KR101965066B1 - 전기변색 재료 및 전기변색 재료를 갖춘 방현미러 - Google Patents

전기변색 재료 및 전기변색 재료를 갖춘 방현미러 Download PDF

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춘-우 왕
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이-켐 엔터프라이즈 코퍼레이션
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Abstract

본 발명은 종래의 기술에서 게시된 전기변색 재료는 재료 합성회수율이 지나치게 낮아 제조 단가가 높다는 단점을 가지고 있으며, 본 발명은 특히 비올로겐 화합물의 화학구조를 수식하여 재료 합성회수율이 높고 제조 단가가 낮은 장점을 갖춘 전기변색 재료를 제공하는 한편, 종래 기술에서 게시된 전기변색 부품과 다르게 본 발명에서는 전기변색 재료를 갖춘 방현미러를 제공하고, 해당 방현미러는 변색 후 반사율 측면에서 현저하게 강점을 드러내게 된다.

Description

전기변색 재료 및 전기변색 재료를 갖춘 방현미러{Electrochromic material and anti-dazzle mirror having the same}
본 발명은 전기적 활성 재료(electroactive material)의 기술 영역에 관한 것으로서, 특히 방현미러에 응용되는 전기변색 재료(electrochromic material)에 관한 것을 말한다.
전기변색기술(electrochromism)이 뜻하는 바는 외부에서 전기장을 전기적 활성 재료에 추가하여 해당 전기적 활성 재료(electroactive material)가 전기장의 작용하에 산화 혹은 환원 등의 가역 반응을 일으켜 전기적 활성 재료가 단계적으로 변화되는 것을 말하며, 이를 통해 해당 재료의 광학성능이 가시광 파장 범위 내에서 안정된 가역 변화를 일으킬 수 있게 된다. 전술된 광학성능은 투사율, 반사율 혹은 흡수율 등을 들 수 있다.
전기변색 재료(electrochromic material)는 현재 스마트 윈도우(smart window)에 광범위하게 사용되고 있으며, 서로 다른 전압하에서 이와 대응되는 색깔 변화가 일어나게 되며, 이러한 방식으로 서로 다른 파장 가시광의 관통과 흡수를 제어함으로써 실내 조명과 온도 조절의 목적을 달성하게 된다. 또한 전기변색 재료 역시 자동차의 상단 유리 혹은 반광미러에 자주 사용되고 있다. 종래에 흔히 사용되는 전기변색 재료로는 전이 금속 산화물(Transition metal oxides), 사이 개재 화합물(Intercalated materials), 유기 화합물(Organic compounds), 도전 고분자(conductive polymer) 등이 있다. 그 중 유기 화합물과 도전 고분자는 낮은 단가, 간단한 제조 과정, 높은 도전도, 풍부한 색채 등의 장점을 가지고 있기 때문에 점차 전기변색 재료의 주류가 되고 있는 실정이다.
메틸 비올로겐(methyl viologen), 헵틸 비올로겐(heptyl viologen), 페닐 비올로겐(phenyl viologen)은 전통적인 유기 화합물이 전기변색 재료이고, 그 화학구조는 각각 아래 화학식(I), 화학식(II), 화학식(III)과 같다.
화학식(I)
Figure 112017077621870-pat00001
화학식(II)
Figure 112017077621870-pat00002
화학식(III)
Figure 112017077621870-pat00003
비올로겐 재료는 중성 상태일 때에는 무색이며, 환원 상태일 때에는 푸른 보라색을 나타내게 된다. 그러나 비올로겐 재료는 보동 광선계에 상당히 민감하며, 특히 자외선에 매우 민감한 편이다. 그로 인해 전통적인 비올로겐 재료는 자동차 미러에 사용이 부적합하다고 할 수 있다. 이러한 문제점에 입각하여 타이완 특허 I265972호에서는 전기변색 재료에 대해 게시하고 있으며, 그 화학구조는 각각 아래 화학식(IV)에 표시된 바와 같다.
화학식(IV)
Figure 112017077621870-pat00004
화학식(IV)에 표시된 화합물의 영문 명칭은 1,1-bis (4-methoxycarbonyl) benzyl-4,4'-bipyridinium tetrafluoroborate이다. 해당 화합물의 제조 과정은 아래와 같은 순서를 포함하고 있다.
순서(1’): 1.7그램의 4,4’-비피리딘(0.01몰) 및 5그램의 메틸기(4-브로모메틸)벤조에이트(0.02몰)을 제1둥근 바닥 플라스크 내에 추가한다.
순서(2’): 30밀리리터의 시안화물 메탄을 제1둥근 바닥 플라스크 내에 넣고 해당 제1둥근 바닥 플라스크 내의 용액을 골고루 저어준다.
순서(3’): 제1둥근 바닥 플라스크 내의 용액을 85℃인 제1반응온도까지 가열하고, 해당 반응 온도를 5시간 지속시킨다. 이어서 제1둥근 바닥 플라스크 내에 반제품이 생성된 것이 확인되며, 그 생산율은 60%이다. 그 중 해당 반제품은 황색 고체인 1,1-비스(4-메톡시카르보닐)벤질-4,4’-비피리딘 디브로마이드(bipyridinium dibromide)이다.
순서(4’): 해당 반제품을 제2둥근 바닥 플라스크 내에 넣고 다시 물을 추가하여 해당 제2둥근 바닥 플라스크 내에서 해당 반제품이 용해가 되도록 한다.
순서(5’): 리튬 테트라플루오르붕산염 수용액을 해당 제2둥근 바닥 플라스크 내에 넣고 제2둥근 바닥 플라스크 내의 용액을 10℃인 제2반응온도를 유지한다. 이어서 제2둥근 바닥 플라스크 내에서 완제품이 생산되며, 그 생산율을 54%이다. 그 중 해당 완제품은 백색 결정물의 1,1-비스(4-메톡시카보닐)벤질-4,4’-비피리딘 테드라플루오르붕산염이다.
또한 전술된 전기변색 재료를 갖춘 자동차 미러의 반사율과 변색 속도를 정리해 보면 아래 표(1)과 같다.
Figure 112017077621870-pat00005
방현미러 생산 제작에 종사하는 작업 인원들이 매우 잘 알고 있듯이, 타이완 특허 I265972호에 게시된 전기변색 재료는 신속한 착색 속도 및 뚜렷한 반사율 감소라는 장점을 가지고 있으나, 해당 전기변색 재료는 재료 합성회수율이 과도하게 낮아 제조 단가가 매우 높다는 가장 큰 단점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 바탕으로 본 발명인은 오랜 경험과 연구를 바탕으로 본 발명인 전기변색 재료 및 해당 전기변색 재료를 갖춘 방현미러를 제시하게 되었다.
본 발명의 주요 목적은 전기변색 재료를 제공하는 데 있으며, 종래의 기술에서 게시된 전기변색 재료는 재료 합성회수율이 지나치게 낮아 제조 단가가 높다는 단점을 가지고 있으며, 본 발명은 비올로겐 화합물의 화학구조를 수식하여 재료 합성회수율이 높고 제조 단가가 낮은 장점을 갖춘 전기변색 재료를 제공하고자 한다.
상술된 본 발명의 주요 목적을 달성하기 위해, 본 발명인은 전술된 전기변색 재료의 하나의 실시예를 제공하며, 그 내용은 비올로겐 화합물(viologen compound)이고, 해당 비올로겐 화합물의 화학구조는 아래 화학식(1)에 표시된 바와 같다.：
화학식(1)
Figure 112017077621870-pat00006
그 중, 전술된 화학식(1) 내의 X1와 X2는 모두 할로겐이며, A-는 보상이온이다.
전술된 해당 전기변색 재료의 실시예 중에서, 해당 보상이온은
Figure 112017077621870-pat00007
,
Figure 112017077621870-pat00008
,
Figure 112017077621870-pat00009
,
Figure 112017077621870-pat00010
,
Figure 112017077621870-pat00011
,
Figure 112017077621870-pat00012
혹은
Figure 112017077621870-pat00013
중 하나가 될 수 있다.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 방현미러를 제공하는 데 있다. 종래 기술에서 게시된 전기변색 부품과 비교했을 때, 본 발명은 전기변색 재료를 갖춘 방현미러를 제시하며, 해당 방현미러는 변색 후 반사율에서 매우 뚜렷한 강점을 가지고 있다.
상술된 또 다른 하나의 목적을 달성하기 위해 본 발명인이 제공한 전술된 방현미러의 실시예는 다음과 같은 사항을 포함하고 있다.
미러 본체를 포함하고 있으며, 해당 미러 본체는 제1투광층, 제1전극층, 전기변색층, 제2전극층, 제2투광층, 반사막을 포함하고 있으며, 그 중 해당 제1전극층은 해당 제1투광층 상에 설치되고, 해당 전기변색층은 제1전극층 상에 설치되며, 또한 해당 전기변색층은 전기변색 재료로 제작되며, 해당 제2전극층은 해당 전기변색층 상에 설치되고, 해당 제2투광층은 해당 제2전극상에 설치되고, 해당 반사막은 제2투광층을 덮어 쓰는 구조로 설치된다.
그 중, 해당 전기변색 재료는 비올로겐 화합물(viologen compound)이고, 해당 비올로겐 화합물의 화학구조는 아래 화학식(1)에 표시된 바와 같다.
화학식(1)
Figure 112017077621870-pat00014
그 중, 전술된 화학식(1) 내의 X1와 X2는 모두 할로겐이며, A-는 보상이온이다.
전술된 해당 방현미러의 실시예 중에서는 프레임을 더 포함하고 있으며, 해당 미러 본체를 그 내부에 용치시키게 된다.
전술된 해당 방현미러의 실시예 중에서, 해당 제1투광층과 해당 제2투광층의 재질은 투명유리 혹은 투명아크릴 중 하나를 사용할 수 있다.
전술된 해당 방현미러의 실시예 중, 해당 반사막의 재질은 알루미늄, 은, 동, 크롬, 전술된 재질을 두 가지 혼합한 합금, 혹은 전술된 재질을 두 가지 이상 혼합한 합금 중 하나를 사용할 수 있다.
전술된 해당 방현미러의 실시예 중, 해당 테두리 고무는 해당 제1전극층을 갖춘 제1투광층 및 해당 제2전극층을 갖춘 제2투광층이 서로 겹쳐져 접합되는데 사용된다.
도1은 전기변색 재료를 갖춘 방현미러의 입체도이다.
도2는 방현미러의 미러 본체 분해도이다.
도3은 방현미러의 미러 본체 해부도이다.
본 발명인 전기변색 재료 및 해당 전기변색 재료를 갖춘 방현미러의 목적, 효과 및 구조적 특징을 더욱 명확하게 설명하기 위해, 비교적 우수한 실시예와 도면을 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
우선 본 발명인 전기변색 재료를 설명해 보면, 본 발명의 전기변색 재료는 비올로겐 화합물(viologen compound)이며, 해당 비올로겐 화합물의 화학구조는 아래 화학식(1)에 표시된 바와 같다.：
화학식(1)
Figure 112017077621870-pat00015
여기서 보충 설명해야 할 부분은 전술된 화학식(1) 중의 A-는 보상이온이며, 해당 보상이온은
Figure 112017077621870-pat00016
,
Figure 112017077621870-pat00017
,
Figure 112017077621870-pat00018
,
Figure 112017077621870-pat00019
,
Figure 112017077621870-pat00020
,
Figure 112017077621870-pat00021
,
Figure 112017077621870-pat00022
중 하나일 수 있으며, 혹은 해당 보상이온은 할로겐 이온일 수도 있다. 한 편, 화학식(1)의 X1과 X2는 모두 할로겐이다.
여기서 설명할 만한 내용은 X1과 X2는 서로 같은 할로겐일 수도 있고, 서로 다른 할로겐일 수도 있다는 점이다.
실시예
본 발명에서 제시한 전기변색 재료의 실시 가능성이 있음을 확실하게 증명하기 위해 다음에서 해당 전기변색 재료의 시범적 제조 방법을 예로 들어 설명하고자 한다. 해당 시범적 제조 방법은 아래와 같은 제조 순서를 포함하고 있다.
순서(1): 0.1 몰의 4, 4’-비피리딘과 0.22 몰의 3-플로로벤질 브롬화물을 제1둥근 바닥 플라스크 내에 넣는다.
순서(2): 아세토니트릴을 제1둥근 바닥 플라스크 내에 넣고, 제1둥근 바닥 플라스크 내의 용액을 골고루 저어 준다.
순서(3): 제1둥근 바닥 플라스크 내의 용액을 85℃인 제1반응온도까지 가열하고, 해당 반응 온도를 48시간 지속시킨다. 이어서 제1둥근 바닥 플라스크 내에 반제품이 생성된 것이 확인되며, 그 생산율은 87%이다. 그 중 해당 반제품은 황색 고체인 1,1-비스(3-플로로벤질 브롬화물)벤질-4,4’-비피리딘 디브로마이드(bipyridinium dibromide)이다.
순서(4): 핵사플루오로인산염 수용액을 제2둥근 바닥 플라스크 내에 넣는다.
순서(5):핵사플루오로인산염 수용액을 85℃까지 가열하고, 해당 황색고체를 제2둥근 바닥 플라스크 내에 넣는다.
순서(6): 제2둥근 바닥 플라스크 내의 용액의 온도를 4℃로 내린다. 이어서 제2둥근 바닥 플라스크 내에서 완제품을 확인할 수 있으며, 그 생산율은 85%이다. 그 중 해당 완제품은 연한 황색 고체의 1,1-비스(3-플로로벤질 브롬화물)벤질-4,4’-비피리딘 디브로마이드이고 영문 명칭은 1,1-bis(3-fluorobenzyl bromide) benzyl-4,4’-bipyridinium dibromide이다.
이어서 순서(6)에서 획득한 연한 황색 고체 물질을 자동차 미러에 응용하여 사용함으로써 방현미러를 얻을 수 있게 된다. 도1은 전기변색 재료를 갖춘 방현미러의 입체도이며, 도1에 나타난 바와 같이, 해당 방현미러(1)는 프레임(10)과 미러 본체(11)를 포함하고 있고, 그 중 해당 미러 본체(11)는 프레임(10)네 용치되어 고정된다. 계속해서 도1과 함께 방현미러의 미러 본체 분해도와 해부도인 도2와 도3을 함께 참조하면서 설명해 보면, 도1 중의 A포인트에서 B포인트로 구성된 방향선을 따라 도2와 도3을 함께 참조하여, 도면에서 나타난 바와 같이 해당 미러 본체(1)는 제1투광층(111), 제1전극층(112), 전기변색층(113), 제2전극층(114), 제2투광층(115), 반사막(116)을 포함하고 있다. 그 중 해당 제1투광층(111)의 재질은 투명 유리 혹은 투명 아크릴을 사용할 수 있으며, 또한 해당 제1전극층(112)은 해당 제1투광층(111) 상에 설치된다.
상술된 내용을 이어서 계속 설명해 보면, 해당 전기변색층(113)은 해당 제1전극층(112) 상에 설치되고, 해당 전기변색층(113)은 전기변색 재료로 제작되며, 특히 해당 전기변색 재료는 비올로겐 화합물(viologen compound)이 되고, 해당 비올로겐 화합물의 화학구조는 전술된 화학식(1)에 나타난 바와 같다. 또한，해당 제2전극층(114)은 해당 전기변색층(113) 상에 설치된다. 여기서 설명할 만한 내용은 제2투광층(115)은 투명 유리 혹은 투명 아크릴을 사용할 수 있으며, 또한 해당 제2전극층(114) 상에 설치된다는 것이다. 자동차 미러 생산 제작 공정의 작업 인원이 잘 알고 있는 바와 같이, 반사막(116)은 보통 해당 제2투광층(115)의 표면을 덮어 쓰는 형태로 형성되고, 반사막(116)에서 흔히 사용되는 재질은 알루미늄, 은, 동, 크롬, 전술된 재질을 두 가지 혼합한 합금, 혹은 전술된 재질을 두 가지 이상 혼합한 합금 중 하나를 사용할 수 있다.
해당 제1투광층(111), 제1전극층(112), 전기변색층(113), 제2전극층(114), 제2투광층(115)과 해당 반사막(116)을 미러 본체(11)로 조합하기 전에 우선 1:1의 몰 비율로 전술된 순서(6)에서 획득한 기변색 재료와 페나진 파생물을 울트라마린 용제 내에 넣어 전기변색 재료 용액을 획득한다. 여기서 설명할 만한 내용은 해당 전기변색 재료의 해당 전기변색 재료 용액 내의 농도는 250밀리몰/리터에서 4000밀리몰/리터 사이가 된다. 이어서 테두리 고무(seal agent)(110)(도2에 표시된 바와 같이)를 이용하여 제1전극층(112)을 갖춘 제1투광층(111) 및 제2전극층(114)과 반사막(116)을 갖춘 제2투광층(115)을 서로 겹쳐 교합시킨다. 이를 통해 제1투광층(111), 제1전극층(112), 전기변색층(113), 제2전극층(114), 제2투광층(115) 과 반사막(116)이 서로 겹쳐 결합됨으로서 미러 본체(11)로 완성이 되어진다.
여기서 반드시 보충 설명을 해야 할 부분은 테두리 고무(110)에는 특별히 충전구멍(117)이 개설되어 형성되고, 그로 인해 전술된 전기변색 재료 용액이 해당 충전구멍(117)을 통해 테두리 고무(110)로 둘러 쌓여진 용치 공간 내로 주입되고, 더 나아가 제1전극층(112)과 제2전극층(114) 사이에 해당 전기변색층(113)이 형성된다. 본 발명 내에서 해당 테두리 고무(110)는 광고체화 고무, 열고체화 고무 혹은 이 둘이 혼합물 중 하나를 사용할 수 있다. 또한 테두리 고무(110) 내에는 특별히 입자직경이 0.1에서 0.3밀리미터 사이인 복수 개의 유리구슬을 혼합하여 사용할 수 있고, 그 중 해당 유리구슬은 스페이서(spacer) 역할을 하며 전술된 용치공간이 제1투광층(111)과 제2투광층(115)이 서로 교합된 후에 생성될 수 있도록 하는 데 사용된다. 마지막으로 자외광 고체화 점교를 이용하여 충전구멍(117)을 막기만 하면 미러 본체(11)의 완제품이 완성된다. 더 나아가 미러 본체(11)를 프레임(10)에 삽입하면 방현미러(1)의 완제품이 완성되고, 이어서 해당 방현미러(1)의 반사율과 변색 속도를 테스트하면 된다. 이러한 테스트 결과는 아래 표(2)와 표(3)의 내용과 같다.
Figure 112017077621870-pat00023
Figure 112017077621870-pat00024
상기 표(2)와 표(3)의 내용을 비교해 보면, 방현미러(1) 변색 후의 반사율이 7.13%임을 쉽게 알 수 있고, 그 결과 자동차 운전자 입장에서 보면 해당 방현미러(1)는 양호한 방현 효능을 나타낸다고 할 수 있다. 또한 상기(1)과 표(3)을 서로 비교해 보면, 본 발명인 방현미러(1)의 변색 후 반사율은 심지어 타이완 특허 I265972호에서 게시된 전기변색 부품보다고 더 낮음을 알 수 있다.
상술된 내용에서 본 발명인 전기변색 재료 및 해당 전기변색 재료를 갖춘 방현미러에 관해 상세하게 설명을 하였으며, 이러한 설명 내용을 통해 본 발명은 아래와 같은 장점을 갖추고 있음을 알 수 있다.
(1) 타이완 특허 I265972호에 게시된 전기변색 재료와 비교해 보았을 때, 본 발명안은 비올로겐 화합물의 화학구조를 더욱 수식하여 높은 재료 합성회수율을 갖추고 제조 단가를 현저하게 낮출 수 있는 장점을 가진 전기변색 재료를 제공한다.
(2) 이와 동시에, 타이완 특허 I265972호에 게시된 전기변색 부품과 비교해 보았을 때, 본 발명안은 전기변색 재료를 갖춘 방현미러(1)를 제공하며, 변색 후 반사율의 효능으로 볼 때, 타이완 특허 I265972호에 게시된 전기변색 부품보다 탁월한 효과를 가진 부품을 제공한다.
상술한 내용은 또한 본 발명의 구체적인 실시예로 결코 이에 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 신청범위 내에서 가한 어떠한 첨가나 수정도 본 발명의 범위에 속함을 밝혀둔다.
본 발명의 효과를 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은 비올로겐 화합물의 화학구조를 수식하여 재료 합성회수율이 높고 제조 단가가 낮은 장점을 갖춘 전기변색 재료를 제공하는 한 편, 종래 기술에서 게시된 전기변색 부품과 다르게 전기변색 재료를 갖춘 방현미러를 제공함으로써 현저하게 탁월한 반사율 효능을 제공할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
1: 방현미러 10: 프레임 11: 미러 본체
A, B: 포인트 111: 제1투광층 112: 제1전극층
113: 전기변색층 114: 제2전극층 115: 제2투광층
116: 반사막 110: 테두리 고무 117: 충전구멍

Claims (11)

  1. 방현미러에 적용되는 전기변색 재료에 관한 것으로, 비올로겐 화합물(viologen compound)이며, 해당 비올로겐 화합물의 화학구조는 아래 화학식(1)에 표시된 바와 같고,
    화학식(1)
    Figure 112019007559875-pat00025

    그 중, 전술된 화학식(1) 내의 X1와 X2는 모두 할로겐이며, A-는 보상이온이고, 해당 보상이온은
    Figure 112019007559875-pat00044
    ,
    Figure 112019007559875-pat00045
    및
    Figure 112019007559875-pat00046
    중 하나가 될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기변색 재료.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 방현미러에 관한 것으로, 미러 본체를 포함하고 있으며, 해당 미러 본체는 제1투광층, 제1전극층, 전기변색층, 제2전극층, 제2투광층, 반사막을 포함하고 있으며,
    해당 제1전극층은 해당 제1투광층 상에 설치되고,
    해당 전기변색층은 제1전극층 상에 설치되며, 또한 해당 전기변색층은 전기변색 재료로 제작되며,
    해당 제2전극층은 해당 전기변색층 상에 설치되고,
    해당 제2투광층은 해당 제2전극상에 설치되고,
    해당 반사막은 제2투광층을 덮어 쓰는 구조로 설치되며,
    그 중, 해당 전기변색 재료는 비올로겐 화합물(viologen compound)이고, 해당 비올로겐 화합물의 화학구조는 아래 화학식(1)에 표시된 바와 같으며,
    화학식(1)
    Figure 112019007559875-pat00033

    그 중, 전술된 화학식(1) 내의 X1와 X2는 모두 할로겐이며, A-는 보상이온이고, 해당 보상이온은
    Figure 112019007559875-pat00047
    ,
    Figure 112019007559875-pat00048
    및
    Figure 112019007559875-pat00049
    중 하나가 될 수 있고,
    해당 전기변색층을 둘러싸는 테두리 고무를 더 포함하고,
    해당 테두리 고무는 해당 제1전극층을 갖춘 제1투광층 및 해당 제2전극층을 갖춘 제2투광층이 서로 겹쳐져 접합되는데 사용되는 것을 특징으로 하는 방현미러.
  5. 제4항에 있어서, 해당 방현 미러는 프레임을 더 포함하고, 미러 본체를 그 내부에 용치시키는 것을 특징으로 하는 방현미러.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제4항에 있어서, 해당 제1투광층과 해당 제2투광층의 재질은 투명유리 혹은 투명아크릴 중 하나를 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 방현미러.
  9. 제4항에 있어서, 해당 반사막의 재질은 알루미늄, 은, 동, 크롬, 전술된 재질을 두 가지 혼합한 합금, 혹은 전술된 재질을 두 가지 이상 혼합한 합금 중 하나를 사용할 수 있는 것을 특징으로 하는 방현미러.
  10. 삭제
  11. 제4항에 있어서, 해당 테두리 고무에는 상기 전기변색 재료가 용액 형태로 주입되는 충전구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 방현미러.
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