(57)【要約】本発明は、表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法及びこれを用いて製造した超親水ガラスコーティング層に関し、基板に光触媒物質層を形成する段階と、前記光触媒物質層が形成された基板を５００〜６００℃で加熱して１〜１０分間後熱処理を行い、前記光触媒物質層の表面粗さを増加させる段階とを含み、前記光触媒物質層の表面接触角を３０度以下にすることを特徴とする発明に関する。【選択図】図１
2013543054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に光触媒物質層を形成する段階；
前記光触媒物質層が形成された基板を５００〜６００℃で加熱して後熱処理を行い、前記光触媒物質層の表面粗さを増加させる段階；を含み、前記光触媒物質層の表面接触角を３０度以下にすることを特徴とする表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法。
【請求項２】
前記光触媒物質層を形成する段階は、常温ＲＦマグネトロンスパッタ蒸着方式で行うことを特徴とする、請求項１に記載の表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法。
【請求項３】
前記光触媒物質層は、酸化チタン、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化銀、酸化銅、酸化タングステン、亜鉛／錫合金酸化物、亜鉛チタネート、酸化モリブデン、酸化亜鉛、ストロンチウムチタネート、酸化コバルト及び酸化クロムのうち一つ以上の酸化層であることを特徴とする、請求項１に記載の表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法。
【請求項４】
前記基板と前記光触媒物質層との間にバリア層を形成することをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法。
【請求項５】
前記後熱処理を行う段階は１〜１０分間行うことを特徴とする、請求項１に記載の表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項の親水性改善方法を用いて、表面粗さ（ＲＭＳ）が１．５ｎｍ以上になるように表面モルフォロジー処理が行われたことを特徴とする超親水ガラスコーティング層。
【請求項７】
前記超親水ガラスコーティング層の鉛筆硬度は７〜９Ｈであることを特徴とする、請求項６に記載の超親水ガラスコーティング層。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法及びこれを用いて製造した超親水ガラスコーティング層に関し、建築物や屋外広告物などのきれいな外観確保及びメンテナンスを容易にするために超親水コーティング処理を行い、自浄効果を与える技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、建築物の外装仕上げを兼ねて視野確保及び採光のために、透光性の良い窓ガラスが適用されている。しかし、このような高い透光性のため、汚染物が付着した場合、容易に目に付いて外観の審美的特性を低下させたり、大気汚染物質の付着の深化によって透光性も低減させるという短所があった。
【０００３】
このような短所を解決するために、ガラスの表面に特殊なコーティングを適用し、常時きれいな外観を維持しようとする試みがなされている。このような試みのうち表面の親水性コーティングは、雨水による汚染物の自己洗浄を期待できるという点で大いに検討されている。
【０００４】
したがって、建築物の外装仕上げのためにガラスに親水性コーティングを行うが、従来の親水コーティングガラスは、表面に光触媒物質がコーティングされ、ＵＶが照射される条件で親水性が具現されるように設計された。
【０００５】
しかし、このようなガラスが屋外に適用された場合、太陽光量が一定でなく、大気中で照射されるＵＶの光量が多くないので、実験室のデータほどの親水特性を示さなかった。
【０００６】
したがって、フラクタル構造理論を適用した各コーティング膜が提案されており、この場合、ＵＶが照射されない条件でも親水特性を示した。
【０００７】
しかし、フラクタル構造理論を適用したコーティング方法としては、スプレー方式、ディップ方式及びスリットを用いたコーティング方式などの湿式コーティングプロセスを適用した。
【０００８】
このような湿式コーティング方式は、大面積生産時にコーティング膜の均一な品質を確保しにくいという技術的困難があり、主にガラスが施工された後、建築物に直接現場で施工する方式が使用されている。
【０００９】
しかし、この場合も、現場施工による品質管理が確実に行われにくいので、長期的な側面で耐久性が不良であるという問題がある。また、表面がぼやけた感じの現象（ｆｏｇｇｙ）を表し、透明な外観を確保しにくかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、常温で光触媒物質層を形成した後、最適化された温度で短時間熱処理を行うことによって、透明でありながらも、ＵＶ依存度が低いため、常に表面接触角が３０度以下の超親水特性を示すようにする表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法を提供することを目的とする。
【００１１】
併せて、本発明は、上述した表面モルフォロジー処理により７以上の高い鉛筆硬度を有しながらも、高透過・超親水特性を有するコーティングガラスを製造できるようにする超親水ガラスコーティング層を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施例に係る表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法は、基板に光触媒物質層を形成する段階と、前記光触媒物質層が形成された基板を５００〜６００℃で加熱して後熱処理を行い、前記光触媒物質層の表面粗さを増加させる段階とを含み、前記光触媒物質層の表面接触角を３０度以下にすることを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記光触媒物質層を形成する段階は、常温ＲＦマグネトロンスパッタ（Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒ）蒸着方式で行うことを特徴とし、前記光触媒物質層は、酸化チタン、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化銀、酸化銅、酸化タングステン、亜鉛／錫合金酸化物、亜鉛チタネート、酸化モリブデン、酸化亜鉛、ストロンチウムチタネート、酸化コバルト及び酸化クロムのうち一つ以上の酸化層であることが望ましい。
【００１４】
このとき、前記基板と前記光触媒物質層との間にバリア層を形成することをさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
次に、前記後熱処理を行う段階は１〜１０分間行うことを特徴とする。
【００１６】
併せて、本発明の一実施例に係る超親水ガラスコーティング層には、上述した親水性改善方法を用いて、表面粗さ（ＲＭＳ）が１．５ｎｍ以上になるように表面モルフォロジー処理が行われたことを特徴とする。
【００１７】
ここで、前記超親水ガラスコーティング層の鉛筆硬度は７〜９Ｈであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法を用いると、ＵＶの照射条件にもかかわらず、３０度以下の超親水性が観察され、光触媒としての優れた活性を維持できるという効果を提供する。
【００１９】
また、親水化処理後にも表面硬度が変わらず、７Ｈ以上を維持する高強度特性を示すことができるという効果を提供する。
【００２０】
したがって、本発明に係る超親水ガラスコーティング層は、建築物や屋外広告物などのきれいな外観を確保できる外装材などにその活用範囲を容易に拡張させることができ、メンテナンスを容易にする超親水コーティング層として自浄効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例に係る超親水ガラスコーティング層を示した断面図である。
【図２】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度別の水接触角及び鉛筆硬度の変化を示したグラフである。
【図３】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度別のＵＶ照射による水接触角の変化を示したグラフである。
【図４】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した断面写真である。
【図５】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した断面写真である。
【図６】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した断面写真である。
【図７】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した立体イメージである。
【図８】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した立体イメージである。
【図９】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した立体イメージである。
【図１０】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した立体イメージである。
【図１１】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度による表面粗さ値を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照して本発明に係る表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法及びこれを用いて製造した超親水ガラスコーティング層について詳細に説明する。
【００２３】
本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に説明している各実施例を参照すれば明確になるだろう。しかし、本発明は、以下で開示する各実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態に具現可能である。ただし、本実施例は、本発明の開示を完全にし、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであって、本発明は、請求項の範疇によって定義されるものに過ぎない。明細書全体にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を示す。
【００２４】
本発明の一実施例に係る表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法は、基板に光触媒物質層を形成する段階と、前記光触媒物質層が形成された基板を５００〜６００℃で加熱して後熱処理を行い、前記光触媒物質層の表面粗さを増加させる段階とを含み、前記光触媒物質層の表面接触角を３０度以下にすることを特徴とする。
【００２５】
本発明によると、まず、基板に親水化処理のために光触媒物質層を形成する。このとき、高い透過率と均一な厚さを有する大面積コーティング層を形成するために、常温ＲＦマグネトロンスパッタなどの真空薄膜蒸着工程を用いる。
【００２６】
ここで、特に、本発明に係るＲＦマグネトロンスパッタは、常温で行われるようにすることが望ましい。このとき、常温の温度範囲は一般に通用する範囲に従っているが、本発明では１８〜２５℃の範囲を示す。
【００２７】
そして、一般に、スパッタ方式は常温を超えた範囲で行われるが、光触媒コーティング層を基板にコーティングする場合、光触媒物質の結晶性が高くなるだけで、高い親水効果は期待しにくかった。
【００２８】
また、高温条件に合わせるために基板を加熱する装備が備えられなければ生産ができないので、製造が複雑であり、費用が増加するという問題があった。
【００２９】
その一方、本発明では、常温条件でスパッタ工程を行うことによって、経済的かつ容易に光触媒コーティング層を形成することができ、後続熱処理によって結晶性付与及び表面粗さ増加によるモルフォロジー制御を容易に行うことができ、優れた親水性を具現することができる。
【００３０】
以下、本発明に係る超親水ガラスコーティング層及びその親水化条件について説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施例に係る超親水ガラスコーティング層を示した断面図である。
【００３２】
図１を参照すると、基板ガラス１００の上部に本発明に係る超親水化処理されたコーティング層１２０を形成する。このとき、基板ガラス１００と超親水化処理されたコーティング層１２０との間にバリア層１１０をさらに形成することができる。バリア層１１０は、コーティング後の時間経過によって基板ガラス１００成分のうちアルカリ物質が超親水化処理されたコーティング層１２０に拡散され、不純物として作用することを防止するために使用される。
【００３３】
ここで、基板ガラスは本発明に係る基板の一例であって、基板ガラスとしては、自動車用内・外装材又は建築用窓ガラス製品などを用いることもできる。
【００３４】
また、超親水化のためのコーティング層の基本原料として、酸化チタン、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化銀、酸化銅、酸化タングステン、亜鉛／錫合金酸化物、亜鉛チタネート、酸化モリブデン、酸化亜鉛、ストロンチウムチタネート、酸化コバルト及び酸化クロムのうち一つ以上の酸化層を用いることができる。このとき、本発明では、酸化チタン層を用いることが望ましい。そして、前記の羅列した各素材のうち一つ以上は前記バリア層として活用することもできる。
【００３５】
本発明では、ＲＦマグネトロンスパッタ蒸着方式で前記のような構造の光触媒コーティング層を形成し、これに次のような熱処理過程を通して超親水化処理されたコーティング層１２０を形成できるようにする。
【００３６】
本発明で最も重要な核心工程は、表面モルフォロジー改善のための熱処理及び時間と言えるが、下記の各実験結果を参照すると、５００〜６００℃の温度範囲で最適の親水性を示すことが分かる。
【００３７】
まず、本発明に係る超親水化ガラスコーティング層の最適化された実施例のために実験に使用された基板としては、１００ｍｍ×１０ｍｍの面積を有し、０．７ｔの厚さを有するソーダ石灰ガラス（Ｓｏｄａ―Ｌｉｍｅ  ｇｌａｓｓ）を用いた。
【００３８】
次に、前記ソーダ石灰基板に酸化チタン層（ＴｉＯ2）を形成し、スパッタ装置のパワーはＲＦ４．３Ｗ／ｃｍ2に維持させ、１００％のアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気で３ｍｔｏｒｒの圧力に維持させた。
【００３９】
次に、焼成熱処理条件で空気雰囲気で１０℃／分の昇温速度で温度を増加させながら、常温（Ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐ．ｏｒ  ＲＴ）、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃になったときの熱処理維持時間を５分とし、下記のような実験結果を得ることができた。
【００４０】
図２は、本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度別の水接触角及び鉛筆硬度の変化を示したグラフである。
【００４１】
まず、図２を参照すると、光触媒コーティング層形成後の熱処理温度（Ｐｏａｔ―Ａｎｎｅａｌｉｎｇ  ｔｅｍｐ．（℃））が５００〜６００℃の温度範囲で、水接触角が３０度以下に示されることが分かる。
【００４２】
併せて、鉛筆硬度は７〜９Ｈの範囲である８Ｈを維持することが分かる。
【００４３】
このとき、熱処理温度が５００℃未満である場合、図示したように、水接触角が３０度を超えるため親水特性が低下することが分かる。
【００４４】
そして、図示してはいないが、熱処理温度が６００℃を超える場合は、水接触角が３０度以上であるので、親水特性及び硬度が低下し得る。また、熱処理温度が７００℃を超えると、ガラス基板の場合、変形が発生し得る。したがって、６００℃を超える熱処理温度範囲は経済的でない。
【００４５】
したがって、本発明に係る表面硬度及び親水性を考慮すると、５００〜６００℃が最適化された熱処理条件と言える。
【００４６】
図３は、本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度別のＵＶ照射による水接触角の変化を示したグラフである。
【００４７】
図３を参照すると、一般的な光触媒物質では、ＵＶの照射時間及び光量が低い条件で親水性が観察されなかった。
【００４８】
しかし、本発明では、熱処理温度による表面モルフォロジーの変化に従ってＵＶが照射されない室内条件でも超親水性が具現され、既存の光触媒の活用を極大化させることができた。
【００４９】
特に、図３を参照すると、本発明によって熱処理温度条件が５００℃であるとき、（水）接触角が３０度未満と示されることが分かる。したがって、本発明に係る表面モルフォロジー処理は、ＵＶが照射されない室内条件（ＵＶ  ０ｈｒ）でも優れた超親水化特性を提供することが分かる。
【００５０】
また、図３に示したように、熱処理温度条件が５００℃未満である場合、水接触角が３０度以上に示され、熱処理温度条件が６００℃を超える場合も、水接触角が３０度を超えたので、親水特性が低下することが分かる。
【００５１】
さらに、図３を参照すると、本発明では、ＵＶ照射時間が１分〜２時間の範囲内で調節される場合、接触角が１０度以下の超親水性を具現できることが分かる。
【００５２】
以下では、前記のように実験した試片の実際の写真を参照して本発明に係る超親水化ガラスコーティング層の特性を説明する。
【００５３】
図４〜図６は、本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した断面写真である。
【００５４】
一般に、超親水特性は表面モルフォロジーの変化に従って観察され、粗さの増加及び多孔性構造の特性によって接触角の減少が分析されることが分かる。
【００５５】
ここで、まず、図４を参照すると、熱処理過程を行っていない酸化チタンコーティング層の表面厚さが９７．３ｎｍ又は９８．３ｎｍと示されている。
【００５６】
したがって、粗さ及び結晶性がほとんど表されていないことが確認でき、この場合、親水特性が表されないことが分かる。
【００５７】
次に、図５を参照すると、４００℃で熱処理した結果、比較的広い領域で１０９ｎｍ又は１０５ｎｍの厚さ差を表すことによって、親水特性がほとんど示されないことを確認することができる。
【００５８】
また、図示してはいないが、６００℃を超えて７００℃で熱処理した結果、比較的広い領域で１００ｎｍ未満の厚さ差を表すことによって、親水特性がほとんど示されないことを確認することができる。
【００５９】
その一方、図６を参照すると、本発明に係る６００℃で熱処理した結果、密集した隣接領域でも１１３ｎｍ又は１０７ｎｍの厚さ差を表すことによって、表面粗さが高く表れることが分かる。
【００６０】
したがって、親水化特性も高く示されることが分かる。
【００６１】
以下では、前記のような断面変化をより立体的な結果物を参照して説明する。
【００６２】
図７〜図１０は、本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した立体イメージである。
【００６３】
図７を参照すると、常温（ＲＴ）で熱処理を行わなかった結果、図４と同一の結果を得ることができる。すなわち、表面粗さがほとんど表されていないことを確認することができ、それによる親水化効果も低下することが分かる。
【００６４】
次に、図８を参照すると、４００℃で熱処理した結果、表面モルフォロジー変化は表れているが、粗さが高く表れないので、親水性が低下することが分かる。図示してはいないが、６００℃を超えて７００℃で熱処理する場合も、粗さが高く表れないので、親水性が低下することが分かる。
【００６５】
その一方、図９及び図１０を参照すると、本発明に係る５００℃及び６００℃でそれぞれ熱処理した結果、表面粗さが高く表れることが分かる。
【００６６】
図１１は、本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度による表面粗さ値を示したグラフである。
【００６７】
図１１を参照すると、本発明に係る５００℃及び６００℃で熱処理した結果、超親水ガラスコーティング層の表面粗さ（ＲＭＳ）が１．５ｎｍ以上の範囲で表れることが分かる。一方、前記の範囲を逸脱して熱処理した結果、超親水ガラスコーティング層の表面粗さ（ＲＭＳ）が１．５ｎｍ以下に表れることが普通であるので、図１１を参照すると、４００℃で熱処理した場合、超親水ガラスコーティング層の表面粗さ（ＲＭＳ）が１．５ｎｍ以上ではあるが、親水性の優秀さに影響を及ぼす程度ではなく、７００℃で熱処理した場合、超親水ガラスコーティング層の表面粗さ（ＲＭＳ）が１．５ｎｍ以下であることが分かる。
【００６８】
上述したように、本発明に係る表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法を用いると、ＵＶ照射条件にもかかわらず、３０度以下の超親水性が観察され、光触媒としての優れた活性を維持することができる。
【００６９】
また、親水化処理後にも、表面硬度が変わらず７Ｈ以上を維持する高強度特性を示すことができる。
【００７０】
したがって、本発明に係る超親水ガラスコーティング層は、建築物や屋外広告物などのきれいな外観を確保できる外装材などにその活用範囲を容易に拡張させることができ、メンテナンスを容易にする超親水コーティング層として自浄効果を奏することができる。
【００７１】
以上では、本発明の実施例を中心に説明したが、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する技術者の水準で多様な変更や変形が可能である。このような変更と変形は、本発明が提供する技術思想の範囲を逸脱しない限り、本発明に属するものと言える。したがって、本発明の権利範囲は、以下で記載する特許請求の範囲によって判断しなければならない。
【図１】
2013543054.tif 000003
【図２】
2013543054.tif 000004
【図３】
2013543054.tif 000005
【図４】
2013543054.tif 000006
【図５】
2013543054.tif 000007
【図６】
2013543054.tif 000008
【図７】
2013543054.tif 000009
【図８】
2013543054.tif 000010
【図９】
2013543054.tif 000011
【図１０】
2013543054.tif 000012
【図１１】
2013543054.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成25年3月21日(2013.3.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法及びこれを用いて製造した超親水ガラスコーティング層に関し、建築物や屋外広告物などのきれいな外観確保及びメンテナンスを容易にするために超親水コーティング処理を行い、自浄効果を与える技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、建築物の外装仕上げを兼ねて視野確保及び採光のために、透光性の良い窓ガラスが適用されている。しかし、このような高い透光性のため、汚染物が付着した場合、容易に目に付いて外観の審美的特性を低下させたり、大気汚染物質の付着の深化によって透光性も低減させるという短所があった。
【０００３】
このような短所を解決するために、ガラスの表面に特殊なコーティングを適用し、常時きれいな外観を維持しようとする試みがなされている。このような試みのうち表面の親水性コーティングは、雨水による汚染物の自己洗浄を期待できるという点で大いに検討されている。
【０００４】
したがって、建築物の外装仕上げのためにガラスに親水性コーティングを行うが、従来の親水コーティングガラスは、表面に光触媒物質がコーティングされ、ＵＶが照射される条件で親水性が具現されるように設計された。
【０００５】
しかし、このようなガラスが屋外に適用された場合、太陽光量が一定でなく、大気中で照射されるＵＶの光量が多くないので、実験室のデータほどの親水特性を示さなかった。
【０００６】
したがって、フラクタル構造理論を適用した各コーティング膜が提案されており、この場合、ＵＶが照射されない条件でも親水特性を示した。
【０００７】
しかし、フラクタル構造理論を適用したコーティング方法としては、スプレー方式、ディップ方式及びスリットを用いたコーティング方式などの湿式コーティングプロセスを適用した。
【０００８】
このような湿式コーティング方式は、大面積生産時にコーティング膜の均一な品質を確保しにくいという技術的困難があり、主にガラスが施工された後、建築物に直接現場で施工する方式が使用されている。
【０００９】
しかし、この場合も、現場施工による品質管理が確実に行われにくいので、長期的な側面で耐久性が不良であるという問題がある。また、表面がぼやけた感じの現象（ｆｏｇｇｙ）を表し、透明な外観を確保しにくかった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、常温で光触媒物質層を形成した後、最適化された温度で短時間熱処理を行うことによって、透明でありながらも、ＵＶ依存度が低いため、常に表面接触角が３０度以下の超親水特性を示すようにする表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法を提供することを目的とする。
【００１１】
併せて、本発明は、上述した表面モルフォロジー処理により７以上の高い鉛筆硬度を有しながらも、高透過・超親水特性を有するコーティングガラスを製造できるようにする超親水ガラスコーティング層を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一実施例に係る表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法は、基板に光触媒物質層を形成する段階と、前記光触媒物質層が形成された基板を５００〜６００℃で加熱して後熱処理を行い、前記光触媒物質層の表面粗さを増加させる段階とを含み、前記光触媒物質層の表面接触角を３０度以下にすることを特徴とする。
【００１３】
ここで、前記光触媒物質層を形成する段階は、常温ＲＦマグネトロンスパッタ（Ｍａｇｎｅｔｒｏｎ  ｓｐｕｔｔｅｒ）蒸着方式で行うことを特徴とし、前記光触媒物質層は、酸化チタン、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化銀、酸化銅、酸化タングステン、亜鉛／錫合金酸化物、亜鉛チタネート、酸化モリブデン、酸化亜鉛、ストロンチウムチタネート、酸化コバルト及び酸化クロムのうち一つ以上の酸化層であることが望ましい。
【００１４】
このとき、前記基板と前記光触媒物質層との間にバリア層を形成することをさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
次に、前記後熱処理を行う段階は１〜１０分間行うことを特徴とする。
【００１６】
併せて、本発明の一実施例に係る超親水ガラスコーティング層には、上述した親水性改善方法を用いて、表面粗さ（ＲＭＳ）が１．５ｎｍ以上になるように表面モルフォロジー処理が行われたことを特徴とする。
【００１７】
ここで、前記超親水ガラスコーティング層の鉛筆硬度は７〜９Ｈであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法を用いると、ＵＶの照射条件にもかかわらず、３０度以下の超親水性が観察され、光触媒としての優れた活性を維持できるという効果を提供する。
【００１９】
また、親水化処理後にも表面硬度が変わらず、７Ｈ以上を維持する高強度特性を示すことができるという効果を提供する。
【００２０】
したがって、本発明に係る超親水ガラスコーティング層は、建築物や屋外広告物などのきれいな外観を確保できる外装材などにその活用範囲を容易に拡張させることができ、メンテナンスを容易にする超親水コーティング層として自浄効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施例に係る超親水ガラスコーティング層を示した断面図である。
【図２】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度別の水接触角及び鉛筆硬度の変化を示したグラフである。
【図３】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度別のＵＶ照射による水接触角の変化を示したグラフである。
【図４】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した断面写真である。
【図５】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した断面写真である。
【図６】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した断面写真である。
【図７】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した立体イメージである。
【図８】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した立体イメージである。
【図９】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した立体イメージである。
【図１０】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した立体イメージである。
【図１１】本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度による表面粗さ値を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、添付の図面を参照して本発明に係る表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法及びこれを用いて製造した超親水ガラスコーティング層について詳細に説明する。
【００２３】
本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に説明している各実施例を参照すれば明確になるだろう。しかし、本発明は、以下で開示する各実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態に具現可能である。ただし、本実施例は、本発明の開示を完全にし、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであって、本発明は、請求項の範疇によって定義されるものに過ぎない。明細書全体にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を示す。
【００２４】
本発明の一実施例に係る表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法は、基板に光触媒物質層を形成する段階と、前記光触媒物質層が形成された基板を５００〜６００℃で加熱して後熱処理を行い、前記光触媒物質層の表面粗さを増加させる段階とを含み、前記光触媒物質層の表面接触角を３０度以下にすることを特徴とする。
【００２５】
本発明によると、まず、基板に親水化処理のために光触媒物質層を形成する。このとき、高い透過率と均一な厚さを有する大面積コーティング層を形成するために、常温ＲＦマグネトロンスパッタなどの真空薄膜蒸着工程を用いる。
【００２６】
ここで、特に、本発明に係るＲＦマグネトロンスパッタは、常温で行われるようにすることが望ましい。このとき、常温の温度範囲は一般に通用する範囲に従っているが、本発明では１８〜２５℃の範囲を示す。
【００２７】
そして、一般に、スパッタ方式は常温を超えた範囲で行われるが、光触媒コーティング層を基板にコーティングする場合、光触媒物質の結晶性が高くなるだけで、高い親水効果は期待しにくかった。
【００２８】
また、高温条件に合わせるために基板を加熱する装備が備えられなければ生産ができないので、製造が複雑であり、費用が増加するという問題があった。
【００２９】
その一方、本発明では、常温条件でスパッタ工程を行うことによって、経済的かつ容易に光触媒コーティング層を形成することができ、後続熱処理によって結晶性付与及び表面粗さ増加によるモルフォロジー制御を容易に行うことができ、優れた親水性を具現することができる。
【００３０】
以下、本発明に係る超親水ガラスコーティング層及びその親水化条件について説明する。
【００３１】
図１は、本発明の一実施例に係る超親水ガラスコーティング層を示した断面図である。
【００３２】
図１を参照すると、基板ガラス１００の上部に本発明に係る超親水化処理されたコーティング層１２０を形成する。このとき、基板ガラス１００と超親水化処理されたコーティング層１２０との間にバリア層１１０をさらに形成することができる。バリア層１１０は、コーティング後の時間経過によって基板ガラス１００成分のうちアルカリ物質が超親水化処理されたコーティング層１２０に拡散され、不純物として作用することを防止するために使用される。
【００３３】
ここで、基板ガラスは本発明に係る基板の一例であって、基板ガラスとしては、自動車用内・外装材又は建築用窓ガラス製品などを用いることもできる。
【００３４】
また、超親水化のためのコーティング層の基本原料として、酸化チタン、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化鉄、酸化銀、酸化銅、酸化タングステン、亜鉛／錫合金酸化物、亜鉛チタネート、酸化モリブデン、酸化亜鉛、ストロンチウムチタネート、酸化コバルト及び酸化クロムのうち一つ以上の酸化層を用いることができる。このとき、本発明では、酸化チタン層を用いることが望ましい。そして、前記の羅列した各素材のうち一つ以上は前記バリア層として活用することもできる。
【００３５】
本発明では、ＲＦマグネトロンスパッタ蒸着方式で前記のような構造の光触媒コーティング層を形成し、これに次のような熱処理過程を通して超親水化処理されたコーティング層１２０を形成できるようにする。
【００３６】
本発明で最も重要な核心工程は、表面モルフォロジー改善のための熱処理及び時間と言えるが、下記の各実験結果を参照すると、５００〜６００℃の温度範囲で最適の親水性を示すことが分かる。
【００３７】
まず、本発明に係る超親水化ガラスコーティング層の最適化された実施例のために実験に使用された基板としては、１００ｍｍ×１０ｍｍの面積を有し、０．７ｔの厚さを有するソーダ石灰ガラス（Ｓｏｄａ―Ｌｉｍｅ  ｇｌａｓｓ）を用いた。
【００３８】
次に、前記ソーダ石灰基板に酸化チタン層（ＴｉＯ2）を形成し、スパッタ装置のパワーはＲＦ４．３Ｗ／ｃｍ2に維持させ、１００％のアルゴン（Ａｒ）ガス雰囲気で３ｍｔｏｒｒの圧力に維持させた。
【００３９】
次に、焼成熱処理条件で空気雰囲気で１０℃／分の昇温速度で温度を増加させながら、常温（Ｒｏｏｍ  ｔｅｍｐ．ｏｒ  ＲＴ）、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃になったときの熱処理維持時間を５分とし、下記のような実験結果を得ることができた。
【００４０】
図２は、本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度別の水接触角及び鉛筆硬度の変化を示したグラフである。
【００４１】
まず、図２を参照すると、光触媒コーティング層形成後の熱処理温度（Ｐｏａｔ―Ａｎｎｅａｌｉｎｇ  ｔｅｍｐ．（℃））が５００〜６００℃の温度範囲で、水接触角が３０度以下に示されることが分かる。
【００４２】
併せて、鉛筆硬度は７〜９Ｈの範囲である８Ｈを維持することが分かる。
【００４３】
このとき、熱処理温度が５００℃未満である場合、図示したように、水接触角が３０度を超えるため親水特性が低下することが分かる。
【００４４】
そして、図示してはいないが、熱処理温度が６００℃を超える場合は、水接触角が３０度以上であるので、親水特性及び硬度が低下し得る。また、熱処理温度が７００℃を超えると、ガラス基板の場合、変形が発生し得る。したがって、６００℃を超える熱処理温度範囲は経済的でない。
【００４５】
したがって、本発明に係る表面硬度及び親水性を考慮すると、５００〜６００℃が最適化された熱処理条件と言える。
【００４６】
図３は、本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度別のＵＶ照射による水接触角の変化を示したグラフである。
【００４７】
図３を参照すると、一般的な光触媒物質では、ＵＶの照射時間及び光量が低い条件で親水性が観察されなかった。
【００４８】
しかし、本発明では、熱処理温度による表面モルフォロジーの変化に従ってＵＶが照射されない室内条件でも超親水性が具現され、既存の光触媒の活用を極大化させることができた。
【００４９】
特に、図３を参照すると、本発明によって熱処理温度条件が５００℃であるとき、（水）接触角が３０度未満と示されることが分かる。したがって、本発明に係る表面モルフォロジー処理は、ＵＶが照射されない室内条件（ＵＶ  ０ｈｒ）でも優れた超親水化特性を提供することが分かる。
【００５０】
また、図３に示したように、熱処理温度条件が５００℃未満である場合、水接触角が３０度以上に示され、熱処理温度条件が６００℃を超える場合も、水接触角が３０度を超えたので、親水特性が低下することが分かる。
【００５１】
さらに、図３を参照すると、本発明では、ＵＶ照射時間が１分〜２時間の範囲内で調節される場合、接触角が１０度以下の超親水性を具現できることが分かる。
【００５２】
以下では、前記のように実験した試片の実際の写真を参照して本発明に係る超親水化ガラスコーティング層の特性を説明する。
【００５３】
図４〜図６は、本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した断面写真である。
【００５４】
一般に、超親水特性は表面モルフォロジーの変化に従って観察され、粗さの増加及び多孔性構造の特性によって接触角の減少が分析されることが分かる。
【００５５】
ここで、まず、図４を参照すると、熱処理過程を行っていない酸化チタンコーティング層の表面厚さが９７．３ｎｍ又は９８．３ｎｍと示されている。
【００５６】
したがって、粗さ及び結晶性がほとんど表されていないことが確認でき、この場合、親水特性が表されないことが分かる。
【００５７】
次に、図５を参照すると、４００℃で熱処理した結果、比較的広い領域で１０９ｎｍ又は１０５ｎｍの厚さ差を表すことによって、親水特性がほとんど示されないことを確認することができる。
【００５８】
また、図示してはいないが、６００℃を超えて７００℃で熱処理した結果、比較的広い領域で１００ｎｍ未満の厚さ差を表すことによって、親水特性がほとんど示されないことを確認することができる。
【００５９】
その一方、図６を参照すると、本発明に係る６００℃で熱処理した結果、密集した隣接領域でも１１３ｎｍ又は１０７ｎｍの厚さ差を表すことによって、表面粗さが高く表れることが分かる。
【００６０】
したがって、親水化特性も高く示されることが分かる。
【００６１】
以下では、前記のような断面変化をより立体的な結果物を参照して説明する。
【００６２】
図７〜図１０は、本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度の増加による表面粗さの変化を示した立体イメージである。
【００６３】
図７を参照すると、常温（ＲＴ）で熱処理を行わなかった結果、図４と同一の結果を得ることができる。すなわち、表面粗さがほとんど表されていないことを確認することができ、それによる親水化効果も低下することが分かる。
【００６４】
次に、図８を参照すると、４００℃で熱処理した結果、表面モルフォロジー変化は表れているが、粗さが高く表れないので、親水性が低下することが分かる。図示してはいないが、６００℃を超えて７００℃で熱処理する場合も、粗さが高く表れないので、親水性が低下することが分かる。
【００６５】
その一方、図９及び図１０を参照すると、本発明に係る５００℃及び６００℃でそれぞれ熱処理した結果、表面粗さが高く表れることが分かる。
【００６６】
図１１は、本発明に係る親水性改善方法のうち熱処理温度による表面粗さ値を示したグラフである。
【００６７】
図１１を参照すると、本発明に係る５００℃及び６００℃で熱処理した結果、超親水ガラスコーティング層の表面粗さ（ＲＭＳ）が１．５ｎｍ以上の範囲で表れることが分かる。一方、前記の範囲を逸脱して熱処理した結果、超親水ガラスコーティング層の表面粗さ（ＲＭＳ）が１．５ｎｍ以下に表れることが普通であるので、図１１を参照すると、４００℃で熱処理した場合、超親水ガラスコーティング層の表面粗さ（ＲＭＳ）が１．５ｎｍ以上ではあるが、親水性の優秀さに影響を及ぼす程度ではなく、７００℃で熱処理した場合、超親水ガラスコーティング層の表面粗さ（ＲＭＳ）が１．５ｎｍ以下であることが分かる。
【００６８】
上述したように、本発明に係る表面モルフォロジー処理によるコーティング膜の親水性改善方法を用いると、ＵＶ照射条件にもかかわらず、３０度以下の超親水性が観察され、光触媒としての優れた活性を維持することができる。
【００６９】
また、親水化処理後にも、表面硬度が変わらず７Ｈ以上を維持する高強度特性を示すことができる。
【００７０】
したがって、本発明に係る超親水ガラスコーティング層は、建築物や屋外広告物などのきれいな外観を確保できる外装材などにその活用範囲を容易に拡張させることができ、メンテナンスを容易にする超親水コーティング層として自浄効果を奏することができる。
【００７１】
以上では、本発明の実施例を中心に説明したが、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する技術者の水準で多様な変更や変形が可能である。このような変更と変形は、本発明が提供する技術思想の範囲を逸脱しない限り、本発明に属するものと言える。したがって、本発明の権利範囲は、以下で記載する特許請求の範囲によって判断しなければならない。
【符号の説明】
【００７２】
１００…基板ガラス、１１０…バリア層、１２０…コーティング層
【国際調査報告】
2013543054.tif 000014
2013543054.tif 000015
2013543054.tif 000016
2013543054.tif 000017
2013543054.tif 000018
2013543054.tif 000019
2013543054.tif 000020
2013543054.tif 000021
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2013543054.tif 000023
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2013543054.tif 000029