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문제 정의
- 본 연구는 물리·화학적으로 안정하며 적외선 반사율이 30% 이상인 세라믹 결정구조를 갖는 고기능성 적외선 차열도료를 개발하여, 광범위한 산업분야에 적용함으로써 도심 열섬현상을 방지하고 에너지 효율을 높이는데 목적을 두고 있다.
제안 방법
- 각 색상마다 성능이 양호한 시편 3개를 선정하여 표준시편(STD)과 표면온도 차이를 비교·분석하였으며, 최종적으로 가장 우수한 시편을 선정하여 적외선 반사율 측정과 내후성 (Q.U.V) 평가를 수행하였다.
- 내화학성, 내식성 및 내열기능이 우수한 PVDF를 사용하여 적외선 차열도료를 제조하였을 때 분산 및 도막형성 상태가 우수하여 첨가제 함량은 변화를 주지 않았고, 안료의 함량(3, 6, 9, 12%)과 제조한 도료의 도막두께(50, 100, 150, 200㎛)에 따른 물성평가를 하여 최적의 제조 조건을 선정하였다.
- 도료 도막의 상태와 표면온도 결과를 통하여 너무 얇거나 두껍게 도막이 형성될 때 적외선을 반사하지 못하거나 열 축적 현상이 발생하여 물성평가에 영향을 미치는 것으로 추측하였다.
- 도료의 내후성 평가(weathering test) 결과는 아래와 같으며, 적외선 차열도료의 옥외폭로 시 도료의 고유색상 상태를 판단하기 위하여 철판표면에 얇은 도막을 형성시켰다. 도막이 형성된 철판을 Q.
- 도료의 내후성 평가(weathering test) 결과는 아래와 같으며, 적외선 차열도료의 옥외폭로 시 도료의 고유색상 상태를 판단하기 위하여 철판표면에 얇은 도막을 형성시켰다. 도막이 형성된 철판을 Q.U.V(Q-Panel) 시스템에서 최대 1,000시간 동안 UV-B Light(50℃)에 4시간 노출시킨 후, 2시간 동안 수분(습기) 분사 (40℃)를 반복적으로 진행하면서 내후도를 평가하였다.
- 온도는 90분 동안 5분 간격으로 측정하였고, 적외선 램프와 도료시편과의 거리는 20㎝를 유지하였다. 또한 램프에서 나오는 적외선(IR)으로부터 도료시편을 제외한 부분에 영향을 미치지 않도록 단열처리를 하였다. 각 색상마다 성능이 양호한 시편 3개를 선정하여 표준시편(STD)과 표면온도 차이를 비교·분석하였으며, 최종적으로 가장 우수한 시편을 선정하여 적외선 반사율 측정과 내후성 (Q.
- 본 연구에서 개발한 적외선 차열도료 제조기술은 근 적외선 파장을 흡수하지 않고 도장된 코팅 층에서 반사하게 하는 것이 특징으로, 일반도료 조성비에 준하여 적외선 차열기능을 갖는 황, 흑색도료를 제조하고 안료함량과 도막두께에 따라 도막을 형성시켜 표면 온도, 적외선 반사율(%), 내후성(Q.U.V)을 평가하였다.
- 안료, 바인더, 기타 첨가제가 포함된 원료 혼합을 거친 후, 안료의 고른 분산을 하기위하여 Ring Mill을 사용하여 약 3,000rpm 에서 10분간 분쇄 및 분산을 하였으며, 숙성과정을 거쳐 최종적으로 황, 흑색의 적외선 차열도료를 제조하였다.
- 제조한 도료의 물성평가를 위하여 알루미늄판에 도막을 형성시키고 dry oven에서 180℃, 10분간 건조한 후 도료의 표면온도, 내후성(Q.U.V), 적외선 반사율을 평가하였다.
- 제조한 차열도료의 표면온도를 측정하기 위하여 적외선 램프(필립스, 250W), 단열재(스티로폼), 적외선 온도측정기(HANSUNG, HS55CT)를 사용하여 표면온도 측정시스템을 구성하였다. 온도는 90분 동안 5분 간격으로 측정하였고, 적외선 램프와 도료시편과의 거리는 20㎝를 유지하였다.
- 차열도료의 제조물성과 표면온도 결과로부터 선정된 황, 흑색 시편의 적외선 반사율 분석을 위하여 Perkin Elmer사의 UV/VIS/NIR spectrophotometer Lambda-950(호서대 지역혁신센터 의뢰) 을 사용하였으며, Shepherd사 황, 흑색 차열도료의 적외선 반사성능과 비교하였다.
성능/효과
- 1. 도료의 표면온도 차이는 황색안료 9%를 첨가하여 150㎛으로 도막을 형성시켰을 때(Y-11) 10.1℃, 흑색안료 9%를 첨가하여 200㎛으로 도막을 형성시켰을 때 (B-12) 18.8℃로 나타났다.
- 2. 황색도료는 700～1,200㎚ 구간에서 65.3%, 700～2,500㎚ 구간에서는 66.7%로 아주 높게 측정되었으며, 흑색도료 700～1,200㎚ 구간에서 21.0%, 700～2,500㎚구간에서는 40.0%로 비교적 높게 측정되었다.
- 3. 내후성 평가에서 황색도료는 최대 1,000hr이 경과하여도 색상의 변화가 거의 나타나지 않았으며 색차(ΔE)는 500hr에서 0.178, 1,000hr에서 0.531으로 기준치 0.7이하로 나타났다.
- 그림 1에 나타낸 황색도료의 표면온도 결과는 표준시편(STD)와 비교하여 평균 6. 9℃의 온도차를 보였으며, 황색안료 9%를 첨가하고 150㎛ 두께로 도막을 형성시켰을 때(Y- 11) 10.1℃의 온도차이를 보이며 가장 우수하게 나타났다.
- 8℃로 측정되었고, 도막 두께가 두꺼울 때 우수한 성능을 보였다. 결국 흑색안료 9%, 200㎛으로 도막을 형성시켰을 때(B-12) 가장 우수한 결과를 보였다.
- 도료 제조 시 안료가 3～12% 첨가되었을 때 황색 및 흑색도료 모두 도막형성 상태에 큰 차이점은 보이지 않았으나, 대체로 안료 함량이 3% 일 때 색감이 옅게 나타났으며, 12% 이상의 함량이 첨가될 경우 안료함량이 많아 점성이 높아졌다. 따라서 안료함량 6～9% 사이가 미관적인 측면과 기능적인 측면에서 우수할 것으로 예상하였다.
- 도료 제조 시 안료가 3～12% 첨가되었을 때 황색 및 흑색도료 모두 도막형성 상태에 큰 차이점은 보이지 않았으나, 대체로 안료 함량이 3% 일 때 색감이 옅게 나타났으며, 12% 이상의 함량이 첨가될 경우 안료함량이 많아 점성이 높아졌다. 따라서 안료함량 6～9% 사이가 미관적인 측면과 기능적인 측면에서 우수할 것으로 예상하였다.
- 또한 Shepherd사의 적외선 반사 그래프와 비교해 볼 때, 두 가지 색상 모두 1,000㎚ 이상의 구간에서는 오히려 우수하게 나타났다.
- 표면온도 차이는 B-12가 18.8℃로 측정되었고, 도막 두께가 두꺼울 때 우수한 성능을 보였다. 결국 흑색안료 9%, 200㎛으로 도막을 형성시켰을 때(B-12) 가장 우수한 결과를 보였다.
- 흑색도료의 도막상태는 B-6, 12번 시편의 경우 양호한 결과를 보였으나, B-2의 경우 안료의 함량이 적어 전반적으로 색감이 옅게 나타났으며, 안료함량 6%(B-6)에서도 9%(B-12)보다는 옅은 색을 띄었다.
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