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문제 정의
- 본 연구에서는 고내구성 열차단 ATO 코팅막을 제조하기 위하여 sol-gel법을 이용하여 하이브리드 바인더를 합성하고 ATO 나노입자를 분산시켜 딥코팅 속도에 따른 박막의 미세구조, 두께변화, 광차단/투과율 및 유리기판과의 밀착력을 측정하였다.
제안 방법
- ATO 코팅막을 제조하기 위한 하이브리드 바인더 용액의 합성을 위하여tetraethylorthosilicate(TEOS, Aldrich, 99 %) 15 g과 methyltrimethoxysilane(MTES, Aldrich, 99 %) 7 g을 에탄올 28 g과 혼합한 후 30분간 교반하였다. 그 후, 0.
- ATO 코팅막을 제조하기 위한 하이브리드 바인더 용액의 합성을 위하여tetraethylorthosilicate(TEOS, Aldrich, 99 %) 15 g과 methyltrimethoxysilane(MTES, Aldrich, 99 %) 7 g을 에탄올 28 g과 혼합한 후 30분간 교반하였다. 그 후, 0.1 N HCl을 가수분해 촉매로 사용하여 혼합액에 7 g을 투입하여 3시간 동안 상온에서 반응시켜 폴리실록산 타입의 유무기 하이브리드 바인더 용액을 제조하였다.
- 제조된 박막의 표면 미세구조를 확인하기 위하여 field emission scanning electron microscope(S-4800, HITACHI)를 사용하였다. 딥코팅의 인상속도에 따른 ATO 박막의 광학적 특성 변화를 분석하기 위하여 자외선-가시광선-근적외선 분광광도계(UV/VIS/NIR spectrophotometer, V-570, JASCO)를 이용하여 투과율을 측정하였다. 코팅막의 두께는 Dektak(150, VEECO)을 사용하여 측정하였으며 코팅막의 연필경도 측정은 pencil hardness tester(CT-PC2, 코아테크)를 사용하여 하중 1.
- 제조된 폴리실록산 타입의 유무기 하이브리드 바인더 용액 50 g과 antimony tin oxide(ATO) 나노입자 분산액(D50: 40 nm, 용제: ethoxyethanol, 고형분 30 %) 50 g을 혼합하였다. 용액의 ATO 나노 입자의 분산성을 향상시키기 위하여 분산제로 polydimethylsiloxane를 1.0 g 첨가한 후 1시간 혼합하여 IR 차단 코팅 용액을 제조하였다.
- 코팅 기판으로는 슬라이드 글래스(t = 1.0 mm)를 사용하였으며 dip coater를 이용하여 5~40 mm/s 의 인상속도로 각각의 기판 위에 ATO 막을 코팅하였다. Dip coating을 통해 얻어진 시편은 80℃에서 1시간 동안 건조하였다.
- 0 kg에서 실시하였다. 코팅막과 기판과의 밀착력을 확인하기 위하여 3M 스카치테이프(#610)를 사용하여 cross cutter tape test를 실시하였다.
- 적외선 차단을 위한 코팅막을 sol-gel법을 이용하여 제조 하였다. 코팅막의 강도와 밀착력을 향상시키기 위하여 tetraethylorthosilicate와 methyltrimethoxysilane 가수분해 촉매로 HCl을 사용하여 폴리실록산 타입의 유무기 하이브리드 바인더 용액을 합성하였고 ATO 나노 입자를 용액에 분산시켜 코팅액을 제조 한 후 딥코팅하여 열차단 ATO 코팅막을 제조 하였다. 제조된 코팅막은 매우 치밀한 표면 구조를 나타내었으며, 인상속도가 5, 10, 20, 40 mm/s로 높아짐에 따라 제조된 코팅막의 두께는 약 1.
- 딥코팅의 인상속도에 따른 ATO 박막의 광학적 특성 변화를 분석하기 위하여 자외선-가시광선-근적외선 분광광도계(UV/VIS/NIR spectrophotometer, V-570, JASCO)를 이용하여 투과율을 측정하였다. 코팅막의 두께는 Dektak(150, VEECO)을 사용하여 측정하였으며 코팅막의 연필경도 측정은 pencil hardness tester(CT-PC2, 코아테크)를 사용하여 하중 1.0 kg에서 실시하였다. 코팅막과 기판과의 밀착력을 확인하기 위하여 3M 스카치테이프(#610)를 사용하여 cross cutter tape test를 실시하였다.
대상 데이터
- 제조된 폴리실록산 타입의 유무기 하이브리드 바인더 용액 50 g과 antimony tin oxide(ATO) 나노입자 분산액(D50: 40 nm, 용제: ethoxyethanol, 고형분 30 %) 50 g을 혼합하였다. 용액의 ATO 나노 입자의 분산성을 향상시키기 위하여 분산제로 polydimethylsiloxane를 1.
이론/모형
- 적외선 차단을 위한 코팅막을 sol-gel법을 이용하여 제조 하였다. 코팅막의 강도와 밀착력을 향상시키기 위하여 tetraethylorthosilicate와 methyltrimethoxysilane 가수분해 촉매로 HCl을 사용하여 폴리실록산 타입의 유무기 하이브리드 바인더 용액을 합성하였고 ATO 나노 입자를 용액에 분산시켜 코팅액을 제조 한 후 딥코팅하여 열차단 ATO 코팅막을 제조 하였다.
- 제조된 박막의 표면 미세구조를 확인하기 위하여 field emission scanning electron microscope(S-4800, HITACHI)를 사용하였다. 딥코팅의 인상속도에 따른 ATO 박막의 광학적 특성 변화를 분석하기 위하여 자외선-가시광선-근적외선 분광광도계(UV/VIS/NIR spectrophotometer, V-570, JASCO)를 이용하여 투과율을 측정하였다.
성능/효과
- 그림에서 보듯이 약 1 mm 간격으로 코팅막을 자른후 스카치테이프를 붙인 후 때어낸 결과 코팅막이 벗겨지지 않은 것으로 확인되었다. 그러므로 ASTM D 3359 측정 규격에 코팅막이 벗겨지지 않는 5B 등급에 해당하는 것으로 확인되었다. 딥코팅 후 저온 80℃에서 건조하여 제조한 코팅막이 5H와 5B 정도의 우수한 강도와 밀착력을 보이는 결과는 본 연구에서 제조한 유무기 하이브리드 바인더의 내구성이 우수하기 때문이다.
- 5(b)에서 알 수 있듯이 코팅면이 파손되는 결과를 확인하였다. 그러므로 본 연구에서 제조된 ATO 코팅막은 연필경도 5H 정도의 특성을 나타내었다. 또한 기판과의 밀착력을 확인하기 위하여 3M 스카치테이프(#610)를 사용하여 cross cutter tape test한 결과를 Fig.
- 25 μm로 각각 증가하였다. 또한 인상속도가 증가함에 따라 코팅막의 가시광 투과율은 83.6 %에서 68.9 %로 감소하였고 반면 적외선 차단율은 49.5 %에서 66.7 %로 증가하였다. 하이브리드 바인더를 사용한 결과 제조된 코팅막의 연필경도는 5H를 나타내었고 cross cutter tape test 결과 5B 등급의 우수한 밀착력을 보였다.
- 인상속도가 증가함에 따라 가시광 영역에서의 투과율은 감소하며 800 nm 이상에서의 적외선 투과율도 감소하는 결과를 보인다. 이 결과는 Fig. 3에서 확인된 것과 같이 코팅막의 두께가 증가하면 코팅막의 푸른색을 보이는 ATO 성분이 늘어나서 가시광 투과율은 줄어들고 적외선 차단율은 증가하는 것이다. 인상속도에 따라 제조된 ATO 코팅막의 광학적 특성을 Table 1에 나타내었다.
- 인상속도에 따라 제조된 ATO 코팅막의 광학적 특성을 Table 1에 나타내었다. 인상속도가 5 mm/s에서 40 mm/s로 증가됨에 따라 자외선 영역(200~380 nm)에서의 평균 차단율은 약 32.5 %에서 47.6 %로 증가되었으며 가시광 영역(380~780 nm)에서의 평균 가시광 투과율은 83.6 %에서 68.9 %로 감소하였다. 반면 적외선 영역(780~2500 nm)에서의 적외선 평균 차단율은 49.
- 4는 인상속도의 증가에 따른 코팅막의 자외선 200 nm부터 적외선 영역 2500 nm까지의 투과율을 나타낸다. 인상속도가 증가함에 따라 가시광 영역에서의 투과율은 감소하며 800 nm 이상에서의 적외선 투과율도 감소하는 결과를 보인다. 이 결과는 Fig.
- 코팅막의 강도와 밀착력을 향상시키기 위하여 tetraethylorthosilicate와 methyltrimethoxysilane 가수분해 촉매로 HCl을 사용하여 폴리실록산 타입의 유무기 하이브리드 바인더 용액을 합성하였고 ATO 나노 입자를 용액에 분산시켜 코팅액을 제조 한 후 딥코팅하여 열차단 ATO 코팅막을 제조 하였다. 제조된 코팅막은 매우 치밀한 표면 구조를 나타내었으며, 인상속도가 5, 10, 20, 40 mm/s로 높아짐에 따라 제조된 코팅막의 두께는 약 1.05, 2.15, 3.18, 4.25 μm로 각각 증가하였다. 또한 인상속도가 증가함에 따라 코팅막의 가시광 투과율은 83.
- 7 %로 증가하였다. 하이브리드 바인더를 사용한 결과 제조된 코팅막의 연필경도는 5H를 나타내었고 cross cutter tape test 결과 5B 등급의 우수한 밀착력을 보였다.
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