로써, 풍부해진 자유전자로 인해 적외선 반사 특성이 향상되도록 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의해 전도성 고분자의 내부와 외부가 에너지 흡수 차이를 가지도록 하여, 전도성 고분자 표면 엔트로피가 우선 증가하게 된 뒤, 다시 엔트로피가 낮은 형태의 재배열(PEDOT:PSS의 표면 개질)이 이루어져 전기전도도가 향상되도록 함에 따라, 이와 비례적 상관관계에 있는 적외선 반사 특성을 향상시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전도성 금속 산화물 미립자가 전도성 고분자 내에서 교차 또는 겹침 없이 서로 이격 분산되도록 함으로써, 입자들의 교차 또는 겹침에 의해 발생되는 헤이즈를 차단하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 액상의 전도성 고분자 내에 위치한 전도성 금속 산화물을 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)으로 처리하여, 전도성 금속 산화물로부터 전도성 금속 산화물 미립자가 전도성 고분자에 분산되도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)을 통해 전도성 고분자에 전도성 금속 산화물 미립자가 분포되도록 함으로써, 고분자 분산제 또는 고분자 첨가제를 투입하지 않고도 전도성 고분자에 전도성 금속 산화물 미립자를 분산시킬 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 고분자 분산제 또는 고분자 첨가제 없이도, 전도성 고분자 내에 전도성 금속 산화물 미립자를 분포시킬 수 있도록 하여, 전기전도도 및 면저항 특성이 저하되는 것을 최소화하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전기전도도 및 면저항 특성이 저하되는 것을 최소화함에 따라, 적외선 반사 특성이 더욱 향상되도록 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전도성 금속 산화물이 펠릿(Pellet) 형 또는 분말 형태를 가지도록 하여, 전도성 금속 산화물을 반응조 안에 넣고 액상의 전도성 고분자를 반응조에 채운 뒤, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation) 처리를 함으로써, 전도성 고분자의 전기전도도를 향상시키는 개질과 전도성 금속 산화물로부터의 구형 미립자 형성이 동시에 이루어질 수 있도록 하고, 이로 인해 생산 효율성을 높이는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전도성 금속 산화물 미립자가 구형을 이루도록 하여, 입자의 형태가 침상형 또는 판상형일 때 입자의 교차 또는 겹침에 의해 완성된 도막에서 뿌옇게 보이는 헤이즈 현상이 나타나는 문제를 원천적으로 차단하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 구형의 전도성 금속 산화물 미립자 사이의 공간에는 결정성이 없는 무정형(Amorphous)의 전도성 고분자가 위치하도록 하여, 자유전자의 연속성에 끊김이 없도록 하고, 이로써 적외선 반사 특성을 극대화 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 사용되는 레이저가 1,064 nm의 파장을 가지며 1 W 보다 크고 2 W 보다 작은 출력을 가지도록 함으로써, 나노 입자 또는 퀀텀 닷(Quantum Dot) 크기로 전도성 금속 산화물 미립자를 전도성 고분자 내에 용이하게 분산시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전도성 금속 산화물 미립자를, 방사선을 방출하지 않는 비방사성 안정 동위원소 텅스텐 브론즈(Tungsten Bronze) 화합물, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO), 안티몬 틴 옥사이드(Antimony Tin Oxide, ATO) 중 어느 하나로 구성하여, 전도성 고분자의 산성 또는 알칼리성으로 인해 금속 전도체가 산화되거나 메탈 할라이드(Metal Halides)로 변화될 수 있는 문제를, 전도성 금속 산화물 미립자에 의한 내약품성 및 내화학성 부여로 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 복합 코팅 조성물 전체 100 중량% 중에서, 전도성 고분자를 70 ~ 99 중량%, 전도성 금속 산화물 미립자를 1 ~ 30 중량%로 구성하여, 미립자 간의 응집현상을 방지하고, 충분한 상보효과로 적외선 반사 특성이 개선되도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 기재층 상에 0.1 ~ 10 ㎛ 두께로 복합 코팅 조성물을 도포하여 부착력을 증대시키고 빠른 시간 내에 건조 도막을 형성함으로써 생산 효율을 높이는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 기재층 상에 도포된 복합 코팅 조성물이 열풍 건조기 내에서, 100 ℃ 이상 150 ℃ 이하의 온도로 열풍 건조되도록 함으로써, 변형온도에 의한 결점 생성을 방지하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 기재층 상에 도포된 복합 코팅 조성물에 유기 용제, 무기질 바인더, TEOS(Tetraethyl Orthosilicate), TEOS(Tetraethyl Orthosilicate)계 화합물, 실란계 화합물, 유리계 화합물 등 고형분이 있는 고분자 계열이 아닌 화합물이 첨가되거나 도포되도록 함으로써, 전기전도도, 부착성, 내후성, 내습성, 내광성을 향상시키고 표면이 보호될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물에 의해, 가시광선 투과율 60% 이상, 근적외선 반사율 30% 이상, 전광선 투과 헤이즈 1% 이하인 도막이 형성되도록 하는 것이다.

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

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은, 전도성 고분자와, 상기 전도성 고분자에 분산된 전도성 금속 산화물 미립자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 전도성 고분자는, 액상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 전도성 고분자는, PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 전도성 고분자는, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의해 개질되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 전도성 금속 산화물 미립자는, 상기 전도성 고분자 내에서 미립자 간의 교차 또는 겹침 없이 이격되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 전도성 금속 산화물 미립자는, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의해, 액상의 전도성 고분자 내에 포함된 전도성 금속 산화물로부터 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 전도성 금속 산화물은, 펠릿(Pellet) 형인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 전도성 금속 산화물 미립자는, 상기 전도성 고분자 내에 분산된 미립자의 형상이 구형인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 복합 코팅 조성물은, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의해, 한 번에, 상기 전도성 고분자가 개질되고, 상기 전도성 금속 산화물 미립자가 상기 전도성 고분자에 분산되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)은, 레이저가 1,064 nm의 파장을 가지며 1 W 보다 크고 2 W 보다 작은 출력을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 전도성 금속 산화물 미립자는, 방사선을 방출하지 않는 비방사성 안정 동위원소 텅스텐 브론즈(Tungsten Bronze) 화합물인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 전도성 금속 산화물 미립자는, ^(Y)A_x ^{(182,183,184,186)}W₁O_(3-n) 형태의 육방정계형 구조를 형성하며, 상기 ^(Y)A는 비방사성 안정 동위원소이고, 상기 X는 환원소성에 따른 상기 ^(Y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수이며, 상기 Y는 A의 질량수이고, 상기 (3-n)은 산소의 결핍을 의미하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 전도성 금속 산화물 미립자는, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 전도성 금속 산화물 미립자는, 안티몬 틴 옥사이드(Antimony Tin Oxide, ATO)인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 복합 코팅 조성물은, 전체 100 중량% 중에서, 상기 전도성 고분자를 70 ~ 99 중량%, 상기 전도성 금속 산화물 미립자를 1 ~ 30 중량%로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 복합 코팅 조성물은, 기재층 상에 0.1 ~ 10 ㎛ 두께로 도포되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은, 상기 복합 코팅 조성물은, 기재층 상에 도포되어 100 ℃ 이상 150 ℃ 이하에서 열풍 건조되는 것을 특징으로 한다.

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

본 발명은, 전도성 고분자에 전도성 금속 산화물 미립자를 분산시켜, 적외선 반사율과 가시광선 투과율이 높고, 미러(Mirror) 효과가 없으며, 헤이즈가 발생하지 않는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 제공하는 효과를 가진다.

본 발명은, WET 코팅이 가능하고, 종래의 설비에서도 사용이 가능하며, Roll to Roll 등이 가능해 생산 과정이 연속적으로 되어 제품 생산성을 높이고, 150 ℃ 이하의 열풍에서도 막이 형성될 수 있으며, 피쉬아이(Fish-Eye), 얼룩 등 코팅면 상의 결점이 발생하지 않도록 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 제공하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 전도성 고분자를 액상으로 구성해, 상기 전도성 고분자 내에 전도성 금속 산화물 미립자들이 서로 이격되어 고르게 분포될 수 있도록 하고, 전도성 금속 산화물 미립자들 사이의 간격을 넓혀 완성된 도막의 가시광선 투과율을 높이며, 자유전자의 표면 이동을 촉진해 적외선 반사율도 함께 높이는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 제공하는 효과가 있다.

본 발명은, 전도성 고분자를 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)로 구성하여, 상기 PEDOT:PSS를 개질시켜 전기전도도가 향상된 개질된 전도성 고분자가 제공될 수 있도록 하는 효과를 가진다.

본 발명은, 전도성 고분자를 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)로 구성하고, 이를 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)으로 처리하여, 전도성 고분자의 내외부 에너지 흡수 차이에 따라 표면이 개질되도록 함으로써, 풍부해진 자유전자로 인해 적외선 반사 특성이 향상되도록 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 제공하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의해 전도성 고분자의 내부와 외부가 에너지 흡수 차이를 가지도록 하여, 전도성 고분자 표면 엔트로피가 우선 증가하게 된 뒤, 다시 엔트로피가 낮은 형태의 재배열(PEDOT:PSS의 표면 개질)이 이루어져 전기전도도가 향상되도록 함에 따라, 이와 비례적 상관관계에 있는 적외선 반사 특성을 향상시키는 효과가 있다.

본 발명은, 전도성 금속 산화물 미립자가 전도성 고분자 내에서 교차 또는 겹침 없이 서로 이격 분산되도록 함으로써, 입자들의 교차 또는 겹침에 의해 발생되는 헤이즈를 차단하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 제공하는 효과를 가진다.

본 발명은, 액상의 전도성 고분자 내에 위치한 전도성 금속 산화물을 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)으로 처리하여, 전도성 금속 산화물로부터 전도성 금속 산화물 미립자가 전도성 고분자에 분산되도록 하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)을 통해 전도성 고분자에 전도성 금속 산화물 미립자가 분포되도록 함으로써, 고분자 분산제 또는 고분자 첨가제를 투입하지 않고도 전도성 고분자에 전도성 금속 산화물 미립자를 분산시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

본 발명은, 고분자 분산제 또는 고분자 첨가제 없이도, 전도성 고분자 내에 전도성 금속 산화물 미립자를 분포시킬 수 있도록 하여, 전기전도도 및 면저항 특성이 저하되는 것을 최소화하는 효과를 가진다.

본 발명은, 전기전도도 및 면저항 특성이 저하되는 것을 최소화함에 따라, 적외선 반사 특성이 더욱 향상되도록 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 제공하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 전도성 금속 산화물이 펠릿(Pellet) 형 또는 분말 형태를 가지도록 하여, 전도성 금속 산화물을 반응조 안에 넣고 액상의 전도성 고분자를 반응조에 채운 뒤, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation) 처리를 함으로써, 전도성 고분자의 전기전도도를 향상시키는 개질과 전도성 금속 산화물로부터의 구형 미립자 형성이 동시에 이루어질 수 있도록 하고, 이로 인해 생산 효율성을 높이는 효과가 있다.

본 발명은, 전도성 금속 산화물 미립자가 구형을 이루도록 하여, 입자의 형태가 침상형 또는 판상형일 때 입자의 교차 또는 겹침에 의해 완성된 도막에서 뿌옇게 보이는 헤이즈 현상이 나타나는 문제를 원천적으로 차단하는 효과를 가진다.

본 발명은, 구형의 전도성 금속 산화물 미립자 사이의 공간에는 결정성이 없는 무정형(Amorphous)의 전도성 고분자가 위치하도록 하여, 자유전자의 연속성에 끊김이 없도록 하고, 이로써 적외선 반사 특성을 극대화 하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 사용되는 레이저가 1,064 nm의 파장을 가지며 1 W 보다 크고 2 W 보다 작은 출력을 가지도록 함으로써, 나노 입자 또는 퀀텀 닷(Quantum Dot) 크기로 전도성 금속 산화물 미립자를 전도성 고분자 내에 용이하게 분산시키는 효과가 있다.

본 발명은, 전도성 금속 산화물 미립자를, 방사선을 방출하지 않는 비방사성 안정 동위원소 텅스텐 브론즈(Tungsten Bronze) 화합물, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO), 안티몬 틴 옥사이드(Antimony Tin Oxide, ATO) 중 어느 하나로 구성하여, 전도성 고분자의 산성 또는 알칼리성으로 인해 금속 전도체가 산화되거나 메탈 할라이드(Metal Halides)로 변화될 수 있는 문제를, 전도성 금속 산화물 미립자에 의한 내약품성 및 내화학성 부여로 방지하는 효과를 가진다.

본 발명은, 복합 코팅 조성물 전체 100 중량% 중에서, 전도성 고분자를 70 ~ 99 중량%, 전도성 금속 산화물 미립자를 1 ~ 30 중량%로 구성하여, 미립자 간의 응집현상을 방지하고, 충분한 상보효과로 적외선 반사 특성이 개선되도록 하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 기재층 상에 0.1 ~ 10 ㎛ 두께로 복합 코팅 조성물을 도포하여 부착력을 증대시키고 빠른 시간 내에 건조 도막을 형성함으로써 생산 효율을 높이는 효과가 있다.

본 발명은, 기재층 상에 도포된 복합 코팅 조성물이 열풍 건조기 내에서, 100 ℃ 이상 150 ℃ 이하의 온도로 열풍 건조되도록 함으로써, 변형온도에 의한 결점 생성을 방지하는 효과를 가진다.

본 발명은, 기재층 상에 도포된 복합 코팅 조성물에 유기 용제, 무기질 바인더, TEOS(Tetraethyl Orthosilicate), TEOS(Tetraethyl Orthosilicate)계 화합물, 실란계 화합물, 유리계 화합물 등 고형분이 있는 고분자 계열이 아닌 화합물이 첨가되거나 도포되도록 함으로써, 전기전도도, 부착성, 내후성, 내습성, 내광성을 향상시키고 표면이 보호될 수 있도록 하는 효과를 도출한다.

본 발명은, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물에 의해, 가시광선 투과율 60% 이상, 근적외선 반사율 30% 이상, 전광선 투과 헤이즈 1% 이하인 도막이 형성되도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 전도성 침상형 입자를 도시한 도면.
도 2는 도 1의 침상형 입자가 직교할 때의 상태를 도시한 도면.
도 3은 도 1의 침상형 입자가 직교하지 않을 때의 상태를 도시한 도면.
도 4는 기재 표면에 이격없이 증착된 금속나노입자에 의한 빛 반사를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 도시한 도면.
도 6은 액상 레이저 어블레이션을 도시한 도면.
도 7은 1,064 ㎚의 파장 및 1.6 W의 출력을 가지는 레이저로 처리된 PEDOT:PSS 코팅 필름의 광투과율(실선)과, 1,064 ㎚의 파장 및 2.0 W의 출력을 가지는 레이저로 처리된 PEDOT:PSS 코팅 필름의 광투과율(점선)을 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물 제조방법을 도시한 도면.
도 9는 실시예 1의 반사율(실선)과 비교예 4의 반사율(점선)을 파장에 따라 도시한 도면.
도 10은 실시예 2의 반사율(실선)과 비교예 5의 반사율(점선)을 파장에 따라 도시한 도면.
도 11은 비교예 1의 반사율(실선)과 비교예 2의 반사율(점선)을 파장에 따라 도시한 도면.
도 12는 실시예 2의 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation) 처리법으로 제조된 복합 코팅 조성물 중 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물(⁽¹³³⁾Cs_x ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 입자의 TEM를 도시한 도면.
도 13은 비교예 5의 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation) 처리법으로 제조된 복합 코팅 조성물 중 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물(⁽¹³³⁾Cs_x ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 입자의 TEM를 도시한 도면.

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

본 발명인 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물(1)은, 적외선 반사율과 가시광선 투과율이 높고, 미러(Mirror) 효과가 없으며, 헤이즈가 발생하지 않는 특징을 가지는 복합 코팅 조성물을 말한다. 상기 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물(1)은, WET 코팅이 가능하고, 종래의 설비에서도 사용이 가능하며, Roll to Roll 등이 가능해 생산 과정이 연속적으로 되어 제품 생산성을 높이고, 150 ℃ 이하의 열풍에서도 막이 형성될 수 있으며, 피쉬아이(Fish-Eye), 얼룩 등 코팅면 상의 결점이 발생하지 않도록 하는 특징이 있다.

상기 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물(1)은, 전체 100 중량% 중에서, 후술할 전도성 고분자(10)를 70 ~ 99 중량%, 후술할 전도성 금속 산화물 미립자(30)를 1 ~ 30 중량%로 포함하여, 미립자 간의 응집현상을 방지하고, 충분한 상보효과로 적외선 반사 특성이 개선되도록 할 수 있다.

전도성 고분자(10)가 70 중량% 미만일 경우(전도성 금속 산화물 30 중량% 초과), 전도성 고분자의 함량이 낮아져 기재와 도막 사이의 부착성이 떨어지고, 금속 산화물 미립자를 포용할 수 있는 한계를 벗어나, 제타 전위(Zeta Potential) 차이에 의한 분산력이 떨어지는 효과를 보여 미립자끼리의 응집이 발생하고, 코팅면상이 고르지 못하고 투과율이 저하되며, 헤이즈가 발생하고, 표면이 거칠어져 보이며, 저항이 높아지고, 전도도가 낮아지면서 적외선 반사 특성이 발현될 수 없게 된다.

반대로, 전도성 고분자(10)가 99 중량% 초과일 경우(전도성 금속 산화물 1 중량% 미만), 전도성 고분자의 함량이 지배적이어서, 가시광 투과율, 헤이즈, 도막 부착성은 양호하나, 전도성 금속 산화물이 첨가되었을 때 상호보완적 효과에 의한 적외선 반사율의 극대화를 달성할 수 없다.

상기 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물(1)은, 기재층 상에 0.1 ~ 10 ㎛ 두께로 복합 코팅 조성물을 도포하여 부착력을 증대시키고 빠른 시간 내에 건조 도막을 형성함으로써 생산 효율을 높일 수 있다.

도포 두께가 0.1 ㎛ 미만일 경우, 도막 경도 및 내마찰성이 떨어져 도막 표면이 쉽게 손상을 입을 수 있으며, 이차 가공시 가이드롤 등에 의한 스크래치로 외관상 문제가 발생될 수 있으며, 광학적 특성 중 적외선 반사 특성 또한 제대로 발현되지 않게 된다.

만일 도포 두께가 10 ㎛ 초과일 경우, 도막 건조 시간이 오래 걸려 생산성이 떨어지고, 너무 높은 Wet 코팅 두께는 건조시 날림 또는 얼룩 등을 발생시켜 균일한 박막 코팅을 하기 힘들며, 이로 인해 균일한 적외선 반사 특성을 얻을 수 없다.

또한, 상기 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물(1)은, 기재층 상에 도포된 복합 코팅 조성물이 열풍 건조기 내에서, 100 ℃ 이상 150 ℃ 이하의 온도로 열풍 건조되도록 함으로써, 변형온도에 의한 결점 생성을 방지한다.

열풍 건조 온도가 100 ℃ 미만일 경우 도막 건조 시간이 길어져 생산성이 떨어지게 되고, 열풍 건조 온도가 150 ℃ 초과일 경우 기재, 특히 플라스틱 적층 구조체의 열 변형 문제가 발생할 수 있으며, 이로 인해 도막 평활도 역시 문제가 생길 수 있기 때문이다.

상기 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물(1)을 통해, 가시광선(380 ~ 780 ㎚) 투과율 60% 이상, 근적외선(2500 ㎚) 반사율 30% 이상, 전광선 투과 헤이즈 1% 이하인 도막이 형성될 수 있다.

추가적으로, 기재층 상에 도포된 상기 복합 코팅 조성물(1)에 유기 용제, 무기질 바인더, TEOS(Tetraethyl Orthosilicate), TEOS(Tetraethyl Orthosilicate)계 화합물, 실란계 화합물, 유리계 화합물 중 어느 하나 이상을 첨가 또는 도포함으로써, 생성되는 도막의 전기전도도, 부착성, 내후성, 내습성, 내광성을 향상시키고 표면이 보호되도록 할 수 있다. 또한, 본 발명인 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물(1)에는 필요에 따라 자외선 차단제, 극성 용매인 아세톤(Aceton), 점도 조절제, 극성의 사용화제 등이 필요에 따라 투입될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 코팅 조성물을 도시한 도면으로, 도 5를 참고하면, 이러한 상기 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물(1)은, 전도성 고분자(10), 전도성 금속 산화물 미립자(30)를 포함한다.

상기 전도성 고분자(10)는, 전기가 통하는 고분자로, 도체의 성질을 띈 것과 반도체의 성질을 띈 것을 모두 포함하는 개념이다. 바람직하게는 상기 전도성 고분자(10)는 액상(Liquid Phase)으로 구성될 수 있다. 상기 전도성 고분자(10)를 액상으로 구성함으로써, 상기 전도성 고분자(10) 내에 후술할 전도성 금속 산화물 미립자(30)들이 서로 이격되어 고르게 분포될 수 있도록 하고, 전도성 금속 산화물 미립자(30)들 사이의 간격을 넓혀 완성된 도막의 가시광선 투과율을 높이며, 자유전자의 표면 이동을 촉진해 적외선 반사율도 함께 높일 수 있게 된다.

보다 바람직하게는 상기 전도성 고분자(10)는, PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)로 구성될 수 있다. PEDOT:PSS는 우수한 전기적 특성과 가시광선 투과도를 보이면서, 용액 공정이 가능한 특징이 있다. 상기 전도성 고분자(10)를 PEDOT:PSS로 구성하고, 이를 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의해 개질시킴으로써 전기전도도가 향상된 개질된 전도성 고분자가 제공될 수 있도록 한다.

상기 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)은, 액체 내에 위치한 고체에 레이저 빔을 조사하여 고체로부터 많은 양의 미세 입자를 액체 내의 부유물 형태로 발생시키는 처리 방법을 말한다.

상기 PEDOT:PSS를 상기 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)으로 처리할 경우, 상기 PEDOT:PSS의 내부와 외부가 에너지 흡수 차이를 가지게 되고, 상기 PEDOT:PSS 표면 엔트로피가 우선 증가하게 된 뒤, 다시 엔트로피가 낮은 형태의 재배열(PEDOT:PSS의 표면 개질)이 이루어져 전기전도도가 향상될 수 있는바, 이를 통해 상기 PEDOT:PSS의 표면에 풍부한 자유전자 띠를 형성함으로써 적외선 반사 특성을 크게 향상시킬 수 있다.

상기 전도성 금속 산화물 미립자(30)는, 상기 전도성 고분자(10)에 분산되는 것으로, 본 발명은 상기 전도성 금속 산화물 미립자(30)가 상기 전도성 고분자(10) 내에서 교차 또는 겹침 없이 서로 이격 분산되도록 함으로써, 입자들의 교차 또는 겹침에 의해 발생되는 헤이즈를 차단할 수 있게 된다.

상기 전도성 금속 산화물 미립자(30)가 상기 전도성 고분자(10) 내에 고르게 분산되도록 하는 방식으로는 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)이 바람직할 수 있다. 상기 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)을 통해 전도성 고분자에 전도성 금속 산화물 미립자가 분포되도록 할 경우에는, 고분자 분산제 또는 고분자 첨가제를 투입하지 않고도 전도성 고분자에 전도성 금속 산화물 미립자를 분산시킬 수 있게 되는바, 고분자 분산제 또는 고분자 첨가제 투입에 따른 전기전도도 및 면저항 특성이 저하되는 것을 최소화할 수 있게 되고, 전기전도도 및 면저항 특성이 저하되는 것을 최소화함에 따라, 적외선 반사 특성은 더욱 향상될 수 있다.

상기 전도성 금속 산화물 미립자(30)는, 상기 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의해 상기 전도성 고분자(10) 내에 미립자 간의 교차 또는 겹침 없이 이격 분산될 수 있으며, 이로 인해, 코팅 조성물을 사용하여 완성한 도막의 가시광선 투과율이 저하되는 문제가 방지될 수 있다.

상기 전도성 금속 산화물 미립자(30)는, 액상의 전도성 고분자 내에 포함된 전도성 금속 산화물을 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation) 처리하여, 상기 전도성 금속 산화물로부터 어블레이션된 구형의 입자로 볼 수 있다.

이러한 구형 입자의 형성 및 분산을 위해, 상기 전도성 금속 산화물은, 펠릿(Pellet) 형 또는 분말의 형태로 구성될 수 있다. 펠릿(Pellet) 형 또는 분말의 형태의 전도성 금속 산화물을 반응조 안에 넣고 액상의 상기 전도성 고분자(10)를 반응조에 채운 뒤, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation) 처리를 함으로써, 상기 전도성 고분자(10)의 전기전도도를 향상시키는 개질과 전도성 금속 산화물로부터의 구형 미립자 형성이 동시에 이루어질 수 있도록 할 수 있다.

상기 전도성 금속 산화물 미립자(30)를 구형으로 구성함으로써 입자의 형태가 침상형 또는 판상형일 때 입자의 교차 또는 겹침에 의해 완성된 도막에서 뿌옇게 보이는 헤이즈 현상이 나타나는 문제를 원천적으로 차단할 수 있게 된다.

상기 전도성 금속 산화물 미립자(30)는 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의해 상기 전도성 고분자(10)에 분산 또는 분포되고, 이로써 구형의 상기 전도성 금속 산화물 미립자(30) 사이의 공간에는 결정성이 없는 무정형(Amorphous)의 상기 전도성 고분자(10)가 위치하도록 함에 따라, 자유전자의 연속성에 끊김이 없도록 해, 적외선 반사 특성을 극대화할 수 있다.

도 6은 액상 레이저 어브레이션을 도시한 도면으로, 도 6을 참고하여 설명하면, 전술한 바와 같이, 상기 전도성 고분자(10)와 상기 전도성 금속 산화물에는 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의한 처리가 이루어질 필요가 있는데, 상기 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)을 상기 상기 전도성 고분자(10)와 상기 전도성 금속 산화물 각각에 별도로 처리하는 것을 제외하는 것은 아니지만, 바람직하게는 도 6에 도시된 바와 같이, 반응조 내에 상기 전도성 금속 산화물 타겟(T)을 넣고, 상기 전도성 고분자(10)를 채워, 스터러(Stirrer)에 의한 교반을 진행하면서, 상기 전도성 금속 산화물 타겟(T)에 레이저를 조사하여, 한 번에, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의한 상기 전도성 고분자(10)의 개질과, 상기 전도성 금속 산화물 미립자(30)의 분산을 동시에 진행할 수 있다.

보다 바람직하게는, 상기 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation) 처리시, 1,064 nm의 파장을 가지며 1 W 보다 크고 2 W 보다 작은 출력을 가지는 레이저를 사용할 수 있으며, 이를 통해, 나노 입자 또는 퀀텀 닷(Quantum Dot) 크기로 상기 전도성 금속 산화물 미립자(30)를 상기 전도성 고분자(10) 내에 용이하게 분산시킬 수 있다.

전도성 금속 산화물을 어블레이션 시키기 위해서는 532 ㎚ 파장의 레이저도 바람직하지만, 전도성 고분자의 전기전도도를 향상시키기 위한 개질에 사용되기에는 그 파장이 짧아 레이저 에너지의 흡수가 용이치 않은 문제가 있다. 이에 레이저의 파장을 1,064 ㎚로 했을 때, 전도성 고분자의 레이저 에너지 흡수가 용이하여 복사열로 재방출 후 그 표면이 재배열 또는 재배치되어 단분자로 거동하던 것이 이웃하는 분자들과 서로 연결되면서 전기전도도가 향상된다. 즉, 전도성 고분자의 표면에 미세한 결함을 유도함으로써, 전도성 고분자의 전기전도도를 향상시킬 수 있다.

또한, 레이저의 출력이 1 W 이하일 경우, 전도성 고분자의 표면 결함을 유도하는데 충분한 에너지가 되지 못하고, 레이저의 출력이 2 W 이상일 경우, 과도한 에너지에 의해 전도성 고분자가 탄화되는 결과가 발생하게 된다.

도 7은 1,064 ㎚의 파장 및 1.6 W의 출력을 가지는 레이저로 처리된 PEDOT:PSS 코팅 필름의 광투과율(실선)과, 1,064 ㎚의 파장 및 2.0 W의 출력을 가지는 레이저로 처리된 PEDOT:PSS 코팅 필름의 광투과율(점선)을 도시한 도면으로, 도 8을 참고하면, 1,064 ㎚의 파장에서는 2.0 W 출력을 가지는 레이저에 의해 처리된 코팅 필름의 광투과율이, 1,064 ㎚의 파장에서 1.6 W 출력을 가지는 레이저에 의해 처리된 코팅 필름의 광투과율보다 낮은 사실을 알 수 있는데, 이는 2.0 W 로 높은 출력을 가지는 레이저에 의해 전도성 고분자가 탄화되었기 때문이다.

상기 전도성 금속 산화물 미립자(30)는, 방사선을 방출하지 않는 비방사성 안정 동위원소 텅스텐 브론즈(Tungsten Bronze) 화합물, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO), 안티몬 틴 옥사이드(Antimony Tin Oxide, ATO) 또는 플루오린 틴 옥사이드(Fluorine Tin Oxide, FTO) 중 어느 하나로 구성하여, 상기 전도성 고분자(10)의 산성 또는 알칼리성으로 인해 금속 전도체가 산화되거나 메탈 할라이드(Metal Halides)로 변화될 수 있는 문제를, 상기 전도성 금속 산화물 미립자(30)에 의한 내약품성 및 내화학성 부여로 방지할 수 있게 된다.

상기 방사선을 방출하지 않는 비방사성 안정 동위원소 텅스텐 브론즈(Tungsten Bronze) 화합물은, ^(Y)A_x ^{(182,183,184,186)}W₁O_(3-n) 형태의 육방정계형 구조를 형성하는 것으로, 상기 ^(Y)A는 비방사성 안정 동위원소이고, 상기 X는 환원소성에 따른 상기 ^(Y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수이며, 상기 Y는 A의 질량수이고, 상기 (3-n)은 산소의 결핍을 의미한다.

육방정(Hexagonal Close Packed, HCP) 또는 육방정계란, 결정학에서 3개의 벡터로 묘사되는 7결정계 중의 하나로, 육방정계는 정육각형을 밑면으로 하는 프리즘과 같은 모양을 가진다. 육방정계 구조는 조밀 육방정이라고 부르며, 이 구조의 특징은 어느 일 층의 원자는 그 상층 또는 하층의 3개의 원자 공극에 위치한다는 점이다. 그 결과 하나의 원자는 그 상층의 3원자, 해당 층의 6원자 및 그 하층의 3원자와 접촉하게 된다. 상기 육방정계 구조는 1단위정에 6개의 원자를 갖고, 배위수가 12이며, 74%의 원자충진율(Atomic Packing Factor, APF)을 갖는다.

상기 ^(Y)A_x ^{(182,183,184,186)}W₁O_(3-n) 형태의 육방정계(Hexagonal)형 구조는 상대적으로 작은 1차 입경을 가지는바, 화합물 제조시 소성과정 중 입자의 크기가 증대되는 문제가 없다. 따라서 상기 ^(Y)A_x ^{(182,183,184,186)}W₁O_(3-n) 형태의 육방정계(Hexagonal)형 구조는 기존의 무기물 열 차폐재료의 광학적 특성을 극대화하면서 뿌옇게 보이는 외관상의 문제를 해결한다.

상기 ^(Y)A_x ^{(182,183,184,186)}W₁O_(3-n) 형태의 육방정계(hexagonal)형 구조에서, 상기 ^(Y)A는 안정 동위원소를 가지는 비방사성 알칼리금속 원소 및/또는 비방사성 알칼리토금속 원소로, ⁽²³⁾Na, ^(39,41)K, ⁽⁸⁵⁾Rb, ⁽¹³³⁾Cs, ^(24,25,26)Mg 및 ^(42,43,44)Ca 중 어느 하나 이상의 원소를 포함할 수 있다.

예를 들어, 알칼리금속 중 세슘(Cesium, Cs)은 원자량 112~151 사이에 총 40개의 동위 원소가 알려져 있으며, 자연계에 존재하는 세슘은 거의 전부가 질량수가 133인 ¹³³Cs으로, 상기 ¹³³Cs은 유일하게 방사선을 내지 않는 비방사성 안정 동위원소인 특징이 있다. 따라서, 상기 열차폐층(30)의 형성할 때 상기 ¹³³Cs이 이용될 수 있으며, 이때 상기 ^(Y)A는 상기 ⁽¹³³⁾Cs로 볼 수 있다.

또한, 자연계에 존재하는 텅스텐(Tungsten, W)은 방사선을 내지 않는 비방사성 안정 동위원소로 ¹⁸²W, ¹⁸³W, ¹⁸⁴W, ¹⁸⁶W가 존재하며, 상기 열차폐층(30)을 형성할 때 이들을 이용할 수 있고, 이때 상기 ^{(182,183,184,186)}W는 상기 ⁽¹⁸²⁾W, ⁽¹⁸³⁾W, ⁽¹⁸⁴⁾W, ⁽¹⁸⁶⁾W로 볼 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물 제조방법(S1)을 도시한 도면으로, 도 8을 참고하여 설명하면, 상기 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물 제조방법(S1)은, 전도성금속산화물제작단계(S10), 액상레이저어블레이션단계(S30)를 포함한다.

상기 전도성금속산화물제작단계(S10)는, 상기 전도성 고분자(10) 내에 상기 전도성 금속 산화물 미립자(30)를 분포시키기 위하여, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation) 처리시 레이저에 의해 어블레이션되는 타겟 대상을 제작하는 단계를 말한다. 상기 전도성 금속 산화물은 전술한 바와 같이, 펠릿(Pellet) 형 또는 분말의 형태로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 펠릿(Pellet) 형으로 구성될 수 있다. 상기 전도성 금속 산화물은 상기 전도성 고분자(10) 내에 포함되는 것이며, 상기 전도성 고분자(10)의 바람직한 일 예로 제시한 상기 PEDOT:PSS는 pH가 낮은 산성을 가지는바, 산성 또는 알칼리성의 상기 전도성 고분자(10) 내에서 상기 전도성 금속 산화물이 산화 또는 메탈 할라이드(Metal Halides)화 되지 않도록 하기 위해 상기 전도성 금속 산화물은 내약품성, 내화학성 등을 가져야 하고, 바람직하게는 방사선을 방출하지 않는 비방사성 안정 동위원소 텅스텐 브론즈(Tungsten Bronze) 화합물, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO), 안티몬 틴 옥사이드(Antimony Tin Oxide, ATO) 또는 플루오린 틴 옥사이드(Fluorine Tin Oxide, FTO) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

이러한 상기 전도성금속산화물제작단계(S10)는, 원료공급단계(S11), 가압단계(S13), 열처리고형화단계(S15)를 포함한다.

상기 원료공급단계(S11)는, 전도성 금속 산화물의 원재료를 공급하는 단계로, 전술한 바와 같이, 방사선을 방출하지 않는 비방사성 안정 동위원소 텅스텐 브론즈(Tungsten Bronze) 화합물, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO), 안티몬 틴 옥사이드(Antimony Tin Oxide, ATO) 또는 플루오린 틴 옥사이드(Fluorine Tin Oxide, FTO) 중 어느 하나가 분말 형태로 공급될 수 있다.

상기 가압단계(S13)는, 상기 원료공급단계(S11) 이후에, 공급된 분말 형태의 원재료를 유압프레스를 이용하여 가압하는 단계를 말한다. 바람직하게는 가압 압력은 10 ~ 15 MPa가 될 수 있으며, 보다 바람직하게는, 13.8 MPa가 될 수 있다.

상기 열처리고형화단계(S15)는, 상기 가압단계(S13) 이후에, 가압된 원료에 열을 가하고 이를 고형화시킴으로써, 펠릿(Pellet)형 전도성 금속 산화물 타겟을 얻는 과정을 말한다. 바람직하게는 열처리는 300 ℃에서 1 시간 동안 진행될 수 있다.

상기 액상레이저어블레이션단계(S30)는, 상기 전도성금속산화물제작단계(S10) 이후에, 반응조 내에 상기 전도성 금속 산화물과, 상기 전도성 고분자(10)를 넣고, 레이저를 조사해, 상기 전도성 금속 산화물로부터 미세 입자가 떨어져 나가 상기 전도성 고분자(10) 내에 분산되도록 하며, 이 과정에서 상기 전도성 고분자(10)가 레이저에 의해 개질되어 전기전도도가 향상되도록 하는 단계를 말한다. 이러한 상기 액상레이저어블레이션단계(S30)는, 타겟고정단계(S31), 전도성고분자투입단계(S33), 레이저조사단계(S35)를 포함한다.

상기 타겟고정단계(S31)는, 스터러(Stirrer)에 의한 교반이 일어날 수 있는 반응조 내에 상기 전도성금속산화물제작단계(S10)에 의해 제조된 상기 전도성 금속 산화물을 레이저가 용이하게 조사될 수 있는 위치에 고정하는 단계를 말한다. 바람직하게는 상기 전도성 금속 산화물은 반응조의 중앙 밑바닥에 고정될 수 있다.

상기 전도성고분자투입단계(S33)는, 상기 타겟고정단계(S31) 이후에, 상기 전도성 금속 산화물이 고정된 반응조 내에 상기 전도성 고분자(10), 바람직하게는, 액상의 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)를 투입하는 단계를 말한다.

상기 레이저조사단계(S35)는, 상기 전도성고분자투입단계(S33) 이후에, 레이저 광원으로부터 액상의 상기 전도성 고분자(10) 내에 담겨 있는 상기 전도성 금속 산화물을 타겟으로 레이저를 조사하는 단계를 말한다. 조사되는 레이저는 1,064 nm의 파장을 가지며 1 W 보다 크고 2 W 보다 작은 출력을 가지는 것이 바람직할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 레이저는 거울을 통해 수평방향에서 경사진 수직방향으로 조사되도록 구성할 수 있고, 레이저의 조사 시간은 10 분이 될 수 있다. 레이저 조사 과정에서 반응조 내에 설치된 스터러(Stirrer)에 의해 교반이 계속 이루어져, 상기 전도성 고분자(10) 내에 상기 전도성 금속 산화물 미립자가 고르게 분산 및 분포된다.

이하에서는 구체적인 실험을 통해 설명하도록 하겠다.

(1) 실시예 1

- 전도성 금속 산화물 펠릿(Pellet)형 타겟의 준비

외부 직경이 40 mm, 내부 직경이 20 mm, 내부 깊이가 3 mm 인, 둥근 형태의 알루미늄 베이킹 플레이트(Aluminum Backing Plate)를 준비한 뒤, 상기 알루미늄 베이킹 플레이트에 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)(Sigma-Aldrich 社, 제품명:544876) 분말 2 g을 투입후, 실험용 유압프레스(MTI korea 社, 제품명:EQ-YLJ-12T)를 이용하여 13.8 MPa의 압력을 가한다.

유압프레스 처리 후 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)가 놓인 알루미늄 베이킹 플레이트를 300 ℃에서 1 시간 동안 열처리하고, 고형화 시킨 뒤, 알루미늄 베이킹 플레이트에서 분리해, 원형으로 압분된 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO) 펠릿(Pellet)형 타겟을 얻게 된다.

4-포인트 면저항 측정기(4-Point Probe Resistance Measurement)로 측정한 결과, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO) 펠릿(Pellet) 저항이 51 Ω/□ 이었으며, 면저항이 낮아 자유전자가 풍부해 적외선 반사 금속 산화물로써 사용이 가능하였다.

- 적외선 반사 코팅 조성물의 준비

100 ㎖ 실린더형 반응조에 상기 둥근 압분 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO) 펠릿(Pellet)형 타겟 1.98 g 을 중앙 밑바닥에 고정시키고, 전도성 고분자 PEDOT:PSS(NANO SHELL社, 품명:[poly(3,4-ethylene dioxythiophene)-poly(styrene sulfonate)]) 50 g을 상기 실리더형 반응조에 투입한 후, 한쪽에 오버헤드 스터러(Overhead Stirrer)를 설치하며, 다른 한쪽에는 레이저 광원(Laser Source)(BM laser社, 품명:cobolt ruma-Nd:YAG laser, 파장:1,064nm, 최대출력:2000mW)를 설치한다.

레이저 조사시 수평방향의 레이저 조사 방향을 경사각이 있는 수직방향으로 바꾸기 위해 거울을 설치하였다.

레이저 파장대는 1,064 ㎚로 고정하고, 출력은 1.6 W로 하며, 상온에서, 오버헤트 스터러(Overhead Stirrer)로 천천히 교반시키고, 레이저 조사는 10 분 동안 진행하였다.

진행 과정 중 액상의 전도성 고분자 수용체는 1,064nm 파장의 레이저에 먼저 영향을 받아 개질된 전도성 고분자를 형성하고, 다음 1,064nm 레이저는 반응조 중앙에 위치한 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO) 펠릿(Pellet)형 타겟 표면에 도달하여 어블레이션(Ablation) 하게 되며, 구형의 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO) 나노입자는 개질된 전도성 고분자 수용체 내에 고르게 분산된다. 이렇게 얻어진 적외선 반사 복합 코팅 조성물은 아주 연한 베이지색이 가미된 것처럼 보이는 청색을 띄며, 점도가 낮은 액상 형태를 보였다.

- 저온 성막 시편의 준비

위에서 준비된 적외선 반사 복합 코팅 조성물은, 스핀 코터(Spin Coater)를 사용해, 두께 3 mm, 가로 30 mm, 세로 30 mm의 유리를 기재층으로 하여 성막시켰다.

스핀 코터(Spin Coater)에 고정된 유리 중앙에 일회용 스포이드로 상기 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 일정량 떨어뜨리고, 10 초 동안, 600 rpm으로 성막 시켰다. 성막이 완료된 시편은 100℃ 열풍건조기에서 1분 동안 건조시켜 최종 미러(mirror)효과가 없는 고투명 적외선 반사막을 얻게 되었다.

이 시편은 아주 연한 푸른색을 띄고 시야가 맑게 투영되며, 성막 두께는 디지털 두께 게이지로(MITUTOYO 社, 품명: MDH-25M)측정 하였을 때 두께가 0.5㎛ 인 것을 확인 할 수 있었다.

(2) 실시예 2

실시예 1에 있어서, 전도성 금속 산화물 펠릿(Pellet)형 타겟의 준비 과정 중, 출발 원료인 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO) 2 g을 투입하는 대신에, 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물(Non-radioactive Stable Isotope Cesium Tungsten Oxide)(한국등록특허번호: 제10-2036253호, 화합물명: ⁽¹³³⁾Cs_x ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 2 g을 투입하여 그 함량이 3.84 중량%가 되도록 하였고, 그 이외에는 실시예 1과 같은 조건에서 실시예 2를 준비하였다.

즉, 실시예 2는 실시예 1의 전도성 금속 산화물 미립자인 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)가, 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물(Non-radioactive Stable Isotope Cesium Tungsten Oxide)로 교체 투입되어 복합코팅 조성물이 구성된 차이만 있다.

(3) 실시예 3

실시예 1에 있어서, 전도성 금속 산화물 펠릿(Pellet)형 타겟의 준비 과정 중, 출발 원료인 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO) 2 g을 투입하는 대신에, 안티몬 틴 옥사이드(Antimony Tin Oxide, ATO)(American elements 社, 제품명:Antimony Tin Oxide) 2 g을 투입하였고, 그 이외에는 실시예 1과 같은 조건에서 실시예 3을 준비하였다.

즉, 실시예 3은 실시예 1의 전도성 금속 산화물 미립자인 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)가, 안티몬 틴 옥사이드(Antimony Tin Oxide, ATO)로 교체 투입되어 복합코팅 조성물이 구성된 차이만 있다.

(4) 실시예 4

실시예 1에 있어서, 전도성 금속 산화물 펠릿(Pellet)형 타겟의 준비 과정 중, 출발 원료인 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO) 2 g을 투입하는 대신에, 비방사성 안정 동위원소 칼륨 텅스텐 산화물(Non-radioactive Stable Isotope Potassium Tungsten Oxide)(한국등록특허번호: 제10-2036253호, 화합물명: ^(39,41)K_x ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 2 g을 투입하였고, 그 이외에는 실시예 1과 같은 조건에서 실시예 4를 준비하였다.

즉, 실시예 4는 실시예 1의 전도성 금속 산화물 미립자인 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)가, 비방사성 안정 동위원소 칼륨 텅스텐 산화물(Non-radioactive Stable Isotope Potassium Tungsten Oxide)로 교체 투입되어 복합코팅 조성물이 구성된 차이만 있다.

(5) 실시예 5

실시예 1에 있어서, 전도성 금속 산화물 펠릿(Pellet)형 타겟의 준비 과정 중, 출발 원료인 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO) 2 g을 투입하는 대신에, 비방사성 안정 동위원소 나트륨 텅스텐 산화물(Non-radioactive Stable Isotope Sodium Tungsten Oxide)(한국등록특허번호: 제10-2036253호, 화합물명: ⁽²⁴⁾Na_x ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 2 g을 투입하였고, 그 이외에는 실시예 1과 같은 조건에서 실시예 5를 준비하였다.

즉, 실시예 5는 실시예 1의 전도성 금속 산화물 미립자인 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)가, 비방사성 안정 동위원소 나트륨 텅스텐 산화물(Non-radioactive Stable Isotope Sodium Tungsten Oxide)로 교체 투입되어 복합코팅 조성물이 구성된 차이만 있다.

(6) 실시예 6

실시예 2에 있어서, 유리로 된 기재층을, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)로 대체하고, 상기 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)의 일면에 먼저 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물(한국등록특허번호:10-2036253, 화합물명:⁽¹³³⁾Cs_x ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))로 제조된 열차폐 코팅액을 코팅하고, 경화 후의 도막 두께가 3 ~ 4 ㎛가 되도록 하며, 이렇게 형성한 열차폐 필름의 타면에는 상기 실시예 2 와 같은 조건으로 고투명 적외선 반사 도막을 형성시켜 실시예 6을 준비하였다.

즉, 실시예 6은 기재를 플라스틱 필름인 PET로 대체 하고, 일면에는 고성능 열차폐로 형성하되, 타면에는 적외선 반사 복합체를 형성하여 고효율 열차폐 필름으로서 제조가능성을 검토하였다.

(7) 비교예 1

실시예 1에 있어서, 전도성 금속 산화물 펠릿(Pellet)형 타겟을 제외하고, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)만 진행하며, 액상 레이저 어블레이션 처리된 전도성 고분자 PEDOT:PSS(NANO SHELL 社, 품명:[poly(3,4-ethylene dioxythiophene)-poly(styrene sulfonate)]) 1.5 g으로 실시예 1의 저온 성막 조건과 같은 조건의 비교예 1을 준비하였다.

즉, 비교예 1에서는, 실시예 1의 전도성 금속 산화물 없이, 개질된 전도성 고분자만을 기재층에 코팅하여 적외선 반사특성을 관찰하였다.

(8) 비교예 2

실시예 1에 있어서, 전도성 금속 산화물 펠릿(Pellet)형 타겟을 제외하고, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation) 과정도 없으며, 전도성 고분자 PEDOT:PSS(NANO SHELL 社, 품명:[poly(3,4-ethylene dioxythiophene)-poly(styrene sulfonate)]) 1.5 g으로 실시예 1의 저온 성막 조건과 같은 조건의 비교예 2를 준비하였다.

즉, 비교예 2에서는, 실시예 1의 전도성 금속 산화물과 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation) 없이, 전도성 고분자만을 기재에 코팅하여 적외선 반사특성을 관찰하였다.

(9) 비교예 3

수성 바인더가 포함된 실버 나노 와이어(Silver Nano Wire)(Hongwu new material社, 품명:AgNWs) 코팅졸 1.5g을 사용하여, 실시예 1의 저온 성막 조건과 같은 조건으로 비교예 3을 준비하였다.

즉, 비교예 3에서는, 전도성 실버 와이어 코팅액을 기재층에 코팅하여 적외선 반사 특성을 관찰하였다.

(10) 비교예 4

실시예 1에 있어서, 전도성 금속 산화물인 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)(Sigma-aldrich社, 제품명:703176) 2 g으로 펠릿(Pellet)형 타겟을 준비하고, 전도성 고분자 PEDOT:PSS(NANO SHELL 社, 품명:[poly(3,4-ethylene dioxythiophene)-poly(styrene sulfonate)]) 대신, 아세톤(Acetone)으로 대체해서 실시예 1의 조건과 같은 조건으로 비교예 4를 준비하였다.

즉, 비교예 4는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합코팅 조성물의 구성에서, 전도성 고분자를 포함되지 않고, ITO 미립자만 분산된 것을 기재층에 코팅하여 적외선 반사특성을 관찰한 것이다.

(11) 비교예 5

실시예 2에 있어서, 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물 펠릿(Pellet)형 타겟의 준비 과정 중에서, 출발 원료인 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물 2 g을 투입하는 것 대신, 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물(한국특허등록번호:10-2036253, 화합물명:⁽¹³³⁾Cs_x ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 22 g을 투입하는 것 이외는 실시예 2와 같은 조건에서 비교예 5를 준비하였다.

즉, 비교예 5는 실시예 2와 달리, 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물(Non-radioactive Stable Isotope Cesium Tungsten Oxide)의 함량을 3.84 중량%에서 30.55 중량%로 증가시킨 차이가 있다.

<실험 1의 내용>

- 실험목적 : 광학적 특성과 표면저항을 관찰한다.

- 실험방법 : 실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 5의 가시광선 투과율(%), 적외선 차폐율(%), 헤이즈(%), 적외선 반사율(%), 면저항(Ω/□)을 측정한다.

- 실험조건 : 가시광선 투과율(%), 적외선 차폐율(%)(전체 100% - 적외선 투과율(%) = 적외선 차폐율(%)) 및 헤이즈(%) 측정은 JASCO(JAPAN) 650 UV/VIS Spectrometer로 Baseline을 공기 중에 설정하여 측정하였다. 헤이즈는 확산투과율(Is)을 전광투율(Is+Ir)로 나누어 백분율(%)로 나타내었다. 적외선 반사율(%)은 JASCO(JAPAN) 650 UV/VIS Spectrometer에 적분구를 설치하여 Baseline은 황산바륨(Barium Sulfate)으로 설정하고 측정하였다. 도막의 표면저항(Ω/□)은 4포인트 표면저항 측정기(4 point probe resistance measurement)로 측정하였다.

- 실험결과 : 측정된 가시광선 투과율(%), 적외선 차폐율(%), 헤이즈(%), 적외선 반사율(%), 면저항(Ω/□) 값은 아래 표와 같다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6
가시광선 투과율(%) (380~780㎚)	78.50%	80.10%	76.00%	79.80%	75.20%	68.90%
적외선 차폐율(%) (780~2000㎚)	30.20%	60.80%	35.40%	51.50%	50.70%	92.30%
헤이즈(%) (380~780㎚)	0.21%	0.27%	0.35%	0.24%	0.46%	0.57%
적외선 반사율(%) (2500㎚)	36.00%	42.10%	30.30%	41.30%	40.60%	41.90%
면저항 (Ω/□)	3.3×10²	1.2×10²	4.7×10³	1.4×10²	1.7×10²	1.3×10²

구분	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5
가시광선 투과율(%) (380~780㎚)	82.40%	82.80%	72.30%	75.90%	58.70%
적외선 차폐율(%) (780~2000㎚)	21.20%	17.30%	20.40%	23.00%	79.30%
헤이즈(%) (380~780㎚)	0.17%	0.16%	2.81%	1.55%	2.20%
적외선 반사율(%) (2500㎚)	25.60%	18.40%	17.50%	19.80%	21.20%
면저항 (Ω/□)	1.8×10³	2.1×10⁴	1.1×10³	1.3×10⁴	8.3×10⁴

실시예 1은 전도성 금속 산화물이 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)로 구성된 특징이 있으며, 실험 결과, 실시예 1에서는 높은 가시광선 투과율과, 낮은 헤이즈 값과, 높은 적외선 반사 특성 및 낮은 면 저항을 보여 전반적으로 우수한 광학적 특정을 보였다.

실시예 2는 전도성 금속 산화물이 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물(Non-radioactive Stable Isotope Cesium Tungsten Oxide, ⁽¹³³⁾Cs_x ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))로 구성된 특징이 있으며, 높은 가시광선 투과율을 보였고, 적외선 차폐율에 있어서는 실시예 1보다 높은 수치를 기록하면서 우수한 적외선 차폐 성능까지 보였으며, 헤이즈 차단, 적외선 반사 및 면 저항이 모두 우수하였다.

실시예 3은 전도성 금속 산화물을 안티몬 틴 옥사이드(Antimony Tin Oxide, ATO)로 구성한 특징이 있다. 실험 결과, 안티몬 틴 옥사이드(Antimony Tin Oxide, ATO)를 사용한 실시예 3에서는 다른 실시예들과 같이, 높은 가시광선 투과율, 낮은 헤이즈, 높은 적외선 반사율을 보였다. 다만, 면 저항 값은 다른 실시예에 비해 상대적으로 다소 높게 측정되었다.

실시예 4는 비방사성 안정 동위원소 칼륨 텅스텐 산화물(Non-radioactive Stable Isotope Potassium Tungsten Oxide, ^(39,41)K_x ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))을 전도성 금속 산화물로 사용한 것으로, 가시광선 투과율, 적외선 차폐율, 적외선 반사율이 높게 나타났으며, 헤이즈 값과 면 저항값이 낮게 측정되면서 우수한 성능을 보이는 것이 확인되었다.

실시예 5는 비방사성 안정 동위원소 나트륨 텅스텐 산화물(Non-radioactive Stable Isotope Sodium Tungsten Oxide, ⁽²⁴⁾Na_x ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))을 전도성 금속 산화물로 사용한 특징이 있으며, 실험 결과, 가시광선 투과, 적외선 차폐, 헤이즈 차단, 적외선 반사, 면 저항의 모든 측정 항목에서 우수한 성능을 보였다.

실시예 6은 기재를 유리가 아닌 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)로 대체한 것이 특징인데, 표 1에 나타난 결과값에서 알 수 있듯이, 일면에 형성된 열 차폐층과, 타면에 형서된 적외선 반사 복합체에 의해 적외선 차폐율이 92.30%까지 높아졌으며, 가시광선 투과율이 다소 낮아지기는 했지만, 여전히 낮은 헤이즈 값과, 높은 적외선 반사율 및 우수한 면 저항 특성이 발현되었다. 실시예 6을 통해 본 발명의 복합 코팅 조성물을 사용해 고효율 열 차폐 필름이 제조될 수 있음이 입증되었다.

비교예 1은 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)으로 개질된 전도성 고분자 PEDOT:PSS만을 기재에 코팅한 경우로, 실험 결과, 전도성 금속 산화물이 없을 경우, 미립자가 없어 가시광선 투과율은 오히려 높아졌지만, 적외선 차폐율과 적외선 반사율이 떨어지는 문제가 있었다.

비교예 2는 전도성 금속 산화물을 제거함은 물론, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의한 전도성 고분자 PEDOT:PSS의 개질도 진행하지 않은 것을 특징으로 한다. 그 결과, 비교예 2에서도 비교예 1과 마찬가지로 전도성 고분자 내에 전도성 금속 산화물 미립자가 분포하지 않아 가시광선 투과율은 높은 수치를 기록했으나, 전도성 고분자의 전기전도도가 향상되지 못하여, 낮은 적외선 차폐율과 반사율을 보였으며, 면 저항값이 상대적으로 높아지는 문제가 발견되었다.

비교예 3은 전도성 실버 와이어 코팅액을 기재층에 코팅한 것으로, 가시광선 투과율도 다른 실시예나 비교예에 비해 상대적으로 낮았으며, 적외선 차폐율도 크게 낮았고, 헤이즈 차단도 제대로 되지 않아 뿌옇게 보이는 현상이 발견되었으며, 적외선 반사율은 다른 실험 대비 가장 낮아, 좋지 않은 광학적 특성을 보였다.

비교예 4는 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)로 전도성 금속 산화물을 구성하되, 전도성 고분자를 포함하지 않고 이를 아세톤(Acetone)으로 대체한 것으로, 실험 결과, 적외선 차폐율과, 적외선 반사율 성능이 떨어졌으며, 헤이즈가 관찰되었고, 상대적으로 면 저항값이 높아지는 문제가 있었다.

비교예 5는 실시예 2에서 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물(Non-radioactive Stable Isotope Cesium Tungsten Oxide, ⁽¹³³⁾Cs_x ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))의 투입량을 22 g으로 늘려, 전체 함량의 30.55 중량%가 되도록 한 특징이 있는데, 그 결과, 전도성 금속 산화물 함량의 증가로 인해 적외선 차폐 성능이 크게 향상되었으나, 가시광선 투과율이 급격히 나빠졌으며, 헤이즈 현상이 관찰되었고, 적외선 반사율도 저하되었으며, 면 저항값이 크게 높아지는 문제가 발견되었는바, 첨가되는 전도성 금속 산화물의 함량은 적정 수준을 유지해야 함을 알 수 있었다.

도 9는 실시예 1의 반사율(실선)과 비교예 4의 반사율(점선)을 파장에 따라 도시한 도면으로, 도 9를 참고하면, 전도성 금속 산화물로 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)를 사용하고, 전도성 고분자로 PEDOT:PSS를 사용한 실시예 1의 경우, 적외선 파장의 반사율이 파장이 길어질수록 증가하는 양상을 보였지만, 전도성 금속 산화물로 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO)를 사용하지만, 전도성 고분자를 포함하지 않은 비교예 4의 경우는, 실시예 1에 비해 적외선 파장의 반사율이 높지 않았다.

도 10은 실시예 2의 반사율(실선)과 비교예 5의 반사율(점선)을 파장에 따라 도시한 도면으로, 도 10을 설명하면, 전도성 금속 산화물로 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물(Non-radioactive Stable Isotope Cesium Tungsten Oxide)을 3.84 중량% 사용한 실시예 2의 경우에는 적외선 영역에서 파장이 길어 질수록 반사율이 급격히 증가하는 모습을 보였다. 반면에, 비교예 5는 실시예 2와 같이 전도성 금속 산화물로 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물(Non-radioactive Stable Isotope Cesium Tungsten Oxide)을 사용했지만, 그 함량을 30.55 중량%로 높인 결과, 적외선 영역에서의 반사율이 실시예 2와 비교하여 크게 낮아졌다.

도 11은 비교예 1의 반사율(실선)과 비교예 2의 반사율(점선)을 파장에 따라 도시한 도면으로, 도 11을 참고하면, 비교예 1은 전도성 금속 산화물은 없지만 전도성 고분자의 개질 처리는 이루어진 것이고, 비교예 2는 전도성 금속 산화물도 없고 전도성 고분자의 개질 처리도 이루어지지 않은 것으로, 전도성 금속 산화물이 분포되지 않은 조성물에서는 전도성 금속 산화물이 분포된 조성물에 비해 상대적으로 낮은 적외선 반사율을 보였으나, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의해 전도성 고분자를 개질시킬 경우(비교예 1), 그렇지 않은 것(비교예 2)에 비해 보다 높은 적외선 반사율을 보인다는 것이 확인되었다.

<실험 2의 내용>

- 실험목적 : 전도성 금속 산화물 함량에 따른 입자의 크기 및 분포를 관찰한다.

- 실험방법 : 실시예 2와 비교예 5의 복합 코팅 조성물의 입자 크기를 측정하고 입자의 분포 정도를 육안으로 확인하였다.

- 실험조건 : 조성물 입자관찰사진은 JEOL 社, JEM-2010 TEM(Transmission Electron Microscope) 이미지이며, 60 ~ 200 KV로, ×50 ~ × 1.5M 배 배율로 촬영하였다. TEM 측정용 시료는, 에탄올로 묽게 희석하여, 카본(Carbon)이 코팅된 200 mesh carbon grid에 묽게 희석한 조성물을 100 ㎕ 떨어뜨린 후 건조시켜 준비하였다.

- 실험결과 : 실시예 2의 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation) 처리법으로 제조된 적외선 반사 복합 코팅 조성물을 TEM 측정용 시료로 만들어 TEM 사진으로 입자 단위당 크기를 관찰한 결과, 조성물 중 전도성 금속 산화물인 비방사성 안정 동위원서 세슘 텅스텐 산화물(⁽¹³³⁾Cs_x ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 입자의 크기가 20 ~ 40 ㎚이었으며, 도 12에 도시된 바와 같이, 입자 모양은 균일한 둥근 구형을 나타내었고, 전도성 고분자 내에 적당히 잘 분포되어 있음이 확인되었다.

도 13은 비교예 5의 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation) 처리법으로 제조된 복합 코팅 조성물 중 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물(⁽¹³³⁾Cs_x ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n)) 입자의 TEM 사진으로, 비교예 5 역시 전술한 실시예 2와 비슷한 입자크기(20 ~ 40 ㎚)를 가지고 있으나, 실시예 2보다 높은 전도성 금속 산화물 함량으로 인해 전도성 고분자 내에 고르게 분포되지 못하고, 입자들끼지 응집 또는 겹쳐지는 문제가 확인 되었다.

즉, 적외선 반사 복합코팅 조성물 중 비방사성 안정 동위원소 세슘 텅스텐 산화물(⁽¹³³⁾Cs_x ^{(182,183,184,186)}WO_(3-n))의 함량을 3.84 중량%에서 30.55 중량%로 변경 투입되었을 때, 극심한 응집 현상으로 인해 헤이즈가 발생하며, 코팅면상 또한 고르지 못한 것이 확연히 드러났다.

따라서, 완성된 도막에서는 실시예 2의 전도성 금속 산화물의 함량이, 비교예 5의 전도성 금속 산화물의 함량보다, 헤이즈가 나타나지 않도록 하는 조성의 함량으로서 바람직하였다.

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

1: 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물
10: 전도성 고분자
30: 전도성 금속 산화물 미립자
S1: 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물 제조방법
S10: 전도성금속산화물제작단계
S11: 원료공급단계
S13: 가압단계
S15: 열처리고형화단계
S30: 액상레이저어블레이션단계
S31: 타겟고정단계
S33: 전도성고분자투입단계
S35: 레이저조사단계

Claims

전도성 고분자와,
상기 전도성 고분자에 분산된 전도성 금속 산화물 미립자를 포함하고,
복합 코팅 조성물 전체 100 중량% 중에서,
상기 전도성 고분자는 70 ~ 99 중량%,
상기 전도성 금속 산화물 미립자는 1 ~ 30 중량%인 것을 특징으로 하는,
저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물.
제1항에 있어서,
상기 전도성 고분자는, 액상인 것을 특징으로 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물.
제2항에 있어서,
상기 전도성 고분자는, PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate)인 것을 특징으로 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물.
제2항에 있어서,
상기 전도성 고분자는, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의해 개질되는 것을 특징으로 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물.
제1항에 있어서,
상기 전도성 금속 산화물 미립자는, 상기 전도성 고분자 내에서 미립자 간의 교차 또는 겹침 없이 이격되어 있는 것을 특징으로 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물.
제5항에 있어서,
상기 전도성 금속 산화물 미립자는, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의해, 액상의 전도성 고분자 내에 포함된 전도성 금속 산화물로부터 형성되는 것을 특징으로 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물.
제6항에 있어서,
상기 전도성 금속 산화물은, 펠릿(Pellet) 형인 것을 특징으로 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물.
제6항에 있어서,
상기 전도성 금속 산화물 미립자는, 상기 전도성 고분자 내에 분산된 미립자의 형상이 구형인 것을 특징으로 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물.
제1항에 있어서,
상기 복합 코팅 조성물은, 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)에 의해, 한 번에, 상기 전도성 고분자가 개질되고, 상기 전도성 금속 산화물 미립자가 상기 전도성 고분자에 분산되어 형성되는 것을 특징으로 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물.
제9항에 있어서,
상기 액상 레이저 어블레이션(Liquid Phase Laser Ablation)은, 레이저가 1,064 nm의 파장을 가지며 1 W 보다 크고 2 W 보다 작은 출력을 가지는 것을 특징으로 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물.
제1항에 있어서,
상기 전도성 금속 산화물 미립자는, 방사선을 방출하지 않는 비방사성 안정 동위원소 텅스텐 브론즈(Tungsten Bronze) 화합물인 것을 특징으로 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물.
제11항에 있어서,
상기 전도성 금속 산화물 미립자는, ^(Y)A_x ^{(182,183,184,186)}W₁O_(3-n) 형태의 육방정계형 구조를 형성하며, 상기 ^(Y)A는 비방사성 안정 동위원소이고, 상기 X는 환원소성에 따른 상기 ^(Y)A에 도핑(Doping)되는 원소의 수이며, 상기 Y는 A의 질량수이고, 상기 (3-n)은 산소의 결핍을 의미하는 것을 특징으로 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물.
제1항에 있어서,
상기 전도성 금속 산화물 미립자는, 인듐 틴 옥사이드(Indium Tin Oxide, ITO) 및 안티몬 틴 옥사이드(Antimony Tin Oxide, ATO) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물.
제1항에 있어서,
상기 복합 코팅 조성물은, 기재층 상에 0.1 ~ 10 ㎛ 두께로 도포되는 것을 특징으로 하는, 저온 성막형 고투명 적외선 반사 복합 코팅 조성물.