KR102574440B1 - 전도층 형성용 전사지 제조방법 - Google Patents

전도층 형성용 전사지 제조방법 Download PDF

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Abstract

전도층 형성용 조성물 및 이 조성물을 이용한 전도층 형성용 전사지 제조방법가 개시된다. 본 발명의 전도층 형성용 조성물은, 구리, 은(AG), 알루미늄(AL)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 전도체와 수용성 중합체와 증점제와 분산제와 보론 나이트라이드와 카본 입자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전도층 형성용 전사지 제조방법{CONDUCTIVE LAYER MANUFACTURING METHOD}
본 발명은, 전도층 형성용 조성물 및 전사지 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 우수한 전기의 전도성 효과와 함께, 접착층을 갖고 기재에 대해 우수한 견뢰도를 나타내며, 기재 전도 또는 갈라짐에 대한 우려없이 패턴이 가능하도록 하며, 표면 촉감을 개선시킬 수 있는 전도층 형성용 조성물 및 이 조성물을 이용한 전도층 형성용 전사지 제조방법에 관한 것이다.
저주파 자극기, 온열치료기, 저주파 자극밴드 등에서는 별도의 패드를 신체에 부착하거나, 전도성 물질을 기재에 직접 도포하여 자극부분에 대해 전도하는 기능을 갖는 다양한 전도층 형성물을 이용하고 있다.
종래에는 전도체 패드를 피부의 일부에 직접 부착시켜 사용하였다. 그러나, 이러한 전도체는 그 자체가 고가이고, 부분적으로 부착시켜 사용하기 때문에 분실의 우려와 사용하기가 번거로운 문제점이 있었다.
이 같은 문제를 해결하기 위하여, 전도성 잉크를 기재에 직접 도포하는 방법이 제안되었다. 그러나 이 경우 도포하기 전에 기재의 특성에 전도성 잉크의 물성을 맞추고, 실크스크린 제작 및 패턴작업과 전도성 잉크의 투입량을 선 시행한 후 전기의 저항값을 측정하여야 하며, 그렇지 않은 경우 상기의 작업을 다시 시행하여야 하고, 편차가 고르지 못하여 전기전도율이 불균형이 된다.
그 결과 전기전도율의 표준 저항값을 나타내기 어렵다는 문제점이 있다. 또, 사용되는 전도성 잉크가 도포된 기재가 직접 피부에 접촉 시 전도율의 편차로 따갑다는 느낌으로 원래의 기능이 급격하게 저하되는 문제점이 있다.
또 다른 방법으로, 전도층 표면에 물과 전도성 젤을 이용하는 방법이 제안되었다. 물과 전도성 젤을 사용 시 전도율이 상승하여 원래의 기능을 나타낸다는 장점이 있다. 이에 따라 상기 방법은 저주파 자극기 패드 등에 주로 이용되었다. 이중에서도 전도성 잉크를 기재 표면에 직접 도포한 저주파 자극기 등에 다양하게 이용되고 있다.
그러나, 이와 같이 패드를 이용한 방법은 표면이 외부로 직접 표출되기 때문에 물리적인 내구성이 결여되어 마찰이나 충격 발생시 손상 및 분실되기 쉽고, 먼지나 분진 등의 이물질에 의한 오염의 우려가 높으며, 그 결과로 전도성이 저하되는 문제가 있다.
또한 전도성 잉크를 기재에 실크스크린을 이용하여 직접 도포하는 방법으로 마련된 전도부 또는 전도층은, 은(SILVER), 구리, 알루미늄 페이스트(PASTE)를 수지계 접착제를 사용하거나, 또는 소정의 패턴을 이용하여 전도부 또는 전도층을 형성하고자 하는 기재에 마련된다.
그러나, 접착제를 사용하는 방법의 경우 접착제 사용에 따른 유해물질 발생의 우려가 있고, 디자인 패턴을 형성 시 전도율을 예측하기 어려워 디자인패턴을 자유롭게 행할 수 없고, 전도율을 향상하기 위한 물, 젤을 사용 시 매번 실시하는 번거로운 문제가 있었다. 이는 많은 수작업 공정과 낮은 가공성으로 인해 후속의 염색 공정이나 패턴 형성 공정의 실시가 어렵고, 세탁이나, 마찰 견뢰도가 낮다는 문제점이 있다.
전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.
한국등록실용신안공보 제20-0490571호 (2019.11.25.) 한국공개특허공보 제10-2012-0019233호 (2012.03.06.)
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 우수한 전기의 전도성 효과와 함께, 접착층을 갖고 기재에 대해 우수한 견뢰도를 나타내며, 기재 전도 또는 갈라짐에 대한 우려없이 컷팅 디자인 패턴 및 컬러의 표현이 가능하도록 하며, 표면 촉감을 개선시킬 수 있는 전도층 형성용 조성물 및 이 조성물을 이용한 전도층 형성용 전사지 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 구리, 은(AG), 알루미늄(AL)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 전도체와 수용성 중합체와 분산제와 보론 나이트라이드(BORON NITRIDE)와 증점제와 카본 입자를 포함하는 전도층 형성용 조성물이 제공될 수 있다.
상기 전도체 100중량부에 대하여 상기 수용성 중합체는 100 내지 600 중량부, 상기 증점제는 0.1 내지 20 중량부, 상기 보론 나이트라이드는 10 내지 40 중량부, 상기 카본 입자는 0.1 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.
상기 수용성 중합체는, 분자 내 음이온성 작용기를 포함하는 수용성의 폴리아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐아세테이트계 수지, 폴리에틸렌글리콜계, 폴리아크릴아마이드계 수지, 에틸셀룰로오스계 수지, 키토산, 키틴, 폴리아마이드계 수지, 폴리아마이드 핫멜트계 수지, 폴리디메틸실록산을 포함하는 실리콘 함유 고분자, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 음이온성 작용기는 히드록시기, 카르복실산기 및 설폰산기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 전도체는 80 내지 200㎛ 또는 20 내지 100nm의 평균입자 직경을 갖는 구형 또는 일자형 와이어 형상을 가질 수 있다.
물, 탄소수 1 내지 5의 저급 알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 용매; 및 분산제, 경화제, 자외선차단제, 황변억제제, 광확산제, 계면활성제, 대전방지제, 침전방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 은, 구리, 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 전도체와 수용성 중합체와 증점제와 카본 입자를 혼합하여 전도층 형성용 조성물을 제조하는 단계; 상기 전도층 형성용 조성물을 기재의 적어도 일면에 도포하여 전도층 형성용 조성물의 도포막을 마련하는 단계; 상기 전도층 형성용 조성물 및 상기 기재와 박리되는 도포막을 마련하는 단계; 및 상기 도포막을 건조하여 전도층을 형성하는 단계를 포함하는 전도층 형성용 전사지 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 전도층 형성용 조성물을 이용하여 우수한 전도성 효과와 함께, 니트 류와 같은 신축성 원단에도 우수한 견뢰도를 나타내며, 내열성의 증가로 기재 변색 또는 연소에 대한 우려없이 패턴 또는 염색을 위한 고온 승화 전사가 가능하도록 하며, 원하는 기재에 디자인 컷팅을 자유롭게 표현하여 표면 촉감을 개선시킬 수 있는 전도층 형성이 가능하다. 이에 따라 상기 전도층 형성용 조성물은 전도층의 전도 효과에 의한 전도율 또는 디자인성이 요구되는 다양한 물품들, 구체적으로는 요가복, 운동복, 자전거의류, 레깅스, 발, 팔토시, 허리밴드, 전자파스, 기능성 섬유나 니트류, 직물류 또는 이를 이용한 원단 또는 산자재 등에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도층 형성용 조성물 및 이 조성물을 이용한 전도층 형성용 전사지 제조방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 실시예에 따른 전도층 형성용 조성물은, 구리, 은(AG), 알루미늄(AL)으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 전도체와 수용성 중합체와 증점제와 카본 입자를 포함한다.
전도체는 외부로부터 공급되는 전원(D/C, A/C)을 전도시키는 역할을 한다. 이에 따라 전도체는 우수한 전도성을 나타낼 수 있도록 높은 전도율(electrical conductivity)과 함께 높은 축률(reduction ratio)을 가질 수 있다.
구체적으로 전도체는 3.5Ω이하의 저항을 갖는 것이 바람직하며, 3.0Ω 내지 3.5Ω 저항치를 갖는 것이 보다 바람직할 수 있다. 전도체의 저항값이 전술한 범위내일 때는 전도체 내부에서 높은 전도율을 나타내고, 그 결과로 전기도전성이 크다. 그러나 저항값이 전술한 범위를 벗어나 3.5Ω 내지 15 Ω 이상일 경우에는 전도율이 저하되고, 그 결과로 전기도전성이 낮아지게 되어 바람직하지 않다.
또한 전도체는 99% 이상의 전기전도율을 가질 수 있다. 전술한 전기도전율을 가질 때 전도율이 증가하게 된다. 그러나 전기도전율이 99% 미만일 경우 전도체의 저항값이 증가하게 되어 전도율이 낮아지게 될 우려가 있어 바람직하지 않다. 이와 같은 전도체의 전도율과 저항값은 전도체의 조성, 성질 또는 입자에 따라 결정되게 되며, 또한 전술한 특성들은 전도체의 기재에 대한 접착력 및 전도체 자체의 내구성에 영향을 미친다.
이에 따라 구리, 은, 알루미늄은 전술한 전기전도율 및 전기저항값을 충족하고, 기재에 대한 접착력 및 구리, 은, 알루미늄 자체의 내구성을 고려할 때, 구리, 은, 알루미늄 구형 또는 일자형 와이어의 형태를 갖는 것이 바람직하고, 정구형의 형태를 갖는 것이 보다 바람직할 수 있다.
구리, 은, 알루미늄은 80 내지 200㎛ 또는 20 내지 100nm의 평균입자 직경을 갖는 것이 우수한 전도율을 나타내는 동시에 기재에 대한 탈리도가 낮고, 외부의 물리적 화학적 자극에 대해 우수한 내구성을 나타낼 수 있어 바람직할 수 있다.
만약 구리, 은, 알루미늄의 평균입자 직경이 마이크로(㎛)의 크기이면 전도율은 우수하나, 200㎛를 초과하면 코팅 작업성 및 기재에 대한 접착력이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다. 또한 구리, 은, 알루미늄은 전술한 평균입자 직경 범위내에서 서로 다른 평균 입자 직경을 갖는 2종 이상의 구리, 은, 알루미늄의 혼합물이 사용될 수도 있다.
통상 구리, 은, 알루미늄은 실리카(Al2O3) 성분과 함께, NaO, K2O 등과 같은 알칼리 금속의 산화물, MgO, CaO 등과 같은 알칼리 토금속의 산화물, Al2O3와 같은 알루미늄 산화물 등의 무기 금속 산화물 성분을 잔부량으로 포함한다. 이중 무기 금속 산화물 성분은 구리, 은, 알루미늄의 내구성을 증가시키는 반면, 고유의 저항값을 가져 다량으로 포함될 경우 구리, 은, 알루미늄의 전도율이 저하될 수 있다. 이에 따라, 전술한 전도율를 충족하면서도 구리, 은, 알루미늄의 적절한 자체 내구성을 갖도록 하기 위해서는 구리, 은, 알루미늄의 전술한 무기금속 산화물 성분을 총 중량에 대하여 5 내지 30 중량%로 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
전도체로서 금(GOLD)는 은(AG), 구리, 알루미늄에 비해 전도 효율은 보다 우수하나, 그 특성상 고가이므로 적용하기가 어렵다.
또한 구리, 은, 알루미늄의 전도체는 전도율 증가, 내구성 강화, 및 기재에 대한 접착력 증진 등을 목적으로 실란기 또는 아미노기를 포함하는 화합물로 표면 처리된 것일 수 있다. 구체적으로 3-아미노프로필트리에톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리에톡시실란, 아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란, 부탄올-프리아미노에틸아미노프로필트리메톡시실란 등과 같은 실란계 화합물 또는 아민계 화합물 등에 의해 표면처리될 경우 기재에 대한 접착력이 증가되어 바람직할 수 있다. 실시예로는 내마모성 왁스계(BYK/CERAFLOUR 996)를 사용한다. 이때 전도체에 대한 표면처리 방법은 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다.
수용성 중합체는 기재 물질에 대한 전도체의 접착력을 증가시키는 동시에 전도체의 전도율, 내열성을 증가시켜 후속의 디자인 컷팅 패턴 형성과 염색을 위한 고온에서의 전사 공정 시 기재의 손상 없이 우수한 전사 효율로 염색 및 패턴 형성이 가능하도록 한다. 이에 따라, 본 실시예서 사용 가능한 수용성 중합체로는 접착성, 신축성과 함께 전도체와의 결합력이 우수하고, 물리적 화학적 내구성이 강한 것이 바람직하다.
본 실시 예에서 수용성 중합체는 구체적으로 분자 내 음이온성 작용기를 포함하는 수용성의 폴리아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐아세테이트계 수지, 폴리에틸렌글리콜계, 폴리아크릴아마이드계 수지, 에틸셀룰로오스계 수지, 키토산, 키틴, 폴리아마이드계 수지, 폴리아마이드 핫멜트계 수지, 폴리디메틸실록산을 포함하는 실리콘 함유 고분자, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
전술한 음이온성 작용기는 히드록시기, 카르복실산기 및 설폰산기등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 전술한 수용성 음이온성 중합체 중에서 1종 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.
본 실시 예에서 음이온성 작용기는 구체적으로 히드록시기, 카르복실산 또는 그의 염, 설폰산 또는 그의 염 등일 수 있다. 전술한 바와 같은 수용성 음이온성 중합체는 전도체 100중량부에 대하여 100 내지 600중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 전도체에 대한 중합체의 함량이 지나치게 낮을 경우, 구체적으로 100중량부 미만일 경우 기재에 대한 전도체의 접착력이 저하되고, 전도층의 내열성 개선 효과가 미미하여 후속의 고온 열전사 공정시 기재의 황변 또는 연소 등의 손상이 발생할 우려가 있다.
한편, 전도체에 대한 중합체의 함량이 지나치게 높을 경우, 구체적으로 600중량부를 초과할 경우 상대적으로 낮아진 전도체 함량으로 인해 전기전도율이 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
증점제는 전사 및 전도층 형성용 조성물의 점도 특성을 조절하여 기재에 대한 코팅성을 증가시키고, 형성된 전도층내 전도체의 분산성 및 전도층 두께 균일성을 개선시키는 역할을 한다.
본 실시 예에서 증점제로는 하이드록시프로필메틸 셀룰로오스(hydroxylpropylmethyl cellulos; HPMC), 하이드록시에틸메틸 셀룰로오스(hydroxyethylmethyl cellulose; HEMC), 에틸하이드록시에틸 셀룰로오스(ethylhydroxyethyl cellulose; EHEC) 및 카르복시메틸 셀룰로오스(carboxymethyl cellulose; CMC) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 이들 중 1종 단독으로 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 본 실시예서 증점제로는 BYK사의 레벨링제(BYK348)을 적용할 수 있다.
또한 본 실시 예에서 증점제는 전도체 100중량부에 대하여 0.1 내지 0.5 중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 전도체에 대한 증점제의 함량이 지나치게 낮을 경우, 구체적으로 0.1중량부 미만일 경우 전도층 형성용 조성물이 고점도화 되어, 도포가 용이하지 않는 등 전도층 형성 공정성이 저하되고, 전도층의 두께 균일성이 저하될 우려가 있다. 반면 전도체에 대한 증점제의 함량이 지나치게 높을 경우, 구체적으로 1중량부를 초과할 경우 전도층 형성용 조성물의 흐름성이 지나치게 증가하여 오히려 공정성이 저하되어 바람직하지 않다.
한편 본 실시 예를 전기, 전자용 플렉시블(flexible) 회로기판 용도로 사용할 경우, 방염, 난연 첨가제 더 포함할 수 있다. 이에 THPC(terakis hydroxymethyl phoshonium chloride), APO(1-aziridinyl phosphine oxide), erifon(듀폰사/유기티탄-안티몬 착화합물), 포스포릴아미드 트리알릴포스페이트(phosphoryl amide triallyl phosphate)의 중합체 중 1군을 선택하여 상기 전도층 형성용 조성물 100 중량부의 1 내지 5 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
보론 나아트라이드(BORON NITRIDE))는 전도층 내에 전도율을 향상시키는 역할과 전도체와 수지 중합체를 혼합 시 엉김 현상을 제거하는 역할을 한다.
본 실시 예에서 보론 나이트라이드는 전도체 100 중량부에 대하여 10 내지 40 중량부로 마련될 수 있다.
카본 입자는 전도층 내에서 전기 저항값을 차단하고 특정방향의 전기흐름을 진행시켜 전도율을 향상시키는 역할을 한다.
본 실시 예에서 카본입자는 구체적으로 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 덴카 블랙, 수퍼-P 및 케첸 블랙 등일 수 있다.
또한 본 실시 예에서 카본입자의 크기 및 형태는 특별히 한정되지는 않으나, 기재에 대한 접착력 등을 고려하여 구형의 입자상을 갖는 것이 바람직할 수 있으며, 보다 구체적으로 60 내지 200nm의 평균입자 직경을 갖는 구형의 입자인 것이 보다 바람직할 수 있다.
나아가 본 실시 예에서 카본입자는 전도체 100중량부에 대하여 0.1 내지 0.2 중량부로 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 전도체에 대한 카본입자의 함량이 지나치게 낮으면, 구체적으로 0.1중량부 미만이면 카본입자 사용에 따른 전도율 효과가 미미하고, 전도체에 대한 함량이 지나치게 높으면, 구체적으로 0.2 중량부를 초과하면 상대적으로 전도체의 함량이 감소하게 되어 전기전도 효과가 저하될 우려가 있어 바람직하지 않다.
그리고 본 실시 예에서 전도층 형성용 조성물은 물, 메탄올, 에탄올 등과 같은 탄소수 1 내지 5의 저급 알코올 등과 같은 친수성 용매를 포함할 수 있다.
본 실시 예에서 용매는 전사층의 박리강도 및 전도층 형성시 공정성 등을 고려하여 전도층 형성용 조성물이 적절한 점도를 갖도록 하는 양으로 포함될 수 있다.
구체적으로 본 실시 예에서 전도체의 전도율 및 기재에 접착 강도를 고려할 때 전도층 형성용 조성물은 800 내지 5000cps의 점도를 갖는 것이 바람직하다. 이를 위해 용매는 은(AG), 구리, 알루미늄 100중량부에 대하여 100 내지 600 중량부로 포함될 수 있다.
본 실시 예에서 전도층 형성용 조성물은 전술한 성분들 외에 전도층 형성시 전도층 및 전사층의 효과 증진 등을 목적으로 통상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
구체적으로 전도층 형성용 조성물내 은(AG), 구리, 알루미늄 및 카본입자의 분산성을 높이기 위한 분산제, 경화제, 자외선흡수제(예를 들면, 트리아진계 자외선 흡수제, 자외선 흡수제 등), 계면활성제, 대전방지제, 또는 은(AG), 구리, 알루미늄에 대한 침전방지제 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
일례로, 분산제로는 구체적으로 트리칼슘포스페이트, 트리소듐포스페이트, 마그네슘 포스페이트, 피로인산마그네슘 등을 들 수 있으며, 이들 중 1종 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 실시 예에서 분산제는 은(AG), 구리, 알루미늄 100중량부에 대하여 10 내지 30 중량부로 포함될 수 있다. 은(AG), 구리, 알루미늄에 대한 분산제 함량이 지나치게 낮을 경우 분산제 첨가에 따른 효과가 미미하고, 반면 은(AG), 구리, 알루미늄에 대한 분산제 함량이 지나치게 높을 경우 최종 제조된 전도층내 잔류하는 분산제가 불순물로 작용하여 전도층의 전기전도 효율을 저하시킬 우려가 있어 바람직하지 않다.
또한 본 실시 예에서 전도층 형성용 조성물은 1액형 전도층 및 전사층 형성용 조성물이나, 선택적으로 접착제를 더 포함할 수 있다.
본 실시 예에서 접착제로는 중합체의 종류에 따라 폴리아미드 핫멜트 파우더로 사용되는 것이 바람직할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 전도층 형성용 조성물은 은(AG), 구리, 알루미늄과 함께 은(AG), 구리, 알루미늄의 기재에 대한 접착성을 개선시키기 위한 바인더로서 수용성 중합체를 포함함으로써, 은(AG), 구리, 알루미늄과 전사층과 전도층이 한번에 이루어지는 바인더로 후 공정에 열 전사 방식의 높은 접착력으로 은(AG), 구리, 알루미늄을 안정하게 접착시킬 수 있으며, 전도층 형성용 조성물을 이용하여 형성된 전도층을 포함하는 섬유 또는 원단의 세탁견뢰도를 크게 하게 증가시킬 수 있다. 종래에는 은(AG), 구리, 알루미늄 접착을 위한 별도의 접착층 형성없이 실크스크린 방식으로 세탁, 마찰에 단점이 있었다.
본 실시 예에서 수용성 중합체는 전사층 및 전도층의 유리전이 온도를 증가시켜, 구체적으로는 약 20 내지 80℃ 이상 증가시킴으로써 후속의 염색 및 패턴 형성을 위한 승화전사 공정시 기재의 변색 및 연소 등의 발생을 방지할 수 있고, 또 상기 전도 및 전사층 형성용 조성물을 이용하여 형성된 전도층을 포함하는 섬유 또는 원단의 촉감 또는 터치감을 개선시킬 수 있다.
또한 본 실시 예에서 전도층 형성용 조성물은 수용성 중합체와 함께 증점제 및 카본 입자를 포함함으로써 종래에 비해 현저히 얇아진 전도층의 두께에도 우수한 전도성 효과와 강한 견뢰도를 나타낼 수 있다.
전술한 바와 같은 전도층 형성용 조성물의 우수한 물성적 특성으로 인해 신축성이 요구되는 니트 류 등의 섬유나 직물, 원단 등 다양한 물품에서의 전도층 형성에 특히 유용하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전도층 형성용 조성물을 이용한 전사지의 제조방법 및 이에 따라 제조된 물품이 제공된다.
이하에서 도 1을 참고하여 본 실시 예에 따른 전도층 형성용 전사지 제조방법을 간략히 설명한다.
본 실시 예에 따른 전도층 형성용 전사지 제조방법은 은, 구리, 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 전도체와 수용성 중합체와 증점제와 카본 입자를 혼합하여 전도층 형성용 조성물을 제조하는 단계(S10)와, 전도층 형성용 조성물을 기재의 적어도 일면에 도포하여 전도층 형성용 조성물의 도포막을 마련하는 단계(S20)와, 전도층 형성용 조성물 및 기재와 박리되는 도포막을 마련하는 단계(S30)와, 도포막을 건조하여 전도층을 형성하는 단계(S40)를 포함한다.
전사층 및 전도층 형성용 조성물을 제조하는 단계(S10)는, 전사층 및 전도층 형성용 조성물을 전술한 바와 동일한 조성을 가질 수 있다.
구체적으로 전사층 및 전도층 형성용 조성물은 전술한 전도체, 수용성 중합체, 증점제 및 보론 나이트라이드와 카본 입자를 용매와 혼합함으로써 제조될 수 있다. 이때 전술한 물질들의 혼합 순서는 특별히 한정되지 않는다.
전사 및 전도층은 앞서 설명한 바와 동일하다.
용성 음이온성 중합체 역시 앞서 설명한 바와 같이, 분자 내 음이온성 작용기를 포함하는 폴리아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐아세테이트계 수지, 폴리에틸렌글리콜계, 폴리아크릴아마이드계 수지, 에틸셀룰로오스계 수지, 키토산, 키틴, 폴리아마이드계 수지, 폴리아마이드 핫멜트계 수지, 폴리디메틸실록산을 포함하는 실리콘 함유 고분자, 및 그 유도체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 것일 수 있다.
본 실시 예에서 수용성 중합체는 물 또는 저급 알콜 등의 수성 분산매 중에 분산된 형태로 사용되는데, 수용성 중합체의 분산액은 그 자체로 상업적으로 입수할 수도 있고, 또는 단량체를 기타 음이온성 공단량체 또는 비이온성 공단량체와 공중합시키거나, 또는 중합 후 음이온성 작용기로 하전시킴으로써 분산액의 형태로 제조될 수 있다.
본 실시 예에서 단량체의 중합은 용액, 벌크, 침전물, 분산물, 현탁액, 에멀션, 마이크로에멀션 등을 포함하여 통상의 중합 방법에 따라 수행될 수 있다.
또한 본 실시예에서 음이온성 단량체로는 아크릴산, 메타크릴산 또는 비닐계 화합물 등이 사용될 수 있다. 또 본 실시 예에서 음이온성 작용기로는 히드록시기, 카르복실산 또는 그의 염, 설폰산 또는 그의 염 등을 들 수 있다.
일례로, 음이온화된 수용성 비닐단량체와 비이온성 수용성 비닐 단량체를 염 수용액 중에서 음이온화된 수용성 중합체의 안정화제 존재 하에 자유라디칼 형성 조건에서 분산 중합함으로써 음이온화된 에틸비닐알코올계 또는 폴리비닐아세테이트계 수지의 분산액이 제조될 수 있다. 분산액의 상태로 사용될 경우, 고형분 중량을 기준으로 수용성 중합체가 전도체 은(AG), 구리, 알루미늄(AL) 1군중 100중량부에 대하여 100 내지 600 중량부로 포함되도록 하는 양으로 수용성 중합체의 분산액이 사용되는 것이 바람직할 수 있다.
카본 입자 역시 미세한 입자 크기로 인해 수분산액 중에 분산된 상태로 사용되는 것이 바람직할 수 있으며, 이에 따라 카본입자의 함량은 고형분 중량을 기준으로 전도체 은(AG), 구리, 알루미늄(AL) 1군중 100n중량부에 대해 0.1 내지 1.0중량부로 포함될 수 있다.
전술한 물질들의 혼합 후, 또, 수용성 고분자와 전도체의 분산을 증대시키기 위해서 잔사 및 전도층 형성용 조성물에 산성 또는 염기성 용액을 소량 첨가하여 pH를 6 내지 8 범위로 조절하는 단계를 선택적으로 더 실시할 수 있다.
또, 용매에 대한 용해도 증가 및 전도체의 분산도 증가를 위해 각 구성성분의 혼합 후 또는 pH 조절 후 초음파기, 균질 혼합기 등을 이용한 균질 혼합 공정을 선택적으로 더 실시할 수도 있다.
도포막을 마련하는 단계(S20)는 전술한 단계(S10)에서 제조한 전사 및 전도층 형성용 조성물을 기재의 적어도 일면에 도포하여 전사 및 전도층 형성용 조성물의 도포막을 형성하는 단계이다.
이때, 기재는 특별히 한정되지 않으며, 구체적으로는 이형용 종이, 필름 류일 수도 있다. 기재의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 용도에 따라 적절히 조절될 수 있다. 기재에 대한 전사 및 전도층 형성용 조성물의 도포 공정은 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다.
구체적으로, 리버스(reverse), 그라비아(gravure), 콤마코터(comma coater), 스프레이(spray), 슬릿 코팅, 바코팅, 또는 나이프코팅(knife coating), 롤 코팅(roll coating) 등과 같은 도포 방식으로 도포될 수 있다.
전술한 도포 공정에 따라 형성되는 전도층의 두께는 전도체의 입자 직경에 따라 달라지는데, 전사 및 전도층 형성용 조성물은 건조 후 전도층의 두께가 사용된 전도체의 최대 입자 직경 이상이며, 전도체 평균 입자 직경의 3배 이하가 되도록 도포되는 것이 바람직할 수 있다.
전술한 범위를 벗어나 전도층의 두께가 전도체의 최대 입자 직경보다 작을 경우 도포 공정이 어렵고, 한편 전도체 평균 입자 직경의 3배를 초과할 경우, 전도율과 마찰 및 세탁견뢰도의 저하 우려가 있다.
또한 전사 및 전도층내 포함되는 전도체의 함량은 물품의 용도에 따라 적절히 조절될 수 있다.
구체적으로 전술한 전도체의 물성적 특성들 및 기재에 대한 접착력 등을 고려할 때 전사 및 전도층 형성용 조성물은 건조 후 기재에 대해 전도체가 30 내지 85g/m2의 양으로 포함되도록 하는 양으로 도포되는 것이 바람직하다.
전도체의 함량이 30g/m2 미만일 경우 전도체의 함량이 지나치게 낮아 충분한 전기전도 효과를 얻기 어렵고, 반면 전도체의 함량이 85g/m2를 초과할 경우 전도체의 탈락율이 높아져 바람직하지 않다.
도포막을 마련하는 단계(S30)는, 전술한 단계(S20)에서 제조한 전사 및 전도층 형성용 조성물의 도포막에 대해 건조 공정을 실시하여 전도층을 형성하는 단계이다.
본 실시 예에서 건조 공정은 도포막내 포함된 용매의 제거 및 도포막의 경화를 위한 공정으로서, 열풍 건조, 가열건조 등 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다.
구체적으로는 130℃ 이하의 온도에서 1단계로 또는 다단계로 나뉘어 실시될 수 있으며, 보다 구체적으로는 120 내지 130℃에서의 1차 고온 건조 공정, 40 내지 120℃에서의 2차 중온 건조공정으로 2단계로 실시되는 것이 우수한 접착력과 견뢰도로 전도체가 기재에 접착될 수 있어 바람직할 수 있다.
또한, 전술한 건조 공정에 의해 전사 및 전도층 형성용 조성물내 포함된 증점제 등과 같은 저비점을 갖는 유기 성분들은 제거되고, 전사 및 전도체 및 수용성 중합체를 포함하는 전도층이 형성되게 된다.
전사 및 전도층 형성용 조성물의 도포막에 대해 고온에서 열처리를 실시하는 통상의 전사 및 전도층 형성 방법의 경우, 최종 제조된 전도층에서 바인더 수지가 제거되게 되지만, 본 실시 예와 같이 저온에서 건조처리를 실시할 경우 최종 제조되는 반사층에 수용성 중합체가 잔류하게 된다.
또 저온 건조시 용매 제거와 함께 수용성 중합체간 가교결합이 형성되면서, 망상구조체를 형성하게 된다. 그 결과 은(AG), 구리, 알루미늄(AL) 및 카본입자는 상기 망상구조체 내에 분산되어 존재하게 된다.
이와 같이 형성된 수용성 고분자의 망상구조체는 작용기와 기재 및 (AG), 구리, 알루미늄(AL)의 전도체와 상호작용으로 기재 및 전도체에 대해 우수한 접착력을 나타낼 뿐만 아니라, 망상 구조체 내에 전도체를 안정적으로 고착화시킬 수 있어 전도층 전사지의 제조 시 전도체의 탈락을 현저하게 감소시킬 수 있으며, 후 공정의 열 전사공정 시 섬유원단 및 직물 등에 신축성과 강한 견뢰도를 나타낸다.
또, 전술한 건조 공정의 결과로 형성된 전도층 내에는 미량의 카본 입자가 잔류할 수도 있다. 전도층내 미량으로 존재하는 카본 입자는 전도층 내에서 저항값을 소량 차단하고 특정방향의 전류를 통과시키는 도전체의 역할을 할 수 있다. 다만, 과량으로 잔류시에는 전도체의 전도율 효과를 저감시킬 수 있으므로, 미량으로 존재하는 것이 바람직하며, 구체적으로는 은(AG), 구리, 알루미늄(AL) 중 1군의 100중량부에 대하여 0.001 중량부 이하로 존재하는 것이 바람직할 수 있다.
전술한 제조방법은 전사층 및 전도층을 한번에 제조하는 공정으로 높은 전기전도율과 견뢰도을 갖는 전사 및 전도층 형성이 가능하며, 종래에 전도체형성을 하기위한 여러 번의 공정을 단축시킬 수 있다.
또한 전술한 전사 및 전도층 형성용 조성물을 이용하여 제조된 전도층을 갖는 전사지는 별도의 스크린형틀 및 디자인 작업 없이도 컷팅으로 기재에 바로 재현 가능하고, 특히 섬유 또는 원단의 경우 우수한 신축성과 견뢰도를 나타낸다.
구체적으로, 전도성 원단은 세탁견뢰도 4 내지 5급, 드라이클리닝 견뢰도 4 내지 5급, 그리고 마찰견뢰도 4 내지 5급인 것일 수 있다. 또, 전도층내 포함된 수용성 중합체는 전도층의 유리전이온도를 증가시켜, 구체적으로는 약 20 내지 80℃ 이상 증가시킴으로써 전도성 원단의 내열성을 증가시켜 후속의 염색 및 패턴 형성을 위한 승화전사 공정 시 기재의 변색 및 연소 등의 발생을 방지할 수 있고, 또 전도층의 두께를 최소화할 수 있어 현저히 개선된 터치감을 나타내도록 한다.
전술한 바와 같은 전사 및 전도층 형성용 조성물의 우수한 물성적 특성으로 인해 높은 전도율(electrical conductivity)과 함께 높은 축률(reduction ratio)의 효과에 의한 디자인성이 요구되는 다양한 물품들, 구체적으로는 요가복, 운동복, 자전거의류, 레깅스, 발, 팔토시, 허리밴드, 전자 파스, 기능성 섬유나 니트 류, 직물류 또는 이를 이용한 원단 또는 산 자재 등에 적용 가능하다.
이에 따라 본 실시 예에 따른 제조방법에 의해 제조된 전도층을 갖는 전사지 물품이 제공될 수 있다. 이 물품은 기재 및 기재의 적어도 일면에 위치하는 전사 및 전도층을 포함한다.
기재는 섬유원단, 실, 의류, 신발 또는 기타 장식용품 제조를 위한 섬유, 종이, 면, 마, 견, 모 등 천연 직물 또는 편물, 나일론, 폴리우레탄, 폴리에스터, 레이온 등과의 합성 직물 또는 편물, 원단, 피혁 등일 수 있다.
또한, 전술한 전사 및 전도층 형성용 조성물에 의해 형성된 것으로, 전사 및 전도체를 포함하여 전도성 기능을 나타낼 수 있다. 나아가 전사층의 개선된 내열성으로 인해 기재에 상관없이 전도층에 대해 옵셋, 그라비아, 솔벤, UV 평판 프린트,3D프린트 또는 고온의 승화 전사 등 패턴 및 색상을 나타내기 위한 다양한 공정과 축광, 형광, 감온, 변온 잉크 등과 교반하여 실시할 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
수용성 중합체로서 수성EVA 수지의 분산액(대만 다이렌社)을 고형분 중량 기준으로 55중량부, 폴리아미드 핫멜트 파우더 30중량부, 증점제로서 BYK_348 10.5~1.0중량부, 카본입자로서 평균입자직경 30㎛의 카본블랙의 수분산액을 고형분 중량 기준으로 1.0중량부, 그리고 분산제로서 트리칼슘포스페이트 5~10 중량부를 각각 측량하여 물과 메틸알코올의 혼합용액(48:10 혼합부피비) 중에서 혼합한 후, 결과로 수득된 용액에 평균입자직경 80~200㎛ 또는 20~100nm의 은(AG), 구리 알루미늄 중 1군으로 (전도율 99%이상) 100중량부를 분산시키고, 교반 혼합하여 전사 및 전도층 형성용 조성물을 제조하였다. 이때 용매의 사용량을 조절하여 전사 및 전도층 형성용 조성물의 점도가 800~5000cps가 되도록 하였다.
전술한 제조예 1에서 은(AG) 대신에 구리, 알루미늄을 사용하는 것을 제외하고는 제조예 1에서와 동일한 방법으로 실시하여 전사 및 전도층 형성용 조성물을 제조하였다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 전도층 형성용 조성물을 이용하여 우수한 전도성 효과와 함께, 니트 류와 같은 신축성 원단에도 우수한 견뢰도를 나타내며, 내열성의 증가로 기재 변색 또는 연소에 대한 우려없이 패턴 또는 염색을 위한 고온 승화 전사가 가능하도록 하며, 표면 촉감을 개선시킬 수 있는 전도층 형성이 가능하다. 이에 따라 상기 전도층 형성용 조성물은 전도층의 전도 효과에 의한 전도율 또는 디자인성이 요구되는 다양한 물품들, 구체적으로는 요가복, 운동복, 자전거의류, 레깅스, 발, 팔토시, 허리, 기능성 섬유나 니트류, 직물류 또는 이를 이용한 원단 또는 산자재 등에 적용 가능하다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (2)

  1. 삭제
  2. 은, 구리, 알루미늄으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 전도체와 수용성 중합체와 증점제와 카본 입자를 혼합하여 전도층 형성용 조성물을 제조하는 단계;
    상기 전도층 형성용 조성물을 기재의 적어도 일면에 도포하여 전도층 형성용 조성물의 도포막을 마련하는 단계; 및
    상기 도포막을 건조하여 전도층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 전도체 100중량부에 대하여 상기 수용성 중합체는 100 내지 600 중량부, 상기 증점제는 0.1 내지 20 중량부, 보론 나이트라이드는 10 내지 40 중량부, 상기 카본 입자는 0.1 내지 10 중량부를 포함하고,
    상기 전도체는 80 내지 200㎛의 평균입자 직경을 갖는 구형 형상을 가지고,
    상기 전도체는 3.0Ω 내지 3.5Ω 저항치를 갖고,
    상기 전도층 형성 조성물은 물, 탄소수 1 내지 5의 저급 알코올 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 용매; 및
    분산제, 경화제, 자외선차단제, 황변억제제, 광확산제, 계면활성제, 대전방지제, 침전방지제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 첨가제를 더 포함하고,
    상기 수용성 중합체는, 분자 내 음이온성 작용기를 포함하는 수용성의 폴리아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐아세테이트계 수지, 폴리에틸렌글리콜계, 폴리아크릴아마이드계 수지, 에틸셀룰로오스계 수지, 키토산, 키틴, 폴리아마이드계 수지, 폴리아마이드 핫멜트계 수지, 폴리디메틸실록산을 포함하는 실리콘 함유 고분자, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되고,
    상기 음이온성 작용기는 히드록시기, 카르복실산기 및 설폰산기로 이루어진 군에서 선택되고,
    상기 전도층 형성용 조성물을 제조하는 단계의 이후에 상기 전도층 형성용 조성물에 산성 또는 염기성 용액을 첨가하여 PH를 6 내지 8 범위로 조절하는 단계를 더 포함하고,
    상기 도포막을 건조하는 단계는 120 내지 130℃에서의 1차 고온 건조 공정, 40 내지 120℃에서의 2차 중온 건조공정으로 2단계로 실시되는 전도층 형성용 전사지 제조방법.
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