KR102490803B1

KR102490803B1 - 개질된 폴리비닐부티랄을 이용한 카본전극 및 이를 이용한 응용제품

Info

Publication number: KR102490803B1
Application number: KR1020200083763A
Authority: KR
Inventors: 김준서; 안다혜; 손경철; 박상기; 박종진
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2020-07-07
Filing date: 2020-07-07
Publication date: 2023-01-20
Also published as: KR20220005950A

Abstract

본 발명은 아세탈 폴리머, 그 제조방법 및 이를 이용한 카본분산기술에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 아세탈기의 접착성은 유지하면서 카본물질의 분산성을 극대화 시킬 수 있는 특성을 가진 개질된 폴리비닐부티랄, 그 제조방법, 상기 개질된 폴리비닐부티랄을 포함하는 카본분산액, 상기 카본분산액을 포함하는 카본전극 및 상기 카본전극을 포함하는 응용제품에 관한 것이다.

Description

개질된 폴리비닐부티랄을 이용한 카본전극 및 이를 이용한 응용제품{Carbon electrode using modified polyvinyl butyral and application product using the same}

카본은 다양한 동소체를 가지고 있으며 흑연, 다이아몬드, 비정질 탄소, 그래핀, 풀러렌, 론스달라이트, 유리상 탄소, 탄소 나노폼, 선형 아세틸렌성 탄소 등이 있다. 비정질 탄소는 탄소 원자들이 결정 구조를 이루지 못하고 불규칙한 비정질 상태로 존재하는 것으로 분말 형태이며, 목탄, 카본 블랙(그을음), 활성탄의 주재료이다. 신물질인 풀러렌은 주로 합성하여 연구에 사용되며, 풀러렌에는 버크민스터풀러렌, 탄소 나노튜브, 탄소 나노돌기, 탄소 나노섬유 등이 있다. 모든 카본 동소체들은 상온에서 고체이며, 반응성이 큰 산소와 반응할 때도 높은 온도가 필요할 정도로 화학적으로 쉽게 반응하지 않는다.

이러한 카본을 전도성을 기준으로 크게 전도성 카본과 그을음으로 구분할 수 있는데, 필러로 이용되는 대표적인 물질로 고분자 바인더와 혼합하여 물리적, 전기적 성능을 향상시키기 위한 목적으로 사용될 수 있다. 특히, 광범위한 미세 다공성 구조를 가지고 있는 전도성 카본은 담지 및 흡착 성능이 뛰어나 촉매 또는 미세먼지 및 가스 오염 물질을 흡착하기 위한 소재로 이용되고 있다.

전도성 카본은 주로 파우더 형태로 존재하기 때문에 전도성 잉크, 전도성 페이스트, 시트 등으로 응용하기 위해서 고분자 바인더가 필요하다. 그러나 기존의 고분자 바인더들을 이용했을 때 상용화 수준의 전도도를 얻기 위해 필요한 conductive network를 형성하기 위해서는 전체 조성물의 총량을 기준으로 최소 20wt% 이상의 전도성 카본 물질을 사용해야 한다.

그런데, 전도성 카본은 비용이 높기 때문에 경제성을 확보하기 위해서 적은 전도성 카본이 포함되거나 전도성이 낮은 카본이 사용되더라도 상용화 수준의 전도도 성능을 확보할 수 있는 기술이 필요하다.

대한민국 특허공개번호 제1002019-0091833호

본 발명자들은 다수의 연구결과 아세탈기의 접착성은 유지하면서 카본물질의 분산성을 극대화 시킬 수 있는 특성을 가진 개질된 폴리비닐부티랄, 그 제조방법 및 이를 이용한 카본분산액을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다

따라서, 본 발명의 목적은 무수물(anhydride)을 이용하여 PVB 측쇄에 카복실 그룹을 도입시킴으로써 아세탈기의 접착성은 유지하면서 카본의 분산성을 향상시킬 수 있는 개질된 PVB(modified poly vinyl butyral: mPVB) 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 mPVB를 포함함으로써 응집 현상 없이 카본의 분산성이 극대화되어 전도성 카본이 아닌 경우에도 상용화 수준의 전도성을 나타낼 뿐만 아니라, 전도성 카본의 경우 기존 최소 사용함량인 20중량%보다 적게 사용되어도 PERCOLATION NETWORK를 형성시켜 상용화 수준의 전도도를 나타낼 수 있는 카본분산액, 상기 카본분산액으로 형성된 카본코팅층을 포함하는 카본전극 및 상기 카본전극을 포함하는 에너지저장장치, 센서 및 흡착재 등 각종 응용제품을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 mPVB를 포함하는 카본분산액에 가교제가 일정비율로 더 첨가되어 mPVB에 포함된 작용기들을 서로 가교시키고 네트워크를 형성함으로써 one way 방식의 형상기억 특성을 갖는 형상기억 카본분산액 및 형상기억 카본분산액으로 형성된 형상기억 카본코팅층의 형상변경방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 상세한 설명의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 목적 역시 당연히 포함될 수 있을 것이다.

상술된 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하기 화학식1을 갖는 개질된 폴리비닐부티랄(Modified Polyvinyl butyral: mPVB)을 제공한다.

[화학식1]

여기서 n=0.61, m=0.03, i=0.076, k=0.284이고, R은 탄소수 2, 3의 알킬렌기, 탄소수 2, 3의 페닐렌기, 이중결합을 포함하는 탄소수 14의 알케닐렌기 또는 탄소수 2의 알케닐렌기이다.

또한, 본 발명은 폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral:PVB) 및 무수물(Anhydride)을 용매에 첨가하고 용해시켜 전구체용액을 제조하는 용해단계; 상기 전구체용액에 포함된 상기 PVB로 상기 무수물 유래 -COOH을 도입시키는 개질단계; 및 상기 개질단계에서 얻어진 개질된 폴리비닐부티랄(mPVB)을 수세하여 건조하는 단계;를 포함하는 개질된 폴리비닐부티랄 제조방법을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 전구체용액에 포함된 PVB 및 무수물로 구성된 용질과 상기 용매의 중량비는 5~9 : 13~17이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 용질은 PVB 100중량부 당 무수물 10중량부 내지 60중량부로 구성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 개질단계는 상기 전구체 용액을 75℃ 내지 95℃에서 150 내지 250 rpm으로 교반하여 수행된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 무수물은 Succinic anhydride, Phthalic anhydride, Glutaric anhydride, (2-dodecen-1-yl)succinic anhydride, Dodecenyl-succinic anhydride, maleic anhydride로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 용해단계에서 사용되는 용매는 EtOH, DMF, Acetone, Toluene, Methanol 로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상이다.

또한, 본 발명은 개질된 폴리비닐부티랄(Modified Polyvinyl butyral: mPVB), 카본 및 용매를 포함하는 카본 분산액을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 카본이 전도성 카본인 경우, 상기 카본은 상기 mPVB 및 카본의 합산중량을 기준으로 20중량% 이하로 포함된다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 mPVB 100중량부 당 상기 카본은 10 내지 25중량부 및 상기 용매는 150중량부 내지 250중량부이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 카본은 흑연, 비정질탄소, 그래핀, 플러렌, 탄소 나노폼, 유리상 탄소, 선형 아세틸렌성 탄소로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 mPVB의 제타전위(zeta-potential)는 중앙원점에서 -15 mV 초과된 쉬프트된 값을 갖는다.

또한, 본 발명은 상술된 어느 한 항의 카본 분산액이 코팅되어 형성된 카본코팅층;을 포함하는 카본전극을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 카본코팅층은 fiber, paper, 고분자 필름, 금속, glass, 직물로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 기재 표면에 형성된다.

또한, 본 발명은 상술된 카본 전극을 포함하는 에너지 저장장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상술된 카본 전극을 포함하는 센서를 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 카본전극에 흡착되는 미세먼지 함량에 따른 저항 변화를 통해 미세먼지 함량에 대한 실시간 모니터링이 가능하다.

또한, 본 발명은 상술된 센서를 포함하여 교체시기 확인 기능을 갖는 응용제품을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 센서는 마스크, 공기청정기 및 열교환기 중 어느 하나의 에어필터에 포함된다.

또한, 본 발명은 상술된 어느 하나의 카본 분산액이 코팅되어 형성된 카본코팅층;을 포함하는 미세먼지흡착재를 제공한다.

또한, 본 발명은 상술된 어느 하나의 카본 분산액에 가교제가 상기 카본 분산액 함유 mPVB 100중량부 당 10 내지 20중량부 더 포함된 형상기억 카본 분산액을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 가교제는 hexamethylene diisocyanate(HDI), 4,4'-Diphenylmethane diisocyanate(MDI), 2,4-Toluene diisocyanate (TDI), Malonic acid, Succinic acid, Glutaric acid, Adipic acid, Pimelic acid, 1,3-Butadiene diepoxide, 1,2,7,8-Diepoxyoctane로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상이다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 mPVB에 포함된 작용기들이 상기 가교제에 의해 서로 가교되어 네트워크를 형성한다.

또한, 본 발명은 상술된 형상기억 카본분산액을 기재에 코팅하여 제1형상을 갖는 형상기억 카본코팅층을 형성하는 단계; 상기 형상기억 카본코팅층을 상기 제1형상과 다른 제2형상을 갖도록 프로그래밍하는 형상변경단계; 및 상기 제2형상을 갖는 형상기억 카본코팅층을 처리하여 상기 제1형상을 갖는 형상기억카본코팅층으로 복귀시키는 형상복귀단계;를 포함하는 카본코팅층의 형상변경방법을 제공한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 형상변경단계는 상기 제1형상을 갖는 형상기억 카본코팅층을 10℃이하의 저온에서 상기 제2형상을 갖도록 처리하여 수행된다. 어서,

바람직한 실시예에 있어서, 상기 형상복귀단계는 상기 제2형상을 갖는 형상기억 카본코팅층을 Tg(glass transition temperature:유리전이온도)이상의 온도로 열처리하여 수행된다.

상술된 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.

먼저, 본 발명의 개질된 PVB 및 그 제조방법에 의하면 무수물(anhydride)을 이용하여 PVB 측쇄에 카복실 그룹을 도입시킴으로써 아세탈기의 접착성은 유지하면서 카본의 분산성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 카본분산액은 mPVB를 포함함으로써 응집 현상 없이 카본의 분산성이 극대화되어 전도성 카본이 아닌 경우에도 상용화 수준의 전도성을 나타낼 뿐만 아니라, 전도성 카본의 경우 기존 최소 사용함량인 20중량%보다 적게 사용되어도 PERCOLATION NETWORK를 형성시켜 상용화 수준의 전도도를 나타낼 수 있으므로, 본 발명의 카본분산액이 다양한 기재 상에 코팅되어 형성된 카본코팅층을 포함하는 카본전극은 에너지저장장치, 센서 및 흡착재 등 각종 응용제품에 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 형상기억 카본분산액 및 형상변경방법에 의하면 mPVB를 포함하는 카본분산액에 가교제가 일정비율로 더 첨가되어 mPVB에 포함된 작용기들을 서로 가교시키고 네트워크를 형성함으로써 one way 방식의 형상기억 특성을 갖게 되므로, 이를 다양한 분야에 응용할 수 있다.

본 발명의 이러한 기술적 효과들은 이상에서 언급한 범위만으로 제한되지 않으며, 명시적으로 언급되지 않았더라도 후술되는 발명의 실시를 위한 구체적 내용의 기재로부터 통상의 지식을 가진 자가 인식할 수 있는 발명의 효과 역시 당연히 포함된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 mPVB를 개질하기 위한 반응식과 개질반응 후 얻어진 mPVB의 구조식 이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개질반응에서 무수물의 함량 변화에 따라 각각 얻어진 mPVB의 FT-IR 그래프이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 mPVB가 포함된 카본분산액과 PVB가 포함된 비교예카본분산액의 zeta potential를 측정한 결과그래프이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카본분산액을 코팅하여 얻어진 카본코팅층의 분산성 보여주는 TEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카본분산액에 포함된 카본의 함량에 따른 카본전극의 전도도 차이를 보여주는 결과그래프이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카본분산액을 부직포에 코팅하여 얻어진 카본코팅층을 포함하는 카본전극의 샘플 사진이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카본분산액을 PP 코팅 된 종이 위에 코팅하여 얻어진 카본코팅층을 포함하는 카본전극의 샘플 사진이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 카본분산액을 PVDF 전기 방사한 nanofiber 위에 코팅하여 얻어진 카본코팅층을 포함하는 카본전극의 샘플 사진이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서가 부착된 PVDF 나노파이버 에어필터에 붙은 미세먼지 입자의 SEM 이미지이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서에 포함된 카본전극 샘플을 이용하여 먼지의 흡착에 따른 저항을 측정하는 사진 및 저항 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11a 내지 11c는 본 발명의 또 다른 실시예에서 형상기억 카본분산액을 코팅하여 형성된 전극모양 형상기억 카본코팅층의 shape memory 효과를 보여주는 결과사진이다.
도 12a 내지 12c는 본 발명의 또 다른 실시예에서 형상기억 카본분산액을 코팅하여 형성된 꽃모양 형상기억 카본코팅층의 shape memory 효과를 보여주는 결과사진이다.

본 발명에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예들을 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 발명의 설명에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다. 특히, 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등이 사용되는 경우 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되는 것으로 해석될 수 있다.

시간 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간 적 선후관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함한다.

이하, 첨부한 도면 및 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.

그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명의 기술적 특징은 아세탈기의 접착성은 유지하면서 카본물질의 분산성을 극대화 시킬 수 있는 특성을 가진 개질된 폴리비닐부티랄, 그 제조방법, 이를 이용한 카본분산액, 카본분산액으로 형성된 카본코팅층을 포함하는 카본전극 및 이를 포함하는 에너지저장장치, 센서 및 흡착재 등 각종 응용제품에 있다.

즉, PVB(poly vinyl butyral)는 acetal, acetate, alcohol로 이루어진 copolymer이므로, acetal 그룹의 -O- 원자가 가지고 있는 unpaired electron으로 인해 기본적으로 접착력이 좋은 물질이지만, PVB의 acetal 구조가 접착력이 좋더라도 카본과 섞게 되면 Acetal의 산소 구조와 전도성 카본 물질의 edge부분에 있는 수소들과 수소 결합을 통해 접착력이 좋아져서 서로 응집되는 현상 때문에 카본의 분산성이 저하되는 문제점이 있었기 때문이다.

본 발명은 후술하는 바와 같이 이러한 문제점을 해결하기 위해 PVB의 -OH group을 anhydride를 이용하여 -COOH로 개질하여 mPVB를 합성하고, mPVB가 카본에 대해 높은 분산성을 갖는 것을 확인하였을 이러한 높은 분산성으로 인해 전도성 카본이 적게 포함되어도 상용화수준의 전도도를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 mPVB를 이용한 카본분산액, 카본분산액으로 코팅된 카본코팅층을 갖는 카본전극 및 이를 이용하는 각종 응용제품의 특성이 우수함을 확인하였다.

따라서, 본 발명의 개질된 폴리비닐부티랄(Modified Polyvinyl butyral: mPVB)은 하기 화학식1을 갖는다.

[화학식1]

여기서 n=0.61, m=0.03, i=0.076, k=0.284이고, R은 탄소수 2, 3의 알킬렌기, 탄소수 2, 3의 페닐렌기, 이중결합을 포함하는 탄소수 14의 알케닐렌기 또는 탄소수 2의 알케닐렌기이다. 이와 같이 mPVB는 측쇄에 도입된 -COOH 그룹간의 반발력으로 인해 카본 물질과의 분산성을 향상 시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 개질된 폴리비닐부티랄 제조방법은 폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral:PVB) 및 무수물(Anhydride)을 용매에 첨가하고 용해시켜 전구체용액을 제조하는 용해단계; 상기 전구체용액에 포함된 상기 PVB로 상기 무수물 유래 -COOH을 도입시키는 개질단계; 및 상기 개질단계에서 얻어진 개질된 폴리비닐부티랄(mPVB)을 수세하여 건조하는 단계;를 포함할 수 있다.

여기서, 전구체용액에 포함된 PVB 및 무수물로 구성된 용질과 용매의 중량비는 5~9 : 13~17일 수 있는데, 용질과 용매의 중량비는 실험적으로 결정된 것으로 용질과 용매의 중량비가 5:17 보다 커지거나 9:13 보다 작아지면 전구체용액의 농도가 너무 연하거나 진해져서 개질단계가 잘 진행되지 않는다.

이 경우 용질은 PVB 100중량부 당 무수물 10중량부 내지 50중량부로 이루어질 수 있는데, 용질을 구성하는 PVB 및 무수물의 함량 또한 실험적으로 결정된 것으로 무수물이 10중량부 미만으로 포함되면 PVB의 개질반응이 잘 일어나지 않고 50중량부를 초과하더라도 개질반응이 더 활발하지 않기 때문에 경제성을 고려하여 상한이 결정된 것이다. 무수물은 공지된 모든 무수물이 사용될 수 있으나, 일 구현예로서 Succinic anhydride, Phthalic anhydride, Glutaric anhydride, (2-dodecen-1-yl)succinic anhydride, Dodecenyl-succinic anhydride, maleic anhydride로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

개질단계는 전구체 용액을 75℃ 내지 95℃에서 150 내지 250 rpm으로 2시간 내지 5시간 교반하여 수행될 수 있다.

용해단계에서 사용되는 용매는 EtOH, DMF, Acetone, Toluene, Methanol 로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

또한, 본 발명의 카본 분산액은 개질된 폴리비닐부티랄(Modified Polyvinyl butyral: mPVB), 카본 및 용매를 포함한다.

여기서, mPVB는 상술된 바와 같고, 카본은 공지된 모든 카본 동소체일 수 있는데, 일 구현예로서 흑연, 비정질탄소, 그래핀, 플러렌, 탄소 나노폼, 유리상 탄소, 선형 아세틸렌성 탄소로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 특히 비정질탄소로서 카본블랙(그을음) 종류는 acetylene black, channel black, furnace black, lamp black, Thermal black, Furnace black, Conductex SC, Conductex, Printex L, Printex L6, Vulcan XC-72, Black Pearls, Printex XE-2, Graphitised black, MITSUBISHI™, STERLINGㄾ C, VULCANㄾ P, VULCANㄾ XC72, PRE-ELECㄾ, KETJENBLACK Conductive Carbon Black 등을 포함할 수 있다.

용매는 물을 제외하면 모든 용매가 사용될 수 있는데, 일 구현예로서 EtOH, DMF, Acetone, Toluene, Methanol 로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.

카본분산액에 포함된 카본이 전도성 카본인 경우, 카본은 mPVB 및 카본의 합산중량을 기준으로 20중량% 이하로 포함될 수 있다. 이 경우 일 구현예로서 상기 mPVB 100중량부 당 상기 카본은 10 내지 25중량부 및 상기 용매는 150중량부 내지 250중량부일 수 있는데, mPVB , 카본 및 용매의 중량비는 실험적으로 결정된 것으로 mPVB , 카본 및 용매의 중량비 특히 카본의 중량이 하한 보다 작으면 상용화 수준의 전도도가 나오지 않고, 상용화 수준의 전도도가 얻어진 상태에서 카본 함량을 상한보다 높이게 되면 비용절감의 효과가 없어지므로 카본 함량의 상한이 결정된 것이다.

본 발명의 카본분산액에서 mPVB의 제타전위(zeta-potential)는 중앙원점에서 -15 mV 초과되어, -18mV ~ -30mV 쉬프트 된 값을 갖는데, 이러한 제타전위 값은 mPVB의 분산성이 향상되었음을 보여준다. 즉 제타 전위가 ㅁ15mV이하의 범위에서는 분산 매질과 분산된 입자 간의 interaction이 거의 없어 분산액 내 분산 입자의 상태가 instable 하다는 것을 의미하고, 제타전위가 중앙 원점에서 shift되는 정도가 커질수록 물질의 분산이 안정되어 있음을 의미하기 때문이다.

다음으로, 본 발명의 카본전극은 상술된 카본 분산액이 코팅되어 형성된 카본코팅층;을 포함한다. 여기서, 카본코팅층은 공지된 모든 기재 표면에 형성될 수 있지만, 일 구현예로서 fiber, paper, 고분자 필름, 금속, glass, 직물로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 기재 표면에 카본분산액을 코팅하여 형성될 수 있다. 카본분산액을 기재에 코팅하는 방법은 공지된 모든 코팅방법이 사용될 수 있는데, 일 구현예로서 spin coating, dip coating, spray coating, doctor blade coating, roll coating, extrusion roll coating, inverted rod coating, engraved roll coating 로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나의 코팅방법이 사용될 수 있다. 한편, 카본 분산액은 접착력이 좋아서 소재에 큰 관계없이 카본코팅을 형성할 수 있으므로, 원하는 기재 위에 카본분산액을 떨어뜨리는 방법으로도 카본코팅층을 형성할 수 있는데, 이 경우 분산액이 마르기 전에 표면을 균일하게 하는 방식으로 카본코팅층을 고르게 제작할 수 있다.

다음으로, 에너지저장장치 및 센서 등과 같이 본 발명의 카본전극을 포함하는 응용제품은 물론, 카본코팅층을 포함하여 미세먼지를 흡착하는 미세먼지흡착재를 제공할 수 있다.

특히, 본 발명의 센서는 카본전극에 흡착되는 미세먼지 함량에 따른 저항 변화를 통해 미세먼지 함량에 대한 실시간 모니터링이 가능하므로, 교체시기 확인 기능을 갖는 마스크, 공기청정기 및 열교환기 중 어느 하나의 에어필터에 포함될 수 있을 것이다.

다음으로, 본 발명의 형상기억 카본 분산액은 상술된 구성의 카본 분산액에 가교제가 상기 카본 분산액 함유 mPVB 100중량부 당 70 내지 85중량부 더 포함되어, mPVB에 포함된 작용기들을 서로 가교시키고 네트워크를 형성함으로써 one way 방식의 형상기억 특성을 가질 수 있다. 여기서, 가교제는 공지된 다관능기와 -COOH와 반응성을 가진 특성을 갖는 모든 가교제를 사용할 수 있는데, 일 구현예로서 hexamethylene diisocyanate(HDI), 4,4'-Diphenylmethane diisocyanate(MDI), 2,4-Toluene diisocyanate (TDI)와 같은 diisocyanate, Malonic acid, Succinic acid, Glutaric acid, Adipic acid, Pimelic acid와 같은 dicarboxylic acid, 1,3-Butadiene diepoxide, 1,2,7,8-Diepoxyoctane와 같은 diepoxy 로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상이 사용될 수 있다.

마지막으로, 본 발명에 따른 카본코팅층의 형상변경방법은 형상기억 카본분산액을 기재에 코팅하여 제1형상을 갖는 형상기억 카본코팅층을 형성하는 단계; 상기 형상기억 카본코팅층을 상기 제1형상과 다른 제2형상을 갖도록 프로그래밍하는 형상변경단계; 및 상기 제2형상을 갖는 형상기억 카본코팅층을 처리하여 상기 제1형상을 갖는 형상기억카본코팅층으로 복귀시키는 형상복귀단계;를 포함할 수 있다. 여기서, 형상변경단계는 상기 제1형상을 갖는 형상기억 카본코팅층을 10℃이하의 저온에서 상기 제2형상을 갖도록 처리하여 수행되고, 형상복귀단계는 상기 제2형상을 갖는 형상기억 카본코팅층을 Tg(glass transition temperature:유리전이온도)이상의 온도로 열처리하여 수행될 수 있을 것이다.

실시예 1

도 1에 도시된 반응식을 이용하여 하기와 같은 방법으로 mPVB 1을 합성하였다.

1. 용해단계

PVB 20g, Succinic anhydride 8g, DMF 60ml를 혼합한 후 용해될 때까지 1시간 동안 60℃에서 200rpm으로 교반하여 전구체용액을 준비하였다.

2. 개질단계

준비된 전구체용액을 가열하여 80℃ 온도조건에서 200rpm으로 5시간 동안 교반하여 PVB를 mPVB로 개질하였다.

3. 수세 및 건조 단계

물과 메탄올을 10:1 비율로 혼합한 용액이 담긴 비커에 mPVB를 떨어뜨리며 30℃, 450rpm에서 10분 동안 미반응물과 용매를 씻어낸 후 30℃에서 건조시켜 mPVB 1(Succinic (8g))을 얻었다.

실시예 2

실시예 1에서 Succinic anhydride를 4g 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법으로 mPVB 2(Succinic (4g))를 합성하였다.

실시예 3

실시예 1에서 Succinic anhydride를 2g 사용한 것을 제외하면 실시예1과 동일한 방법으로 mPVB 3(Succinic (2g))를 합성하였다.

실험예 1

실시예1 내지 실시예 3에서 합성된 mPVB 1, mPVB 2 및 mPVB 3이 개질되었음을 확인하기 위해 다음과 같이 FT-IR을 분석하고 그 결과를 도 2에 나타내었다.

합성된 mPVB 1 내지 mPVB 3을 각각 2cm x 2cm slide glass 위에 코팅한 다음 상온에서 12시간 건조시켰다. 그 후 건조된 film 샘플을 slide glass에서 떼어낸 후 FT-IR을 분석하였다. 도 2에서 Base는 Pure PVB로 된 film 샘플의 측정결과를 의미한다.

도 2에 도시된 바와 같이, mPVB 1, mPVB 2 및 mPVB 3의 IR그래프를 살펴보면 1700~1800cm^-1에서 C=O 피크 2개가 확인 되었고, 이 결과는 PVB가 Succinic anhydride에 의해 mPVB로 잘 개질 되었음을 보여 준다.

실시예 4

실시예1에서 제조된 mPVB 1을 이용하여 다음과 같이 카본분산액 1을 준비하였다.

1. 바인더분산액 준비단계

mPVB 1 100중량부 당 에탄올 200중량부를 혼합한 후 교반하여 분산시켜 바인더분산액인 mPVB 1분산액을 준비하였다.

2. 카본첨가 후 교반단계

그 후 mPVB 1 분산액에 카본블랙 15중량부를 첨가하고 1시간 동안 40℃에서 400rpm으로 교반하여 카본분산액 1(13wt%)을 준비하였다.

실시예 5

카본블랙을 10중량부 첨가한 것을 제외하면 실시예4와 동일한 방법을 수행하여 카본분산액 2(9wt%)를 준비하였다.

실시예 6

카본블랙을 11.4중량부 첨가한 것을 제외하면 실시예4와 동일한 방법을 수행하여 카본분산액 3(10wt%)를 준비하였다.

실시예 7

카본블랙을 17.8중량부 첨가한 것을 제외하면 실시예4와 동일한 방법을 수행하여 카본분산액 4(15wt%)를 준비하였다.

실시예 8

카본블랙을 21중량부 첨가한 것을 제외하면 실시예4와 동일한 방법을 수행하여 카본분산액 5(17wt%)를 준비하였다.

실시예 9

카본블랙을 25중량부 첨가한 것을 제외하면 실시예4와 동일한 방법을 수행하여 카본분산액 6(20wt%)를 준비하였다.

비교예 1

카본블랙을 3.1중량부 첨가한 것을 제외하면 실시예4와 동일한 방법을 수행하여 비교예카본분산액 1(3wt%)를 준비하였다.

비교예 2

카본블랙을 5.4중량부 첨가한 것을 제외하면 실시예4와 동일한 방법을 수행하여 비교예카본분산액 2(5wt%)를 준비하였다.

비교예 3

카본블랙을 7.8중량부 첨가한 것을 제외하면 실시예4와 동일한 방법을 수행하여 비교예카본분산액 3(7wt%)을 준비하였다.

비교예 4

mPVB가 아닌 PVB를 사용한 것을 제외하면 실시예 5와 동일한 방법을 수행하여 비교예카본분산액 4를 준비하였다.

실험예 2

실시예 5에서 얻어진 카본분산액 2 및 비교예 4에서 얻어진 비교예카본분산액 4를 각각 2개의 서로 다른 용기에 담아 4개의 샘플을 준비한 후 제타전위를 측정하고 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 Modify PVB 1 및 Modify PVB 2는 카본분산액 2가 담긴 샘플이고, Pure PVB 1 및 Pure PVB 2는 비교예카본분산액4가 담긴 샘플이다.

도 3에 도시된 바와 같이 Modify PVB 1 및 Modify PVB 2의 제타전위가 Pure PVB 1 및 Pure PVB 2와 비교하여 중앙원점에서 shift되는 정도가 커진 것을 알 수 있어 Modify PVB 1 및 Modify PVB 2는 카본블랙의 분산이 매우 안정되어 있음을 알 수 있다. 즉, 제타전위(Zeta-potential)는 colloid 분산액에서 분산상과 분매상 간의 electrokinetic potential을 나타내는 수치로서, 분산 매질과 분산된 입자에 전위차를 나타내는데, 중앙 원점에서 shift되는 정도가 커질수록 물질의 분산이 안정되어 있음을 의미하기 때문이다.

특히 Zeta-potential에서 제타 전위가 ㅁ15mV이하의 범위에서는 분산 매질과 분산된 입자 간의 interaction이 거의 없어 분산액 내 분산 입자의 상태가 instable 하다. 그런데 도시된 바와 같이 Pure PVB1, PVB2에서는 매우 낮은 전위를 가지고 있으므로 분산상과 분매상에 interaction이 거의 없어서 카본블랙이 서로 응집되는 것을 당연히 예측할 수 있다. 반면 Modify PVB 1 및 Modify PVB 2는 제타 전위가 Pure PVB보다 높은 -18mV~-30mV로 측정되어 더 안정적인 collide를 형성하는 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 개질된 mPVB를 포함하는 카본분산액2이 PVB를 포함하는 비교예카본분산액4와 비교하여 그 분산성이 매우 향상된 결과로부터 mPVB가 용매 내에서 카본의 분산성을 높이는 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.

실험예 3

실시예 1에서 얻어진 카본분산액 1(13wt%) 및 실시예 6에서 얻어진 카본분산액 3(10wt%)을 각각 2cm x 2cm slide glass 위에 닥터 블레이드를 이용하여 두께를 50um로 설정한 후 코팅하여 카본코팅층을 형성하였다. 50℃에서 1시간 건조된 카본코팅층 film을 Slide glass에서 떼어낸 후 microtome process를 통해 film의 cross section(단면)부분이 보이도록 sample을 제작했다. 이후 cross section으로 잘린 얇은 film sample을 TEM 분석하고 그 결과 사진을 도 4에 나타내었다. 관찰대상은 카본 분산액이 slide glass위에 coating 된 후 건조된 film 상태이다. 도 4에서 왼쪽이 카본분산액 3으로 형성된 카본코팅층이고, 오른쪽이 카본분산액 1로 형성된 카본코팅층이다.

도 4에 도시된 바와 같이 카본블랙이 mPVB에 의해 고르게 분산되었으며, 카본블랙의 함량이 10wt%에서 13wt%로 증가하면 카본의 분포도 역시 증가하였음을 알 수 있다.

실험예 5

실시예 4 내지 9에서 얻어진 카본분산액 1(13wt%) 내지 카본분산액 6(20wt%)과 비교예 1 내지 3에서 얻어진 비교예카본분산액 1(3wt%) 내지 카본분산액3(7wt%)를 각각 2cm x 2cm slide glass 위에 닥터 블레이드를 이용하여 두께를 50um로 설정한 후 코팅하여 카본코팅층을 형성하였다. 이를 60℃ oven에서 10분 건조시킨 후, 12시간동안 상온건조 시킨 후, 최종적으로 생성된 sample의 저항을 4-probe 저항측정기를 이용하여 sample의 중앙 부분에 해당하는 영역에서 측정하고 그 결과를 도 5에 나타내었다.

도 5로부터 알 수 있듯이 비교예카본분산액 1(3wt%) 내지 카본분산액3(7wt%)으로 형성된 카본코팅층은 저항이 높아서 전도도가 낮지만, 카본분산액 1(13wt%) 내지 카본분산액 6(20wt%)은 저항이 낮아서 전도도가 높은 것을 알 수 있다.

특히, mPVB가 함유된 카본분산액에서 카본의 함량이 mPVB 및 카본의 합산중량을 기준으로 20중량% 이하로 포함되어도 상용화 수준의 전도도를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다. 이 때, 적어도 카본은 mPVB 100중량부 당 10 내지 25중량부 포함될 수 있을 것이다.

실시예 10

기재로 부직포를 준비한 후 준비된 부직포를 평판에 고정시킨 후 상온에서 실시예4에 얻어진 카본분산액 1(13wt%)을 닥터 블레이드를 이용하여 표면이 균일한 코팅층을 형성하고 60℃ 오븐에서 10분동안 건조시킨 다음 상온에 두어 카본코팅층이 형성된 카본전극1을 얻었다. 얻어진 카본전극1의 실물사진을 도 6에 나타내었다.

실시예 11

기재로 PP코팅종이를 준비한 후, 준비된 PP코팅종이를 평판에 고정시킨 후 상온에서 실시예4에서 얻어진 카본분산액1(13wt)을 닥터 블레이드를 이용하여 80um의 두께로 표면이 균일한 코팅층을 형성하고 60℃ 오븐에서 10분동안 건조시킨 후 상온에 두어 카본코팅층이 형성된 카본전극2를 얻었다. 얻어진 카본전극2의 실물사진을 도 7에 나타내었다.

실시예 12

다음과 같이 PVDF 전기 방사된 나노파이버를 제조한 후, PVDF 나노파이버를 평판에 고정시킨 후 상온에서 실시예4에 얻어진 카본분산액 1(13wt%)을 닥터 블레이드를 이용하여 표면이 균일한 코팅층을 형성하고 60℃ 오븐에서 10분 동안 건조시킨 후 상온에 두어 카본코팅층이 형성된 카본전극3을 얻었다.

여기서, PVDF 나노파이버를 얻기 위해 다음과 같은 작업을 수행하였다. PVDF 1.5g, DMF 3.4g, Acetone 5.1g (PVDF 15wt%)를 혼합하여 70 ℃ 에서 400rpm 1시간 교반 후 30분정도 냉각시킨다. 해당 용액을 가지고 전기 방사를 Flow rate : 1.5mL/h, Voltage : 15kV, roller speed : 1000RPM, 습도 : 10% 조건에서 방사한다. 전기방사 3회가 끝난 후 만들어진 필터를 100℃ 오븐에서 1시간 열처리 후 20도까지 천천히 온도를 감소시켜 Annealing을 진행하였다.

얻어진 카본전극3의 실물사진을 도 8에 나타내었다.

실험예 6

실시예 12에서 얻어진 카본전극 3을 포함하는 센서를 제작하고, 카본전극 3에 미세먼지를 떨어뜨려 전극에 미세먼지가 잘 흡착되었는지를 SEM으로 확인하고 그 결과를 도 9에 나타내었다.

도 9에 도시된 바와 같이, 미세먼지가 전극에 잘 흡착되는 것을 알 수 있다.

실험예 7

실시예 12에서 얻어진 카본전극 3의 양 끝부분에 도 10a와 같이 저항 측정기의 측정기를 연결시킨 후 저항을 측정하였다. 그 후 먼지를 탄소전극 3에 떨어뜨려 흡착시킨 후 다시 저항을 재측정하고 그 결과를 도 10b에 나타내었다.

도 10b로부터, 에어필터에 카본코팅층이 코팅되어 형성된 카본전극3에 미세먼지를 흡착시켰을 때 미세먼지의 양에 따라서 저항이 감소하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 먼지 흡착 양을 0.003g, 0.0325g, 0.0475g으로 증가 시킬 경우 측정되는 저항이 초기 저항에 비해 0.5%, 5.0%, 8.2%로 선형적으로 감소하는 것을 확인 할 수 있기 때문이다.

이러한 결과는 본 발명의 카본전극이 미세먼지 양을 실시간으로 모니터링 할 수 있는 미세먼지 흡착 센서로 이용될 수 있음을 보여 주며, 특히 센서의 저항변화 정보를 이용하여 센서에 흡착되는 미세먼지의 양을 정량적으로 모니터링이 가능함을 알 수 있다. 따라서, 이 센서를 마스크나, 공기 청정기, 열교환기 등의 필터에 적용하면 실시간으로 먼지 흡착 정도를 확인 가능한 기능을 부여 할 수 있다.

실험예 8

실시예 10에서 얻어진 카본전극 1 및 실시예 11에서 얻어진 카본전극 2를 각각 포함하는 센서1 및 센서2의 양 끝부분에 저항측정기를 부착하여 미세먼지 흡착 전 후의 무게 및 저항을 측정하고 그 결과를 각각 표 1 및 표 2에 나타내었다.

하기 표 1 및 표 2로부터, 미세먼지 부착 전후 무게 및 저항 변화를 통해 미세먼지 흡착 양을 확인 할 수 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 센서를 무선 통신 기술과 함께 사용할 경우 실시간 원격 모니터링으로 미세먼지 흡착양을 확인 할 수 있기 때문에 즉 일 구현예로서 실시간으로 저항이 측정되는 모듈이 센서의 전극과 연결되면 저항의 변화를 통해 휴대폰으로 미세먼지 흡착 전후 차이를 알 수 있기 때문에 본 발명의 센서를 에어필터가 포함된 공기청정기나 열교환기 등에 적용시 교체시기를 확인 할 수 있다. 또한, 마스크에 적용 할 경우 미세 먼지가 카본 전극에 붙으면서 저항의 변화를 나타내고, 이 저항 변화를 보고 미세 먼지의 양을 sensing할 수 있어 마스크의 교체시기 또한 확인할 수 있다.

센서1	무게	저항
흡착 전: (1)	0.5505g	565 Ω
흡착 후: (2)	0.5545g	559Ω
변화량: (2)-(1)	0.004g	-6Ω

센서2	무게	저항
흡착 전: (1)	0.2719g	685Ω
흡착 후: (2)	0.2731g	520Ω
변화량: (2)-(1)	0.012g	-65Ω

실시예 13

실시예 4에서 얻어진 카본분산액1 3.15g에 hexamehtylene diisocyanate (HDI))를 0.1g 첨가하여 60℃에서 12시간 동안 반응시켜 mPVB의 작용기들끼리 가교시켜 네트워크가 형성된 형상기억카본분산액을 얻었다.

실시예 14

1. 형상기억 카본코팅층을 형성하는 단계

실시예 13에서 얻어진 형상기억 카본분산액을 종이, film 등에 닥터 블레이드로 코팅하고 60도 오븐에서 건조하여 도 11a에 도시된 판상의 전극모양(제1형상)을 갖도록 형상기억 카본코팅층을 형성하였다.

2. 형상변경단계

제1형상의 형상기억 카본코팅층을 5℃에서 stress를 주어 programming(낮은 온도에서 stress를 가하여 형상을 고정시키는 단계)하여 11b와 같이 말린 형상(제2형상)으로 변경하였다.

3. 형상복귀단계

제2형상을 갖는 형상기억 카본코팅층을 Tg(유리전이온도) 이상인 40도가 되도록 열을 가하게 되면 도 11c에 도시된 바와 같이 programming 이전의 형상인 전극모양 즉 제1형상으로 복귀하는 것을 알 수 있다.

실시예 15

제1형상 및 제2형상을 각각 도 12a 및 도 12b에 도시된 모양으로 형성한 것을 제외하면 실시예 14와 동일한 방법을 수행하여 도 12c에 도시된 형상복귀과정을 구현할 수 있다.

실험예로 제시하지는 않지만 실시예 14 및 실시예 15와 같이 형상기억 카본코팅층을 제2형상으로 형상변경한 상태에서 다시 제1형상으로 형상을 원상복귀시키는 경우에도 저항은 크게 변하지 않았다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims

삭제
폴리비닐부티랄(Polyvinyl butyral:PVB) 및 무수물(Anhydride)을 용매에 첨가하고 용해시켜 전구체용액을 제조하는 용해단계;
상기 전구체용액에 포함된 상기 PVB로 상기 무수물 유래 -COOH을 도입시키는 개질단계; 및
상기 개질단계에서 얻어진 개질된 폴리비닐부티랄(mPVB)을 수세하여 건조하는 단계;를 포함하며,
상기 전구체용액에 포함된 PVB 및 무수물로 구성된 용질과 상기 용매의 중량비는 5~9 : 13~17이고,
상기 무수물은 Succinic anhydride, Phthalic anhydride, Glutaric anhydride, (2-dodecen-1-yl)succinic anhydride, Dodecenyl-succinic anhydride, maleic anhydride로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상이며,
상기 개질된 폴리비닐부티랄(mPVB)는 하기 화학식 1을 갖는 것을 특징으로 하는 개질된 폴리비닐부티랄 제조방법.
[화학식1]

여기서 n=0.61, m=0.03, i=0.076, k=0.284이고, R은 상기 무수물로부터 유도되 는 2가의 연결기이다.
삭제
제 2 항에 있어서,
상기 용질은 PVB 100중량부 당 무수물 10중량부 내지 60중량부로 구성되는 것을 특징으로 하는 개질된 폴리비닐부티랄 제조방법.
제 2 항에 있어서,
상기 개질단계는 상기 전구체 용액을 75℃ 내지 95℃에서 150 내지 250 rpm으로 교반하여 수행되는 것을 특징으로 하는 개질된 폴리비닐부티랄 제조방법.
삭제
제 2 항에 있어서,
상기 용해단계에서 사용되는 용매는 EtOH, DMF, Acetone, Toluene, Methanol 로 구성된 그룹에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 개질된 폴리비닐부티랄 제조방법.
제2항의 제조방법으로 제조된 개질된 폴리비닐부티랄(Modified Polyvinyl butyral: mPVB), 카본 및 용매를 포함하는데, 상기 카본은 흑연, 비정질탄소, 그래핀, 플러렌, 탄소 나노폼, 유리상 탄소, 선형 아세틸렌성 탄소로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 카본 분산액.
제 8 항에 있어서,
상기 카본이 전도성 카본인 경우, 상기 카본은 상기 mPVB 및 카본의 합산중량을 기준으로 20중량% 이하로 포함되는 것을 특징으로 하는 카본 분산액.
제 9 항에 있어서,
상기 mPVB 100중량부 당 상기 카본은 10 내지 25중량부 및 상기 용매는 150중량부 내지 250중량부인 것을 특징으로 하는 카본 분산액.
삭제
제 8 항에 있어서,
상기 mPVB의 제타전위(zeta-potential)는 중앙원점에서 -15 mV 초과된 쉬프트된 값을 갖는 것을 특징으로 하는 카본 분산액.
제 8 항 내지 제 10 항, 제 12 항 중 어느 한 항의 카본 분산액이 코팅되어 형성된 카본코팅층;을 포함하는 카본전극.
제 13 항에 있어서,
상기 카본코팅층은 fiber, paper, 고분자 필름, 금속, glass, 직물로 구성된 그룹에서 선택되는 하나 이상의 기재 표면에 형성되는 것을 특징으로 하는 카본전극.
제 13 항의 카본 전극을 포함하는 에너지 저장장치.
제 13 항의 카본 전극을 포함하는 센서.
제 16 항에 있어서,
상기 카본전극에 흡착되는 미세먼지 함량에 따른 저항 변화를 통해 미세먼지 함량에 대한 실시간 모니터링이 가능한 것을 특징으로 하는 센서.
제 17 항의 센서가 에어필터에 포함되어 상기 에어필터 교체시기 확인 기능을 갖는 공기청정기.
제 17 항의 센서가 에어필터에 포함되어 상기 에어필터 교체시기 확인 기능을 갖는 열교환기.
제 8 항 내지 제 10 항, 제 12 항 중 어느 한 항의 카본 분산액이 코팅되어 형성된 카본코팅층;을 포함하는 미세먼지흡착재.
제 8 항 내지 제 10 항, 제 12 항 중 어느 한 항의 카본 분산액에 가교제가 상기 카본 분산액 함유 mPVB 100중량부 당 10 내지 20중량부 더 포함된 형상기억 카본 분산액.
제 21 항에 있어서,
상기 가교제는 hexamethylene diisocyanate(HDI), 4,4'-Diphenylmethane diisocyanate(MDI), 2,4-Toluene diisocyanate (TDI), Malonic acid, Succinic acid, Glutaric acid, Adipic acid, Pimelic acid, 1,3-Butadiene diepoxide, 1,2,7,8-Diepoxyoctane로 구성된 그룹에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 형상기억 카본분산액.
제 21 항에 있어서,
상기 mPVB에 포함된 작용기들이 상기 가교제에 의해 서로 가교되어 네트워크를 형성하는 것을 특징으로 하는 형상기억 카본 분산액.
제 21항의 형상기억 카본분산액을 기재에 코팅하여 제1형상을 갖는 형상기억 카본코팅층을 형성하는 단계;
상기 형상기억 카본코팅층을 상기 제1형상과 다른 제2형상을 갖도록 프로그래밍하는 형상변경단계; 및
상기 제2형상을 갖는 형상기억 카본코팅층을 처리하여 상기 제1형상을 갖는 형상기억카본코팅층으로 복귀시키는 형상복귀단계;를 포함하는 카본코팅층의 형상변경방법.
제 24항에 있어서,
상기 형상변경단계는 상기 제1형상을 갖는 형상기억 카본코팅층을 10℃이하의 저온에서 상기 제2형상을 갖도록 처리하여 수행되는 것을 특징으로 하는 카본코팅층의 형상변경방법.
제 24항에 있어서,
상기 형상복귀단계는 상기 제2형상을 갖는 형상기억 카본코팅층을 Tg(glass transition temperature:유리전이온도)이상의 온도로 열처리하여 수행되는 것을 특징으로 하는 카본코팅층의 형상변경방법.