KR102446429B1 - 그래핀 복합시트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그래핀 복합시트에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 낮은 제조원가를 가지면서도 높은 열전도도 및 전자파 차폐효과를 얻을 수 있고, 그라파이트를 주요 재질로 하여 원적외선 방사효과를 얻으면서도 높은 내구성을 가질 수 있고, 다양한 기능성 물질을 다층으로 접합시켜 열전도도, 전자파 차폐, 방수효과를 포함하여 다양한 기능을 갖는 그래핀 복합시트에 대한 것이다.

Description

그래핀 복합시트{Graphene multi-functional sheet}

본 발명은 열전도도 향상, 전도성을 갖는 재질을 통해 전자파 차폐 등 다양한 기능을 수행하는 여러 층의 기능성막으로 이루어진 복합시트에 대한 것으로, 매트리스나 안마기, 온열매트, 방석 등 인체와 직접 접촉하거나 사용자가 사용하는 기구물의 외피에 사용되는 시트에 열전도도를 향상시키고 전기 전도성을 가져 전자파 차폐효과를 가지며 원적외선 등 인체에 유용한 효과를 발생시키는 복합적인 기능을 같는 다층시트에 대한 것이다.

최근 업무환경의 변화 및 과도한 스트레스에 따라 근골격계에 질환이 발생하거나 성인병이 빈발하여 근골격계 질환 치료와 성인병 예방 등 건강에 대한 관심이 높아지고 있고, 이러한 근골격계 질환 치료 뿐만 아니라 피로 회복을 위해 온열매트 등 내부에 온열을 위한 히터를 내장한 온열패드에 대한 관심이 커지고 있다. 이러한 온열패드는 온열치료를 그 기본 목적으로 하고 있지만 내부에 마련된 히터에서 발생하는 전자기파를 차폐하는 것이 중요하고 국부적으로 마련된 히터에서 발생하는 열을 온열패드 전체에 전파하는 것이 에너지 효율 측면에서 중요할 뿐만 아니라 건강에 도움을 준다는 측면에서 중요하다. 또한, 원적외선이 온열치료의 효과를 극대화하고 인체에 유익한 효과를 준다고 알려져 있어 원적외선 방사를 위한 바이오 세라믹을 부가적으로 포함하는 매트리스가 보급되고 있다.

하지만 종래 부가적인 목적으로 기능성 물질이 사용되는 경우 단순히 기능성 물질을 특정 공간에 보관하거나 제품에 부착하는데 불과함에 따라 기능성 물질의 효과가 제대로 발현되기 어렵고 특정 기능성 물질을 단독으로 사용함에 따라 복합적인 효과를 얻지 못하는 문제가 있다.

또한, 등록실용신안 20-0211910호에는 바이오세라믹이 구비된 맛사지기가 개시되어 있는데 등록실용신안 20-0211910호에 개시된 맛사지기는 맛사지구의 안마돌기에 바이오 세라믹을 코팅하여 맛사지기를 통해 마사지를 할 때 원적외선을 방출하여 마사지효과를 향상시키는 것으로 단일 기능성 물질만을 부가하여 해당 기능성 물질의 효과만을 나타낼 뿐 다른 기능성 물질이 적용된 것이 아닐 뿐만 아니라 다양한 기능성 물질을 복합 적용하지 않았기 때문에 다양한 기능성 물질이 유기적으로 결합되어 복합적인 상승효과를 발생시키지 못하는 문제점이 있다

또한, 탄소를 주성분으로 하는 그래핀이 열전도도 뿐만 아니라 전기 전도성도 높아 온열패드에 적용하기에 바람직한 물질이지만 그래핀 자체가 매우 고가의 물질로서 온열패드 전체에 적용하는 것이 어렵고, 그라파이트가 열전도도 및 전기 전도성 측면에서 높은 효율성을 갖지만 부스러지기 쉬운 재질로서 높은 내구도가 요구되는 매트리스 등에 적용하는 것이 불가능한 문제가 있다.

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본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 낮은 제조원가를 가지면서도 높은 열전도도 및 전자파 차폐효과를 얻을 수 있고, 그라파이트를 주요 재질로 하여 원적외선 방사효과를 얻으면서도 높은 내구성을 가질 수 있고, 다양한 기능성 물질을 다층으로 접합시켜 열전도도, 전자파 차폐, 방수효과를 포함하여 다양한 기능을 갖는 그래핀 복합시트를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 그래핀 복합시트는 다층구조의 복합시트에 있어서, 전도성을 갖는 기능성 물질을 주성분으로 하는 제1기능성막과, 상기 제1기능성막의 양면에 부착되어 제1기능성막이 파손되는 것을 방지하기 위한 보호막과, 상기 보호막의 양면 중 일면에 마련되어 상기 제1기능성막의 주성분과 다른전도성 물질이 포함되는 제2기능성막을 포함한다.

또한, 상기 제1기능성막은 탄소를 주성분으로 하는 그라파이트(graphite), 플러렌(fullerene), 탄소나노튜브(carbon nanotube) 중 어느 하나를 주성분으로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1기능성막의 양면에 제1기능성막의 파손을 방지하기 위한 보호막은 PET(Polyethylene Terephthalate), PU(Polyurethane), PI(Polyimide)를 포함하는 플라스틱 재질의 필름인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2기능성막은 탄소를 주성분으로 하는 그래핀을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2기능성막은 상기 그래핀과 함께 바이오 세라믹 분말, 자성을 갖는 물질을 포함하는 인체에 유용한 효과를 주는 보조 기능성 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2기능성막은 직물 재질로 이루어지고 상기 그래핀은 상기 직물 재질의 제2기능성막의 일면에 코팅막으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2기능성막의 양면 중 일면에 보호막과의 접착력을 높이기 위해 균일한 표면을 갖는 코팅막을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 코팅막은 방수 기능을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2기능성막은 상기 제1기능성막의 양면에 부착되는 보호막의 양측면 모두에 마련되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 구성의 본 발명은 저렴한 제조원가를 가지면서도 높은 열전도도와 전자파 차폐효과 및 원적외선 방사효과를 얻을 수 있고,

또한, 그라파이트와 그래핀을 적용하여 다층 시트로 구성하고 플라스틱 재질의 필름을 적용하여 높은 내구성을 갖는 전도성 복합시트를 제조할 수 있고,

또한, 필요 시 방수층을 형성하여 높은 방수효과 뿐만 아니라 합착 과정을 용이하게 수행할 수 있고,

또한, 직물 재질의 시트 형태로 제작되어 다양한 생활용품에 별도의 제조과정 변화 없이 적용시킬 수 있어 사용이 편리한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀 복합시트의 측면도이고,
도 2는 본 발명의 그래핀 복합시트의 제작 과정의 일례를 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 그래핀 복합시트를 본딩을 통해 제작하는 과정을 나타내는 일례이고,
도 4는 본 발명의 그래핀 복합시트의 제2기능성막을 나타내는 사시도이고,
도 5는 본 발명의 그래핀 복합시트의 제2기능성막을 나타내는 측면도이다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명에 따른 그래핀 복합시트에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀 복합시트의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 그래핀 복합시트의 제작 과정의 일례를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 그래핀 복합시트를 본딩을 통해 제작하는 과정을 나타내는 일례이고, 도 4는 본 발명의 그래핀 복합시트의 제2기능성막을 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 그래핀 복합시트의 제2기능성막을 나타내는 측면도이다.

본 발명의 그래핀 복합시트는 그래핀과 같이 열전도성 및 전기전도성이 뛰어난 물질을 주성분으로 하여 내부에 히터와 같은 열원에서 발생한 열을 시트 전체로 빠르고 효율적으로 전파시키면서 내부에서 발생한 전자기파를 효과적으로 차단할 수 있는 그래핀 복합시트에 대한 것이다. 최근 근골격계 질환 치료와 성인병 예방 등 건강에 대한 관심이 높아지고 있고, 이러한 근골격계 질환 치료 뿐만 아니라 피로 회복을 위해 온열매트 등 내부에 온열을 위한 히터를 내장한 온열패드에 대한 관심이 커지면서 온열매트의 보급이 확대되고 있지만 열원에서 발생한 열을 매트 전체로 퍼뜨리는데 오랜 시간이 걸리고 매트의 어느 부분은 뜨겁고 어느 부분은 차가워 사용 용이성이 떨어지고 바이오 세라믹과 같이 인체에 유용한 효과를 주는 물질이 별도로 수납되어 효과의 전달성이 떨어지는 문제가 있어왔다. 본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결한 것으로 저렴한 가격으로 그래핀의 효과를 극대화하면서도 바이오 세라믹, 자성 물질을 혼합하여 복합적인 기능을 수행할 수 있는 그래핀 복합시트에 대한 것이다.

본 발명의 그래핀 복합시트는 내구성은 다소 떨어지더라도 전도성이 뛰어난 기능성 물질을 주성분으로 하는 제1기능성막(100)과, 제1기능성막(100)의 내구성을 보완하고 다층 구조의 그래핀 복합시트의 제작을 용이하게 할 수 있도록 제1기능성막(100)의 양면에 부착되는 보호막(200a, 200b)과, 보호막(200a, 200b)의 양면 중 일면에 부착되고 제1기능성막(100)의 주성분과 다른 전도성 물질을 포함하는 제2기능성막(300)을 포함하여 이루어진다.

본 발명의 제1기능성막(100)은 본 발명의 그래핀 복합시트의 중앙에 마련되며 전도성을 갖는 기능성 물질을 주성분으로 하여 본 발명의 그래핀 복합시트가 높은 열전도성을 갖고 전자기파를 차폐하도록 하는 구성이다. 제1기능성막(100)은 전도성을 갖는 기능성 물질을 주성분으로 하는 막형태로 구성되되 시트 형태로 이루어질 수도 있고 기능성 물질을 압착하여 만들어진 형태로 이루어질 수도 있지만 기본적으로 막의 형태로 형성하는 것이 바람직하다. 이렇게 막 형태로 형성하게 되면 열전도성을 극대화할 수 있고 막 전체에서 전자파를 차폐할 수 있어 본 발명의 효과를 극대화할 수 있지만 그래핀과 같이 고가의 물질을 채용할 경우 제조원가가 상승하는 단점이 있다. 제1기능성막(100)은 전도성을 갖는 기능성 물질이면 어느 것이든 상관없지만 탄소를 주성분으로 하는 그라파이트(graphite), 플러렌(fullerene), 탄소나노튜브(carbon nanotube) 중 어느 하나를 주성분으로 하는 것이 바람직하고 제조원가 측면에서 그라파이트를 쓰는 것이 바람직하다. 다만, 그라파이트의 경우 경도가 약하기 때문에 내구성이 떨어지는 단점이 있지만 아래에서 설명할 보호막(200a, 200b)으로 내구성을 보완할 수 있다.

본 발명의 보호막(200a, 200b)은 제1기능성막(100)의 양면에 부착되어 제1기능성막(100)이 파손되는 것을 방지하는 구성이다. 앞서 설명한 바와 같이 그라파이트와 같이 내구성은 떨어지면서도 전도성은 뛰어나고 원가가 저렴한 물질을 쓰거나 기능성 물질을 압착하여 제1기능성막(100)을 형성하게 되면 전도성 효과를 극대화할 수 있지만 내구성은 떨어지는 문제가 있어 제1기능성막(100)의 양면에 부착하여 제1기능성막(100)의 내구성을 보완할 수 있는 물질이면 어느 것을 사용하든 문제는 없다. 다만, PET(Polyethylene Terephthalate), PU(Polyurethane), PI(Polyimide)를 포함하는 플라스틱 재질의 필름을 보호막(200a, 200b)으로 사용할 경우 제조원가를 낮게할 수 있고, 제1기능성막(100)의 내구성을 보완할 수 있으면서 제1기능성막(100)과 보호막(200a, 200b)의 결착을 매우 용이하게 할 수 있어 제작과정을 간소화할 수 있으면서도 제조비용을 절약할 수 있는 장점이 있다. 또한, 아래에서 설명할 제2기능성막(300)과의 결착을 용이하게 할 수 있는 장점도 있고, 본 발명의 그래핀 복합시트의 방수성능을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 제2기능성막(300)은 본 발명의 그래핀 복합시트가 전도성이 높은 특징과 더불어 원적외선 방사효과를 포함하여 인체에 유용한 효과를 주기위한 물질을 혼합하여 복합적인 기능을 갖도록 하고 온열매트를 포함하여 인체에 접촉되는 기기의 외피로 본 발명의 그래핀 복합시트가 사용될 수 있도록 직물 재질인 구성이다. 일단, 제2기능성막(300)에는 원적외선 방사효과를 포함하여 인체에 유용한 효과를 주기위해 그래핀을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다. 그래핀은 그라파이트에 비해 전도성이 뛰어나지만 중량당 비용이 매우 비싸기 때문에 대량으로 사용하기에 제조원가 상승의 문제가 있다. 본 발명은 이러한 제조원가의 문제를 극복하기 위해 제2기능성막(300)에 도 5와 같이 그래핀 물질이 포함된 그래핀 코팅막(310)을 형성하여 그래핀의 효과를 극대화하면서도 제조원가를 낮출 수 있도록 하였다. 도 5와 같이 그래핀 코팅막(310)을 형성할 수도 있지만 그래핀이 포함된 원료물질을 액상으로 마련하고, 직물재질의 제2기능성막(300)에 바른다면 제2기능성막(300)의 내부로 원료물질이 흡수되어 고정됨으로써 제2기능성막(300)이 이루고자 하는 기능을 내도록 할 수도 있다. 이렇게 제2기능성막(300)의 내부에 그래핀이 흡수 고정되도록 한다면 직물의 질감을 그대로 유지할 수 있고 다양한 디자인으로 제작할 수 있어 유용성을 극대화할 수 있다. 그래핀 코팅막(310) 또는 원료물질에는 바이오 세라믹을 혼합하거나 자성을 갖는 물질을 혼합한다면 전도성뿐만 아니라 인체에 유용한 효과를 복합적으로 전달할 수 있는 장점이 있다. 바이오 세라믹의 경우 세라믹의 일종으로 생체 적합성이 있는 세라믹을 일컫는 물질로서 세라믹의 특성 상 내구성이 뛰어나 인공치아 또는 인공뼈에 사용되는 대표적인 의료용 재료이다. 바이오 세라믹은 항균 효과, 탈취 효과, 항곰팡이, 원적외선 방사 효과 등 다양한 효과를 발생시켜 본 발명의 그래핀 복합시트의 기능을 극대화할 수 있다. 또한, 자성을 갖는 물질은 인체의 혈액순환을 도와주고 피로회복을 빠르게 할 수 있는 특징이 있다. 그래핀 코팅막(310) 제2기능성막(300) 전체에 걸쳐 마련될 수도 있지만 일정한 패턴으로 일부에 형성하더라도 제1기능성막(100)에 의한 전도성 효과가 이루어지므로 효과 상의 큰 문제가 없는 반면 일정한 패턴으로 디자인적 요소를 가미할 수 있는 장점이 있다.

제2기능성막(300)의 일면은 보호막(200a, 200b)과 결착되어야 하는데 이러한 결착은 아크릴과 같은 본딩물질(330)을 통해 이루어지는데 제2기능성막(300)이 직물재질로 이루어지는 경우 본딩물질(330)이 제2기능성막(300)으로 흡수되므로 결착효율이 떨어지고 제조 후 파손되는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제 발생을 방지하기 위해 제2기능성막(300)의 일면을 균일한 표면을 갖도록 코팅막(320)을 형성하는 것이 바람직하다. 이를 통해 본딩물질(330)에 의한 결착의 효율성을 높일 수 있고 제작과정을 단순화할 수 있어 제조원가를 낮출 수 있는 효과가 있다. 또한, 보호막(200a, 200b) 중 어느 한 면을 본딩물질(330)이 양쪽에 마련된 양면테이프로 구성하면 단순한 롤러 압착을 통해 제1기능성막(100)과 제2기능성막(300)을 결합할 수 있어 제조과정을 단순화할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 그래핀 복합시트를 양면에 제2기능성막(300)을 결착한다면 하나의 원단처럼 활용할 수 있으므로 적용할 기기를 보다 다양하게 구성할 수 있고 전도성, 인체에 유용한 효과 등 본 발명의 그래핀 복합시트의 기능을 극대화할 수 있다.

제1기능성막 : 100 보호막 : 200a, 200b
제2기능성막 : 300 그래핀 코팅막 : 310
코팅막 : 320

Claims (9)

1. 다층구조의 복합시트에 있어서,
   전도성을 갖는 그라파이트(graphite), 플러렌(fullerene), 탄소나노튜브(carbon nanotube) 중 어느 하나로 이루어진 제1기능성막과,
   상기 제1기능성막의 양면에 부착되어 제1기능성막이 파손되는 것을 방지하기 위한 보호막과,
   상기 보호막의 양면 중 일면에 마련되어 상기 제1기능성막을 형성하는 전도성 물질과 다르면서 그래핀이 포함된 전도성 물질을 추가한 직물재질의 제2기능성막을 포함하되,
   제2기능성막의 양면 중 보호막과 접착되는 일면에는 보호막과의 접착력을 높이기 위해 균일한 표면을 갖는 코팅막이 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 복합시트.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에서,
   상기 제1기능성막의 양면에 제1기능성막의 파손을 방지하기 위한 보호막은 PET(Polyethylene Terephthalate), PU(Polyurethane), PI(Polyimide)를 포함하는 플라스틱 재질의 필름인 것을 특징으로 하는 그래핀 복합시트.
   
4. 삭제
5. 청구항 1에서,
   상기 제2기능성막은 상기 그래핀과 함께 바이오 세라믹 분말, 자성을 갖는 물질 중 어느 하나가 포함되는 보조 기능성 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀 복합시트.
   
6. 청구항 1에서,
   상기 그래핀은 상기 직물 재질의 제2기능성막의 일면에 코팅막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 복합시트.
   
7. 삭제
8. 청구항 1에서,
   상기 코팅막은 방수 기능을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 그래핀 복합시트.
   
9. 청구항 1에서,
   상기 제2기능성막은 상기 제1기능성막의 양면에 부착되는 보호막의 양측면 모두에 마련되는 것을 특징으로 하는 그래핀 복합시트.

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