KR102185386B1 - 실내 환경 유해 물질 진단을 위한 패치형 진단 및 관리 기술 - Google Patents
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Abstract
진단형 패치는, 베이스 필름(PET film), 백색 도료층, 감지물질층, 감지물질 보호층 및 내오염 코팅층을 포함한다. 이를 이용하여 포름알데히드, 이산화탄소, 일산화탄소, 톨루엔, 암모니아 등과 같은 유해물질을 개별적으로 감지하여 실내 공기질 관리 기준에 부합하는 농도를 가시적으로 알려주고, 그 정량을 스마트폰과 연계하여 위험 경보를 알려주는 시스템을 구축할 수 있다.
Description
본 발명은 유해 물질 진단 기술에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 실내 환경 유해 물질 진단을 위한 진단형 패치 및 이를 이용한 진단 시스템에 관한 것이다.
최근, 건축 자재나 가구 등과 같이 실생활에서 쉽게 접할 수 있는 접착제, 페인트, 벽지, 바닥재 등으로부터 방출되는 포름알데히드나 휘발성 유기화합물(VOC)에 기인한 실내 공기 오염이 심각한 사회적 문제로 대두되고 있다.
이에 따라, 실내공기질 오염 감지 장치의 문제를 해결하기 위해 화학 소재를 활용하여, 간편하게 간이록 측정하거나, 고감도 패치 기술의 개발로 사용자가 쉽게 알 수 있도록 할 필요성이 증가하고 있다.
기존의 감지 장치의 경우, 건축물 내부에 설비를 설치하여 장기간 가스를 감지 후 안전도를 파악하는 방법을 채택하고 있는데, 장비가 고가이고, 휴대성, 감지 성능 등이 낮다는 문제점이 있다.
본 발명의 일 과제는, 위와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 대형, 고가의 부대 장비 없이 정성적인 물리화학 특성으로 현장에서 즉각적으로 감지 및 진단이 가능한 고감도 진단 패치를 제공하기 위한 것이다.
상술한 본 발명의 일 과제를 달성하기 위한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 진단형 패치는, 베이스 필름(PET film), 백색 도료층, 감지물질층, 감지물질 보호층 및 내오염 코팅층을 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예들에 따르면, 포름알데히드, 이산화탄소, 일산화탄소, 톨루엔, 암모니아 등과 같은 유해물질을 개별적으로 감지하여 실내 공기질 관리 기준에 부합하는 농도를 가시적으로 알려주고, 그 정량을 스마트폰과 연계하여 위험 경보를 알려주는 시스템을 구축할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단형 패치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단형 패치의 내오염 코팅층에 사용될 수 있는 셀룰로오즈 나노파이버의 화학 구조식을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단형 패치의 내오염 코팅층에 사용될 수 있는 셀룰로오즈 나노파이버의 내오일성 개선 효과를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패치 및 스마트폰을 이용한 진단 방법을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 진단형 패치의 내오염 코팅층에 사용될 수 있는 셀룰로오즈 나노파이버의 화학 구조식을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단형 패치의 내오염 코팅층에 사용될 수 있는 셀룰로오즈 나노파이버의 내오일성 개선 효과를 설명하기 위한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패치 및 스마트폰을 이용한 진단 방법을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 진단형 패치 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진단형 패치를 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 다른 진단형 패치는, 베이스 필름(PET film), 백색 도료층, 감지물질층, 감지물질 보호층 및 내오염 코팅층을 포함할 수 있다.
상기 감지 물질층은, 감지 대상에 따라 다양한 감지 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 포름알데하이드 감지 물질은 주로 BCP, MR, 4-NP 와 같은 pH 인디케이터 물질을 기반으로 하며, 고분자 메트릭스로는 폴리(MMA-co-GMA) 공중합체를 이용할 수 있다.
예를 들어, BCP, MR, 4-NP 를 각각 제조된 고분자 메트릭스와 혼합하여, 1차 코팅을 실시하고, 1차 코팅된 필름 위에, 2차 코팅으로 PEI 고분자를 코팅함으로써, 포름알데하이드 감지 물질층을 형성할 수 있다. 상기와 같이 PEI 고분자를 2차로 코팅함으로써 포름 알데하이드가 PEI 와 반응함에 따라, 감지 필름의 pH 를 변화시키게 할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 감지 물질은 이산화탄소 감지 물질을 포함할 수 있다. 이산화탄소는 기본적으로 산성을 띄는 가스이기 때문에, pH 변화를 유발시키며, 변화된 pH 는 pH 인디케이터가 변색으로 감지를 할 수 있다.
이를 위한 pH 인디케이터로써, 크레졸 레드를 사용할 수 있으며, 사차 암모늄염과의 이온 페어링을 통해, 소수성으로 개질될 수 있다. 이후, 유기 용매와 바인더의 역할을 하는 우레탄, 그리고 필름을 염기성으로 만들어주기 위한 유기 염기인 DBU 를 혼합하여 이산화탄소 감지물질층을 형성할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 감지 물질은 일산화탄소 감지 물질을 포함할 수 있다.
일산화탄소 감지 물질의 경우, pH 인디케이터 물질 중 하나인 페놀프탈레인을 이용할 수 있다. 페놀프탈레인은 화학적 구조에 따라, 그 색상이 달리 나타나게 되는데, 이러한 페놀프탈레인의 화학적 구조를 변화시키기 위한, 촉매 물질로 팔라듐을 이용할 수 있다.
팔라듐은 산화수가 +2 에서는 활성을 띄지 않지만, 외부 환원제에 의해 산화수가 0 (zero) 가 되면, 활성을 갖는다. 이 때, 팔라듐의 산화수를 +2 에서 0 으로 환원시켜주는 외부 환원제의 역할을 일산화탄소가 할 수 있다. 결과적으로, 일산화탄소에 의해 활성화된 팔라듐이 페놀프탈레인의 화학적 구조를 변화시켜, 변색을 유발할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 감지 물질은 톨루엔 감지 물질을 포함할 수 있다. 유기 인광 물질인 Br6-Br6A 라는 인광 물질은 고분자 메트릭스인 PEMA 와의 할로겐 결합을 통해, Br6-Br6A 와 결정화를 이루게 되며, 이 상태에서 인광 성질을 갖는다.
PEMA 는 톨루엔에 대하여, 매우 친화력이 높은 고분자 중 하나로, 톨루엔에 노출이 되면, PEMA 가 톨루엔을 흡수하여 부풀어오른다. 이와 같이, 톨루엔에 의해 부풀어 오른 PEMA 는 Br6-Br6A 와의 할로겐 결합을 하지 못하게 되며, 그 결과, 인광물질인 Br-Br6A 의 결정화 구조가 깨어져 인광 성질을 잃게 된다. 이러한 인광 변화를 통해, 톨루엔을 감지할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 벤젠 등을 감지하기 위하여, 상기 감지 물질층은 컨쥬게이트 고분자인 폴리 디아세틸렌 (polydiacetylene, PDA)을 포함할 수 있다.
PDA는 화학적 자극에 의해 색이 푸른색에서 붉은색으로 변하는 특성을 갖는다. 예를 들어, 벤젠과 높은 친화력을 가진 고분자 메트릭스를 선정하여 PDA 혼합을 통해, 감지물질층을 형성할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 감지 물질은 암모니아 감지 물질을 포함할 수 있다. 암모니아 감지 물질로는 pH 인디케이터 중에, 페놀기를 가진 물질을 이용할 수 있다. 예를 들어, 브로모 티몰 블루, 페놀 레드와 같이, pH 인디케이터 중에 페놀기를 가진 물질이 이용될 수 있으며, pH 인디케이터 단독으로는, 암모니아에 대한 민감도가 충분하지 않기 때문에, 셀룰로오스 섬유에 에폭시 실란을 개질하여, pH 인디케이터의 메트릭스로 활용할 수 있다.
인쇄조성물은 기재인 PET 상부에 적용되며 시인성을 위한 백색 하도층, 감지소재가 포함되는 중도층, 감지소재 보호 및 내오염성을 부여하는 상도층으로 구분 될 수 있다.
유해물질 감응력에 영향을 주지 않기 위해 중/상도에 해당되는 인쇄조성물에은 가스 투과성이 필요하다. 가스투과성은 단위면적/단위시간당 필름을 통과하는 기체의 부피로 정의되며 고분자의 구조, 극성, 경도에 따라서 달라질 수 있다.
고분자의 구조적인 측면에서 가교밀도가 낮을수록, 즉 망상구조의 고분자보다 사슬형구조의 고분자가 가스투과성이 우수하며, 또한 고분자의 유리전이온도(Tg)가 낮을수록 가스투과성이 우수할 수 있다.
예를 들어, 유연성, 외관 및 건조성을 고려하였을 때, 상기 인쇄 조성물은 폴리우레탄 수지 또는 아크릴수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 가스투과성 합성수지로 유리전이온도(Tg) 10~30℃ 수준의 1액형 아크릴수지를 이용할 수 있다.
예를 들어, 상기 아크릴 수지는 butyl acrylate, methyl methacrylate, hydroxyethyl methacrylate, glycidyl methacrylate 등과 같은 모노머로부터 얻어질 수 있다.
상기 아크릴 수지는 PET 필름에 인쇄 가능하고, 무색을 가지며, 중성 pH를 가지고, 높은 가스 투과도 및 열적 내구성을 확보할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 상도층은 내오염 코팅층으로서 실리콘변성 아크릴수지 또는 셀룰로오즈 나노파이버를 포함할 수 있다. 상기 셀룰로오즈 나노파이버를 포함하는 보호층은, 가스투과도가 높고, 투명하며, 물과 기름 등의 오염을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 유해물질 유무에 따른 색 변화 정보 분석 및 스마트폰 카메라 연동할 수 있다. 예를 들어, 유해물질 감지소재로부터 변화된 색의 색차계 색 인지 정보를 바탕으로 색 변화 정보를 분석하고, ΔLab* 및 RGB 중 스마트폰이 감지 가능한 방식을 선정하여 색 변화 좌표 인식을 연동시킬 수 있다.
또한, 색변화 좌표를 바탕으로 스마트폰 카메라가 색 변화 정보 제공이 가능한 어플리케이션에 활용될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (4)
- 베이스 필름;
상기 베이스 필름 위에 배치되는 백색 도료층;
상기 백색 도료층 위에 배치되며 고분자 매트릭스와 감지물질을 포함하는 감지물질층;
부틸 아크릴레이트(butyl acrylate), 메틸 메타크릴레이드(methyl methacrylate), 히드록시에틸 메타크릴레이트(hydroxyethyl methacrylate) 및 글리시딜 메타크릴레이트(glycidyl methacrylate)를 포함하는 단량체로부터 얻어지고 유리전이온도가 10~30℃이고 중성 pH를 갖는 아크릴 수지를 포함하고, 상기 감지물질층 위에 배치되는 감지물질 보호층; 및
상기 감지물질 보호층 위에 배치되며 셀룰로오즈 나노파이버를 포함하는 내오염 코팅층을 포함하는 유해 물질 진단용 패치. - 제1항에 있어서, 상기 베이스 필름은 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해 물질 진단용 패치.
- 제1항에 있어서, 상기 감지 물질은 포름알데하이드 감지 물질, 이산화탄소 감지물질, 일산화탄소 감지물질, 톨루엔 감지물질, 벤젠 감지물질 및 암모니아 감지물질 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유해 물질 진단용 패치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 유해 물질 진단용 패치; 및
상기 유해 물질 진단용 패치의 색 변화를 인식하고 분석하여 유해 물질 정보를 제공하는 스마트폰을 포함하는 유해 물질 진단 시스템.
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| KR1020190178935A KR102185386B1 (ko) | 2019-12-31 | 2019-12-31 | 실내 환경 유해 물질 진단을 위한 패치형 진단 및 관리 기술 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR20160011128A (ko) * | 2014-07-21 | 2016-01-29 | 가천대학교 산학협력단 | 유해물질 검지 유니트 및 그 제조방법 |
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2019
- 2019-12-31 KR KR1020190178935A patent/KR102185386B1/ko active IP Right Grant
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