KR0183954B1 - 고분자막 결로센서 - Google Patents

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KR0183954B1
KR0183954B1 KR1019960000829A KR19960000829A KR0183954B1 KR 0183954 B1 KR0183954 B1 KR 0183954B1 KR 1019960000829 A KR1019960000829 A KR 1019960000829A KR 19960000829 A KR19960000829 A KR 19960000829A KR 0183954 B1 KR0183954 B1 KR 0183954B1
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alkyl
sulfate
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phosphonium salt
polymer
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KR1019960000829A
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오제영
전인길
김낙균
공명선
백지선
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변동준
삼영전자공업주식회사
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Abstract

본 발명은 상대습도 70%RH 이상의 고습에서 사용되는 결로 방지에 필요한 결로센서에 관한 것으로, 2개의 단자(1), 전극(2), 패드(3) 및 감습막(4)을 포함하고 감습막(4)은 스티렌, 알릴, 아크릴, 메타크릴 또는 아크릴아마이드 포스포늄염 유도체를 단독으로 또는 이 유도체와 적어도 1개 이상의 비닐기를 가지는 공단량체를 혼합하여 중합한 중합체와 친수성 고분자의 혼합물을 사용함으로써 형성되고 그리고 이 감습막(4)에 투습성 고분자를 단독 혹은 혼합 사용하여 보호막을 형성시킨 고분자막 결로센서를 제공한다.

Description

고분자막 결로센서
제 1도 a, b, c도는 본 발명에 따른 고분자막 결로센서의 전극 모식도로서 각각 정면도, 측면도 그리고 배면도를 보여주는 도면.
제 2도는 본 발명의 실시예에 의한 임피던스 특성을 나타내는 그래프.
제 3도는 본 발명의 시료번호 Ⅰ-5의 내수성을 나타내는 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 단자 2 : 전극
3 : 패드 4 : 감습막
10 : 결로센서
본 발명은 고분자막 결로센서에 관한 것으로, 상세하게는 포스포늄염의 공중합체를 감습제로하여 공기중의 습도 변화에 따른 전기 저항이 변화하는 특성을 이용하는 전기 저항식 고분자막 결로센서에 관한 것이다.
전기 저항식 결로센서는 습도가 변화할 때 감습제의 전기 저항이 변화하는 현상을 이용하여 고습도 측정 또는 결로를 감지하는 방법이 이용되고 있다. 이러한 결로 센서에 사용되는 감습제로서 흡습성 수지에 도전성 분말(카본 블랙등)을 분산시킨 것, 친수성 고분자 전해질염을 이용하는 것등이 알려져 있다. 흡습성 수지 (아실 셀룰로오즈, 폴리 비닐 알콜등)에 도전성 분말을 분산시킨 경우 저습도에서 임피던스 값이 작아지고 그 변화량도 작기 때문에 유용하지 못하며, 고습도에서도 흡습성 수지의 이완에의한 도전성 입자간의 거리가 멀어지게되어 갑작스럽게 임피던스가 변화하기 때문에 고습도 또는 결로점에서 스윗치적인 작동밖에 할 수가 없다. 또한 도전성 분말의 분산 정도가 일정하지 않아 불량률이 높다.
한편, 친수성 고분자 전해질을 이용한 전기 저항식 결로 센서는 친수성 고분자가 주위의 수분을 흡수, 해리되어 전도로를 나타내므로 상대습도 70%RH 이상에서의 임피던스가 아나로그적으로 변화하게 되어 결로점을 정확히 포착할 수 있을 뿐만 아니라 결로 에지점을 미리 정하여 결로에 앞서 이를 예지할 수 있는 특징을 가지고 있다. 그 뿐만 아니라 70%RH 이하에서는 매우 큰 임피던스를 보여주어서 상대습도 70%RH 이상의 고습도에서만 작동하는 특성을 가지고 있어 고습센서로서 이용도 가능하다. 그러나 이러한 센서는 항상 습도가 높은 고습영역에서 작동되기 때문에 장시간 사용한 후 또는 수분에 용융되는 성질을 보여 특성이 열화되는 단점을 가지고 있다.
이에 관하여 3차원 망상 구조를 가지는 가교 중합체가 내수성이 우수하다는 점을 착안하여 내수성 감습제에 대한 수많은 특허가 제안된 바 있으나 이는 용매가 불용성이기 때문에 용액상태로 전극위에 감습막을 도포할 수 없어 양산이 불가능하다. 또한 전해질 고분자 합성에 소수성 단량체를 선택적으로 도입한 공중합체가 내수성이 우수하다는 것을 이용하여 종래의 친수성 단량체에 소수성 단량체를 공중합한 공중합체에 대한 특허도 많이 발표되었다. 그러나 이러한 공중합체는 물속에 몇분 또는 몇시간 침적한 후에도 내수성을 보여주는 예는 극히 드물다. 그러나 감습 단량체 자체가 이미 소수성 부분을 많이 포함하고 있고 종래에 감습제로 사용되어오지 않았던 포스포늄염을 포함하는 감습제를 이용하면 우수한 저항형 결로 센서 특성을 가짐과 동시에 내수성을 비약적으로 향상시킬 수 있다.
따라서 본 발명의 목적은 내수성이 우수한 새로운 종류의 고분자 전해질형 감습제를 사용함으로서 상대습도 70%RH 이상의 고습도에서 사용되는 제습기, 서리 제거, 건조기 등 결로방지에 필요한 분야에 사용가능한 결로센서를 제공하는 데 있다.
본 발명에 의하면, 포스포늄염이 도입된 비닐단량체들을 단독으로 또는 이 단량체와 적어도 1개 이상의 비닐기를 가지는 공단량체를 혼합하여 공중합하여 고분자 전해질을 제조함으로써 상기 목적을 달성할 수 있게 된다.
본 발명은 고분자막 결로센서에 있어, 포스포늄 이온을 포함하는 비닐단량체와 적어도 1개 이상의 비닐기를 가지는 공단량체를 공중합하여 감습막을 만들고 이를 친수성 고분자와 혼합하고 필요에 따라서 투습성 고분자를 단독 또는 혼합 사용하여 보호막 이루어지는 주위의 습도변화에 대응하여 전기 저항이 변화하는 고분자막 결로센서 및 고습센서를 제공한다.
본 발명에 있어서 사용 가능한 스틸렌계 포스포늄염 유도체는 하기 일반식(Ⅰ)으로 표시되는 단량체이다.
일반식(Ⅰ) : 스티렌계 에스테르 포스포늄염 유도체
여기서 R1,R2,R3,R4는 탄소수 1-22인 알킬 및 분지달린 알킬, 시클로 알킬, 히드록시 알킬, 알콕시알킬, 알케닐, 아릴, 아릴알킬이며 X는 할로겐, 설페이드, 알킬 설페이트, 알킬벤젠 설페이트, 나이트레이트, 테트라폴로로보레이트이다.
또한 본 발명에 있어서 사용가능한 알릴 포스포늄염 유도체는 하기 일반식 (Ⅱ)으로 표시되는 단량체이다.
일반식(Ⅱ) : 알릴 포스포늄염 유도체
여기서 R1,R2,R3,R4는 탄소수 1-22인 알킬 및 분지달린 알킬, 시클로 알킬, 히드록시 알킬, 알콕시알킬, 알케닐, 아릴, 아릴알킬이며 X는 할로겐, 설페이트, 알킬 설페이트, 알킬벤젠 설페이트, 나이트레이트, 테트라폴로로보레이트이다.
또한 본 발명에 있어서 사용가능한 아크릴 포스포늄염 유도체는 하기 일반식(Ⅲ)으로 표시되는 단량체이다.
일반식(Ⅲ) : 아크릴 포스포뉴염 유도체
여기서 R1,R2,R3,R4는 탄소수 1-22인 알킬 및 분지달린 알킬, 시클로 알킬, 히드록시 알킬, 알콕시알킬, 알케닐, 아릴, 아릴알킬이며 X는 할로겐, 설페이트, 알킬 설페이트, 알킬벤젠 설페이트, 나이트레이트, 테트라폴로로보레이트이다.
또한 본 발명에 있어서 사용가능한 메타크릴 포스포늄염 유도체는 하기 일반식(Ⅳ)으로 표시되는 단량체이다.
일반식(Ⅳ) : 메타크릴 포스포늄염 유도체
여기서 R1,R2,R3,R4는 탄소수 1-22인 알킬 및 분지달린 알킬, 시클로 알킬, 히드록시알킬, 알콕시알킬, 알케닐, 아릴, 아릴알킬이며 X는 할로겐, 설페이트, 알킬 설페이트, 알킬벤젠 설페이트, 나이트레이트, 테트라폴로로보레이트이다.
또한 본 발명에 있어서 사용가능한 아크릴 아마이드 포스포늄염 유도체는 하기 일반식(Ⅴ)으로 표시되는 단량체이다.
일반식(Ⅴ) : 아크릴 아마이드 포스포늄염 유도체
여기서 R1,R2,R3,R4는 탄소수 1-22인 알킬 및 분지달린 알킬, 시클로 알킬, 히드록시 알킬, 알콕시알킬, 알케닐, 아릴, 아릴알킬이며 X는 할로겐, 설페이드, 알킬 설페이트, 알킬벤젠 설페이트, 나이트레이트, 테트라폴로로보레이트이다.
그리고, 본 발명에서 임피던스에 영향을 미치는 이온 이동도를 조절하기 위하여 사용할 수 있는 적어도 1개 이상의 비닐기를 가지는 공단량체로는 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 알릴 클로라이드, 알릴 브로마이드, 스티렌, 클로로메틸 스티렌, 알파메틸 스티렌, 아크릴산, 아크릴산 알킬 에스테르 (알킬, 히드록시 알킬, N, N-디알킬 아미노 알킬, 분지된 알킬 포함), 메타크릴산, 메타크릴산 알킬 에스테르 (알킬, 히드록시 알킬, N, N-디알킬 아미노 알킬, 분지된 알킬 포함), 아크릴아마이드, 디비닐벤젠, 알킬렌 비스아크릴아마이드, 알킬렌 비스알킬 에스테르, 디알릴알킬 암모늄염 등이 있다.
본 발명에 있어서 스티렌, 알릴, 아크릴, 메타크릴 또는 아크릴아마이드 포스늄염 유도체에 대해 적어도 1개 이상의 비닐기를 가지는 공단량체의 혼합비는 0∼95중량%범위로 하였으며 바람직하게는 0∼60중량%가 좋다.
본 발명에서 제조된 스티렌, 알릴, 아크릴, 메타크릴 또는 아크릴아마이드 포스포늄염 유도체의 중합체 및 공중합체는 중합시간, 중합온도, 개시제의 양 및 적어도 1개 이상의 비닐기를 갖는 공단량체의 사용량에 의하여 이온 이동도를 조절하여 주위의 습도에 따라서 10∼108Ω 범위의 저항을 갖는다.
본 발명에서 제조된 감습제를 이용하여 결로센서를 제조하는데 있어 임피던스 조절을 위하여 감습막 제조시 스티렌, 알릴, 아크릴, 메타크릴 또는 아크릴아마이드 포스포늄염 유도체의 중합체 및 공중합체에 대한 친수성 고분자 화합물의 혼합비는 0∼95중량% 범위로 하였으며 바람직하게는 10∼50중량%가 좋다.
본 발명에서 사용가능한 친수성 고분자로서는 셀룰로오즈 또는 그의 유도체 키틴 또는 그 유도체, 키토산 또는 그 유도체, 폴리비닐알콜, 폴리 에틸렌이민, 폴리아크릴아마이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리테트라메틸글리콜, 스타치(녹말) 또는 그의 유도체 등이 있으며 이들을 단독 또는 혼합으로 사용한다. 이러한 친수성 고분자의 분자량은 20,000내지 500.000범위가 바람직하며, 결로센서의 감습막으로 피막할 시 막 두께는 0.1 내지 10㎛로 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에서 도포된 감습막은 유기용매 등의 각종 외부 환경으로부터 보호가 필요할 경우 보호막을 형성시킨다. 본 발명에서 사용가능한 보호막으로는 투수성이 우수한 고분자 물질로서 셀룰로오즈 또는 그의 유도체, 키틴 또는 그 유도체, 키트산 또는 그 유도체, 폴리비닐알콜, 폴리비닐 아세테이트, 실리콘수지, 에폭시수지 등을 단독 혹은 혼합하여 사용할 수 있다. 결로센서의 보호막으로 피막할시 막 두께는 0.1내지 100㎛로 사용할 수 있다.
[결로센서의 제조]
스티렌, 알릴, 아크릴, 메타크릴 또는 아크릴아마이드 포스포늄염 유도체, 적어도 1개 이상의 비닐기를 갖는 공단량체 및 친수성 고분자 화합물을 표 1.과 같이 각각 10/1, 5/1, 3/1으로 혼합하고 소량의 개시제를 첨가하여 5중량%용액을 만든 후 이 용액에 제 1도 (a),(b),(c)와 같이 한쌍의 단자 (1), 금전극(2), 및 Ag-Pd(3)을 포함하는 전극스냅, 즉 습도 전극을 침적하여 중합함으로써 감습막(4)을 형성시키고 여기에 투습성이 우수한 고분자 화합물 5중량% 용액에 침적한 후 건조시켜 최종적인 결로센서(10)를 제조한다.
여기서 MMA는 메틸메타크릴레이트, EC는 에틸셀룰로오스이다.
제작된 시료를 70∼95%RH(상대습도)에서 임피던스를 측정하여 특성을 관찰한 결과는 도면 2 도와 같다.
[환경시험]
하기 표 2.와 같은 조건으로 환경시험을 하였다. 그 결과는 표 3. 및 도면 3도와 같다.
본 발명에서 감습제를 사용하여 만든 결로센서는 상대습도 70%RH 이상, 온도 0∼60℃ 범위에서 측정가능하였으며, 내수성이 우수하고 각종 유기용매 및 오일에 대해 내구성을 나타낸다.
따라서 본 발명에서 제조한 습도센서는 감습막의 내수성 및 내환경성이 우수하여 장기 안정성, 높은 신뢰성이 기대되므로 각종 고습측정, 제습기, 결로감지 등 결로를 조절할 필요가 있는 기계 및 장치의 결로 예지센서, 고습센서로서 유용하게 사용할 수 있다.

Claims (12)

  1. 2개의 단자(1), 전극(2), 패드(3) 및 감습막(4)을 포함하는 고분자막습도센서에 있어서, 상기 감습막(4)이 스티렌, 알릴, 아크릴, 메타크릴 또는 아크릴아마이드 포스포늄염 유도체를 단독으로 또는 이 유도체와 적어도 1개 이상의 비닐기를 가지는 공단량체를 혼합하여 중합한 중합체와 친수성 고분자의 혼합물을 사용함으로써 형성되고 그리고 이 감습막(4)에 투습성 고분자를 단독 혹은 혼합 사용하여 보호막을 형성시킨 것을 특징으로 하는 고분자막 결로센서.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스틸렌계 포스포늄염 유도체는 하기 일반식(Ⅰ)으로 표시되는 단량체.
    일반식(Ⅰ) : 스틸렌계 에스테르 포스포늄염 유도체
    여기서, R1, R2, R3, R4는 탄소수 1∼22인 알킬 및 분지달린 알킬, 시클로알킬, 히드록시알킬, 알콕시알킬, 알케닐, 아릴, 아릴알킬이며 X는 할로겐, 설페이트, 알킬 설페이트, 알킬벤젠 설페이트, 나이트레이트, 테트라플로로보레이트이다.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 알릴 포스포늄염 유도체는 하기 일반식(Ⅱ)으로 표시되는 단량체.
    일반식(Ⅱ) : 알릴 포스포늄염 유도체
    여기서 R1,R2,R3,R4는 탄소수 1-22인 알킬 및 분지달린 알킬, 시클로 알킬, 히드록시알킬, 알콕시알킬, 알케닐, 아릴, 아릴알킬이며 X는 할로겐, 설페이드, 알킬 설페이트, 알킬벤젠 설페이트, 나이트레이트, 테트라플로로보레이트이다.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 아크릴 포스포늄염 유도체는 하기 일반식(Ⅲ)으로 표시되는 단량체.
    일반식(Ⅲ) : 아크릴 포스포늄염 유도체
    여기서, R1, R2, R3, R4는 탄소수 1∼22인 알킬 및 분지달린 알킬, 시클로 알킬, 히드록시알킬, 알콕시알킬, 알케닐, 아릴, 아릴알킬이며 X는 할로겐, 설페이트, 알킬 설페이트, 알킬벤젠 설페이트, 나이트레이트, 테트라플로로보레이트이다.
  5. 제 1 항에 있어서, 메타크릴 포스포늄염 유도체는 하기 일반식(Ⅳ)으로 표시되는 단량체.
    일반식(Ⅳ) : 메타크릴 포스포늄염 유도체
    여기서, R1, R2, R3, R4는 탄소수 1∼22인 알킬 및 분지달린 알킬, 시클로알킬, 히드록시알킬, 알콕시알킬, 알케닐, 아릴, 아릴알킬이며 X는 할로겐, 설페이트, 알킬 설페이트, 알킬벤젠 설페이트, 나이트레이트, 테트라플로로보레이트이다.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 아크릴 아마이드 포스포늄염 유도체는 하기 일반식(Ⅴ)으로 표시되는 단량체.
    일반식(Ⅴ) : 아크릴 아마이드 포스포늄염 유도체
    여기서, R1, R2, R3, R4는 탄소수 1∼22인 알킬 및 분지달린 알킬, 시클로 알킬, 히드록시알킬, 알콕시알킬, 알케닐, 아릴, 아릴알킬이며 X는 할로겐, 설페이트, 알킬 설페이트, 알킬벤젠 설페이트, 나이트레이트, 테트라플로로보레이트이다.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 1개 이상의 비닐기를 가지는 공단량체로는 비닐 클로라이드, 비닐리덴 클로라이드, 알릴 클로라이드, 알릴 브로마이드, 스티렌, 클로로메틸 스틸렌, 알파메틸 스티렌, 아크릴산, 아크릴산 알킬 에스테르(알킬, 히드록시 알킬, N,N-디알킬 아미노 알킬, 분지된 알킬 포함), 메타크릴산, 메타크릴산 알킬 에스테르(알킬, 히드록시 알킬, N,N-디알킬 아미노알킬, 분지된알킬포함), 아크릴아미드, 디비닐벤젠, , 알킬렌 비스아크릴 아마이드, 알킬렌 비스알킬 에스테르, 디알릴 알킬암모늄염 중에서 선택된 고분자막 결로센서.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 스티렌, 알릴, 아크릴, 메타크릴 또는 아크릴아마이드 포스포늄염 유도체와 적어도 1개 이상의 비닐기를 가지는 공단량체와의 공중합체에 있어 스티렌, 알릴, 아크릴, 메타크릴 또는 아크릴아마이드 포스포늄염 유도체에 대한 공단량체의 혼합비가 0∼95중량%인 고분자막 결로센서.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 친수성 고분자가 셀룰로오즈 또는 그의 유도체, 키틴 또는 그 유도체, 키토산 또는 그 유도체, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌이민, 폴리아크릴아마이드, 폴리 비닐피돌리돈, 폴리에틸렌글리콜, 폴리 테트라메틸렌글리콜, 스타치(녹말) 또는 그의 유도체로부터 선택된 것인 고분자막 결로센서.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 친수성 고분자의 분자량이 5,000∼500,000 범위의 고분자막 결로센서.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 스티렌, 알릴, 아크릴, 메타크릴 또는 아크릴아마이드 포스포늄염 유도체와 적어도 1개 이상의 비닐기를 갖는 공단량체와의 공중합체에 대한 친수성 고분자 화합물의 혼합비가 0∼95중량%인 고분자막 결로센서.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 투습성 고분자 화합물이 셀룰로오즈 또는 그의 유도체, 키틴 또는 그 유도체, 키토산 또는 그 유도체, 폴리비닐알콜, 폴리비닐 아세테이트, 실리콘소지, 에폭시수지로부터 선택된 1종 또는 그 이상인 고분자막 결로센서.
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