KR101660813B1 - 개선된 표면, 코팅 및 관련 방법 - Google Patents

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Abstract

화학적 활성 입자와 같은 부가제를 물품 표면 또는 물품 위에 배치된 코팅물에 병합하는 방법이 개시되어 있다. 개시된 방법은 종래 성형 기술에 적용되고, 배치 또는 계속적인 방식에서 실시될 수 있다.

Description

개선된 표면, 코팅 및 관련 방법{ENHANCED SURFACES, COATINGS, AND RELATED METHODS}
본 발명은 미국출원 제61/189,540호(2008년 8월 21일 출원) 및 미국출원 제61/203,661호(2008년 12월 26일 출원) 및 PCT출원 PCT/US/2008/065083(2008년 5월 29일 출원)의 우선권을 주장하며 이러한 출원들의 내용은 참고에 의해 병합된다.
본 출원은 성형품 분야와 코팅 물질의 응용에 관한 것이다.
직접 또는 벌크 병합과 컴파운딩(compounding) 방법은 성능을 개선하기 위해 첨가제로 폴리머 물질을 처리하여 산업에서 널리 사용되어 첨가제가 물질의 벌크 전체게 분산되게 된다. 용어 "첨가제"는 종래에는 벌크 병합을 위한 직접적인 컴파운딩을 통한 수지 혼합물(플라스틱용 첨가제)에 직접 또는 마스터배치, 또는 코팅의 용액(코팅용 첨가제)에 병합되는 화학물질과 물질을 말한다.
그러나, 폴리머의 벌크 내의 첨가제의 양을 감소시키는 것은 많은 경우에 표면이 외부 환경과의 첨가제의 상호작용이 매우 중요한 폴리머 표면에의 첨가제 분포의 비율적 감소를 초래한다. 그러므로 벌크 병합 방법은 물질로부터 요구되는 특정 수준의 표면 개선을 성취하기 위해 사용되는 첨가제의 양을 최소화하는 데 특히 효율적이지 않다. 나아가, 혼합되는 물질의 표면에서의 첨가제는 종종 그 주변에 초과 물질의 존재에 의해 적어도 부분적으로 방해받는 활동도나 효과를 갖는다.
벌크 병합은 표면 개선을 위한 방법의 목표가 표면에 입자를 갖는 기판을 생산하는 것인 반면 대량의 입자가 기판 내에서 분산된다는 점에서 비효율적이다. 그러므로 벌크 병합에서, 대량의 입자는 기판 내에 효율적으로 매장되고 기판의 외부 환경에 노출되지 않을 수 있다. 결과적으로, 상당한 대량의 입자는 벌크 병합으로 주어진 기판의 표면을 관능화하는데 필요하다. 또한, 기판 내의 입자의 균일한 분산의 성취가 어려우나 그럼에도 불구하고 입자의 균일한 표면 영역 커버리지를 위해 필요할 수 있다.
또한, 벌크 병합동안 그들의 첨가제와 용융-혼합 폴리머는 종종 높은 온도를 필요로 하여, 에너지 비효율적이고, 폴리머 용융을 제어가능하게 가열 및 냉각하는 복잡한 다수의 단계를 요구하고, 첨가제를 분해시킬 수 있거나 바람직하지 않게 폴리머 자체를 변성시키거나 손상시킬 수 있다. 상 분리 또는 입자 응집과 응결이 일어날 수 있기 때문에, 폴리머 벌크 내에서의 첨가제의 균일하고 균질적인 분산은 용융-혼합과 다른 형태의 혼합에서 성취하기 어려운 많은 응용에서 이용될 수 있다.
이러한 성능 개선 첨가제를 함유하는 표면 코팅은 또한 기판 물질의 표면 특성을 조절하는 유사한 목표를 이루기 위해 사용될 수도 있다. 그러나, 표면 코팅 방법은 복잡한 응용과 경화 과정, 열 팽창 비상용성, 필링 및 다양한 다른 불리한 점을 겪을 수 있다.
관능화된 표면을 생성하는 코팅 공정의 이용은 표면 전처리, 하도(priming) 및 경화를 포함하는 다수의 추가적 제조 과정을 포함할 수 있다. 두번째로, 코팅층은 폴리머 기판에 대해 특히 문제될 수 있는 기판로부터 탈착을 피하기 위해 밑에 놓인 기판에 충분히 접착 또는 결합해야 한다. 코팅 기반의 기술의 적합한 실행은 중요한 연구와 개선 협의를 요구할 수 있고 또한 추가적 프라이머층과 표면 처리를 요구할 수 있다. 세번째로, 코팅층은 대체로 입자나 첨가제의 크기보다 실질적으로 두껍고, 이는 코팅 내에 갇힌 첨가제를 초래함으로써 효능을 제한할 수 있다.
따라서, 폴리머 표면에서 첨가제를 노출시키지만 또한 사용되는 첨가제의 양을 최소화할 수 있는 유리 또는 섬유 충진 폴리머와 같은 폴리머와 폴리머 복합물질에 첨가제를 병합하는 효율적인 방법을 위한 기술이 요구된다. 또한 코팅제의 표면으로 첨가제를 병합하는 방법이 관련적으로 요구된다.
본 발명은 현존하는 방법에 대한 개선 뿐 아니라 현존하는 성형과 코팅 공정에 직접 호환될 수 있다. 플라스틱 제품 생산과 마스터배치 응용에 사용되는 수지 비드(resin bead), 펠렛(pellet), 너들(nurdle)이 여기서 설명될 신규한 공정으로 처리될 수 있다. 첨가제와 다른 입자들이 수지 비드, 펠렛 및/또는 너들에 직접 매립될 수 있고 이어서 산물들이 보통 이러한 비드/펠렛으로부터 형성될 수 있으며, 그러나 첨가제 또는 입자들은 생성물 전체에 걸쳐 살포된다. 유사하게, 본 발명은 입자가 상기 코팅에 직접 매립되어 첨가제 관능성이 표면 코팅에까지 확장될 수 있기 때문에 폴리머 코팅에도 적용될 수 있다.
제1 구체예에서, 본 발명은 성형 폼(molding form)의 적어도 일부에 약 0.1 nm 내지 약 100 ㎛의 범위 내의 특유 크기를 갖는 적어도 하나의 입자를 포함하는 입자의 집단을 포함하는 유체를 도포하는 단계; 및 작업 조성물 내에 적어도 부분적으로 또는 견고하게 매립된 적어도 하나의 입자를 발생시키기 위해 처리된 성형 폼을 사용하여 상기 작업 조성물을 성형하는 단계를 포함하는, 물품을 생산하는 방법을 제공한다.
제2 양태에서, 본 발명은 약 0.1 nm 내지 약 100 ㎛의 범위 내의 단면 크기를 갖는 다수의 입자를 포함하는 유체를 기판에 배치된 습윤 코팅 물질에 도포하는 단계; 및 적어도 하나의 상기 입자가 건조된 코팅제의 표면에 적어도 부분적으로 매립되는, 코팅된 물품을 생산하기 위하여 습윤 코팅 물질을 건조시키는 단계를 포함하는 코팅 물질을 개질하는 방법을 제공한다. 용어 습윤 코팅은 코팅이 수성 기반이거나 자유 유체일 필요는 없다; 습윤은 또한 액체 상을 갖거나, 적어도 일부가 액체이거나 또는 액체와 같은 특성을 갖는 용매 기반 코팅 또는 임의의 코팅을 의미할 수 있다. 또한 이 용어는 완성 형태에서 아직 완전히 건조되거나 경화되거나 그 반대인 코팅을 의미한다.
도 1은 물질내에서 벌크-분산되거나 직접 병합된 첨가제 입자의 도식적 횡단면도를 나타내고;
도 2는 전통적 코팅 방법에 의한 기판의 일면에 도포된 첨가제 입자의 도식적 횡단면도를 나타내고;
도 3은 은 나노입자의 선형 배열이 부분적으로 매립된 플라스틱의 슬랩의 3차원도를 나타내고;
도 4는 도 3에 도시된 금속 나노입자 플라스몬 도파관(waveguide)의 계산된 전계 에너지 밀도 분포를 나타내는데, 플라스몬파는 형광분자, 근접장 주사 현미경 투광 팁(near-field scanning microscope illumination tip) 또는 양자점일 수 있는 미소 쌍극자 소스(short dipole source)에 의해 여기되고;
도 5는 도 3에 도시된 테플론(Teflon)에 매립된 은 나노입자의 배열로 구성된 금속 나노입자 플라스몬 도파관에 대한 계산된 순시 전계 벡터(instantaneous electric field vector)를 나타내며, 파장은 플라스몬 충돌과 방사적 손실로부터의 여기를 겪으면서 오른쪽으로 전파되고;
도 6은 백색과 흑색 영역이 각각 음과 양의 상을 갖는 전계의 영역에 상응하는 계산된 순시 전계 분포를 도시하고;
도 7은 도 4의 기하학적 구조와 관련된 계산된 시간-평균 포인팅 벡터를 나타내고;
도 8은 도 3의 기하학적 구조와 관련된 계산된 시간-평균 전력 밀도 분표를 나타내며, 백색 및 흑색 영역은 각각 왼쪽과 오른쪽으로의 전력 흐름의 영역에 상응하고;
도 9는 20배 확대 광학 현미경에서 본 폴리카보네이트의 미처리 표면을 도시하고;
도 10은 본 발명에 따라 형성된 수화 장치(hydration device)를 도시하고;
도 11은 폴리머 기판의 표면에 도포되고 매립된 첨가제 입자의 공정의 도식적 횡단면도를 도시하고;
도 12는 청구된 방법에 따라 형성된 시료 물 처리 장치를 도시하고;
도 13은 청구된 방법에 따라 매립된 입자를 갖는 폴리머체를 도시하고;
도 14는 청구된 성형 공정의 비제한적 도식이고;
도 15는 청구된 코팅 개선 공정의 비제한적 도식이다.
성형( molding )
제1 구체예에서는, 본 발명은 성형 폼의 적어도 일부에 약 0.1 nm 내지 약 100 ㎛의 범위 내의 특유 크기를 갖는 적어도 하나의 입자를 포함하는 입자의 집단을 포함하는 유체를 도포하는 단계; 및 작업 조성물 내에 적어도 하나의 입자가 적어도 부분적으로 또는 견고하게 매립되도록 처리된 성형 폼을 사용하여 작업 조성물을 성형하는 단계를 포함하는 물품을 생산하는 방법을 제공한다.
입자의 집단은 혼합(mixing), 초음파분쇄(sonicating), 흔들기(shaking), 진동(vibrating), 유입(flowing), 교반(stirring), 휘저음(agitating) 등에 의해 유체에 적합하게 배치되거나 균일하게 현탁된다. 유체는 점성이 있을 수 있고 유체의 점도는 기판에 대한 입자를 가진(particle-bearing) 유체의 도포를 최적화하기 위해 사용자에 의해 필요에 따라 조정될 수 있다. 예를 들어, 유체는 유체가 성형 폼의 내부에 도포될 때 입자가 제자리에 남을 정도로 점성이 있을 수 있다. 또는 여기서 언급되는 바와 같이, 자기장 또는 전기장에 의해 성형 폼 상에서 입자가 제 위치에서 유지될 수 있다.
공정의 비제한적 서술은 도 14에 도시되어 있다. 이 도면에 도시되어 있듯이, (1) 입자는 주형(mold)의 표면 상에 배치된다. 전술한 바와 같이, 입자는 유체에 배치될 수 있다. 단계 (2)에서 성형 조성물은 입자를 가진 주형에 도입되고 입자의 적어도 일부는 성형 조성물에 적어도 부분적으로 매립된다. 성형 조성물을 그리고나서 (3) 완성된 물품으로 주형으로부터 제거되고, 이러한 물품은 그 안에 적어도 부분적으로 매립된 입자를 가진다. 주형은 사실상 어떠한 형태일 수 있고, 그 형상에서 입자와 주형의 상대적인 크기는 예시에 불과하며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
성형 폼은 당업계에서 사용되는 본질적으로 임의의 성형 폼일 수 있다. 성형 폼과 유체는 유체와 성형 폼이 서로 불리하게 상호작용하지 않도록 적합하게 선택되므로 유체는 성형 폼에 비활성이되도록 적합하게 선택된다. 몇몇 구체예에서는, 유체는 입자에 대하여 비활성이다.
유체는 그 중에서도 액체, 기체 또는 심지어 초임계 유체일 수도 있다. 조합 유체도 적합하다. 유체는 하나 이상의 용매를 포함할 수 있다. 유체는 또한 물, 이온, 비극성 용매, 유기 용매, 극성 용매, 비양성자성 용매, 양성자성 용매, 무기 용매 등을 포함할 수도 있다. 오일도 유체로 적합하게 고려될 수 있다. 염, 계면활성제, 분산제, 안정화제 또는 결합제도 유체에 포함될 수 있다.
적합한 유체의 비제한적 목록은 2-메틸테트라하이드로푸란, 염화탄화수소, 불화탄화수소, 케톤, 파라핀, 아세트알데히드, 아세트산, 아세트산무수물, 아세톤, 아세토니트릴, 알킨, 올레핀, 아닐린, 벤젠, 벤조니트릴, 벤질알코올, 벤질 에테르, 부탄올, 부탄온, 부틸 아세테이트, 부틸 에테르, 부틸 포르메이트, 부티르알데히드, 부티르산, 부티로니트릴, 이황화탄소, 사염화탄소, 클로로벤젠, 클로로부탄, 클로로포름, 고리형지방족 탄화수소, 사이클로헥산, 사이클로헥산올, 사이클로헥사논, 사이클로펜타논, 사이클로펜틸 메틸 에테르, 디아세톤 알코올, 디클로로에탄, 디클로로메탄, 디에틸 카보네이트, 디에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜, 디글림, 디-이소프로필아민, 디메톡시에탄, 디메틸 포름아미드, 디메틸 설폭사이드, 디메틸아민, 디메틸부탄, 디메틸에테르, 디메틸포름아미드, 디메틸펜탄, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 도데카플루오로-1-헵탄올, 에탄올, 에틸 아세테이트, 에틸 에테르, 에틸 포르메이트, 에틸 프로피오네이트, 에틸렌 디클로라이드, 에틸렌 글리콜, 포름아미드, 포름산, 글리세린, 헵탄, 헥사플루오로이소프로판올, 헥사메틸포스포라미드, 헥사메틸포스포러스 트리아미드, 헥산, 헥사논, 과산화수소, 하이포아염소산, 이소부틸 아세테이트, 이소부틸 알코올, 이소부틸 포르메이트, 이소부틸아민, 이소옥탄, 이소프로필 아세테이트, 이소프로필 에테르, 이소프로판올, 이소프로필아민, 케톤 퍼옥사이드, 메탄올과 염화칼슘 용액, 메탄올, 메톡시에탄올, 메틸 아세테이트, 메틸 에틸 케톤(MEK), 메틸 포르메이트, 메틸 n-부티레이트, 메틸 n-프로필 케톤, 메틸 t-부틸 에테르, 메틸렌 클로라이드, 메틸렌, 메틸헥산, 메틸펜탄, 미네랄 오일, m-크실렌, n-부탄올, n-데칸, n-헥산, 니트로벤젠, 니트로에탄, 니트로메탄, 니트로프로판, 2-, N-메틸-2-피롤리디논, n-프로판올, 옥타플루오로-1-펜탄올, 옥탄, 펜탄, 펜타논, 석유 에테르, 페놀, 프로판올, 프로피온알데히드, 프로피온산, 프로피오니트릴, 프로필 아세테이트, 프로필 에테르, 프로필 포르메이트, 프로필아민, p-크실렌, 피리딘, 피롤리딘, 수산화나트륨, 나트륨, t-부탄올, t-부틸알코올, t-부틸 메틸 에테르, 테트라클로로에탄, 테트라플루오로프로판올, 테트라하이드로푸란, 테트라하이드로나프탈렌, 톨루엔, 트리에틸 아민, 트리플루오로아세트산, 트리플루오로에탄올, 트리플루오로프로판올, 트리메틸부탄, 트리메틸헥산, 트리메틸펜탄, 발레로니트릴, 물, 크실렌, 크실렌올 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
적합한 무기 용매는 예를 들어, 암모니아, 이산화황, 염화설퍼릴, 설퍼릴 클로라이드 플루오라이드, 염화 포스포릴, 삼브롬화인, 사산화이질소, 삼염화 안티몬, 5불화 브롬, 플루오르화수소 등을 포함한다.
이온성 용액은 염화 콜린, 우레아, 말론산, 페놀, 글리세롤, 1-알킬-3-메틸이미다졸륨, 1-알킬피리드늄, N-메틸-N-알킬피롤리디늄, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 암모늄, 콜린, 이미다졸륨, 포스포늄, 피라졸리움, 피리디늄, 피롤리드늄, 설포늄, 1-에틸-1-메틸피페리디늄 메틸 카보네이트 및 4-에틸-4-메틸모르폴리늄 메틸 카보네이트를 포함한다. 기타 메틸이미다졸륨 용액은 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-n-부틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 1-n-부틸-3-메틸이미다졸륨 헥사플루오로포스페이트, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 1,1,1-트리플루오로-N-[(트리플루오로메틸)설포닐]메탄설폰아미드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스(프리플루오로메틸설포닐)이미드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]아미드 및 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드 등을 포함하여, 적합한 것으로 고려된다.
본 발명의 방법에 적합한 유체는 또한 N-에틸-N,N-비스(1-메틸에틸)-1-헵탄아미늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, 에틸헵틸-디-(1-메틸에틸)암모늄 1,1,1-트리플루오로-N-[(트리플루오로메틸)설포닐]메탄설폰아미드, 에틸헵틸-디-(1-메틸에틸)암모늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 에틸헵틸-디-(1-메틸에틸)암모늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]아미드 등을 포함한다. 또한 유체는 에틸헵틸-디-(1-메틸에틸)암모늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, N,N,N-트리부틸-1-옥탄아미늄 트리플루오로메탄설포네이트; 트리부틸옥틸암모늄 트리플레이트, 트리부틸옥틸암모늄 트리플루오로메탄설포네이트, N,N,N-트리부틸-1-헥산아미늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, 트리부틸헥실암모늄 1,1,1-트리플루오로-N-[(트리플루오로메틸)설포닐]메탄설폰아미드, 트리부틸헥실암모늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 트리부틸헥실암모늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]아미드, 트리부틸헥실암모늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, N,N,N-트리부틸-1-헵탄아미늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, 트리부틸헵틸암모늄 1,1,1-트리플루오로-N-[(트리플루오로메틸)설포닐]메탄설폰아미드, 트리부틸헵틸암모늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드; 트리부틸헵틸암모늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]아미드, 트리부틸헵틸암모늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, N,N,N-트리부틸-1-옥탄아미늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, 트리부틸옥틸암모늄 1,1,1-트리플루오로-N-[(트리플루오로메틸)설포닐]메탄설폰아미드, 트리부틸옥틸암모늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 트리부틸옥틸암모늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]아미드, 트리부틸옥틸암모늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로아세테이트, 1-메틸-1-프로필피롤리디늄 1,1,1-트리플루오로-N-[(트리플루오로메틸)설포닐]메탄설폰아미드, 1-메틸-1-프로필피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 1-메틸-1-프로필피롤리디늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]아미드, 1-메틸-1-프로필피롤리디늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 1,1,1-트리플루오로-N-[(트리플루오로메틸)설포닐]메탄설폰아미드, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]아미드, 1-부틸-1-메틸피롤리디늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, 1-부틸피리디늄 1,1,1-트리플루오로-N-[(트리플루오로메틸)설포닐]메탄설폰아미드, 1-부틸피리디늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 1-부틸피리디늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]아미드, 1-부틸피리디늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 비스(퍼플루오로에틸설포닐)이미드, 부틸트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 1-옥틸-3-메틸이미다졸륨 1,1,1-트리플루오로-N-[(트리플루오로메틸)설포닐]메탄설폰아미드, 1-옥틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 1-옥틸-3-메틸이미다졸륨 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]아미드, 1-옥틸-3-메틸이미다졸륨 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트, N,N,N-트리메틸-1-헥산아미늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드; 헥실트리메틸암모늄 1,1,1-트리플루오로-N-[(트리플루오로메틸)설포닐]메탄설폰아미드, 헥실트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 헥실트리메틸암모늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]아미드, 헥실트리메틸암모늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, N,N,N-트리메틸-1-헵탄아미늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, 헵틸트리메틸암모늄 1,1,1-트리플루오로-N-[(트리플루오로메틸)설포닐]메탄설폰아미드, 헵틸트리메틸암모늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 헵틸트리메틸암모늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]아미드, 헵틸트리메틸암모늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, N,N,N-트리메틸-1-옥탄아미늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, 트리메틸옥틸암모늄 1,1,1-트리플루오로-N-[(트리플루오로메틸)설포닐]메탄설폰아미드, 트리메틸옥틸암모늄 비스(트리플루오로메틸설포닐)이미드, 트리메틸옥틸암모늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]아미드, 트리메틸옥틸암모늄 비스[(트리플루오로메틸)설포닐]이미드, 1-에틸메틸이미다졸륨 에틸 설페이트 등을 포함한다. 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 광범위하게 다양한 종류의 유체가 본 발명에 사용될 수 있다.
몇몇 구체예에서, 유체는 휘발성 성분을 포함한다. 휘발성 성분은 사용자가 성형 공정 전에 또는 공정 동안 유체의 일부 또는 전부를 제거하고자 할 경우에 사용된다. 유체는 가열, 순간 가열, 증류, 증발, 흡입, 진공 등에 의해 제거될 수 있다. 그러나 성형 공정 전, 공정 동안, 또는 공정 후에 유체가 (전체 또는 일부) 제거되는 것이 필수적인 것은 아니다. 이러한 방법으로 또한 비휘발성 성분을 제거할 수 있다.
유체는 적합하게 대기 상태에서 증발되는 것일 수 있다. 처리된 성형 폼을 사용하여 작업 조성물을 성형한 후, 물품은 그 표면에 매립되는 다수의 입자를 함유하게 된다.
몇몇 구체예에서, 유체는 적합하게 입자의 집단에 대하여 실질적으로 비활성이다. 유체는 또한 적합하게 성형 폼에 본질적으로 비활성이다.
몇몇 구체예에서, 유체는 적어도 부분적으로 입자간 응집을 저해할 수 있는 적어도 하나의 작용제를 포함한다. 입자는 유체 내에서 본질적으로 분산될 수 있고 입자는 적합하게 균일하게 유체 내에서 분산된다. 몇몇 구체예에서, 두 개 이상의 입자는 서로 응집되거나 응결되는 특징을 가질 수 있다.
유체는 다양한 방법으로 성형 폼에 도포될 수 있다. 이러한 도포 방법은 분무(spraying), 정전 분무, 스핀 캐스팅, 딥핑, 페인팅, 드립핑, 브러슁, 함침, 유입, 노출, 주입(pouring), 롤링, 커튼닝(curtaining), 와이핑(wiping), 프린팅, 피펫팅(pipetting), 잉크-젯 프린팅 등을 포함한다. 프린팅 기반 방법이 사용자가 성형 폼의 단지 일부에 입자를 지닌 유체를 도포하고자 할 경우에 적합하게 고려되어 짐에도 불구하고 분무가 특히 적합하게 고려된다.
유체는 다양한 첨가제 또는 개선제와 조합될 수 있다. 이러한 물질의 비제한적 목록은 아가-아가, 메틸 셀룰로스, 폴리규산, 나트륨 디알킬설포석시네이트, 알기네이트, 실리카, 제올라이트, 디옥틸 설포석시네이트 나트륨염, AOT, SDS, 나트륨 부틸 설페이트, SOS, SBS, 트리톤 X-100, 산탄검, 레시틴, 알기닌, 구아검, 로커스트 콩 검, 기타 검, 폴리에틸렌 글리콜, 기타 글리콜, 탄산칼륨, 폴리아크릴산, 알킬 폴리(에틸렌 옥사이드), 알킬페놀 폴리(에틸렌 옥사이드), 폴리(에틸렌 옥사이드)와 폴리(프로필렌 옥사이드)의 공중합체, 올레산, PVP, 염화칼슘, 실리카, 음이온성 계면활성제, 양이온성 계면활성제, 양쪽이온성 계면활성제, 코카미드, 도데실 디메틸아민 옥사이드, 폴리소르베이트, 기타 계면활성제, 비이온성 계면활성제, 지방족 알코올, 폴리글루코사이드 등과 같은 계면활성제, 분산제, 습윤제 또는 증점제를 포함한다. 이러한 물질은 예를 들어 유체의 역학적 특정(예를 들어 점도)를 변경하는데 사용될 수 있다.
입자는 성형 조성물의 도입 동안 그들의 위치를 유지하기 위하여 성형 폼에 대하여 부착될 수 있다. 이는 전기적, 자기적, 화학적 또는 압력 구배를 적용하거나 다른 방법으로 성형 폼에 대하여 입자의 적어도 일부를 부착시킴으로써 달성될 수 있다. 구배는 성형 컴파운드에 입자의 도입 후에 제거되거나 턴오프될 수 있다. 사용자는 또한 성형 조성물 내에 하나 이상의 입자의 매립을 조절하기 위하여 구배를 적용할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 조성물로부터 입자를 부분적으로 빼내거나 성형 조성물로 더 깊이 입자를 넣기 위하여 구배를 적용할 수 있다.
몇몇 구체예에서는, 유체는 성형 폼에 관하여 정치상태일 수 있다. 또는, 성형 폼과 유체 중 적어도 하나가 다른 나머지와 상관하여 이동한다. 이는 사용자가 성형 폼이 유체 커튼(curtain)을 통해 이동되는 커튼닝 공정에 의해 성형 폼에 유체를 도포하는 구체예에서 예시되어 있다.
여기서 사용되는 용어 "단면(cross-sectional)" 크기(dimension)는 입자의 직경, 길이, 넓이 또는 높이를 의미할 수 있다. 입자의 집단은 적합하게 약 0.1 nm 내지 약 100 ㎛의 범위 내의 평균 단면 크기를 포함한다. 몇몇 구체예에서는, 평균 단면 크기가 약 1 nm 내지 약 nm 내지 5 ㎛, 또는 약 100 nm 내지 약 1 ㎛, 또는 약 200 nm 내지 약 200 nm의 범위 내이다. 몇몇 구체예에서는, 실질적으로 모든 입자가 약 0.1 nm 내지 약 100 ㎛의 범위 내에서 단면 크기를 가진다.
입자의 집단은 입자의 동질적 집단을 포함할 수 있다. 다른 구체예에서, 집단은 이질적이고 크기가 다르거나 다른 물질을 포함하거나 크기가 다르고 다른 물질을 포함하는 입자를 포함할 수 있다. 상기 방식으로, 사용자는 다양한 종류의 기능성을 갖는 다양한 종류의 입자를 매립할 수 있다.
입자는 적합하게 구형의 모양일 수 있으나, 원통형, 관상, 정육면체형, 구상(spheroidal), 피라미드형, 무정형, 결정형, 사면체형, 육면체형, 삼방정계형, 사방정계형, 단사정계형, 장방형 또는 심지어 삼사정계형일 수도 있다. 특정의 도포에서 사용되는 입자의 최적 형태는 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
입자는 또한 적합하게 하나 이상의 기능성 작용제 또는 분자를 포함할 수 있다. 이러한 작용제와 분자는 입자에 추가적이고 유용한 특성을 부여하는 데 유용하다. 비제한적 예로서, 입자는 그 자체로 항균적 특성을 갖는 최종의 성형된 물품을 초래하는 항균제를 포함할 수 있다. 기능성 작용제는 또한 살균제, 절연체, 전도체, 반도체, 촉매, 형광제, 보향제(flavor agent), 리간드, 수용체, 항체, 항원, 라벨(label), 윤활제, 향수, 흡수제, 흡착제, 난연제 등을 포함할 수 있다. 입자 자체는 본질적으로 부가적인 작용제의 포함 없이 이러한 특성 중 하나 이상을 가질 수 있다.
기능성 작용제는 예를 들어, 항균제, 살균제, 절연체, 전도체, 반도체, 촉매, 형광제, 보향제, 촉매제, 생분자 결합물질, 화학결합물질, 라벨, 윤활제, 향수, 화합물질, 생체분자 또는 전자파 방사선의 흡수제, 화합물질, 생체분자 또는 전자파 방사선의 흡착제, 전자파 방사선의 산란제(scatterer), 난화제(fire-retarder), 캡슐, 인캡슐런트, 착색 또는 미용물품, 방사선 비투과성 제제, 방사성 제제 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 당업자에게 잘 알려질 바와 같이, 입자는 하나, 두개 또는 그 이상의 기능성 작용제를 포함할 수 있다.
예시적 입자 물질은 은, 산화은, ZnO, TiO2, 아연 피리티온, 클로르헥시딘, 요오도포, 트리클로산, 니신, 락토페린, 나트륨 디아세테이트, 소르브산, 칼륨 소르베이트, OBPA (10,10'-옥시비스페녹사르신), 아민-중성화 포스페이트, 아연-OMADINE (아연 2-피리딘에티아놀-1-옥사이드), 2-n-옥틸-4-이소티아졸린-3-온, DCOIT, CAPTAN, 및 FOLPET, 트리클로산, 구리 피리티온 및 아연 피리티온을 포함한 피리티온, 구리, 산화구리, 은 유리, 구리 유리, 아연 유리, 은 제올라이트, 구리 제올라이트, 아연 제올라이트, 은 나트륨 수소 지르코늄 포스페이트, 나노입자, 마이크로입자 형태의 산화물을 포함하는 은, 구리 또는 아연, 이온 교환 입자, 4차암모늄 화합물과 염 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
몇몇 구체예에서는, 입자는 다발색적(multichromic)이다. 이는 특정 물리량, 예를 들어 전기장, 자기장, 방사선, 에너지, 온도 변화, 화학물질, 스트레스 또는 생리학적 물질에 노출될 경우 색 변화를 보여주는 물품의 생산을 가능하게 한다. 적합하게 다발색인 물질은 본원의 다른 곳에서 설명될 것이다.
입자는 또한, 특히 적외선, 자외선 및/또는 x-선과 같은 전자기적 방사선을 반사, 흡수 또는 산란하는 물질을 포함한다. 이러한 물질은 예를 들어, Ge, TiO2, Si, Al2O3, CaF2, ZnS, GaAs, ZnSe, KCl, 산화주석인듐, 산화주석, TiO2, ZnO, MgO, CaCO3, 벤조페논, 벤조트리아졸, 저해된 아민 광 안정화제, 시아노아크릴레이트, 살리실형 화합물, 니켈, Pb, Pd, Bi, Au, Ba, BaSO4, 강철, U, Hg 등을 포함한다.
입자는 또한 하나 이상의 전기적 전도성 물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질은 탄소 나노튜브, 금속, 나노와이어, 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리아릴렌, 폴리티오펜, 그래핀, 펜타센, 폴리(페닐렌 에티닐렌)(PPE), 폴리(페닐렌 비닐렌)(PPV), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(스티렌설포네이트)(PSS), 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT), 폴리(3-옥틸티오펜)(P3OT), 폴리(아릴렌 에테르 설폰), 폴리(C-61-부티르산-메틸 에스테르)(PCBM), 폴리[2-메톡시-5-(2'-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌 비닐렌](MEH-PPV), 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 반도체 물질은 또한 본 발명의 입자에 적합하다. 적합한 반도체 물질은 특히 C(다이아몬드), C(그래핀), Ge, Si, AlAs, AlN, AlP, AlSb, Bas, BN, BP, CdS, CdSe, CdTe, Cu2O, Cu2S, CuCl, CuOGaAs, GaAs, GaN, GaP, GaSb, InAs, InN, InP, InSb, PbS, PbSe, PbTe, PtSi, SiC, SiGe, SnS, SnTe, TiO2, ZnO, ZnS, ZnSe, ZnTe, AlGaAs, AlGaN, AlInAs, AlInSb, CIS, CdZnTe, GaAsN, GaAsP, HgCdTe, HgZnSe, HgZnTe, InAsSb, InGaAs, InGaN, InGaP, InGaSb, PbSnTe, CuInGaSe (CIGS), 탄소 나노튜브, 양자 헤테로구조물 등을 포함한다.
입자는 다양한 정도로 최종 물품에 매립될 수 있다. 몇몇 구체예에서는, 입자는 평균적으로, 특유 크기의 100% 초과의 정도로 적합하게 매립될 수 있다. 또한, 입자는 평균적으로 특유 크기의 100% 이하의 정도로 매립될 수 있다. 어떤 구체예에서, 입자는 성형품 내에 본질적으로 전적으로 있도록 매립된다.
입자는 또한 평균적으로 특유 크기의 약 80% 이하, 특유 크기의 약 50% 이하, 특유 크기의 약 25% 이하의 정도로 매립될 수 있다. 매립의 정도는 공정 조건과 성형 폼의 표면 형상에 따라 달라질 수 있다.
입자는 평균적으로 기판의 표면으로부터 약 0.1 nm 내지 약 1 cm, 약 10 nm 내지 약 0.5 cm, 또는 약 100 nm 내지 약 100 ㎛ 퍼져있을 수 있다. 본 방법은 모든 동일한 입자가 같은 정도로 매립되지 않는 경우나 모든 입자가 물품으로부터 동일하게 펴져있지는 않는 경우의 물품을 생산하는 데 사용될 수 있다.
몇몇 구체예에서, 작업 조성물의 표면 영역의 본질적으로 모두는 입자에 의해 점유된다. 다른 적합한 구체예에서는, 작업 조성물의 표면 영역의 약 75% 미만이 입자에 의해 점유되거나, 작업 조성물의 표면 영역의 약 50% 미만, 표면 영역의 약 25% 미만, 또는 표면 영역의 심지어 약 10% 미만 또는 심지어 약 5% 미만이 입자에 의해 점유된다. 점유 정도는 사용자의 필요에 따라 결정될 수 있다; 어떠한 경우, 사용자는 입자에 의해 점유되는 표면 영역의 소량 이상을 요구하지 않을 수도 있다.
공정 조건은 이웃 입자가 평균 약 0.1 nm 내지 약 100 ㎛, 또는 약 1 nm 내지 약 10 ㎛만큼 서로 분리되도록 조절될 수 있다. 이웃 입자는 적합하게 약 10 nm 내지 약 1 ㎛, 또는 약 50 nm 내지 약 0.5 ㎛, 또는 100 nm 내지 약 1000 nm만큼 분리될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 입자는 응집 형태로 매립될 수도 있다. 입자는 또한, 이웃 입자와 물리적 또는 전자적으로 접촉될 수도 있다.
입자는 최종 물품의 특정 또는 구별되는 영역에 매립되거나 적합하게 균일한 방식으로 물품의 전체 표면에 배치될 수 있다. 몇몇 구체예에서 물품내의 성형 조성물이 입자보다 더 경질임에도 불구하고 입자는 적합하게 물품에서 성형 조성물보다 더 경질일 수 있다.
최종 물품은 성형 폼과 성형 후에 성형 조성물을 추가로 쉐이핑하는 것을 수반하는 임의의 후가공 단계에 따라 평면형, 원통형, 다면체형, 구형, 홈형, 커브형, 원호, 공문형(pitted), 중공형(hollowed)일 수 있거나 또는 불규칙한 형태를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 최종 물품은 정화기, 소독기, 살균기, 검출기, 감지기, 라벨기, 태거(tagger), 처리 시스템, 전자 성분, 광학 성분, 촉매 등으로서 사용될 수도 있다. 최종 물품은 또한 전도성 성분, 반도체 성분, 지지 구조물, 촉매, 화합물질, 생체분자 또는 전자기 방사선의 흡착제, 화합물질, 생체분자 또는 전자기 방사선의 흡수제, 화학물질 또는 생체분자의 결합제, 광학 성분, 절연 성분, 결합제, 산란 성분, 압전 발색, 화학 발색, 광 발색, 자기 발색, 열발색, 스트레스 발색 또는 기타 다발색 성분 또는 장치로 유용하다. 막(membrane)은 적합한 최종 물품에 특별히 고려된다.
성형은 당업계의 공지 공정에 의해 적합하게 달성된다. 이러한 공정의 비제한적 예는 컴팩션 플러스 신터링(compaction plus sintering), 사출 성형, 반응 사출 성형, 압축 성형, 트랜스퍼 성형(transfer molding), 램 성형(ram molding), 압출 성형, 회전 성형, 열성형, 진공성형, 라미네이팅, 팽창가능한 비드 성형, 발포 성형, 로토 성형(rotomolding), 진공 플러그 어시스티드 성형(vacuum plug assisted molding), 압력 플러그 어시스티드 성형(pressure plug assisted molding), 매치드 성형(matched molding), 스탬핑(stamping), 프레스 성형, 압출, 블로우 성형, 롤링 등을 포함한다. 사출 성형 및 롤링이 특히 적합한 방법으로 고려된다.
폴리머는 본 방법을 위해 특히 적합한 작업 조성물이다. 적합한 폴리머는 특히 유기 폴리머, 무기 폴리머, 합성 폴리머, 천연 폴리머, 열가소성 물질, 열경화성 물질, 공중합체, 생체폴리머, 플루오로폴리머, 실리콘, 실리콘 고무, 비닐, 탄성중합체, 왁스, 폴리올레핀, 액정 폴리머, 이오노머를 포함하며, 다음을 포함하나 이에 한정되지는 않는다:
플라스타치(plastarch) 물질, 플라스티졸, 폴리아세탈, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 오르가노솔, 아크릴, 아라미드, 방향족 폴리아미드, 베이크라이트, 비스말레이미드, 보라진, 셀룰로스 화합물, 코폴리에스테르, 구리 프탈로시아닌, 데카메틸사이클로펜타실록산, 도데카메틸사이클로헥사실록산, 데카메틸테트라실록산, 에폭시, 에틸렌 메틸 아크릴레이트(EMA), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 비닐 알코올(EVOH), 플루오르화 에틸렌-프로필렌(FEP), 플루오로폴리머, 헥사메틸사이클로트리실록산, 헥사메틸디실록산, HDPE, LDPE, 멜라민 포름알데히드(MF), 멜라민, 나피온, 니트릴, 노보텍스트, 나일론, 나일론 6, 나일론 66, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 610, 나일론 612, 옥타메틸사이클로테트라실록산, 옥타메틸트리실록산, 퍼플루오로알콕시 폴리머 수지(PFA), 퍼플루오로설폰산, 페놀계 화합물(PF), 페녹시, 페닐렌 에테르/옥사이드, 폴리 파라페닐렌 테레프탈아미드, 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA), 폴리(N-비닐 피롤리돈), 폴리(프로필렌 푸마레이트), 셀로판폴리(비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌), 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리알릴 프탈레이트, 폴리아미드(PA), 폴리무수물, 폴리아미드-이미드, 폴리아릴레이트, 폴리아릴에테르, 폴리아릴설폰, 폴리벤즈이미다졸폴리부틸렌(PB), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리부틸렌, 폴리카프로락톤, 폴리카보네이트(PC), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 퍼플루오로폴리에테르(PFPE), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리에폭사이드, 폴리에스테르(PE), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에테르이미드, 폴리에테르설폰(PES), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌테트라플루오로에틸렌(ETFE), 폴리에틸렌옥사이드, 폴리글리콜산(PGA), 폴리글리콜라이드, 폴리이미드, 폴리이소부텐, 폴리이소프렌, 폴리케톤, 폴리락트산(PLA), 폴리락트산, 폴리릴 디글리콜 카보네이트 단량체, 폴리메틸 펜텐(PMP), 폴리메틸펜텐, 폴리올레핀, 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리페닐 에테르(PPE), 폴리페닐렌 비닐렌, 폴리페닐렌, 폴리프로필렌(PP), 폴리프로필렌, 폴리스티렌(PS), 폴리스티렌, 폴리설파이드, 폴리설폰(PES), 폴리설폰(PSU), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리우레탄(PU), 폴리비닐, 폴리비닐 카바졸, 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리비닐 플루오라이드(PVF), 폴리비닐 피리딘, 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 리치라이트(richlite), 실란, 실리콘, 실록산, 스티렌, 스티렌 말레산 무수물, 스티렌-아크릴로니트릴(SAN), 스티렌-이소프렌-스티렌(SIS), 스티렌 말레산 무수물(SMA), 테플론®, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로-3,6-디옥사-4-메틸-7-옥텐설폰산 공중합체, TPU, 트리플루오로에틸렌, 트리탄(Tritan)®, 터프놀(Tufnol), 우레아, 우레아-포름알데히드(UF), 비닐리덴 플루오라이드 등.
생체폴리머는 또한 본 발명에 적합하며, 대나무, 생체 유도 폴리에틸렌, 버랩(burlap), 캔버스, 카보디이미드, 카틸라지(cartilage), 셀로판, 셀룰로이드, 셀룰로스 아세테이트(CA), 셀룰로스 아세테이트 부티레이트(CAB), 셀룰로스 니트레이트, 셀룰로스 프로피오네이트(CP), 셀룰로스, 셀룰로스 아세테이트 프로피오네이트(CAP), 키틴, 키토산, 코이어, 콜라겐, 결합 조직, 구리 프탈로시아닌, 면 셀룰로스, 쿠프람모늄, 엘라스틴, 상피, 깃털, 피브린, 손톱, 플랙스(flax), 털, 글리코사미노글리칸, 그라운드 조직, 머리카락, 헴프(hemp), 주트(jute), 케나프, 케라틴, 가죽, 린넨, 린넨, 리알루론산, 근육 조직, 신경 조직, 니트로셀룰로스, 뼈조직, 종이, 파피루스, 파치먼트(parchment), 페리오스테움, 플라스타치, 폴리(프로필렌 푸마레이트), 폴리(비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌), 폴리-3-하이드록시부티레이트 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리카프로락톤, 폴리글리콜산(PGA), 폴리글리콜라이드, 폴리락트산(PLA), 폴리락티드산 플라스틱, 폴리페닐렌 비닐렌, 라피아, 레이온, 쌀, 실크, 시살, 전분, 전분 기반 플라스틱, 발톱, 혈관 조직, 비닐리덴 플루오라이드, 비스코스, 나무, 울 또는 이들의 임의의 단량체, 공중합체, 조합 또는 복합물을 포함한다. 작업 조성물은 단량체도 포함할 수 있으며, 이러한 단량체는 후에 중합되어 가교결합될 수도 있다.
미네랄, 금속 및 합금도 작업 조성물에 포함될 수 있다. 작업 조성물은 합금 및 복합 물질도 포함할 수 있다.
특정의 비제한적 예에서, 성형 폼은 롤러를 포함한다. 이러한 구체예에서, 방법은 입자의 적어도 일부가 기판에 적어도 부분적으로 매립되도록 폴리머 조성물에 대하여 롤러를 접촉하는 단계를 포함한다. 롤러의 압력은 적어도 어느 정도까지, 즉 성형 조성물에 입자가 매립되는 정도로 조절되도록 조절될 수 있다. 롤러를 사용함으로써, 사용자는 계속적인 방법으로 개시된 방법을 실행할 수 있다.
어떤 구체예에서는, 성형 조성물이 개시된 발명에 따라 입자의 매립 전에 성형 조성물 내에 배치되는 기타 구조물 또는 입자를 갖는다. 예를 들어, 성형 조성물은 그 안에 와이어 또는 기타 구조물을 포함할 수 있다. 이러한 구체예에서, 금속 입자를 매립하는 것은 최종 물품의 외부 환경과 전자적 통신으로 성형 조성물 내에 와이어를 위치시킬 수 있다.
입자를 주형에 선택적으로 고정하기 위해 전기, 정전기 및/또는 자기 전하를 이용하여 주형(압축, 램 주형, 사출 주형, 프레스 주형, 스탬핑 또는 기타 다른 주형 장치)의 내부를 가로질러 입자가 균일하게(또는 비균일하게, 특정 패턴으로) 배치될 수 있다. 화학적 구배는 성형 폼에 입자를 부착 또는 고정시키기 위해 사용될 수도 있다.
몇몇 구체예는 적합하게 입자의 적어도 일부가 성형 폼에 부착되도록 주형에 전지 전하를 인가하는 단계를 포함한다. 사용자는 입자의 적어도 일부가 성형 폼에 부착되도록 주형을 전기적으로 접지시키고 입자에 전기 전하를 인가할 수 있다. 다른 구체예에서, 사용자는 입자의 적어도 일부가 성형 폼에 부착되도록 자기적 입자와 입자가 자기적으로 끌어당겨지는 적합한 성형 폼 물질을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
비제한적 예로서, 사용자는 입자를 주형의 특정 영역에 국소화시키기 위하여 금속적 또는 다른 자기적 입자를 제자리에 유지하기 위하여 자기장을 사용할 수 있다. 다수 입자 집단을 국소화함으로써, 사용자는 다른 기능성을 가지는 두 개 이상의 영역을 가지는 물품을 생산할 수 있다.
사용자는 적합하게 물질(폴리머, 유리, 금속, 메탈로이드 또는 기타 물질 또는 이들의 임의의 조합)을 성형한다. 성형은 단순한 시트형 산물 또는 단순 또는 복합 특징을 갖는 3D 형태를 생성하도록 고안되었던지 아니던지 어떠한 형태로도 가능할 수 있다. 주형은 당업계에 공지되었으며, 특정 응용을 위한 최적의 주형은 당업자에 의해 용이하게 식별될 수 있을 것이다.
입자가 융합되지 않고 생산물의 위에 단층을 형성하지만, 대신 구별되는 매립된 입자 또는 구별되는 매립된 다수-입자-응집체로 남아있도록 조건(입자 조성, 입자 구조, 입자 크기, 온도, 압력, 성형된 물질 조성 또는 기타 조건)이 선택될 경우 성형 공정의 압력 및/또는 온도는 생산물의 표면에 입자를 매립한다.
다른 구체예에서, 입자와 공정 조건은 최종 물품의 적어도 일부를 덮는 네트워크, 쉘 또는 기타 응집성 구조를 형성하기 위하여 입자가 융합되거나 조합되도록 선택된다. 어떤 경우에, 입자가 매립되는 폴리머보다 입자가 낮은 융점을 갖도록 입자와 조건이 선택된다. 이러한 경우, 최종 물품은 최종, 성형된 물품의 외부를 둘러싼 녹은 입자의 쉘 또는 네트워크를 발생시키기 위하여 입자의 융점 온도까지 가열시킬 수 있다.
안정화, 교반, 또는 둘 다를 통해 현탁되는 입자를 함유하는 용액이 사용될 수도 있다. 입자의 현탁액을 포함하는 용액은 본 발명을 위해 적합한 것으로 고려된다. 알코올과 물이 특히 적합한 유체로 고려된다.
캐리어 용액은 성형 물질 또는 입자에 대하여 비활성일 수도 있고, 아닐 수도 있다. 이런 용액-기반 시스템은 주형 내부를 분무, 롤-온 또는 코팅하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 용액은 성형 전, 성형 동안, 또는 성형 후에 증발되거나, 성형 동안 타버릴 수도 있다. 알코올, 에테르 등과 같은 휘발성 용액은 사용자가 성형 공정동안 용액을 현존하도록 하지 않고 주형에 입자를 도포하고자 하는 경우 유용한 것으로 고려된다. 몇몇 구체예에서, 캐리어 용액, 입자 또는 둘 다는 점착성이 있거나 끈적거려서 사용자가 주형의 표면 상에 입자의 위치를 조정할 수 있다. 용액/입자의 끈적거림은 입자가 성형 컴파운드에 매립되게 되면, 주형에 보다 성형 컴파운드에 충분히 견고하게 부착되도록 적합하게 선택된다.
개시된 방법은 사출 성형, 스탬핑 등과 같이 배치 공정으로서 실행될 수 있다. 어떤 구체예에서, 방법은 실린더형 롤러 또는 기타 연속적 이동체의 사용을 통해 달성될 수 있는 연속 공정으로 실행될 수 있다. 그러나 롤러는 둥근 필요는 없으며 그 위에 배치되는 톱니 모양 또는 다른 패턴을 가질 수 있다.
이러한 구체예에서, 롤러의 일부가 입자는 기판(예를 들어, 폴리머, 금속, 유리, 메탈로이드 등)과 접촉되도록 위치하는 것에 앞서 롤러의 한 개 이상의 일부에 연속적으로 놓인다.
타일, 보드, 인곳(ingot), 벽돌, 막 등이 또한 여기서 서술되는 연속 공정 구체예를 위해 적합할 수 있음에도 불구하고 롤러-기반 공정을 위한 기판은 적합하게 평면 표면(예를 들어, 필름, 플레이트)이다.
위와 같이, 입자는 전기, 정전 및/또는 자기 전하를 이용하여 또는 기판에 대하여 비활성이거나 비활성이 아닐 수 있는 용액의 사용을 통하여 롤러 상에 놓이도록 유도될 수 있다. 압력 및/또는 온도는 임의로는 매립의 정도를 통제하도록 조절될 수 있다. 입자는 또한 표면을 접촉하는 롤러에 앞서 매립의 대체 방안을 제공하여, 전술한 바와 같은 유사한 공정을 이용하여 기판 상에 놓이도록 형성될 수도 있다.
이러한 공정은 이전의 참조 발명 뿐 아니라 본 출원에 설명된 동일한 이점(예를 들어, 변경된 광학적, 물리적 특성, 항균적 특성, 전자적 특성)을 부여할 수 있고 그러므로 또한 언급된 장치를 생산하는 데 사용될 수 있다. 청구된 공정이 적합한 다양한 응용이 이하 제공된다.
여기서 개시되는 폴리머 표면에 미립자와 다른 화학적 작용제를 매립하는 본 발명의 공정은 개선 뿐 아니라 직접 병합(도 1)과 코팅(도 2)의 방법을 넘어선 새로운 제조 파라다임을 제공한다. 직접 또는 벌크 병합에서, 첨가제 입자(2)는 기판(1)의 벌크에 걸쳐 분배된다. 코팅에서는, 첨가제 입자(3)가 아래에 놓인 기판(1) 위의 제 2 층(2)에 고정된다.
성형 조성물의 기판의 표면에 함침되는 첨가제 또는 입자는 그 자체가 적합하게 입자 형태이다. 이러한 첨가제는 관련 특허 출원에 개시된 것 뿐 아니라 이하를 포함한다:
다발색제, 화학 발색제, 압전 발색제, 열발색제, 광 발색제, 방사 발색제, 전기 발색제, 자기 발색제, 방사 발색, 열발색, 독소 중화제, 보향 물질, 방향족 물질, 촉매, 습윤제, 화학 원소, 금속, 염, 세라믹, 폴리머, 기체, 액체, 콜로이드, 현탁액, 에멀젼, 가소제, 팽윤제, 용매, 산화 티타늄, UV-차단제, 발광제, 항세균제, 대전 방지제, 염, 산화주석인듐, 염화 베헨트리모늄, 코카미도프로필 베타인, 인산 에스테르, 필레틸렌 글리콜 에스테르, 폴리올, PEDOT:PSS, 디노닐나프틸설폰산, 루테늄 메탈오가닉 염료, 산화티타늄, 이산화티타늄, 스크래치방지제, 그래핀, 구리 프탈로시아닌, 지문방지제, 김서림 방지제, UV-차단제, 틴팅제, 반사방지제, IR-차단제, 고반사제, 광학여과제, 향수, 탈취제, 수지, 윤활제, 가용화제, 안정화제, 계면활성제, 형광제, 활성탄, 잉크, 토너 입자, 회로 요소, 절연체, 전도체, 전도성 유체, 자기적 함유물, 전자적 함유물, 플라스몬 함유물, 유전체 함유물, 공명성 함유물, 발광성 분자, 형광성 분자, 반도체, 반도체 도펀트, 캐비티(cavity), 함유물(inclusions), 렌즈, 메타물질, 플라스몬 미디어, 나노안테나, 냉음극, 전극, 나노피라미드, 양자점(quantum dot), 나노크리스탈, 공명체, 감지기, 엑츄에이터(actuator), 트랜스듀서(transducer), 회로 부품, 트랜지스터, 레이저, 오실레이터, 광 검출기, 광자성 결정, 도파관, 증폭기, 변조기, 스위치, 광발전 전지, 발광 다이오드, 커플러 등.
항세균 물질(예를 들어, 은 입자 또는 나노입자)가 특히 적합하게 고려된다. UV-반사 물질(예를 들어 TiO2, ZnO 및 BaSO4) 또한 특히 적합하다.
사용되는 다른 첨가제는 활성 코코넛/촉매 탄소, KDF, SPG 화산재, 마그네타이트, 세라믹 마그넷, 텐코-세키(Tenko-seki), 바쿠한-스키 미네랄(Bakuhan-ski mineral)(마이판(Maifan), 쿼츠 포르피리), 타이코-세키(Taicho-seki), 타이코 미네랄, 쿼츠, 실리케이트를 포함한다. 이러한 입자는 그들의 정화, 세정 및 의학적 특성을 위해 주목된다.
다음 실시예는 설명을 위한 것일 뿐 당업자는 다음의 실시예가 관련 출원에서 언급된 방법과 물질에 의해 달성될 수 있고 이 모두는 전문으로 본원에 참조로 인용한다.
코팅 개선
위와 관련 출원에 서술된 공정을 사용함으로써 존재하는 코팅물의 표면에 입자를 매립하기 위하여 사용될 수 있다. 많은 종래 코팅물은 연화되고 다시 딱딱해질 수 있는 폴리머로 일부 또는 전체적으로 구성된다. 본 비제한적 예에서, 용액은 연화되게 할 것인 '고정' 또는 '경화된' 존재하는 코팅물의 표면에 도포될 수 있다. 소망하는 첨가제 미립자 또는 액체는 폴리머-연화 용매가 코팅된 표면을 처리하기 전, 또는 처리하는 동안 또는 처리한 후에 코팅된 표면에 별도로 부가되거나 연화 용액과 함께 용액내에 있을 수 있다. 이어서 적어도 하나의 첨가제 미립자는 코팅물의 표면에 부분적으로 또는 전체적으로 매립한다.
어떤 코팅은 다른 것(즉, 가교결합된 폴리머)보다 더 힘들게 연화될 수 있다. 다른 비제한적 예는 코팅물이 도포된 후 그러나 전체가 경화되거나 고정되기 전에 이러한 공정을 실행하는 것이다. 이는 코팅물이 도포된 후나 경화되거나 고정되는 공정에 있는 동안 직접 발생할 수 있다. 비록 용액 캐리어가 사용될 수도 있음에도 불구하고, 코팅물 상에 및 내에 입자를 배치하도록 기체 캐리어와 파우더 형의 입자가 특히 효율적일 것이라고 여겨진다. 본 발명은 공업적으로 널리 사용되는 종래 코팅 처리를 넘어서는 본질적 이점을 제공한다.
플라스틱과 고무 상에 코팅물을 만드는 것은 코팅물이 나무와 금속 기판에 대한 것처럼 플라스틱 표면에 쉽게 도포되지 않을 수 있기 때문에 종래에는 어려운 점이 많았다. 플라스틱용으로 현존하는 코팅은 소망하는 코팅 외에도 종종 부착 프로모터, 베이스 코트 및 표면 전처리를 포함하는 다수의 단계 적용을 요구하며 경화는 보통 열 또는 UV 방사를 포함하여 시간 및/또는 에너지 집약이다. 본 발명은 후제조 또는 제조단계동안 코팅 상에 존재하는 것외의 첨가물이 적용될 수 있는 경우, 폴리머 코팅물의 광범위한 범위와 상용될 수 있다. 제조과정 동안 코팅 용액에 첨가제를 위치시키는 것이 문제가 있을 수 있기 때문에 이는 기술적으로 가치있는 방법이다.
개시된 방법은 약 0.1 nm 내지 약 100 ㎛ 범위 내의 단면 크기를 갖는 다수의 입자를 포함하는 유체를 기판 상에 배치된 습윤 코팅 물질에 도포하는 단계; 및 입자의 적어도 하나는 건조된 코팅물의 표면에 적어도 부분적으로 매립되는, 코팅된 물품을 생산하기 위해 습윤 코팅 물질을 건조시키는 단계를 포함한다.
용어 "습윤 코팅"은 코팅이 수성 기반(비록 코팅 습윤 코팅이 수성일 수 있지만) 또는 액체일 필요는 없다. 전술한 바와 같이, "습윤"은 또한 액체상을 갖거나, 적어도 부분적으로 액체이거나 또는 액체의 특성을 닮은 특성을 갖는 용매 기반 코팅 또는 어떠한 코팅을 말할 수 있다. 반고체, 젤 등이 본 발명의 방법에 모두 가능하다.
몇몇 구체예에서, 습윤 코팅 물질은 경화가능하고 가교결합된 가교결합가능한 코팅을 포함한다. 도포되는 유체, 입자 또는 둘 다는 가교결합제 또는 중합 개시제를 함유할 수 있다.
적합한 중합 개시제는 예를 들어, 아조 화합물, 삼불화 보론, 지글러 촉매, 금속 할라이드, 트리에틸알루미늄, 사염화티타늄, 아세토페논, 벤질 및 벤조인 화합물, 벤조페논, 양이온성 광개시제, 티옥산톤, 아조비스(사이클로헥산카보니트릴), 아조비스(2-메틸프로피온아미딘) 디하이드로클로라이드, 아조비스(2-메틸프로피오니트릴), 아조비스(4-시아노발레르산), 암모늄 퍼설페이트, 하이드록시메탄설핀산 모노나트륨 염 탈수화물, 칼륨 퍼설페이트, 나트륨 퍼설페이트, N-터셔리-부틸-N-(2-메틸-1-페닐프로필)-O-(1-페닐에틸)하이드록실아민, 비스(터셔리-아밀퍼옥시)사이클로헥산, 부탄온 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, 큐멘 하이드로퍼옥사이드, 디큐밀 퍼옥사이드, 라우로일 퍼옥사이드, 터셔리-부틸 퍼아세테이트, 터셔리-부틸 퍼옥시벤조에이트, 2-(디에틸아미노)에틸 메타크릴레이트, 에틸 4-(디메틸아미노)벤조에이트, 이소아밀 4-(디메틸아미노)벤조에이트, 트리메틸옥소늄, 기타 -오늄 염 등을 포함한다.
적합한 가교결합제는 당업자에게 공지될 것이다. 이러한 가교결합제의 비제한적 목록은 예를 들어, 2-벤조티아졸에티올, 테트라메틸티우람 디설파이드, 이미도에스테르, 디메틸 수베르이미데이트, 포름알데히드, 카보디이미드, 하이드라지드, 이소시아네이트, 말레이미드, 피리딜디티올, 디아지린, 아릴 아지드, 할아세틸, 포토-루신, 포토-메티오닌, 디비닐벤젠 등을 포함한다. 최적의 가교결합제는 공정 조건에서의 임의의 제한 뿐 아니라 가교결합되는 폴리머 또는 폴리머들에 따라 달라진다.
습윤 코팅 물질은 입자가 매립될 수 있는 유체, 겔 또는 반고체 또는 기타 물질을 적합하게 포함한다. 폴리머 또는 단량체 용액 또는 겔은 후속적으로 중합되는 단량체와 가교결합할 수 있는 폴리머를 포함하여, 적합한 습윤 코팅 물질로 고려된다. 습윤 코팅 물질은 어떤 구체예에서, 후속적으로 중합되는 둘 이상의 단량체를 포함한다.
습윱 코팅에 도포되는 입자는 도포를 위해 유체에서 적합하게 현탁된다. 유체는 적합하게 습윤 코팅 물질에 대하여 본질적으로 비활성이고, 입자는 또한 적합하게 습윤 코팅 물질에 대하여 본질적으로 비활성이다. 입자는 혼합, 초음파분쇄, 흔들기, 진동, 유입, 교반, 휘저음 등의 방법으로 유체 내에 배치된다.
하나의 예시적이고 비제한적인 구체예에서, 입자를 함유하는 유체는 기판 위에 습윤(비-건조) 코팅 위에 분무된다. 습윤 코팅은 그리고나서 건조되고, 입자가 코팅에 매립된 채 남는다. 이러한 경우, 사용자는 마무리된 물품의 코팅 층으로 기능성(입자에 의해)을 부여할 수 있다.
이는 최종 물품이 코팅을 필요로 하는 경우(예를 들어, 안경에 반사방지 코팅)에 특히 유용하나, 사용자는 물품이 추가적 기능성(예를 들어 항세균성)을 가지기를 원할 수 있다. 개시된 방법을 이용하여, 사용자는 요구되는 코팅층을 포함하고 그 코팅층에 병합되는 추가적 기능을 포함하는 물품을 생산할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 입자는 또한 기판 상에 배치될 수 있고, 습윤 코팅은 입자 위에 도포된다.
적합한 입자와 유체는 본원의 다른 곳에서 설명된다. 유체는 예를 들어, 용매, 수용액, 이온성 용액, 비극성 용매, 유기용매, 극성 용매, 비양성자성 용매, 양성자성 용매, 무기 용매, 이온성 유체 등을 포함한다. 이러한 예는 본원의 다른 곳에서 서술된다.
유체는 또한, 염, 계면활성제, 안정화제 또는 점도-조절 첨가제(전분과 같은)를 포함할 수도 있다. 이는 유체의 공정성을 최적화하기 위해 첨가될 수 있다. 첨가제는 또한 입자 응집을 저해(또는 촉진)하기 위해 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 입자는 혼합, 초음파분쇄, 흔들기, 진동, 유입, 교반, 휘저음 등에 의해 유체 내에 배치될 수 있다. 여기서 설명한 바와 같이, 입자는 추가적 기능성을 부여하는 하나 이상의 작용제를 포함할 수 있다.
예시적 구체예에서, 입자는 평균적으로, 특유 크기의 100% 이하인 정도나 특유 크기의 약 80% 미만, 또는 특유 크기의 약 50% 미만, 또는 특유 크기의 약 25% 미만인 정도로 매립된다.
입자는 적절하게 평균적으로 기판의 표면으로부터 약 0.1 nm 내지 약 1 cm, 또는 약 10 nm 내지 약 1 mm, 또는 100 nm 내지 약 100 ㎛, 또는 약 0.1 ㎛ 내지 약 0.5 ㎛로 퍼져있다.
몇몇 구체예에서, 코팅 물질의 표면 영역의 적어도 하나의 영역의 본질적으로 전부에 입자가 매립되거나 이는 입자에 의해 점유된다. 이러한 방법은 코팅 물질의 표면 영역의 75% 미만에 입자가 매립되거나, 코팅 물질의 표면 영역의 약 50% 미만에 입자가 매립되거나, 코팅 물질의 표면 영역의 약 5% 미만에 입자가 매립되는 표면을 발생시킬 수 있다.
입자는 평균적으로 약 1 nm 내지 약 5 ㎛, 또는 약 10 nm 내지 약 1 mm, 또는 약 100 nm 내지 약 1 ㎛, 또는 약 200 nm 내지 약 500 nm만큼 서로 분리될 수 있다. 입자는 분리되거나 응집될 수 있다.
유체에 존재하거나 코팅 물질에 매립되는 입자는 단분산될 수 있다. 다른 구체예에서, 입자는 다분산일 수 있고, 입자 집단은 상이한 크기와 물질의 입자를 포함할 수 있다. 입자는 적합하게 코팅 물질의 표면에 걸쳐 본질적으로 균일하게 분포된다.
몇몇 구체예에서, 건조된 코팅 물질이 입자보다 더 경질일 수 있음에도 불구하고, 입자는 건조된 코팅 물질보다 더 경질인 것을 특징으로 한다. 입자는 또한 코팅 물질과 유사한 경도를 가질 수 있다.
청구된 방법은 본질적으로 어떤 표면 형태의 물품 위의 코팅물로 입자를 배치시키는 데 유용하다. 입자는 평면형, 원통형, 다면체형, 구형, 홈형, 커브형, 원호, 공문형, 중공형인 표면을 가지며, 또는 다른 모양도 모두 청구된 방법에 적용될 수 있다.
청구된 방법은 다양한 용도를 갖는 물품을 생산하는 데 유용하다. 이러한 물품은 정화기, 소독기, 살균기, 검출기, 라벨기, 유체 처리 시스템, 전자 장치 등을 포함한다.
몇몇 구체예에서, 입자는 코팅 물질 내에 부착되거나 고정된다. 이는 반 데르 발스력에 의해 달성될 수 있고, 또는 하나 이상의 입자를 동기화하거나 잡아끌 수 있는 구배의 적용에 의해서도 가능하다. 적합한 구배는 본원의 다른 곳에서 설명되었으며, 전지장, 자지장, 압력/분무, 공기 플로우 등을 포함한다.
본원의 다른 곳에서 서술한 바와 같이, 코팅 물질은 적합하게 폴리머를 포함한다. 적합한 폴리머의 목록은 본원의 다른 곳에서 서술된 바 있다. 코팅 물질은 나무, 유리, 미네랄, 금속 등을 포함할 수 있다. 코팅물은 다음 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
생체폴리머, 천연 폴리머, 당, 아미노산, 단백질, 천연섬유, 합성섬유, 생조직, 사조직, 생세포, 사세포 또는 기타 생물학적 물질, 예를 들어, 대나무, 생체 유도 폴리에틸렌, 버랩, 캔버스, 카보디이미드, 카틸라지, 셀로판, 셀룰로이드, 셀룰로스 아세테이트(CA), 셀룰로스 아세테이트 부티레이트(CAB), 셀룰로스 니트레이트, 셀룰로스 프로피오네이트(CP), 셀룰로스, 셀룰로스 아세테이트 프로피오네이트(CAP), 키틴, 키토산, 코이어, 콜라겐, 결합 조직, 구리 프탈로시아닌, 면 셀룰로스, 쿠프람모늄, 엘라스틴, 상피, 깃털, 피브린, 손톱, 플랙스, 털, 글리코사미노글리칸, 그라운드 조직, 머리카락, 헴프, 주트, 케나프, 케라틴, 가죽, 린넨, 린넨, 리알루론산, 근육 조직, 신경 조직, 니트로셀룰로스, 뼈조직, 종이, 파피루스, 파치먼트, 페리오스테움, 플라스타치, 폴리(프로필렌 푸마레이트), 폴리(비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌), 폴리-3-하이드록시부티레이트 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리카프로락톤, 폴리글리콜산(PGA), 폴리글리콜라이드, 폴리락트산(PLA), 폴리락티드산 플라스틱, 폴리페닐렌 비닐렌, 라피아, 레이온, 쌀, 실크, 시살, 전분, 전분 기반 플라스틱, 발톱, 혈관 조직, 비닐리덴 플루오라이드, 비스코스, 나무, 울 등.
유체는 습윤 코팅 물질 위에 또는 내에 분무될 수 있다. 유체는 또한 롤러, 프린터 또는 스텐실, 스탬프 또는 주형과 같은 다른 어플리케이터에 의해 적합하게 도포된다. 어플리케이터는 입자의 적어도 일부가 기판에 적어도 부분적으로 매립되도록 코팅에 적어도 부분적으로 입자를 넣기 위하여 사용될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 매립된 입자는 작업 조성물의 외부 환경과의 전자적 통신으로 작업 조성물 내에 배치된 하나 이상의 구조물을 위치시킨다.
본 발명은 또한 청구된 방법에 따라 제조된 물품을 포함한다. 이러한 물품은 예를 들어, 막, 패키징 등을 포함한다.
청구된 발명의 비제한적 묘사는 도 15에 도시되어 있다. 이 도면에서, 기판(1)은 위에 배치된 습윤 코팅 물질(2)을 갖는다. 유체(4) 내의 입자(3)는 습윤 코팅 물질 위에 배치된다. 유체(4)는 제거되거나 증발되고 습윤 코팅 물질(2)은 건조되거나, 경화되거나 달리 최종 폼에 위치된다. 특별한 이론에 구애받지 않고, 압력,무게, 구배장 또는 다른 힘의 작용에 의해 입자가 기판(1) 위의 코팅(2) 속으로 적어도 부분적으로 매립된다. 입자는 최종 코팅 물질에 적절히 견고하게 매립된다. 입자, 코팅 및 기판의 상관 크기는 예시적일 뿐이고 어떤 방법으로도 본 발명의 범위는 제한하지는 않는다.
실시예: 표면 개선 운동 장비
개선된 특성을 갖는 충격 흡수 매트는 운동과 레크리에이션 장치에 유용하다. 이러한 매트는 다양한 첨가제의 포함으로 개선될 수 있다. 예를 들어, 은- 및 은 이온-함유 입자가 세균을 죽이고 프탈레이트/BPA를 흡수하기 위해 매립될 수 있다.
건강 이점을 갖는 다른 입자는 활성 코코넛/촉매 탄소, 활성탄소, KDF, 화산재, 마그네타이트, 세라믹 마그넷, 텐코-세키, 바쿠한-스키, 미네랄(마이판, 쿼츠 포르피리), 타이코-세키, 타이코 미네랄, 쿼츠, 실리케이트를 포함한다. 이러한 이자는 정화, 세정 및 의학적 특성으로 주목되고 전술된 방법에 따라 생산된 물품에 병합될 수 있다.
냄새 흡수 입자와 냄새 중화 입자는 많은 향수 입자와 같이 (향수를 매트에 부가), (매트 물질 자체 또는 매트 사용자로부터 냄새를 제거하기 위해) 매립될 수 있다. 견고한 입자는 젖었을 때조차 매트의 미끄럼 방지 특성을 증가시키기 위하여 매립될 수 있다. 좋은 향이 나는 물질(예를 들어, 계피)을 함유하는 입자 또는 유체와 같은 항세균제를 매립할 수도 있다.
실시예: 기능성 접촉 표면
앞에서 그리고 관련 출원에서 전술된 공정은 다수의 '접촉' 표면 개선을 생성할 수 있는 특정 입자를 매립하기 위해 이용될 수 있다. 이러한 공정의 이용의 비제한적 예는 자가세정, 소수성, 기름과 융화되지 않거나 지방과 융화되지 않는 표면을 생성하기 위한 것이다. 이러한 표면은 미끄럼, 마찰, 틈 전파, 파열, 지문, 기름 흡착, 물, 흡착, 지방 흡착을 방지 또는 감소시키는 특성과 많은 기타 개인적, 상업적 그리고 다른 유용한 특성을 부여한다.
이러한 개선이 특히 중요할 수 있는 몇몇 비제한적 영역은 다음과 같다: 항지문, 항기름 및 마찰방지 입자를 휴대폰, 카메라, PDA, 시계, 안경테, 안경 렌즈, 컴팩트 디스크, 모니터, 게임 조절기, 키보드, 마우스, 창문, 그림 및 인테리어 및 외부 자동차 코팅의 접촉되고, 계면의 플라스틱 표면에 부여하는 것.
이러한 분야에 적합한 첨가제는 실리카, 실리케이트, 미네랄, 산화금속, 금속 파우더, 안료, 폴리머, 폴리디메틸실록산(PDMS), 플루오로실란 또는 플루오로실록산을 포함한다. 위와 관련 출원에서 서술된 바와 같이 본 발명은 이러한 입자를 광범위한 천연 및 합성 폴리머에 매립한다.
텍스타일(textile) 및 화장품 산업에서 사용되는 합성 및 천연 폴리머 기판은 당, 아미노산, 펩티드, 단백질, 고무 및 머리카락, 털, 울, 실크, 손톱, 발톱, 깃털, 린넨, 면, 생체플라스틱, 플랙스, 헴프, 쥬트, 케나프, 가죽, 콜라겐, 케라틴 및 키틴일 수 있는 그러나 이에 한정되지는 않는 파이버를 포함한다. 이러한 물질은 잉크, 글리터, 발광 입자, 형광 입자, 방향족 물질, 생체파괴 요소 또는 탈취제를 포함하는 다수의 개선제로 위와 관련 출원에서 서술된 공정을 통하여 기능화될 수 있다.
실시예: 막 물질에서 화학적 활성 첨가제
본 발명은 첨가제 또는 코팅의 직접적 병합과 같이 종래 방법에 의해 기능화될 수 없는 막에 추가적 물질, 화학적, 물리적 및 생물절 개선 특성을 부여하기 위하여 유용하다. 첨가제 입자의 두꺼운 막으로의 직접 병합은 종종 극단적으로 제조하기가 어렵고 막 위의 코팅이 막 내의 구멍을 막을 수 있다. 여기서 서술된 이러한 매립 공정이 현존하는 방법을 향상시킬 수 있는 몇몇 비제한적 예는 본 방법이 막 내의 마이크로스케일 및 나노스케일 구멍을 막지 않고 활성 입자를 매립하는 연료 전지막(fuel-cell membrane)과 초여과막(ultrafiltration membrane)이다.
비소는 냄새가 없고 색이 없는 인간이나 동물에게 급성 독성인 자연발생 반-금속 원소이다. 음용수에서의 비소 오염은 수백만의 사람들을 사망으로까지 몰고 가는 심각한 문제이다. 물로부터 비소를 추출하는 방법은 철산염을 이용하여 분해된 비소와 철(II) 이온 잔기를 산소화하여 불용성 침전물인 비산철을 생산한다. 이는 다음과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112011020747242-pct00001
위의 반응식은 비소를 물로부터 여과시키기 위해 사용되는 수많은 방법 중 하나일 뿐이다. 다른 방법은 여과, 증류, 전기분해, 전기탈이온화, 침전, 화학적 처리, 및 삼투법을 포함한다. 유사하게, 비소는 수원을 불안전하게 할 수 있는 많은 오염물질 중 하나이다. 다른 오염은 수은, 납, 중금속, 세균, 기생충, 바이러스, 아메바 등과 같은 물질을 포함한다. 본 발명은 화학적 활성 분자/입자의 폴리머 물체의 표면으로의 병합으로 유체를 처리할 수 있다.
막 바이오리액터(MBR)는 상대적으로 낮은 비용, 양질의 폐수 및 낮은 풋프린트로 물을 정화시킬 수 있고, 종래 생화학 하수 처리 공정의 촉망받는 대안이 되고 있다. MBR은 울트라, 마이크로, 또는 나노필트레이션 막 시스템으로 통합된 부유성장 생물학적 리액터를 포함한다. MBR과 관련한 가장 고려되어질 문제는 막의 고비용, 3차 폐수 산물의 저가치, 막 자체의 부착물에 기인한 성능의 빠른 손실을 포함한다.
연구는 특히 막 부착물이 침투 유입을 저감시키거나 막 안팎에서의 압력의 증가를 요구하게 되는 수압에 대한 저항을 증가시키기 때문에 막 부착물이 시스템 성능에 영향을 미치는 가장 심각한 문제이다. 이는 작동 비용을 증가시키고 효율을 떨어뜨린다. MBR 여과 효능에 영향을 주는 요소는 막특성: 구멍 사이즈, 친수도, 표면 거칠기 및 표면 전하; 및 슬러지 특성: 바이오매스 농도, 리올로지, 입자 크기 및 구조, 콜로이드 농도, 온도 및 환기를 포함한다. 필터 케이크 형성외에도, 효율적인 구멍 크기 또는 분자량 컷오프의 감소도 막 미립자 부착물에서는 흔한 것이다.
따라서, 본 발명의 일 구체예는 비드 또는 펠렛(이하 펠렛)일 수 있으나 이에 한정되지는 않는 입자-매립 폴리머 물체의 생성이다. 입자 및/또는 분자는 능동 또는 수동 기능성 또는 다음과 같은 기타 목적을 가지나 이에 한정되지는 않는다: 항균제, 항바이러스제, 항곰팡이제, 항세균제, 수은 흡수제/흡착제, 납 흡수제/흡착제, 비소 흡수제/흡착제, 용매 흡수제/흡착제, 중금속 흡수제/흡착제, 독소 중성화 등.
이러한 폴리머 펠렛은 동시에 비싸지 않으면서 다루기 쉽고 경량인 좋은 효율을 주는 양질의 활성 표면 영역을 가진다. 폴리머 펠렛은 활성 분자 및/또는 입자가 매립된 펠렛에 유체를 노출시킴으로써 유체의 처리, 특히 물의 정제 및 여과에 유용할 수 있다.
도 13은 표면에 화학적 활성 미립자가 매립된 폴리머 물질(펠렛)의 개략적 단면도를 도시하고 있고, 이는 입자(10)이 매립된 표면인 천연, 합성 또는 생체폴리머를 구성하는 물질(9)(펠렛)을 보여준다. 이러한 폴리머 펠렛은 유체를 펠렛과 접촉시킴으로써 유체를 처리, 여과 및/또는 탈오염시키는 데 사용될 수 있다. 폴리머 물질의 표면에 함침된 화학적 활성 입자 첨가제는 다음을 포함한다:
철, 철이온, 철염, 마그네타이트, 마그네타이트 이온, 산화철(II), 철(II) 이온, 철산염, 철산 이온, 활성탄, 알루미나, 클로린, 요오딘, 촉매, 금속, 염, 세라믹, 화학적 원소, 합금, 폴리머, 복합물, 기체, 액체, 콜로이드, 현탁액, 에멀젼, 용매, 향수, 탈취제, 탄소 나노튜브, 폴리머 나노튜브, 금속 나노튜브, 반도체 나노튜브, 금속 나노튜브, 절연된 나노튜브, 나노와이어, 나노로드, 나노스피어, 나노쉘, 유기금속 나노튜브, 단백질, 단백질 복합체, 다발색제, 화학 발색제, 열발색제, 광 발색제, 독소중화제, 보향물질, 방향족 물질, 화학적 비활성제, 가용화제, 안정화제, 계면활성제, 감지기 또는 이들의 임의의 조합.
유체를 펠렛과 접촉시키는 데 사용될 수 있는 많은 방법이 있다. 유체를 펠렛과 접촉시키는 다른 '폼 요소' 또는 방법은 도 12에서 볼 수 있다. 도 12는 표면에 화학적 활성 미립자가 매립된 폴리머 물질을 함유하는 사쳇의 개략도이다. 이러한 형태의 구체예의 비제한적 예는 '사쳇', 파우치, 용기, 케이지, 네트와 같은 유체 침투성 또는 반침투성 용기를 사용하거나 소망하는 유체와 충분히 접촉하도록 하는 동안 함유된 개선된 펠렛을 유지하는 다른 방법이다. 이러한 구체예를 위해, 개선된 폴리머 펠렛이 정치 상태, 교반 또는 열 팽창에서 용기 내의 구속 상태에서 벗어날 수 없도록 폴리머 물질의 가장 작은 물리적 크기는 유체-침투가능한 사쳇의 구멍 또는 홀(hole)의 가장 작은 물리적 크기보다 클 것이 권고되지만 필수적인 것은 아니다.
도 12에서와 같이 하나 이상의 화학적 기능화된 폴리머 비드는 사쳇(6)에 함유된다. 사용자가 사쳇을 쉽게 배치, 위치 및/또는 제거시킬 수 있도록 하는 목적을 위해 사쳇(6)에 부착되거나 부착되지 않을 수 있는 스트링(7)과 종이 탭(8)을 임의로 갖는 용기가 도시되어 있다.
이 구체예의 다른 폼-요인은 사용자가 쉽게 용기를 배치, 위치, 제거, 이동 및/또는 휘저을 수 있도록 로드, 사슬, 스트링, 튜브, 와이어, 다른 구조물 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 유사하게 용기는 자유롭게 남겨질 수 있고 어떤 구조에 부착을 필요로 하지 않을 수 있다.
유체-침투가능한 펠렛 용기(6)의 재료는 종이, 셀룰로스 아세테이트, 린넨, 옷감, 면, 폴리에스테르, 유기섬유, 합성섬유, 넷팅, 금속/나무/플라스틱/콘크리트/합금 '케이지', 치킨 와이어, 와이어, 고무 케이지, 직물 또는 이들의 임의의 조합으로 구성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 다른 제안되는 그러나 비제한적인 구체예는 비소 정화를 위한 폴리머 비드, 파이프 라이닝 및/또는 음료 용기의 표면에 결합 및/또는 매립된 철-기반 입자의 상세한 준비 및 사용을 포함한다. 나노와 마이크로파우더 마그네타이트가 폴리머 비드의 표면에 매립되는 경우 폴리머 비드 기판에 유사한 크기의 벌크 크기의 마그네타이트 비드보다 주변 액체 환경에서 비소 화합물에 더 높은 화학적 활성 표면 영역을 제공할 수 있다.
따라서 본 발명은 마그네타이트 또는 마그넷-안정화 마그네타이트 파우더의 벌크 부분의 사용 비용을 피할 수 있다; 큰 조각의 마그네타이트의 원료 값은 표면에 매립된 마그네타이트 파우더를 갖는 동일한 크기의 폴리머 비드보다 높고 본 발명의 용액 기반 표면 처리 비용은 극단적으로 낮다. 이러한 표면 매립된 폴리머 비드는 원발명과 여기서 언급된 폴리머 뿐 아니라 PVC, TPU, ABS, PET, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 폴리스티렌 또는 이들의 임의의 조합으로 구성될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 이러한 비드는 소독, 물, 및/또는 유체 정화 목적을 위한 물병, 액체 저장통, 또는 기타 용기 내부에 위치할 수 있다.
개시된 발명의 더욱 구체적이나 비제한적인 예로서, 약 5㎛ 미만의 평균 크기를 갖는 마그네타이트 마이크로 입자(CAS 1217-61-9, Fe3O4, 산화철(II, III) 분말 98% 알드리치(Aldrich))가 직경 약 1cm의 크기의 TPU 펠렛(엘라스톨란(Elastolan) 및 텍신(Texin))에 매립된다(펠렛은 1의 대략적 종횡비를 갖는다).
용액이 증발에 의해 제거된 후, 결과물인, 매립된 적어도 하나의 마그네타이트 입자를 갖는 펠렛은 비소로 오염된 물을 담고 있는 병에 놓여진다. 그 표면에 매립된 마그네타이트의 일부를 함유하는 펠렛이 병에 담긴 물을 접촉하기 때문에, 마그네타이트는 어느 정도 물로부터 비소를 제거할 수 있다.
본 발명의 이용의 또 다른 구체예는 다수의 이러한 개선된 폴리머 펠렛을 갖는 용기, 필터, 통로, 파이프, 튜브 또는 기타 이러한 콘딧을 통해 유체를 흘려보냄으로써 유체를 처리하는 것이다. 유체가 펠렛의 표면과 현재 표면-활성 분자 및/또는 입자와 접촉하기 때문에, 유체가 처리될 것이다. 본 발명은 또한 화학적 활성 분자 및/또는 입자로 개선된 용기, 필터, 통로, 파이프, 튜브 또는 기타 이러한 콘딧의 표면을 가지는 것의 활용을 포함한다.
청구된 방법을 이용한 입자 및/또는 분자로 매립된 막은 연료 전지를 위한 양성자 교환막, 물 여과막, 유체 여과막, 공기 필터 및 화학적 생산품을 위한 촉매 장치로서 유용하다. 양성자 교환막 연료 전지 기판 물질은 미소다공성의 퍼플루오로설폰산, PTFE 공중합체, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아닐렌, 폴리(아릴렌 에테르 설폰) 또는 이들의 임의의 조합으로 구성될 수 있다.
본 발명의 비제한적 구체예는 백금 및/또는 기타 금속 및 합금이 수소 산화 및 산소 환원을 촉매하는 연료 전지 내의 양성자 교환막에 주입될 수 있는 촉매 응용이다. 막 전극 어셈블리에서 촉매층의 생산을 지원하는 입자의 매립.
이러한 공정은 화학적으로 비활성이고 따라서 다른 매립 방법, 특히 화학적으로 기판을 변경하는 것에 의존하는 방법에 적합하지 않은 기판에 대한 사용에 특별히 적합하게 고려된다. 그러므로 본 방법은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 테플론(TM) 등과 같은 물질에 대한 입자의 매립을 가능하게 한다.
울트라, 마이크로, 또는 나노여과 막은 이에 한정되는 것은 아니나 다음을 포함하는 범위의 물질들로 개선될 수 있다: 보강제, 자기치유 특성제, 항균제, 소수성 또는 친수성제, 표면 거칠기 첨가제, 전기적 또는 자기적 전하 입자, 부착방지제, 항생물막 형성제 또는 이들의 임의의 조합. 이러한 미립자 및/또는 분자 첨가제는 막 성능을 변경 및/또는 개선하기 위하여 막의 표면에 전체으로 또는 부분적으로 매립될 수 있다.
본 발명의 다른 비제한적 예는 막의 생물부착 미립자를 방지하는 것을 돕는 것이다. 미립자 부착물은 마이크로 및 울트라여과 시스템에서 부착물의 지배적인 형태이다. 생물부착물, 막 표면 상의 미생물과 생체막의 부착과 성장은 전하를 갖는 또는 이온성 첨가제, 항균제, 소수성 또는 친수성 물질, 표면 평탄 화학적 처리물의 유입으로 저해되어 표면 영역을 감소시킨다. 예를 들어, 만약 부착물 콜로이드, 육안적생물, 미생물, 또는 미립자가 막 표면의 것과 동일한 전하를 가진다면, 이들은 정전기력에 기인하여 막에 의해 밀어내져서 전체 흡착을 감소시킨다. 많은 부착물 콜로이드와 육안적 생물은 중성 또는 높은 pH 조건에서 음전하를 띠게 되므로, 막이 음전하를 띠는 것이 바람직할 수 있다. 또한 종종 방향족 부착물로 친화력을 저감시키고 침투성을 높이는 여과 막 친수성을 제공하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 또 다른 비제한적 예는 막에 활성 기능성을 부여하는 것이다. 예를 들어, 아세테이트(셀룰로스 아세테이트 등) 옷감은 다른 방법 뿐 아니라 본 발명과 앞서 참조된 발명에서 서술된 방법을 이용하여 마그네타이트 나노입자 또는 마이크로입자가 매립될 수 있다. 그러면 옷감은 다른 오염물의 호스트 뿐 아니라 비소와 같은 중금속 오염원의 물과 기타 유체를 정화시키기 위한 막으로서 기능할 수 있다.
이러한 옷감은 미생물을 옷감에 결합시키고/시키거나 미생물을 죽이고/이거나 미생물이 부착하는 것을 방지하고/하거나 미생물의 재생산을 저해하도록 옷감의 부착물을 방지하고 물에서의 미생물에 대하여 활성 효능이 있는 본 발명과 참조된 발명에 언급된 것과 같은 다양한 기타 입자가 매립될 수 있다. 본 실시예에서 사용되는 옷감은 나일론, 폴리에스테르, 레이온 본 발명과 참조된 발명에 언급된 폴리머 중 임의의 것 및 임의의 기타 폴리머로 구성된 것과 같은 합성 옷감 또는 막일 수 있다.
실시예: 증진된 액체 저장통(hydration reservior)
현존하는 액체 저장통은 누수(leak), 유출(spill), 구멍, 및 액체가 저장통 밖으로 새어나와서 사용자의 배낭 자체, 내용물 및/또는 옷을 적시는 기타 영향으로부터 어려움을 겪는다. 백은 배낭 스타일 백으로 한정되지는 않으나, '패니팩(fanny-pack)', 더플백(duffel bag) 등일 수 있다.
본 발명은 액체 저장통을 넣도록 고안된 주머니 내에 방수 또는 고방수 안감을 형성하는 데 사용될 수 있다. 이 안감은 옷이 팩 밖으로 새는 물, 전해질 음료 등과 같은 유체에 노출되는 것을 방지할 뿐 아니라 백의 내용물, 백 자체도 보호한다.
예시적 구체예는 용기 및/또는 내용물을 냉각하는 액체의 흡열성 증발이다. 본 발명의 비제한적 예는 물통 또는 액체 저장통 또는 물 그릇 주변 또는 상에 위치하는 젖은 직물과 같은 수분 흡수 물질일 수 있다. 그리고나서 물질 내의 수분이 증발하기 때문에, 용기로부터 열이 흡수되어 저장된 용기의 내용물을 냉각시킬 수 있다.
얼음이 녹아서 생긴 지저분함, 얼음이 녹음으로써 발생하는 음료의 희석, 아이스박스와 냉장고의 큰 부피나 중량, 연장된 시간동안 냉장 온도의 손실, 높은 비용을 피하기 위하는 아웃팅 상에 시원한 물 용기를 놓는 것이 소망될 수 있다. 증발 냉각과 냉장의 이러한 편리하고 저비용이고 활용도 높은 방법은 특히 전기공급이 안되는 지역 또는 전기가 비싸거나 공급이 부족한 지역에서 특히 중요하다. 예를 들어 생체의학물질, 약 및 백신의 먼 지역으로의 운반은 종종 냉장을 요구하고 이는 많은 어려움을 겪게할 수 있다.
개시된 자가-냉각 장치의 독특하고 신규한 특징은 다공성 증발 냉각 층에 그럴 필요는 없지만 기능성 항균성 미립자가 매립될 수 있다는 것이다.
다공성 벽은 조절되는 증발을 통해 냉각을 제공할 수 있으며, 이는 모노리스(monolith) 용기가 용액 또는 확산을 통해 그 표면을 거쳐 수분을 운반할 수 없기 때문에 모노리스, 구멍이 없는 표면을 갖는 용기로는 불가능하다. 다공성 물질 내의 작은 구멍이 수분 또는 증기를 효과적으로 운반하는 통로로 기능한다. 냉각 효과는 그러므로 열 구배의 존재 하에 증발의 더 균일한 분배를 허용하는 막을 통해 더 균일하고 확연하게 된다.
막의 침투성은 수분 또는 증기 이동 속도에 직접적으로 비례하여 물의 최대 증발 냉각을 위한 중요한 결정적 요인이다. 침투성은 확산과 용해 계수의 수학적 곱이다. 이러한 다공성 증발 냉각막과 관련한 큰 문제점은 막과 접촉된 공기, 먼지, 비 또는 진흙으로부터 세균, 바이러스, 곰팡이(mold) 및 균류(fungi)가 구멍을 통해 확산되거나 운송될 수 있고 막의 수분이 있는 환경때문에 번식할 수도 있는 오염의 가능성이다. 막 표면에 함침되는 살균제는 이러한 원하지 않는 미생물의 성장을 개선할 수 있다. 또한, 다발색제는 온도, 생물학적 요소, 독소, 병원균, 오염원, 빛 강도, 기계적 스트레스, 응력, 기타 요인 및 이들의 조합에서 환경적 변화를 표시하기 위해 막에 함침될 수 있다.
냉각 장치가 물 블래더(water bladder)의 표면으로 통합되어 있기 때문에, 액체 저장통으로부터의 유체는 냉각 장치로부터 액체 저장통을 제거할 필요없이 블래더로부터 빨대 또는 호스를 통하여 흡수될 수 있다.
물 블래더는 적어도 두(2) 층을 포함할 수 있다. 물 블래더의 물질은 임의의 폴리머 또는 물-함유 물질을 포함한다. 액체 저장통과 증발층의 이러한 물질은 유연하거나 견고하고, 천연 또는 합성일 수 있고 다음을 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다:
열가소성 물질, 열경화성 물질, 탄성중합체, 열가소성 탄성중합체, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리프로필렌, 염화폴리비닐, 폴리에스테르, 코폴리에스테르, 폴리스티렌, 나일론, 테플론, 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리(메틸 메타크릴레이트) 공중합체, 폴리에테르우레탄, 폴리(프로필렌 푸마레이트), 폴리부틸렌, 폴리메틸펜텐, 에틸렌 공중합체, 불화폴리비닐, 폴리비닐리딘플루오라이드, 폴리에틸렌테트라플루오로에틸렌, 플루오르화 에틸렌 프로필렌, 폴리퍼플루오로알콕시에틸렌, 폴리비닐디클로라이드, 당, 아미노산, 단백질, 고무, 천연섬유, 합성섬유, 생조직, 사조직, 왁스, 폴리올레핀, 셀로판, 쿠프람모늄, 면 셀룰로스, 비스코스, 대나무, 생물유도 폴리에틸렌, 버랩, 캔버스, 코이어, 면, 플랙스, 헴프, 쥬트, 케나프, 파피루스, 종이, 파치먼트, 폴리아미드, 폴리락티드산 플라스틱, 폴리-3-하이드록시부티레이트 폴리에스테르, 라피아, 쌀, 시살, 전분, 전분-기반 플라스틱, 셀룰로스, 셀룰로스 아세테이트, 나무, 셀룰로스 니트레이트, 또는 이들의 임의의 단량체, 공중합체, 조합, 블렌드 또는 복합물. 폴리에틸렌과 같은 열가소성 물질이 특히 적합하게 고려된다.
냉각제는 적합하게 물이나 또한 수증기, 스팀, 물, 얼음, 헬륨, 질소, 이산화탄소, 설퍼 헥사플루오라이드, 기름, 용매, 액체, 미네랄 오일, 실리콘 오일, 부동액, 플루오로카본 오일, 프레온(TM), 알코올, 아세톤 등일 수 있다.
증발층은 내부에 방수 액체 저장통 물질과 접촉하는 바깥 층일 수 있는 다공성 막을 포함한다. 이러한 막은 증발 뿐 아니라 막을 거쳐 물 운반하는 것을 용이하게 한다.
대안적 고안은 액체 저장통과 증발층이 서로의 위에 물질적으로 통합되어 있지는 않으나 증발층이 모세혈관 채널을 통해 액체 저장통에 연결되는 것이며, 이는 액체 저장통과 직접 접촉되지 않은 영역으로 액체 저장통을 둘러싼 층으로부터 냉각제의 이동을 가능하게 한다. 바람직하지만 비제한적인 실시예는 다음과 같다.
도 10은 예시적 냉각 액체 저장통을 도시하고 있다. 증발층을 포함하지 않는 액체 저장통 자체(2)의 방수 물질이 영역(1)에 함유된 유체를 캡슐화하고 있다. 유체는 빨대 또는 호스(5)를 통해 유체를 빼내는 개구(4)를 통해 사용자에게 흡입될 수 있다. 위생적인 마우스피스(6)는 항균제로 처리될 수 있는 밸브나 캡을 포함할 수 있다. 내부 액체 저장통 물질(2)을 둘러싼 증발층(3)은 냉각제로 적셔져 있어서 냉각제가 증발될 때 열이 내부 액체 저장통 내용물로부터 흡수됨으로써 내용물을 냉각시킬 수 있다.
냉각제 증기는 모든 표면층(3)으로부터 직접 증발될 수 있거나 더 나아가 이 층의 외부에 있는 증기 불침투성의 막이 막(3)과 접촉하는 모세관 채널(7)을 통해 증기의 통로가 되고, 전체 액체 저장통을 하우징하는 배낭의 외부에 위치할 수 있는 다른 막(8)으로 모세관 채널로 냉각제의 침투를 가능하게 한다. 이러한 장치는 액체 저장통인 배낭의 내부에 하우징되고 배낭 안의 다른 물건들이 젖지 말아야하는 경우에 유용하며, 이러한 경우는 냉각제가 막(3)으로부터 증발하고 배낭 내에서 농축되는 때에 일어날 수 있다.
나아가 증발은 증발 막(8)이 배낭의 외부에 있고 배낭 외부의 주변 온도가 배낭 내부보다 높을 수 있을 때 더 쉽게 일어난다. 배낭 외부로부터의 열은 증발 막(3)으로 직접보다는 증발 막(8)으로 대류적으로, 전도적으로, 또는 방사적으로 이동되는 것이 더 효율적이고, 이는 냉각제의 증발 속도를 증가시킬 것이다. 예를 들어, 증발막(8)이 주위 광원에 직면하는 배낭의 외부에 위치할 수 있기 때문에, 배낭 외부에서 강한 햇빛은 증발 막(8)을 더 잘 가열할 수 있다.
증발 냉각막(3, 7, 8)은 모세관 구멍 또는 관을 포함할 수 있고/있거나 살균제 및/또는 다발색제를 함유하는 첨가제로 함침될 수 있다. 주변 물질(2)은 항균제로 또한 함침될 수 있다.
실시예: 광학 및 안과용 물질 개선
본 발명은 표면을 개선시킬 수 있고, 이러한 것들의 일부 비제한적 예는 폴리카보네이트, 트리벡스(Trivex), 고-인덱스, 아크릴릭 및 에틸렌 글리콜 디알릴 디카보네이트(CR-39) 폴리머를 포함하여, 이는 종래 안과용 렌즈에 사용되는 표준 물질들이다. 셀룰로스 아세테이트, 나일론, 폴리아미드, 셀룰로스 프로피오네이트, 케블라(Kevlar), 옵틸, 폴리카보네이트, 나무, 가죽, 코폴리아미드 복합물 및 탄소 섬유 그래픽 복합물 및 기타 플라스틱 안경 또는 기타 광학 프레임에 사용되는 물질이 본 발명에 의해 기능적으로 변형될 수 있다. 발광, 항세균, 안료, 정전기 방지, 스크래치 방지, 지문방지, 김서림방지, UV-차단, 틴팅, 반사방지, IR-차단, 고반사성 거울, 광학 여과, 향수, 탈취, 수지, 윤활제, 가용화제, 안정화재, 계면활성제, 광 발색제 또는 형광제.
비제한적 예로서, 광 발색 안경 렌즈는 렌즈의 전체를 통해 염화은 또는 은 할라이드를 병합함으로써 종래에 제작되었다. 그러나 이러한 방법은 플라스틱 안경 렌즈를 생산하는 데 가장 많이 사용되는 단량체인, 에틸렌 글리콜 디알릴 디카보네이트의 중합 화학과 관련하여 주요한 결점으로부터 어려움을 겪었다. 이러한 단량체의 중합에 따르는, 중합 촉매, 종종 이소프로필 퍼카보네이트는 광 발색 염료의 광 발색 특성을 저해하여 유기 물질 렌즈에 이러한 염료를 직접 병합하는 것이 어려웠다. 본 방법은 열 처리가 필요없이 렌즈 플라스틱으로 광 발색 물질을 매립할 수 있다.
실시예: 스마트 물질을 위한 다발색 첨가제
위와 관련 출원에서 설명된 바와 같이, 폴리머의 표면으로 첨가제 입자, 액체 또는 기체의 매립 또는 함침을 위한 공정이 개시되어 있으며, 여기서 첨가제는 환경 변화 또는 자극에 반응하여 색을 변경한다.
몇몇 비제한적 예는 열적, 기계적, 전기적, 자기적, 광학적, 화학적, 생물학적, 또는 방사능 변화 또는 자극에 노출되는 경우, 다발색제는 전자기적 흡수, 산란 또는 반사 주파수 및/또는 진폭에서 쉬프트를 경험할 것이다. 가시 스펙트럼에서의 변화는 보기위한 이후 장비를 요구하지 않기 때문에 가장 유용할 수 있다.
본 발명이 부여하는 하나의 이점은 공정이 현존하는 제조 공정에서 급격한 개선을 나타내는 간단하고 경제적이고 후-제조 방법인 것이다. 다발색 염료로 병합된 폴리머를 생성하기 위한 현존하는 제조 방법은 압출 성형, 캘린더링, 사출 성형, 트랜스퍼 성형, 압축 성형, 용액 캐스팅, 흡착, 흡수, 코팅 등을 포함한다. 그러나 이러한 공정은 다발색 첨가제와 양립할 수 없고 노동집약적이다.
다발색 첨가제의 몇몇 비제한적 응용은 패키징 물질을 포함하며, 여기서 이러한 물질은 변질, 독소, 병원균, 온도, 조사, 기계적 전단 등의 존재를 나타낼 수 있다. 다발색 첨가제의 광학적 소광 또는 반사 주파수에서 쉬프트 중 많은 것들이 가시 색 변화를 초래하며, 이는 소비자에 의해 즉각 식별될 수 있다. 첨가제의 비제한적 목록은 다발색, 화학 발색, 압전 발색, 열발색, 수 발색, 방사 발색, 전자 발색, 자기 발색, 광 발색 물질 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
다발색(즉, 압전 발색, 화학 발색, 광 발색, 자기 발색, 스트레스 발색, 방사 발색, 열발색) 제제는 특히 폴리알킬벤조인돌리노 스피로 나프톡사진, 3-하이드록시프로피오니트릴, 3,3'-옥시디프로피오니트릴, 2-아세틸부티로락톤, 2-메틸글루타로니트릴, 3-메틸설포란, 벤조인돌리노스피로피란, 트리아릴메탄 루코 염료, 금속 디티조네이트, 1',3'-디하이드로-1',3',3'-트리메틸-6-니트로스피로(2H-1-벤조피란-2,2'-(2H)-인돌), 크리스탈 바이올렛, 크레솔프탈레인, 브로모크레솔 그린, 메틸 레드, 티몰 프탈린, 말라카이트 그린, 알리자린 레드, 플록신 B, 스피로(이소벤조푸란-1 (3H), 9'-(9H) 크산텐)-3-온, 2'-(비스페닐메틸) 아미노-6-(디에틸아미노), 크리스탈 바이올렛 락톤, 로사닐린 (3,3-비스 (4-아미노-페닐)-6-아미노프탈라이드, 3,3-비스(4-디메틸아미노페닐)-6-디메틸 아미노 프탈라이드, 2-아닐리노-3-메틸-6-디에틸-아미노 플루오란, 3-(4-디메틸아미노) 페닐-3-(디(4-옥틸)페닐아미노) t-(3H)-이소벤조푸라논, 3,3-비스(1-부틸-2-메틸인돌-3-일)프탈라이드, 비스-2,4,5-트리아릴 이미다졸, 2,2',4,4',5,5'-헥사페닐 비스이미다졸의 트리아릴 이미다졸 이량체; 2,2',4,4',5,5'-헥사-p-톨릴 비스이미다졸, 2,2',4,4',5,5'-헥사-p-클로로페닐 비스이미다졸, 2,2'-디-p-클로로페닐-4,4',5,5'-테트라페닐 비스이미다졸, 2,2'-디-p-아니실-4,4',5,5'-테트라페닐 비스이미다졸, 2,2'-디-p-톨릴-4,4',5,5'-테트라페닐 비스이미다졸, 헬리안트론, 메조나프토비안트론, 비스테트라 페닐 피롤, 크산틸리덴 안트론, 디크산틸렌, 비안트론, 풀지드, 트리아릴 메탄 루코-시아나이드, 트리아릴 메탄 루코하이드록사이드, 트리아릴 메탄 루코비설파이트, 실버 할라이드, 옥사진, 나프토피란, 니트로스피로피란, 트리아릴메탄, 스틸벤, 아자스틸벤, 니트론, 풀지드, 스피로피란, 나프토피란, 스피로-옥사진, 퀴닌, 헥사아릴비이미다졸 등을 포함한다.
관심사의 제안된 그러나 비제한적인 폴리머 기판은 음료 용기, 랩핑, 병 등을 포함한다. 이러한 품목은 합성 또는 천연 폴리머 조성을 가질 수 있다.
실시예: 독창적이고, 신규하고, 참신한 물질
위와 관련 출원에서 설명된 공정을 사용하는 것은 독창적이고 신규한 물질을 제조하는 공정을 더욱 실용적으로 만들 수 있다. 비제한 실시예로서, 초소수성 또는 초친수성 물질은 건조한 조건에서 수분을 축적하고 김서림이 방지된 표면을 생성하는 데 유용하다.
또 다른 비제한적 예는 물에 존재하는 화학적 또는 생물학적 촉발제에 노출되는 동안 입자가 색을 바꾸도록 하기 위해 물병, 팩, 블래서 또는 컵의 플라스틱 또는 고무로 화학발색 입자를 매립하는 것이다.
또 다른 예로서, 나노구조-매립된 폴리머 나노복합물은 원조 폴리머에 구조적, 광학적, 난연성, 화학적 및 전자적 개선의 과잉을 부여한다. 위와 관련 출원에서 설명된 바와 같이, 본 발명은 폴리머 나노복합물 합성의 현존하는 방법에 개선 및/또는 대안을 제공한다.
실시예: 반도체 장치 및 관련 방법:
많은 광전지(PV) 장치와 연료 전지 폴리머 막의 내재 비용은 충분한 캐리어 수명을 달성하기 위해 필요한 고순도 결정 또는 고조절 막 크기를 성장시키는 데 사용되는 고진공 증착 공정의 느린 속도때문에 높다. 본 발명은 첨가제 입자와 분자의 표면 매립과 표면 병합을 저비용, 단일 단계, 실온 및 압력 조건으로 가능하게 하므로, 현재 반도체 변형 기술에 개선을 가져올 수 있다.
도너-억셉터 계면에서 여기자 분리에 기초한 광전지의 외부 양자 효율은 다음과 같다:
ηEQE=ηAηEDηCC
여기서, ηA는 흡수 효율이고, ηED는 여기자 확산 효율 또는 재조합 전에 도너-억셉터 계면에 도달하는 광생성(photogenerated) 여기자의 비율이고, ηCC는 캐리어 수집 효율 또는 상응하는 전극에 도달하는 자유 캐리어의 확률이다. 여기자 분산 길이가 광학 흡수 길이보다 한 자릿수 작기 때문에, 광생성 여기자의 상당한 크기의 비율이 광전류 생성을 위해 사용되지 않고, ηEQE와 전력 변환 효율을 제한한다. 개시된 방법을 통해 유기 전자 물질의 표면으로 매립된 함유물은 예를 들어 물체의 표면의 유전자 상수, 소광, 흡수, 전도성, 분극성, 자화 및/또는 광학 특성을 변조하는 능력을 갖는다.
유기 반도체는 그들의 무기 대응물과 유사한 다양한 중요 특성을 가지며, 그러므로 발광, 광흡수 및 스위칭 응용에 사용될 수 있다. 예를 들어, 결정성 폴리머는 무기 반도체의 것과 유사한 전자띠를 보여준다. 여기서 설명된 본 발명은 유기 반도체 물질의 표면에 입자를 간단하고 비용효율적이고 쉽게 채택가능한 방법으로 도핑하고/하거나 주입할 수 있다.
유기 광전지 장치(OPV)는 폴리머와 소분자 화합물과 같은 유기 반도체 물질의 박막의 스핀 코팅 또는 잉크젯 프린팅과 같은 코팅 공정으로부터 생성된다. OPV는 대면적이고 유연한 플라스틱 기판을 피복할 수 있는 능력으로 종래의 제 1 및 제 2 세대 광전지를 위한 촉망받는 비용효율적인 대안 기술을 대표한다. 첨가제 구조를 광전지의 반도체 접합점 및/또는 광활성 층에 병합하는 것은 그들의 광전지 효율을 향상시킬 수 있음을 나타내기 위한 학술적, 산업적 및 상업적 연구가 증가되고 있다. 광전지의 광활성 층으로 분산되는 탄소 나노튜브는 여기자 분리와 전하 캐리어 수송을 돕는 반도체 접합점에서 국소 전기장을 개선시킨다.
폴리머 매트릭스 내에서 분산된 축합된 폴리머(전자 도너로서)와 탄소 나노튜브와 기타 플러렌 유도체(전자 억셉터로서) 사이의 광유도 전하수송은 대단히 높은 효율을 갖는 OPV 장치를 고려한다. 이러한 개선은 여기자 분해를 증가시키는 내부 폴리머-나노튜브 접합과 복합물 도처에의 안정된 쌍극성 수송에 기인한다. 광여기된 전자 도너로 기능하는 폴리(3-옥틸티오펜)(P3OT)의 복합물은 SWNT와 블렌드되며, 이는 각 전자와 정공 수집 콘택트로의 나노튜브 길이를 따라 캐리어의 수송에 의해 광생성된 여기자의 전하 분리와 연속적 전하 이동을 허용한다. OPV 장치를 제조하는 일반적 방법은 글래스 기판으로의 ITO 스핀 코팅, ITO 기판 위에 PEDOT:PSS 스핀 코팅 및 후속적으로 광활성층으로 클로로포름에 P3OT-SWNT의 용액 스핀 코팅을 포함한다. 폴리머-나노튜브 접합의 존재는 또한 개회로 전압을 두 배로 하는 것뿐 아니라 모노리스 다이오드의 것과 비교하여 장치를 통한 광전류를 2 자리수 넘게 증가시킬 수 있다. 나노튜브는 전도될 수 있는 나노튜브의 네트워크를 생성하도록 폴리머의 표면 내에 배치될 수 있다.
본 발명은 광 에너지를 전기 에너지로 변환하는 요소로 다양한 띠 간격의 반도체 나노와이어 또는 기타 나노구조물의 측배열을 이용하는 다중접합 PV 전지용 대안적 처리를 생성한다. 다중접합 PV 장치는 단일 파장 변환의 70~80%를 달성하는 다른 스펙트럼 부분에서 입사 방사선을 여과하고 흡수하는 다양한 물질의 적층된 층을 채택한다. 박막의 문제는 캐리어 수집 전에 광여기자 재조합을 포함한다. 나노스케일 헤테로접합과 구조물은 트랩을 통해 이러한 재조합을 완화시킬 수 있다. 이러한 나노구조는 산업분야에서 둘 다 저비용으로 적용될 수 있는 증기-액체-고체(VLS) 방법 또는 솔-겔 접근에 의해 성장될 수 있다. Si, Ge, TiO2 및 III-V 반도체는 태양 스펙트럼 방사선을 잡을 수 있는 물질을 위한 후보자이다. 반도체 나노구조물은 광활성 나노복합물 단층에서 광 흡수를 개선시키는 측면 집광기로 기능하는 나노구조 금속 전극 배열의 위에 침착된다.
탄소 나노튜브는 나노기술, 광학, 전자, 개선된 물질, 여과, 건전지 등에서 수많은 응용에 유용한 광범위한 신규 특성을 갖는 탄소의 동소체이다. 이러한 특성은 높은 열 전도성, 탄도 전도 및 높은 기계적 강도를 포함한다. 탄소 나노튜브의 띠 구조는 튜브의 직경에 강하게 의존하여서, 광학적 및 전자적 특성의 변조가 조절된 합성 방법을 통해 가능하다. 나노튜브의 반도체 또는 금속 특성은 또한 분자 배열 및 구조에 의존한다. 다양한 방법이 (1) 나노튜브 폴리머의 용액 혼합; (2) 초음파분쇄 및 용융 공정; (3) 용융 블렌딩; (4) 나노튜브 존재하의 원위치(in-situ) 폴리머를 포함하는, 폴리머 매트릭스 내에서 나노튜브를 분포시키기 위해 당업계에 공지되어 있다. 그러나 이러한 방법이 내재적 불이익을 갖기 때문에, 본 방법은 탄소 나노튜브를 매립하는 데 유용하다.
본 발명은 종래의 에피택시얼 성장, 격자매치, 결정성 반도체 장치와 비교하여 저비용, 대형 장치 영역, 물리적 유연성 및 편리한 물질 병합을 제공하는 걸로 알려진 용액-공정 전자 및 광전자 장치를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 다수 형태의 장치에 적용될 수 있다. 본 발명은 또한 유기, 혼성 유기-무기 및 염료-감응 전지(DSC)를 포함하는 엑시톤 태양 전지와 같은 장치에 적용가능하나 이에 한정되는 것은 아니다. DCS, 극단적으로 높은 효율과 안정정인 엑시톤 광전지는 집광성 분자의 흡수를 위한 대표면적과 두꺼운 나노입자막에 의존한다.
첨가제 미립자 또는 분자는 분산 매체의 연속상에 관하여 구별, 반구별 또는 구별되지 않는 분산상에 고체 미립자, 액체 또는 기체 각각의 하나 또는 조합을 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 이러한 첨가제(들) 및 용액은 통계적으로 분산되는 방식 또는 조절되는 방식으로 폴리머 기판 표면 상에 제공될 수 있는 동질성 혼합물, 이질성 혼합물, 용액, 현탁액, 콜로이드, 에어로솔, 솔, 에멀젼 또는 겔일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
폴리머 기판은 사실상 어떤 합성 폴리머 또는 복합물을 포함할 수 있다. 이러한 것은 위에 언급된 모출원에서 언급된 것 외에도 다음을 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다:
열가소성 물질, 열경화성 물질, 탄성중합체, 펜타센, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT), 폴리(스티렌설포네이트)(PSS), 폴리(3-헥실티오펜)(P3HT), 폴리(3-옥틸티오펜)(P3OT), 폴리(C-61-부티르산-메틸 에스테르)(PCBM), 폴리[2-메톡시-5-(2'-에틸-헥실옥시)-1,4-페닐렌 비닐렌](MEH-PPV), 폴리올레핀, 액정 폴리머, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 코폴리에스테르, 폴리(메틸메타크릴레이트) 공중합체, 테트라플루오로에틸렌, 설포네이트화 테트라플루오로에틸렌 공중합체, 이오노머, 플루오르화 이오노머, 폴리머 전해질막, 에탄설포닐 플루오라이드, 2-[1-[디플루오로-[(트리플루오로에테닐)옥시]메틸]-1,2,2,2-테트라플루오로에톡시]-1,1,2,2,-테트라플루오로-와 테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로-3,6-디옥사-4-메틸-7-옥탄설폰산 공중합체, 폴리프로필렌, 폴리부텐, 폴리이소부텐, 폴리이소프렌, 폴리스티렌, 폴리락트산, 폴리글리콜리드, 플리글리콜산, 폴리카프로락톤, 비닐리덴 플루오라이드, 트리플루오로에틸렌, 폴리(비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌), 폴리페닐렌 비닐렌, 구리 프탈로시아닌, 그래핀, 폴리(프로필렌 푸마레이트), 셀로판, 쿠프람모늄, 또는 이들의 임의의 단량체, 공중합체, 조합, 블렌드 또는 복합물.
기판(1)의 표면에 함침되는 첨가제는 앞서 언급한 모출원에 서술된 것 외에 다음 중 임의의 것을 포함할 수 있으나 이에 한정되지는 않는다:
탄소 나노튜브, 폴리머 나노튜브, 금속 나노튜브, 반도체 나노튜브, 금속 나노튜브, 절연체 나노튜브, 나노와이어, 나노로드, 나노안네타, 나노스피어, 나노쉘, 유기금속 나노튜브, VAULT 단백질, 양자점, 도펀트, 광학 집중 및 트랩핑 구조물, 광학 정류안테나, "나노 플레이크", 나노-동축 구조물, 도파관 구조물, 금속 나노결정, 반도체 나노결정, 다발색제, 화학 발색제, 압전 발색제, 열발색제, 광 발색제, 방사 발색제, 전자 발색제, 질산은, 수은, 자기발색제, 독성 중화제, 보향 물질, 방향족 물질, 촉매, 습윤제, 화학 원소, 금속, 염, 세라믹, 폴리머, 기체, 액체, 콜로이드, 현탁액, 에멀젼, 가소제, 팽윤제, 용매, 산화티타늄, UV-차단제, 발광제, 항세균제, 정전기방지제, 염, 산화주석인듐, 염화 비헨트리모늄, 코카미도프로필 베타인, 인산 에스테르, 필에틸렌 글리콜 에스테르, 폴리올, PEDOT:PSS, 디노닐나프틸설폰산, 루테늄 금속유기 염료, 산화티타늄, 이산화티타늄, 스크래치방지제, 그래핀, 구리 프탈로시아닌, 지문방지제, 김서림방지제, UV-차단제, 틴팅제, 반사방지제, IR-차단제, 고반산제, 광학여과제, 향수, 탈취제, 수지, 윤활제, 가용화제, 안정화제, 계면활성제, 형광제, 활성탄, 잉크, 토너 입자, 회로 요소, 절연체, 전도체, 전도성 유체, 자기성 함유물, 전자 함유물, 플라스몬 함유물, 유전체 함유물, 공명성 함유물, 발광분자, 형광분자, 반도체, 반도체 도펀트, 캐비티, 함유물, 렌즈, 메타물질, 냉음극, 전극, 나노파리미드, 양자점, 나노결정, 공명체, 감지기, 액츄에이터, 트랜스듀서, 회로 요소, 트랜지스터, 레이저, 오실레이터, 광검출기, 광자결정, 공액 폴리머, 비선형 원소, 금속, 세라믹, 합금, 복합물, 다층, 화학적 비활성제, 상이동 구조물, 증폭기, 모듈레이터, 스위치, 광전지, 발광 다이오드, 커플러; 차단방지제 및 미끄럼방지제: 규조토, 탈크, 탄산칼슘, 실리카 및 실리케이트; 미끄럼제 및 윤활제: 지방산 아미드, 에루카미드, 올레아미드, 지방산 에스테르, 금속 스테아르산, 왁스 및 아미드 블렌드; 항산화제: 아민, 페놀계 화합물, 유기포스페이트, 티오에스테르 및 디액티베이터; 정전기방지제: 양이온정전기방지제, 사차 암모늄, 포스포늄, 설포늄, 음이온 카운터스태트(counterstat), 내재적 전도성 폴리머, 아민 및 지방산 에스테르; 살균제: OBPA(10,10'-옥시비스페녹사진), 아민-중성화 포스페이트, 아연-OMANDINE(아연 2-피리딘에티아놀-1-옥사이드), 2-n-옥틸-4-이소티아졸린-3-온, DCOIT, TRICLOSAN, CAPTAN 및 FOLPET; 광 안정제: UV 흡수제, 벤조페논, 벤조트리아졸, 벤조에이트, 살리실레이트, 니켈 유기 착화물, 저해된 아민 광 안정제(HALS) 및 니켈 화합물 등. 분명하듯이, 청구된 방법은 성형된 사실상 임의의 물질로 사실상 임의의 입자의 매립을 가능하게 한다.
상기 장치의 물질은 전술한 모출원에서 언급된 것 외에 다음을 포함하나 이에 한정되는 것은 아니다:
TiO2, C, CdSe, CdS, PbS, PbSO4, SnO2, ZnO, Si, Ru, As, Ni, Te, In, Pt, Pd, Au, Ag, CdTe, Se, Cd, Pb, S, Sn, Zn, Ge, 구리 인듐 디셀레나이드(CIS), 크로뮴, 이리듐, 네오디뮴, 이트륨, 유리, 실리카, 유기 형광 염료 또는 이들의 임의의 조합.
실시예: 광전지용 미량집전기(microconcentrator) 제작
부출원과 여기서 서술된 매립 공정을 이용하여, 광전지 또는 광검출기로 입사 방사선의 흡수를 변형할 수 있는 광학 나노안테나로서 금속 나노와이어, 나노쉘 또는 보타이를 매립하는 것을 제안한다.
플라스몬 구조에서 발견된 강한 전계 산란 단면(strong field scattering cross section)과 개선은 이온성 나노입자 금속의 업-컨버젼(up-conversion) 효율뿐 아니라 박막 태양 전지에서 광 흡수를 개선할 수 있다. 예를 들어 비정질 실리콘 박막 태양 전지에서 광학 흡수는 1.5 팩터만큼 향상될 수 있다.
플라스몬 나노안테나를 위한 광전지 외에 다른 응용은 양자 밴드갭 물질, 표면개선 라만 스펙트로스코피(SERS), 도파관 장치, 전자기 클록킹 구조, 개선된 랜덤 레이징, 하모닉 생성 및 의학적 광학을 포함한다. 박막 비정질 실리콘, 미결정질 규소, 또는 유기 박막의 상위층 위의 은 아일랜드, 금속 그래이팅, 삼각, 피라미드 또는 기타 텍스쳐 표면이 광 흡수와 업-컨버젼을 개선함으로써 장치 효율성을 증가시킨다. 업-컨버젼 장치를 위해 에르븀 이온에 접한 박막에 매립된 은 나노아일랜드는 은 나노입자와 에르븀 이온 사이의 플라스몬 모드가 커플링될 때 그들의 광발광율을 향상시킨다. 전기 삼투 임계점 위의 표면 로딩으로 투명 기판에 매립된 무작위 또는 패턴된 금속 메쉬는 투명 전도성 전극을 제작하는 데 사용될 수 있다.
마이크로집전기 렌즈를 포함하는 규소 광전지의 새로운 형태 요인은 매우 향상된 필(fill) 요인으로 실행하는 것을 보여주었다. 상업적으로 입수가능한 실린더형 렌즈 어레이는 유리 백킹 플레이트 상에 PNMS 주형을 생성하는 데 사용될 수 있다. 실리카 나노입자, 실리콘-에폭시 수지 및 커플링제로부터 형성된 광경화성 액체는 네가티브 PDMS 주형에 주입될 수 있다. 실리카 나노입자와 같은 투명 입자는 아래에 놓인 기판과 광경화성 주형 사이에 나노 또는 마이크로-스코픽 거칠기를 도입함으로써 계면 부착성을 추가로 증진시키기 위해 포함될 수 있다. 플라스몬 활성 프론트 전극 물질은 광학적 및 플라스몬 집적 능력을 제공하기 위해 추가적으로 적용될 수 있다.
유기 태양 전지(OSC)의 광활성 벌크 헤테로접합 층에 함침된 2-차원 광자성 결정 구조는 장치의 양자 효율을 증진시킨다. 폴리티오펜 유도체 (TDPTD) 폴리(3-(2-메틸-2-헥실카보네이트) 티오펜-코-티오펜) 및 [6,6]-페닐-C61-부티르산 메틸 에스테르(PCBM)일 수 있는 벌크 헤테로접합층은 용액 캐스팅일 수 있다. 높은 기둥형 광자성 결정 어레이는 표면에 매립될 수 있다.
입자는 발광 태양집적기(LSC)내의 폴리머의 표면으로 매립될 수 있다. 이러한 입자는 산란체, 광비선형원소, 발광제, 광 콜렉터, 나노안테나, 나노튜브, 벗 커플러(butt coupler), 렌즈, 포커싱 원소, 굴절원소, 거울, 또는 LSC 내부에서 도파관 모드로 이들을 커플링하고 입사 태양 방사선의 흡수를 용이하게 하는 기타 구조물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. LSC는 시트의 표면이 매립된 광학 원소를 함유하는 폴리머 시트의 적어도 한 층을 포함한다. 하나 초과의 시트가 존재하는 경우, 시트는 층상형 구조를 형성하기 위해 함께 결합되는 용매일 수 있다.
중요한 연구 노력은 유전체 내에 그들의 도파관, 에너지 커플링 및 광자 전자 집약 성능을 위해 매립되는 금속 입자를 조사하기 위해 투자되었다. 이러한 현상은 회절기, 브래그 미러(Bragg mirror), 서브파장 공명기, 광전지, 나노안네타, 감지기, 회로 요소, 광자성 결정, 스위치 및 발광 다이오드를 포함하는 광범위한 신규 광자, 전자 및 플라스몬 장치를 생성하였다. 이러한 첨가제의 통제적 배치(예를 들어 첨가제 함유 유체 또는 용액의 통제적 부여)는 패턴된 입자 어레이를 가능하게 한다.
매립된 금속 입자의 개별 침착은 신터링/가열을 사용하여 융합될 수도 있다. 이는 또한 함께 성장하고 융합하도록 하는, 이온이 매립된 입자로의 벌크 금속으로서 선택적으로 침착하도록 하는 산화환원반응에 의해 달성될 수 있다.
실시예: 냉음극 장치
위와 관련 출원에서 설명된 공정은 냉음극 또는 전극 소스를 생산하는 데 사용될 수 있다. 이를 달성하는 주목할 만한 방법은 유기 분자와 같은 첨가제 또는 기타 첨가제의 사용을 통해 전도하거나 전도하도록 형성된 폴리머 기판에 나노피라미드를 매립하는 것이다.
나노피라미드로부터 음극 방출(피라미드의 노출된 정점으로부터 생성되었다고 추정되는)은 본 출원, 다른 참조된 출원 및 다른 곳에 서술된 기술 및 공정 및 방법을 사용하여 패턴된 형성(예를 들어 어레이 형성)으로 또는 무작위 방식으로 나노피라미드를 침착하는 것에 의해 달성될 수 있다. 나노피라미드는 기판에 매립될 때 "날카로운(sharp)" 코너의 노출에 유리하기 때문에 특히 선택된다. "날카로운 " 코너의 노출을 유도하는 다른 형태고, 예를 들어 나노큐브, 나노스타(스타버스트-형 입자), 스파이크 입자 등도 청구된 방법에 적용될 수 있다.
실시예: 유체 응용 방법
현재 마이크로 및 나노전자 장치 제작 및 처리 방법은 종종 기판에 추가 화학적, 기계적, 전자적 또는 광학적 기능성을 부여하는 코팅, 물질, 유체 및/또는 입자를 적용하기 위해 진공 챔버에서 용액-기반 분부 침착을 사용한다. 여기서 개시된 본 발명은 분무화된(atomized) 유체 방울 크기 및 분포와 같은 특성을 조절하거나 변경하기 위한 나노전자 장치 제작 및 처리를 위한 현존하는 분무 침착 기술에 대안적이고 보완적이고, 단일 단계이고, 저비용의 공정을 제공한다.
비제한적 예 1: 표면 플라스몬은 광학 여기(excitation)하에 금속의 표면상에서 자유 전자의 여기이다; 많은 반도체 및 유기 반도체 시스템은 이제 플라스몬 불활성 및 활성 물질을 병합한다. 여기서 서술된 매립 공정(또는 관련 출원에 기재되고, 여기서 전체로 참조에 의해 통합된 폴리머-연화 공정)을 이용하여, 매립 입자, 분자 등(예를 들어, 나노와이어 및 나노피라미드)는 입사 방사성, 광자 및/또는 광의 OPV로의 흡수를 변경하거나 수정할 수 있는 불활성 광학 나노안테나를 발생하게 한다.
비제한적 예 2: 본 발명에 개시된 방법은 TiO2 입자의 중간층을 OPV 내에 및/또는 위에 매립할 수 있다. 이러한 입자와 층은 재조합 손실을 감소시키고, 160%만큼 장치 효율을 극적으로 증가시키는 능력을 가진다. TiO2 광학 블록킹 층은 예를 들어 유기 염료-감응 태양 전지에서 유용하다.
비제한적 예 3: 본 발명에 개시된 방법은 발광형 태양집광기(LSC)에 적용될 수 있다. 몇몇 구체예에서, 폴리머 연화 용액(관련 출원에서 서술된, 여기서 참조에 의해 통합된)은 입자가 LSC 내의 폴리머의 표면으로 매립할 수 있도록 폴리머 기판 표면을 일시적으로 변경할 수 있다. 이러한 입자는 산란체, 광학 집적체, 나노안테나, 나노튜브, 벗 커플러, 렌즈, 포커싱 원소, 굴절 원소, 거울 또는 입사 태양 방사선의 흡수를 용이하게 하고 LSC의 내부에서 도파관 모드로 이를 커플링하는 기타 구조물일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 폴리머 표면으로 미립자 함유물의 매립을 통해 폴리머의 이러한 용액-기반 처리는 표면 임피던스, 표면 전도성, 굴절율, 광학적 소광 및/또는 물질의 광학적 투명성을 장치 성능을 개선시키는 방법으로 바꾼다.
비제한적 예 4: 탄소 나노튜브에 정전기적 대전된 폴리머막을 노출시키는 방법을 구체화할 수 있다. 나노튜브는 폴리머 기판 상에 지지되는 나노튜브의 무작위 또는 정의된 배열을 제공하는 정전기적 상호작용을 통해 폴리머 막에 부착되고 매립된다. 후속적으로, 전기적 전도성 물질로부터 형성된 하나의 콘택트 또는 다수의 콘택트는 몇몇의 나노튜브가 전도성 콘택트와 물리적으로 접촉하도록 폴리머 막상에 침착될 수 있다.
광생성 전자-정공 쌍이 나노튜브를 자유롭게 벗어나 재조합되어, 나노튜브의 두 개의 콘택트와 접속하는 회로의 나머지를 통하여 흐를 수 있는 광 전류를 생성하기 때문에, 두 개의 콘택트를 접속하는 나노튜브는 광전도에 참여할 수 있다. 하나의 콘택트가 나노튜브의 것보다 낮은(높은) 일 함수를 갖는 물질로 구성된 경우 전자(정공)을 위한 쇼트키(Shottcky) 배리어가 생성된다. 접합 물질 내의 나노튜브는 전자 홀 재조합을 방해하기 위해 매립에 앞서 절연될 수 있다. 또는 나노튜브는 나노구조물의 광학 특성과 효율을 변조하기 위해 플라스몬 물질으로 코팅될 수 있다.
다벽 탄소 나노튜브(Multi-walled carbon nanotube: MWCNT)는 광학전자 장치 성능을 향상시키는 능력을 갖는 광학적 나노안테나로 작용하는 것으로 알려져있다. MWCNT는 플라즈마-개선 화학적 증착에 의해 저비용 및 대면적으로 제작될 수 있다. 나노안테나의 띠 폭은 전체 태양 스펙트럼을 넓히거나 좁은 범위의 주파수만을 수신하거나 방출하도록 좁하지게 변조될 수 있다.
비제한적 예 5: PV 전지용 반도체 물질로 수은 및/또는 질산은의 매립 또는 주입은 이후에 태양 전지에 방출되는 입사 에너지의 흡수를 증진시켜서 더 긴 시간 동안 전기 생성을 증가시킨다고 보고된 바 있다. 추가로, 광 전이 입자가 단일 접합 또는 다접합 PV 전지의 반도체 층으로 분산, 매립, 주입 또는 병합되어 장치 내의 광의 도파를 용이하게 할 수 있다.
상기 화합물과 함께 많은 기타 화합물, 분자 및/또는 입자는 본 발명에서 서술된 방법을 사용하여 반도체 층으로 침착되고 후속적으로 매립될 수 있다. 광 전이 입자 물질은 광학 방해석, 텀블드 클리어 쿼츠(tumbled clear quartz), 착색 쿼츠, 클리어 헤르키메르(Herkimer) 다이아몬드, 다이아몬드, 댄버라이트, 방해석, 돌로마이트, 스콜레사이트, 쿤차이트, 결정질, 유리, 금속 및 광 투과 인공 결정 물질을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 광 투과 입자는 반도체 접합에서 작은 공간적인 면적으로 광학 에너지를 포커싱하거나 집적시킬 수 있는 나노집광기 원소로서 사용될 수도 있다.
비제한적 예 6: 유연한 플라스틱 또는 금속 포일의 롤에 제작되는 전자 장치의 롤-투-롤 공정은 대면적 반도체 장치를 고도로 대규모로 생산할 수 있게 한다. 기판은 표준 포토리소그래피 기술을 통해 후속적으로 패턴화되는 폴리머 포토레지스트를 포함할 수 있다. 이러한 방법은 전통적인 반도체 장치 제조 방법에 비해 급격한 비용 절감을 달성할 수 있다. 본 발명에 포함된 이러한 해결(solution)은 제작 단계가 폴리머 포토레지스트, 발광 태양 집광기 등을 포함하는 중간 단계를 갖는 OLED, 유기 박막, OPV 전지, 무기 PV 전지의 제작에서 적용된다. 여기서 개요가 서술된 공정은 현존하는 기술, 예를 들어 롤-투-롤 공정을 통해 폴리머 기판 상에 나노입자 잉크의 침착과 호환가능하다.
실시예: 폴리머 도펀트
본 발명은 또한 도펀트로 절연, 반도체, 금속 폴리머를 기능화하는 대안적 공정을 대표한다. 이러한 도펀트는 폴리머의 전기 전도성 또는 전하 캐리어 이동성을 유도하거나 개선시키는 적어도 하나의 전자 억셉터(또는 억셉팅 그룹)를 포함할 수 있다. 도펀트는 적어도 하나의 전자 도너(또는 도너 그룹)을 포함할 수도 있다. 도펀트는 임의의 폴리머, 유기금속 화합물, 착화물 이온, 금속, 전도체, 결정, 유전체, 반도체 또는 이들의 결합물을 포함할 수 있다. 도펀트 구성요소는 혼합물, 용액, 분산액 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 산화제는 p-도핑을 유도하고, 반면 환원제는 화학적 또는 전기화학적 수단에 의해 폴리머의 n-도핑을 유도하여, 이동 전하 캐리어를 생성한다.
이러한 기술은 다음을 포함하는 장치에서 사용될 수 있다: 반도체, 전기 전도체, 광전도체, 광학 장치, 전자 장치, 전계 효과 트랜지스터, 집적 회로, 박막 트랜지스터, 평면 패널 디스플레이, 무선 주파수 식별 태그, 유기 발광 다이오드, 전기발광 요소, 액정 디스플레이, 광전지 장치, 감지기, 액츄에이터, 전극, 전지, 전자 사진 장치, 정전기방지막 또는 이들의 임의의 조합.
폴리아닐린, 폴리티오펜, 또는 폴리피롤과 같은 전도성 폴리머는 그래비어, 플렉소 및 잉크젯 프린팅 기술에서의 잉크로 사용될 수 있다. 추가 도펀트 물질은 전도성 폴리머에 병합되어 그들의 전도성을 바꿀 수 있다. 폴리머 기판 상에서 폴리아닐린 및 폴리티오펜 패턴을 채택한 고속 롤-투-롤 공정은 다양한 회로 구성요소, 염료 감응 태양전지 및 유기 태양전지의 실현을 가능하게 하는 산업에서 증명되었다.
실시예: 전자 잉크 및 투명 전도성 전극
산화주석인듐(ITO)은 예를 들어 반사방지 코팅물과 반도체 장치에서 투명 전극용 고성능 물질로 사용된다. 인듐의 현재 세계적 부족은 매력적 대안물인 탄소 나노튜브 폴리머 박막 또는 나노복합물과 같은 경쟁적 기술을 만들었다. 본 발명은 탄소 나노튜브와 나노파이버와 같은 마이크로 및 나노입자를 투명전극, 전자 잉크 장치 및 폴리머 도핑으로 사용하는 폴리머 기판의 표면에 매립하는 단일 단계 제작 기술로서 사용될 수 있다.
많은 유연한 전자 및/또는 광학 장치의 제작에서, 전기적-활성 또는 광활성 층이 종종 유연한 플라스틱 기판의 위에 침착된다. 본 발명은 층들의 전체 두께를 감소시키고 침착층과 기판 계면 사이에 화학적 및 물리적 상용성을 개선시키는 방법으로 아래에 놓인 기판으로 침착되는 첨가제 중 일부를 초임계적으로 매립하는 방법을 제공한다.
실시예: 광 및 광학 감지
양자점은 놀라운 광안정성, 밝기, 넓은 여기, 좁은 방출, 긴 형광 수명 및 멀티플렉싱 성능을 위해 고체 상태 발광, 광전지, 바이오센스 및 나노전자 어플리케이션에서 점차 사용되고 있다. 많은 양자점은 100%에 다다르는 수율을 가져서, 유기 형광단보다 몇 천배 더 밝게 하고 감응성이게 만든다. 양자점 또는 다른 나노구조 산란체는 폴리머 기판을 통해 돌아다니는 전자기 방사선의 주파수 또는 진폭을 조정하기 위해 폴리머 기판의 표면에 매립될 수 있다. 예를 들어 LED의 플라스틱 케이싱은 LED 칼라를 변하게 하는데 유용한 이동되는 주파수 범위에서 발산하는 입사 방사선 주파수를 변경할 수 있는 CdSe 양자점(약 1.5 nm 직경)으로 매립될 수 있다. 전체 유전체 슬라브는 가시광을 방출하는 입사 UV 방사선을 변경하기 위해 나노구조 산란체가 매립된 표면을 포함하도록 변형될 수 있다.
반도체 나노결정 발광체 및/또는 신틸레이터(섬광체)는 인광체와 같은 다른 발광체 대신에 전자기 방사원으로 개시된 발명을 이용하여 폴리머 기판에 매립될 수 있다. 반도체 나노결정 발광체는 특징적으로 좁은 띠 발광을 가진다. 이러한 띠는 나노결정의 크기, 주변 매체, 구조 및 막에서 기타 공명 원소와의 배치를 변경함으로써 스펙트럼을 가로질러 기능적으로 변조될 수도 있다.

Claims (184)

  1. 0.1nm 내지 100㎛ 범위 내의 특유 크기를 갖는 적어도 하나의 입자를 포함하는 입자의 집단을 포함하는 유체를 기판 상에 배치된 습윤 코팅 물질에 도포하는 단계; 및
    입자 중 적어도 하나가 건조된 코팅 물질의 표면에 적어도 부분적으로 매립되는, 코팅된 물품을 생산하기 위해 상기 습윤 코팅 물질을 건조하는 단계
    를 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법에 있어서,
    습윤 코팅 물질이 겔 또는 반고체를 포함하고, 유체가 습윤 코팅 물질을 연화하고, 이로써 입자가 표면에 매립되도록 하는 것을 특징으로 하는 코팅 물질의 개질 방법.
  2. 제1항에 있어서, 습윤 코팅 물질이 폴리머 및 유리 중 적어도 하나를 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  3. 제1항에 있어서, 입자 중 적어도 일부가 도포 동안에 유체에서 현탁되는, 코팅 물질의 개질 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 습윤 코팅 물질에 도포될 때, 유체 내의 입자의 속도가 습윤 코팅 물질에 영향을 줌으로써 입자가 표면에 매립되도록 하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  6. 제1항에 있어서, 습윤 코팅 물질이 가교결합가능한 코팅을 포함하고, 습윤 코팅 물질을 건조하는 단계가 가교결합가능한 코팅을 가교결합시키는 것을 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 혼합(mixing), 초음파분쇄(sonicating), 흔들기(shaking), 진동(vibrating), 유입(flowing), 교반(stirring), 휘저음(agitating) 또는 이들의 임의의 조합에 의해 입자의 집단을 유체 중에 배치시키는 것을 더 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  9. 제1항에 있어서, 유체가 기체, 액체, 초임계 유체 또는 이들의 조합을 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  10. 제1항에 있어서, 유체가 용매, 수용액, 이온성 용액, 비극성 용매, 유기 용매, 극성 용매, 비양성자성 용매, 양성자성 용매, 무기 용매, 이온성 유체, 극성 비양성자성 용매, 극성 양성자성 용매, 염 포함 용액 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  11. 제1항에 있어서, 유체가 염, 계면활성제, 안정화제 또는 이들의 조합을 더 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  12. 제1항에 있어서, 유체가 휘발성 성분을 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  13. 제1항에 있어서, 습윤 코팅 물질이 건조되기 전에 유체의 적어도 일부를 제거하는 것을 더 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  14. 제13항에 있어서, 유체가 가열, 순간 가열, 증류, 증발, 흡입, 진공 또는 이들의 임의의 조합을 통해 제거되는, 코팅 물질의 개질 방법.
  15. 제1항에 있어서, 유체가 입자 간 응집을 적어도 부분적으로 방지할 수 있는 적어도 하나의 작용제를 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  16. 제1항에 있어서, 입자의 집단이 전도성 입자를 포함하고, 상기 전도성 입자가 건조된 코팅 물질의 표면에 적어도 부분적으로 매립되어 전도성 네트워크가 형성되는, 코팅 물질의 개질 방법.
  17. 제1항에 있어서, 유체가 습윤 코팅 물질에 대한 용매인 것을 특징으로 하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  18. 제1항에 있어서, 유체 도포 단계가 분무, 정전 분무, 스핀 캐스팅, 딥핑, 페인팅, 드립핑, 브러슁, 함침, 유입, 노출, 주입(pouring), 롤링, 커튼닝(curtaining), 와이핑(wiping), 프린팅, 피펫팅(pipetting), 잉크-젯 프린팅 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  19. 제1항에 있어서, 기판과 유체 중 적어도 하나를 나머지 하나에 대해 움직이게 하는 것을 더 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  20. 제1항에 있어서, 실질적으로 모든 입자가 0.1nm 내지 100㎛의 범위의 단면 크기를 갖는, 코팅 물질의 개질 방법.
  21. 제1항에 있어서, 입자 집단이 크기가 다른 입자들, 다른 물질을 포함하는 입자들 또는 이들 모두를 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  22. 제1항에 있어서, 입자 중 적어도 하나가 구형, 원통형, 관상, 정육면체형, 구상(spheroidal), 피라미드형, 무정형, 결정형, 사면체형, 육면체형, 삼방정계형, 사방정계형, 단사정계형, 삼사정계형 또는 이들의 임의의 조합인 것을 특징으로 하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  23. 제1항에 있어서, 입자 중 적어도 하나가 기능성 작용제를 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  24. 제23항에 있어서, 기능성 작용제가 항균제, 살균제, 절연체, 전도체, 반도체, 촉매, 형광제, 보향제(flavor agent), 촉매제, 생분자 결합제, 화학결합제, 라벨, 윤활제, 향수; 화학물질, 생체분자 또는 전자파 방사선의 흡수제; 화학물질, 생체분자 또는 전자파 방사선의 흡착제; 전자파 방사선의 산란제(scatterer), 난화제(fire-retarder), 캡슐, 인캡슐런트; 착색 또는 미용 물품; 방사선 비투과성 제제, 방사성 제제, 항생물막 제제, 압전 발색 제제, 화학 발색 제제, 광 발색 제제, 자기 발색 제제, 스트레스 발색 제제, 방사 발색 제제, 열 발색 제제, 다발색 제제 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  25. 제1항에 있어서, 입자 중 적어도 하나가 은, 산화은, ZnO, TiO2, 아연 피리티온, 구리 피리티온, 클로르헥시딘, 트리클로산, 나트륨 디아세테이트, 소르브산, 칼륨 소르베이트, OBPA (10,10'-옥시비스페녹사르신), 아민-중성화 포스페이트, 아연-OMADINE (아연 2-피리딘에티아놀-1-옥사이드), 2-n-옥틸-4-이소티아졸린-3-온, DCOIT, CAPTAN, FOLPET, 구리, 산화구리, 은 유리, 구리 유리, 아연 유리, 은 제올라이트, 구리 제올라이트, 아연 제올라이트, 은 나트륨 수소 지르코늄 포스페이트, 이온 교환 입자, 아연, 은 함유 화합물 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  26. 제1항에 있어서, 입자 중 적어도 하나가 금속 나노와이어인, 코팅 물질의 개질 방법.
  27. 제1항에 있어서, 입자가 평균적으로 특유 크기의 100% 이하의 정도로 매립되는, 코팅 물질의 개질 방법.
  28. 제1항에 있어서, 입자가 평균적으로 건조된 코팅 물질의 표면으로부터 0.1 nm 내지 1 cm 퍼져있는, 코팅 물질의 개질 방법.
  29. 제1항에 있어서, 매립된 입자 중 이웃한 입자가 서로 전자적으로 접촉되는, 코팅 물질의 개질 방법.
  30. 제1항에 있어서, 코팅된 물품이 정화기, 소독기, 살균기, 검출기, 라벨기, 태거, 처리 시스템, 전자 성분, 전도성 성분, 반도체 성분, 촉매; 화학물질, 생체분자 또는 전자파 방사선의 흡착기; 화학물질, 생체분자 또는 전자파 방사선의 흡수기; 화학물질 또는 생체분자의 결합제; 광학 성분, 절연 성분, 산란 성분; 압전 발색, 화학 발색, 광 발색, 자기 발색, 열 발색, 스트레스 발색 또는 다발색 성분; 항생물막 성분 또는 이들의 임의의 조합으로 사용되는, 코팅 물질의 개질 방법.
  31. 제1항에 있어서, 입자 중 적어도 일부를 서로 융합시키는 것을 더 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  32. 제1항에 있어서, 구배를 적용하여 입자가 습윤 코팅 물질에 매립되는 정도를 증가 또는 감소시키는 것을 더 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  33. 제2항에 있어서, 폴리머가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르, 폴리설폰, 폴리아미드, 폴리우레탄, 폴리비닐, 플루오로폴리머, 폴리카보네이트, 폴리락트산, 니트릴, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌, 페녹시, 페닐렌 에테르, 플라스티솔, 오르가노솔, 플라스타치 물질, 폴리아세탈, 방향족 폴리아미드, 폴리아미드-이미드, 폴리아릴에테르, 폴리에테르이미드, 폴리아릴설폰, 폴리부틸렌, 폴리카보네이트, 폴리케톤, 폴리메틸펜텐, 폴리페닐렌, 폴리스티렌, 스티렌 말레산 무수물, 폴리릴 디글리콜 카보네이트 단량체, 비스말레이미드, 폴리알릴 프탈레이트, TPU, HDPE, LDPE, 트리탄®, 코폴리에스테르, PVC, PET, PETG, 에폭시, 멜라민, 실리콘, 우레아 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  34. 제1항에 있어서, 건조된 코팅 물질 중의 입자의 로딩이 전기 삼투 임계점을 초과하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  35. 제1항에 있어서, 건조된 코팅 물질의 표면의 10% 미만이 입자에 의해 점유되는, 코팅 물질의 개질 방법.
  36. 제1항에 있어서, 유체를 습윤 코팅 물질에 도포하는 단계가 입자 중 적어도 일부가 습윤 코팅 물질에 적어도 부분적으로 매립되도록 습윤 코팅 물질에 대하여 롤러를 접촉시키는 것을 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  37. 제1항에 있어서, 매립된 입자가 건조된 코팅 물질의 외부 환경과의 전자적 통신을 제공하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  38. 제1항에 있어서, 유체가 중합 개시제를 포함하고, 습윤 코팅 물질을 건조하는 단계가 상기 중합 개시제를 사용하여 습윤 코팅 물질을 중합시키는 것을 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  39. 제1항에 있어서, 유체가 가교결합제를 포함하고, 습윤 코팅 물질을 건조하는 단계가 상기 가교결합제를 사용하여 습윤 코팅 물질을 가교결합시키는 것을 포함하는, 코팅 물질의 개질 방법.
  40. 제1항에 따라 생산되는 코팅된 물품.
  41. 제1항에 있어서, 입자가 평균적으로 특유 크기의 100% 초과의 정도로 매립되지만 건조된 코팅 물질의 표면 근처에 국소화되는, 코팅 물질의 개질 방법.
  42. 매립 표면을 갖는 매트릭스 물질, 및
    상기 매립 표면 근처에 국소화되고 상기 매트릭스 물질에 적어도 부분적으로 매립되어 있으며 전도성이거나 반도체성이고 적어도 하나가 0.1nm 내지 100㎛의 범위 내의 특유 크기를 갖는 다수의 입자를 포함하고,
    매트릭스 물질이 겔 및 반고체 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 물품.
  43. 제42항에 있어서, 매트릭스 물질이 투명 기판에 해당하고, 입자가 상기 투명 기판에 적어도 부분적으로 매립되어 있는, 물품.
  44. 제43항에 있어서, 투명 기판이 폴리머 기판에 해당하는, 물품
  45. 제43항에 있어서, 투명 기판이 유리 기판에 해당하는, 물품.
  46. 제42항에 있어서, 매트릭스 물질이 코팅에 해당하고, 입자가 상기 코팅에 적어도 부분적으로 매립되어 있는, 물품.
  47. 제46항에 있어서, 기판을 더 포함하고, 코팅이 상기 기판 상에 배치되고, 매립 표면이 상기 기판의 반대 방향으로 향하는, 물품.
  48. 제46항에 있어서, 코팅이 폴리머 및 유리 중 적어도 하나를 포함하는, 물품.
  49. 제42항에 있어서, 매트릭스 물질 중의 입자의 로딩이 전기 삼투 임계점을 초과하는, 물품
  50. 제42항에 있어서, 입자 중 이웃한 입자가 서로 접촉하는, 물품.
  51. 제42항에 있어서, 실질적으로 모든 입자가 매립 표면 근처에 국소화되어 있는, 물품.
  52. 제51항에 있어서, 매트릭스 물질의 내부에 입자가 실질적으로 없는, 물품.
  53. 제42항에 있어서, 입자가 평균적으로 특유 크기의 100% 이하의 정도로 매트릭스 물질에 매립되어 있는, 물품.
  54. 제42항에 있어서, 입자가 평균적으로 특유 크기의 100% 초과의 정도로 매트릭스 물질에 매립되지만 매립 표면 근처에 국소화되어 있는, 물품.
  55. 제42항에 있어서, 입자가 나노튜브 및 나노와이어 중 적어도 하나를 포함하는, 물품.
  56. 제42항에 있어서, 입자가 탄소, 금속 및 전도성 폴리머 중 적어도 하나를 포함하는, 물품.
  57. 삭제
  58. 제42항에 있어서, 매트릭스 물질 상에 배치된 전도성 물질을 더 포함하며, 매트릭스 물질이 기판에 해당하고 매립 표면이 상기 전도성 물질을 향하는, 물품.
  59. 제58항에 있어서, 전도성 물질이 투명하고, 매트릭스 물질에 매립된 입자 중 적어도 하나가 상기 투명한 전도성 물질과 전기적으로 접촉하는, 물품.
  60. 유체, 및
    유체 중에 배치된 다수의 입자
    를 포함하고,
    상기 유체가 폴리머-연화 용매를 포함하여 상기 입자가 겔 또는 반고체상태의 폴리머에 매립되는,
    조성물.
  61. 제60항에 있어서, 유체가 물, 수용액, 이온성 용액, 비극성 용매, 유기 용매, 무기 용매, 극성 비양성자성 용매, 극성 양성자성 용매, 염 포함 용액 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 조성물.
  62. 제60항에 있어서, 유체가 2-메틸테트라하이드로푸란, 염화탄화수소, 불화탄화수소, 케톤, 파라핀, 아세트알데히드, 아세트산, 아세트산 무수물, 아세톤, 아세토니트릴, 알킨, 올레핀, 아닐린, 벤젠, 벤조니트릴, 벤질 알코올, 벤질 에테르, 부탄올, 부탄온, 부틸 아세테이트, 부틸 에테르, 부틸 포르메이트, 부티르알데히드, 부티르산, 부티로니트릴, 이황화탄소, 사염화탄소, 클로로벤젠, 클로로부탄, 클로로포름, 고리형지방족 탄화수소, 사이클로헥산, 사이클로헥산올, 사이클로헥사논, 사이클로펜타논, 사이클로펜틸 메틸 에테르, 디아세톤 알코올, 디클로로에탄, 디클로로메탄, 디에틸 카보네이트, 디에틸 에테르, 디에틸렌 글리콜, 디글림, 디-이소프로필아민, 디메톡시에탄, 디메틸 포름아미드, 디메틸 설폭사이드, 디메틸아민, 디메틸부탄, 디메틸에테르, 디메틸포름아미드, 디메틸펜탄, 디메틸설폭사이드, 디옥산, 도데카플루오로-1-헵탄올, 에탄올, 에틸 아세테이트, 에틸 에테르, 에틸 포르메이트, 에틸 프로피오네이트, 에틸렌 디클로라이드, 에틸렌 글리콜, 포름아미드, 포름산, 글리세린, 헵탄, 헥사플루오로이소프로판올, 헥사메틸포스포라미드, 헥사메틸포스포러스 트리아미드, 헥산, 헥사논, 과산화수소, 하이포아염소산, 이소부틸 아세테이트, 이소부틸 알코올, 이소부틸 포르메이트, 이소부틸아민, 이소옥탄, 이소프로필 아세테이트, 이소프로필 에테르, 이소프로판올, 이소프로필아민, 케톤퍼옥사이드, 메탄올과 염화칼슘 용액, 메탄올, 메톡시에탄올, 메틸 아세테이트, 메틸 에틸 케톤, 메틸 포르메이트, 메틸 n-부티레이트, 메틸 n-프로필 케톤, 메틸 t-부틸 에테르, 메틸렌 클로라이드, 메틸렌, 메틸헥산, 메틸펜탄, 미네랄 오일, m-크실렌, n-부탄올, n-데칸, n-헥산, 니트로벤젠, 니트로에탄, 니트로메탄, 니트로프로판, N-메틸-2-피롤리디논, n-프로판올, 옥타플루오로-1-펜탄올, 옥탄, 펜탄, 펜타논, 석유 에테르, 페놀, 프로판올, 프로피온알데히드, 프로피온산, 프로피오니트릴, 프로필 아세테이트, 프로필 에테르, 프로필 포르메이트, 프로필아민, p-크실렌, 피리딘, 피롤리딘, 수산화나트륨, t-부틸 알코올, t-부틸 메틸 에테르, 테트라클로로에탄, 테트라플루오로프로판올, 테트라하이드로푸란, 테트라하이드로나프탈렌, 톨루엔, 트리에틸 아민, 트리플루오로아세트산, 트리플루오로에탄올, 트리플루오로프로판올, 트리메틸부탄, 트리메틸헥산, 트리메틸펜탄, 발레로니트릴, 물, 크실렌, 크실렌올 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는, 조성물.
  63. 제60항에 있어서, 유체가 염, 계면활성제, 안정화제 또는 이들의 조합을 포함하는, 조성물.
  64. 제60항에 있어서, 유체가 휘발성 성분을 포함하는, 조성물.
  65. 제60항에 있어서, 유체가 입자 간 응집을 방지하는 적어도 하나의 작용제를 포함하는, 조성물.
  66. 제60항에 있어서, 입자가 0.1nm 내지 100㎛ 범위 내의 특유 크기를 갖는 적어도 하나의 입자를 포함하는, 조성물.
  67. 제60항에 있어서, 입자가 전도성 입자를 포함하는, 조성물.
  68. 제60항에 있어서, 입자가 금속 나노와이어를 포함하는, 조성물.
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