KR20090011076A

KR20090011076A - 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성소재 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20090011076A
Application number: KR1020070074319A
Authority: KR
Inventors: 공진문; 공효정
Original assignee: 공진문; 공효정
Priority date: 2007-07-25
Filing date: 2007-07-25
Publication date: 2009-02-02

Abstract

본 발명은 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재에 있어서, 셀룰로오스계, 단백질계, 폴리에스테르계, 폴리프로필렌계, 폴리아미드계, 아크릴계, 금속박 또는 이들의 혼방물로 이루어진 기재층;상기 기재층의 상부에 코팅액의 침투를 방지하는 1차 보호층;상기 1차 보호층의 상부에 상전이 물질로 분자량 200 내지 20,000의 폴리에틸렌글리콜이 포함된 코팅액으로 이루어진 코팅층; 및 상기 코팅층의 상부에 상전이 물질이 유출되지 않도록 하는 2차 보호층이 포함되는 것을 특징으로 하여, 온도 감응성이 탁월하고 내구성이 있으며, 환경 친화적이고, 다양한 용도에 적용될 수 있는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

온도 감응성, 상전이, 폴리에틸렌글리콜(PEG), 수용성 폴리우레탄 수지, 천연 라텍스 에멀젼

Description

폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재 및 이의 제조방법 {Temperature-induced materials having polyethylene glycol PCM property and a method of preparing the same}

본 발명은 온도 감응성이 탁월하고 내구성이 있으며, 환경 친화적이고, 다양한 용도에 적용될 수 있는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

최근에는 기능성 소재가 보편화 됨에 따라 열저장 및 방출이 용이한 소재의 개발이 활발히 이루어지고 있으며, 과학의 발전으로 첨단의 다기능 전자제품이 소형화되어 휴대가 간편해짐에 따라 이로부터 발생되는 열을 효율적으로 흡수하고 방출시킬 수 있는 시트의 개발도 진행되고 있다. 그 밖에 이러한 온도 감응성 소재를 제조하기 위해 상전이 물질을 적용시키는 방법으로 상전이 물질을 마이크로캡슐 형태로 제조하여 원단에 부착시키는 방법이 제시되었다.

이에 미합중국 특허발명 제5290901호에서는 상전이 물질로 채워진 마이크로 캡슐을 함유하는 바인더로 코팅하여 향상된 열보유 능력이 제공됨을 제안하였으나, 상기 발명에 사용된 바인더는 아크릴 화합물로서 직물의 내구성, 수증기 투과성, 탄성 등이 저하되는 문제점이 있다.

또한, 미합중국 특허발명 제7037582호에 있어서, 상전이 물질을 n-파라핀으로 하여 캡슐 형태로 제조하는 방법이 제안된 바 있다. 그러나, 상기 캡슐 형태는 소재에 부착시키기 위해 다량의 바인더가 사용되고, 이에 따라 소재의 촉감도 좋지 못한 단점이 있었다.

한편, 기존의 상전이 물질은 탄소 성분으로, 상기 탄소의 구성과 개수에 따라 조절가능한 온도 범위가 제공되며, 주로 파라핀, 헥사데칸, 헵타데칸, 옥타데칸, 노나데칸 등이 사용되어 왔다. 또한, 상기의 상전이 물질을 캡슐화 하기 위해 상전이 물질을 감싸는 외벽 물질로 알데히드, 우레아(요소) 같은 소수성 물질이 사용되며, 대부분 멜라민 수지가 사용되는데, 멜라민 수지에는 다량의 포르말린이 함유되어 있기 때문에 환경오염에 주범이 되는 물질로서 현재 유럽에서는 규제되고 있는 실정이다.

상기의 수지는 열경화성 물질로서 열에는 안정하지만, 바인더 수지와의 상용성이 부족하고, 휘발성 유기화합물(Volatile Organic Compound)로서 대기 중에서 질소산화물과 공존하면 햇빛의 작용으로 광화학반응을 일으켜 오존 및 팬(PAN:퍼옥시아세틸 나이트레이트) 등 광화학 산화성 물질을 생성시켜 광화학스모그를 유발하는 물질을 통틀어 일컫는 말이다. 대기오염물질이며 발암성을 지닌 독성 화학물질로서 광화학산화물의 전구물질이기도 하다. 또한, 지구온난화의 원인물질이며 악취 를 일으키기도 한다.

이에 대한민국 특허공보 제1994-0003137호에 있어서, 상전이 물질 또는 가소성 결정 물질을 물과 같은 용매에 용해 시키고, 상기 용액으로 중공섬유를 충전시키거나, 비중공 섬유를 함침시킨 후 용매를 제거하여 섬유에 적용시키며, 상전이 물질로서 사용되는 폴리에틸렌글리콜은 섬유상에서 가교결합에 의해 용해되지 않고, 방오성, 듀러블 프레스성, 대전방지성, 내마모성, 항필링성 및 흡수성 등의 특성이 직물에 제공됨이 제안된 바 있다. 그러나, 상기 보호층의 부재로 인해 함침된 상전이 물질이 이탈될 우려가 있다.

또한, 대한민국 특허공보 제2001-0097022호에 있어서, 600 내지 20,000의 분자량을 갖는 폴리에틸렌글리콜을 상변이 물질로 코팅액을 조성시켜 직물 또는 의류를 함침시키고, 건조 및 열처리 단계를 거친 축열 방열 직물 또는 의류의 제조방법이 제안된 바 있다. 그러나, 상기 방법 역시 함침법으로서 바인더의 함유량이 줄어들었으나, 상전이 물질의 견고한 고착이 미흡하여 이탈의 우려가 있다.

그 외에도 대한민국 특허발명 제427596호에 있어서, 유기계 상변화 물질에 열전도성 필러 분말을 첨가하여 분산시킨 후, 다공성 기재에 함침시켜 열전도 및 열흡수성 시트가 제작되었으며, 내열성 및 내약품성이 우수한 폴리아미드, 멜라민페이스트, 실리콘수지, 우레탄수지 또는 UV경화형수지를 코팅시켜 다른 물체에 열전도성 상변화 물질이 전이되거나 확산되는 것을 방지할 수 있는 열전도 및 열흡수성 시트가 제안된 바 있다. 그러나, 상기 시트에 다량의 수지가 사용되어 촉감이 저하될 수 있으며, 사용 후 폐기 시에 코팅 물질이 경화형 물질로서 환경을 오염시 킬 우려가 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명의 목적은 상전이 물질로 폴리에틸렌글리콜을 이와 친화성이 있는 바인더와 함께 사용하여 내구성이 있고, 온도 감응성이 탁월한 온도 감응성 소재를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 무해한 소재들로 구성하여 환경 친화적인 소재를 제공하는 데 있다.

또한, 제조 공정을 단순화시켜 생산성이 증대되며, 우수한 신축성 및 유연성이 부여되는 온도 감응성 소재를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재에 있어서, 셀룰로오스계, 단백질계, 폴리에스테르계, 폴리프로필렌계, 폴리아미드계, 아크릴계, 금속박 또는 이들의 혼방물로 이루어진 기재층;상기 기재층의 상부에 코팅액의 침투를 방지하는 1차 보호층;상기 1차 보호층의 상부에 상전이 물질로 분자량 200 내지 20,000의 폴리에틸렌글리콜이 포함된 코팅액으로 이루어진 코팅층; 및 상기 코팅층의 상부에 상전이 물질이 유출되지 않도록 하는 2차 보호층이 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물 질 특성에 따른 온도 감응성 소재를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 상전이 물질이 18 내지 60 ℃ 에서 상전이 효과가 발생됨을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 상전이 물질 코팅층이 폴리에틸렌글리콜:바인더:물 = 1:0.25 ~ 2:0.5~3 의 비율로 조성되어 이루어짐을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 바인더가 수용성 폴리우레탄, 천연 라텍스 에멀젼으로 이루어진 군에서 1 이상 선택되어 이루어짐을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 코팅액이 스프레이 방식으로 100 내지 1,500 g/㎡ 으로 도포되어 이루어짐을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 보호층이 수용성 폴리우레탄과 천연 라텍스 에멀젼이 혼합된 바인더 수지로 100 내지 250 g/㎡ 으로 스프레이 방식으로 도포되어 이루어짐을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 코팅액에 실리카가 더 포함되되, 코팅액 100을 기준으로 실리카가 1 내지 8 중량부 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재를 제공한다.

또한, 본 발명은 폴리에틸렌클리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법에 있어서, 셀룰로오스계, 단백질계, 폴리에스테르계, 폴리프로필렌계, 폴리아미드계, 아크릴계, 금속박, 또는 이들의 혼방물로 제조된 기재소재 준비 단계;상기 기재소재 준비 후, 상전이 물질로 분자량 200 내지 20,000의 폴리에틸렌글리콜, 바인더 및 물이 포함된 코팅액 제조 단계;상기 제조된 코팅액을 교반기로 균일하게 혼합시키는 숙성 단계;상기 준비된 기재소재에 코팅액의 침투를 방지하는 1차 보호층 형성 단계;상기 1차 보호층 형성 단계를 거친 후, 상기 기재소재에 상기 1차 보호층이 고착되도록 하는 건조 단계;상기 건조된 소재에 상기 제조된 상전이 물질이 함유된 코팅액을 도포시키는 코팅층 형성 단계; 및 상기 형성된 코팅층이 상기 1차 보호층에 안정적으로 고착되도록 하는 건조 단계;상기 건조 단계를 거친 소재에 상기 코팅액이 유출되지 않도록 하는 2차 보호층 형성 단계;상기 2차 보호층 형성 단계를 거친 소재에 상기 2차 보호층이 안정적으로 고착되도록 하는 건조 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 상전이 물질이 18 내지 60 ℃ 에서 상전이 효과가 발생됨을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 코팅액이 폴리에틸렌글리콜:바인더:물 = 1:0.25 ~ 2:0.5~3 의 비율로 조성되어 이루어짐을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 바인더가 수용성 폴리우레탄, 천연 라텍스 에멀젼으로 이루어진 군에서 1 이상 선택되어 이루어짐을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 코팅액이 스프레이 방식으로 100 내지 1,500 g/㎡으로 도포되어 이루어짐을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 1차 및 2차 보호층 형성 단계가 수용성 폴리우레탄과 천연 라텍스 에멀젼 혼합 바인더 수지를 스프레이 방식으로 100 내지 250 g/㎡으로 도포됨을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 건조 단계가 120 내지 180 ℃의 온도에서 1 내지 5분간 건조시킴을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 코팅액 제조 단계에 있어서, 상기 제조된 코팅액에 실리카 첨가 단계가 더 포함되되, 코팅액 100을 기준으로 실리카가 1 내지 8 중량부 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법을 제공한다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 명세서에서 상전이(Phase Transition)란 물질의 상태가 온도, 압력, 자기장 등 일정한 외적 조건에 따라 한 상에서 다른 상으로 변하게 하는 현상을 말한다. 상변화(Phase Change)라고도 하며, 고체가 액체로 변하는 액화, 액체가 기체로 변하는 기화, 고체가 액체 과정을 거치지 않고 기체로 변하거나 기체가 바로 고체가 되는 승화 등이 있다. 상변화가 일어날 때는 잠열이 출입하기 때문에 온도가 변하지 않는다. 잠열은 물질의 상태가 변할 때 필요하거나 방출하는 에너지다. 예를 들어, 얼음 1g을 녹이는데 80cal의 열이 필요하고, 물 1g을 끓이는 데 540cal의 열이 필요하다. 그러므로 물의 융해잠열은 80cal/g, 기화잠열은 540cal/g이다.

또한, 상전이, 즉 상변화를 일으키는 물질을 상전이 물질 또는 상변화 물질(Phase Change Materials;PCMs)이라고 한다.

따라서, 본 발명에 있어서 온도 감응성 소재는 상전이 물질을 소재에 적용시켜 정해진 온도 범위에서 고상과 액상으로 전환하게 되는데 평소 고상으로 존재하다가 열을 받으면 액상으로 전환하게 되고, 이 때 필요한 열을 흡수하거나 방출함 으로써 일정온도를 유지하게 하여 온도에 적응하려는 성질을 부여된 소재를 의미한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 온도 감응성 소재는 기재층 100, 1차 보호층 200, 코팅층 300 및 2차 보호층 400으로 구성될 수 있다.

우선, 기재층 100 은 목재 펄프, 종이, 금속, 천연 섬유, 또는 합성섬유로 이루어진 소재로서 셀룰로오스계, 단백질계, 폴리에스테르계, 폴리프로필렌계, 폴리아미드계, 아크릴계, 금속박 또는 이들의 혼방물 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

상기 기재층 100의 상부에 수용성 폴리우레탄과 천연 라텍스 에멀젼 혼합 바인더 수지로 1차 보호층 200이 형성되며, 후술할 상전이 물질이 포함되어 있는 코팅층을 보호 및 상전이 물질의 오염이 방지되고, 방수성이 제공되며, 소재 내에 오염물의 침투를 방지하는 역할을 하며, 도포율이 100 내지 250 g/㎡ 으로 스프레이 방식으로 도포되어 이루어 질 수 있다. 상기 도포율이 100 g/㎡ 미만인 경우, 후술될 상전이 물질 코팅층이 보호되지 않아 상전이 물질이 전이되는 온도에 따라 상전이 물질이 흘러나올 우려가 있으며, 250 g/㎡ 를 초과하면 보호층이 두꺼워져 온도 감응 성질의 발현이 어려워질 수 있다.

상기 1차 보호층 200의 상부에 코팅층 300 이 형성될 수 있는데, 상기 코팅층은 상전이 물질이 포함된 코팅액으로 스프레이 방식으로 100 내지 1,500 g/㎡ 으 로 도포되어 이루어질 수 있다. 상기 코팅액은 폴리에틸렌글리콜:바인더:물 = 1:0.25 ~ 2:0.5~3 의 비율로 조성되어 구성됨이 바람직하다.

본 발명의 상전이 물질로 사용되는 폴리에틸렌글리콜(Polyethylene glycol; PEG)은 물이나 유기용매에 용해되어 식품첨가제, 식품포장재, 치약, 화장품, 약품 등에 첨가제로 쓰이고 있고, 친수성이며, 인체에 무해하다. 분자량은 200 내지 20,000 정도를 가지며 분자량에 따라 각기 다른 용융온도를 갖는다. 분자량이 1,000일 때 이들은 약 35℃에서 열에 의해 용융(고체에서 액체로)되며 그 이하온도 약 24℃가 되면 다시 결정화(액체에서 고체로)한다. 이에 본 발명의 특징은 PEG의 상전이 성질을 이용하여 온도가 상승하면 열을 빼앗아(흡열) 자체(PEG)는 부드러워졌다가 다시 하강하면 자체의 열을 공급하면서(방열) 자체는 굳어지며 더워지는 원리에 의해, 이들 상전이 물질로 인해 온도조절이 가능하여 지는 것이다.

상기 바인더는 수용성 폴리우레탄(Waterbone Polyurethane) 및 천연 라텍스 에멀젼(Natural Latex Emulsion)이 포함되어 이루어질 수 있는데, 상기 상전이 물질인 PEG와 친수성 물질로, 친화성이 있어 혼화가 용이하고, 상전이 물질의 접착성을 증대시키는 역할을 하기 위한 것으로, 수십 회의 세탁 후에도 상전이 물질이 이탈되지 않도록 한다. 또한, 수지 특성에 기인하여 신축성, 항균성 및 내수성이 부여된다. 따라서, 상기 바인더의 비가 0.25 미만인 경우, 접착력이 저하되어 상전이 물질이 이탈될 우려가 있고, 2 를 초과하면 소재가 딱딱해져 신축성 및 유연성을 기대할 수 없다.

상기 코팅액에는 물이 포함되어 이루어질 수 있는데, 상전이 물질인 PEG 및 바인더가 친수성 물질로 이루어져 균일한 혼합을 유도하고, 코팅액이 도포될 때 노즐에서 원활한 분사가 이루어질 수 있도록 하며, 코팅액의 점도를 조절하여 본 발명의 상전이 물질 코팅층의 물성의 최적 성능을 제공한다. 따라서, 상기 물의 비가 0.5 미만인 경우, 코팅액의 점도가 상승하여 도포 시 노즐에서의 분사가 어려우며, 3을 초과하면, 물성이 저하되어 상전이 물질이 누출될 우려가 있다.

한편, 상기 코팅액에 실리카가 선택적으로 포함될 수 있는데, 코팅액 100을 기준으로 실리카가 1 내지 8 중량부 포함될 수 있다. 상기 실리카는 코팅액에 첨가되어 상기 실리카는 코팅액에 첨가되어 소재 표면에 윤활성을 부여하고 국부적으로 집중되는 외력을 분산시킴으로써 강도 저하를 방지하는 역할을 한다. 따라서 상기 실리카가 1 중량부 미만인 경우, 코팅층의 강도가 저하되어 상전이 물질의 이탈 우려가 있으며, 8 중량부를 초과하면, 코팅층이 지나치게 고화되어 바인더의 접착력이 저하될 우려가 있다.

또한, 상기 코팅액의 도포율은 100 내지 1,500 g/㎡ 임이 바람직한데, 상기 도포율이 100 g/㎡ 미만인 경우, 상전이 현상의 발현이 현저히 저하되며, 1,500 g/㎡ 를 초과하면 상전이 현상의 효과 발현이 더욱 상승되지만, 원가 상승의 우려가 있고, 두께가 두꺼워져 유연성이 저하될 수 있다. 이에, 적용하는 기재에 따라서 필요한 코팅액의 양을 조절할 수 있다.

상기 상전이 물질 코팅층 300의 상부에는 2차 보호층 400이 형성될 수 있는데, 수용성 폴리우레탄과 천연 라텍스 에멀젼 혼합 바인더 수지로 도포율이 100 내지 250 g/㎡ 이 되도록 스프레이 방식으로 도포되어 이루어 질 수 있다. 상기 도포 율이 100 g/㎡ 미만인 경우, 상기 상전이 물질 코팅층이 보호되지 않아 상전이 물질이 전이되는 온도에 따라 상전이 물질이 흘러나올 우려가 있으며, 250 g/㎡ 를 초과하면 보호층이 두꺼워져 온도 감응 성질의 발현이 어려워질 수 있다. 상기 보호층은 상전이 물질이 포함되어 있는 코팅층을 보호하고, 방수성이 제공되며, 소재 내에 오염물의 침투를 방지할 뿐만 아니라 표면을 평활하게 하고, 신축성 및 유연성이 부여되는 역할을 한다. 따라서, 상기 보호층은 상전이 물질 코팅층의 상하부의 양면에 형성시킴으로써 상전이 물질이 고상에서 액상으로 전이됨에 따라 녹아 흘러내리는 현상을 방지하고, 캡슐과 같은 역할을 한다. 캡슐의 제조에 있어서는 고비용 및 제조상의 까다로움이 있는 반면, 본 발명에 있어서는 가공이 용이하면서도 상전이 물질을 양면으로 완벽하게 보호해 주게 된다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조 공정도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 온도 감응성 소재는 기재소재 준비 단계 S100, 코팅액 제조 단계 S200,숙성 단계 S300, 1차 보호층 형성 단계 S400, 건조 단계 S500, 코팅층 형성 단계 S600, 건조 단계 S700, 2차 보호층 형성 단계 S800, 건조 단계 S900 로 진행될 수 있으며, 코팅액 제조 후에 실리카 첨가 단계 S210 가 선택적으로 진행될 수 있다.

우선, 기재소재 준비 단계 S100에 있어서, 상기 기재소재는 목재 펄프, 종이, 금속, 천연 섬유, 또는 합성섬유로 이루어진 소재로서 셀룰로오스계, 단백질계, 폴리에스테르계, 폴리프로필렌계, 폴리아미드계, 아크릴계, 금속박, 또는 이들의 혼방물 등이 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

상기 기재소재가 준비되어 기재층이 형성되면 이의 상부에 도포될 코팅액 제조 단계 S200 이 진행될 수 있다. 상기 코팅액은 상전이 물질, 바인더 및 물이 포함될 수 있다. 상기 코팅액은 폴리에틸렌글리콜:바인더:물 = 1:0.25 ~ 2:0.5~3 의 비율로 조성되어 구성됨이 바람직하다.

상기 상전이 물질은 정해진 온도 범위에서는 고상과 액상으로 전환하게 되는데 평소 고상으로 존재하다가 열을 받으면서 액상으로 전환하게 되고, 이 때 필요한 열을 흡수하거나 방출함으로써 일정온도를 유지하는 특성이 있다. 본 발명의 폴리에틸렌글리콜(PEG)는 분자량이 200 내지 20,000 정도를 가지며 분자량에 따라 각기 다른 용융온도를 갖는다. 분자량이 1,000일 때 이들은 약 35℃에서 열에 의해 용융(고체에서 액체로)되며 그 이하온도 약 24℃가 되면 다시 결정화(액체에서 고체로)한다.

상기 바인더는 수용성 폴리우레탄 및 천연 라텍스 에멀젼이 포함되어 이루어질 수 있는데, 상기 상전이 물질인 PEG와 같은 친수성 물질로, 친화성이 있어 혼화가 용이하고, 상전이 물질의 접착성을 증대시키는 역할을 하기 위한 것으로, 수십 회의 세탁 후에도 상전이 물질이 이탈되지 않도록 한다. 또한, 수지 특성에 기인하여 신축성, 항균성 및 내수성이 부여된다. 따라서, 상기 바인더의 비가 0.25 미만인 경우, 접착력이 저하되어 상전이 물질이 이탈될 우려가 있고, 2 를 초과하면 소재가 딱딱해져 신축성 및 유연성을 기대할 수 없다.

상기 코팅액에는 물이 포함되어 이루어질 수 있는데, 상전이 물질인 PEG 및 바인더가 친수성 물질로 이루어져 균일한 혼합을 유도하고, 코팅액이 도포될 때 노 즐에서 원활한 분사가 이루어질 수 있도록 하며, 코팅액의 점도를 조절하여 본 발명의 상전이 물질 코팅층의 물성의 최적 성능을 제공한다. 따라서, 상기 물의 비가 0.5 미만인 경우, 코팅액의 점도가 상승하여 도포 시 노즐에서의 균일한 분사가 어려우며, 3을 초과하면, 물성이 저하되어 상전이 물질이 누출될 우려가 있다.

상기 제조된 코팅액에 실리카가 첨가 단계 S210 이 선택적으로 진행될 수 있는데, 코팅액 100을 기준으로 실리카가 1 내지 8 중량부 포함될 수 있다. 상기 실리카는 코팅액에 첨가되어 소재 표면에 윤활성을 부여하고 국부적으로 집중되는 외력을 분산시킴으로써 강도 저하를 방지하는 역할을 한다. 따라서 상기 실리카가 1 중량부 미만인 경우, 코팅층의 강도가 저하되어 상전이 물질의 이탈 우려가 있으며, 8 중량부를 초과하면, 코팅층이 지나치게 고화되어 바인더의 접착력이 저하될 우려가 있다.

상기 제조된 코팅액의 균일한 혼합을 위해 숙성 단계 S300 이 진행될 수 있다. 상기 숙성 단계는 상전이 물질, 바인더 및 물의 비율을 조정하여 용기에서 교반기를 이용하여 골고루 혼합시켜 준다.

상기 숙성 단계를 거친후, 기재소재의 상부에 1차 보호층 형성 단계 S400 이 진행될 수 있다. 상기 1차 보호층 형성 단계는 후술할 상전이 물질이 포함되어 있는 코팅층의 보호 및 상전이 물질의 오염이 방지되고, 방수성이 제공되며, 소재 내에 오염물의 침투를 방지하는 역할을 하며, 수용성 폴리우레탄과 천연 라텍스 에멀젼 혼합바인더 수지로 도포율이 100 내지 250 g/㎡ 으로 스프레이 방식으로 도포되어 이루어 질 수 있다. 상기 도포율이 100 g/㎡ 미만인 경우, 후술될 상전이 물질 코팅층이 보호되지 않아 상전이 물질이 전이되는 온도에 따라 상전이 물질이 흘러나올 우려가 있으며, 250 g/㎡ 를 초과하면 보호층이 두꺼워져 온도 감응 성질의 발현이 어려워질 수 있다.

이후, 상기 1차 보호층 형성 단계를 거친 후, 상기 1차 보호층이 기재에 잘 고착되도록 건조단계 S500 이 진행될 수 있다. 상기 건조 단계는 120 내지 180 ℃의 온도에서 1 내지 5분간 건조시키는 것이 바람직하다. 상기 건조 온도가 120 ℃ 또는 시간이 1분 미만인 경우, 보호층이 고착되지 않아 후술할 코팅액이 소재에서 빠져나올 우려가 있으며, 180 ℃ 또는 5분을 초과하면, 1차 보호층이 너무 고화되어 이후 코팅층의 점착이 원활치 않을 우려가 있다.

상기 건조 단계를 거친 1차 보호층에 점착이 되도록 스프레이 방식으로 100 내지 1,500 g/㎡ 의 도포율로 상기 숙성된 코팅액이 도포되는 코팅층 형성 단계 S600 이 진행될 수 있다. 상기 도포율이 100 g/㎡ 미만인 경우, 상전이 현상의 발현이 저하되며, 1,500 g/㎡ 를 초과하면 상전이 현상의 효과 발현이 더욱 상승되지만, 원가 상승의 우려가 있고, 두께가 두꺼워져 유연성이 저하될 수 있다. 이에, 적용하는 기재에 따라서 필요한 코팅액의 양을 조절할 수 있다.

상기 코팅층이 형성된 후, 건조 단계 S700 이 진행될 수 있는데, 상기 건조 단계는 소재에 도포된 상전이 물질이 보호층에 안정적으로 고착되도록 하고, 최종제품의 강인성, 내습성, 내화학성 및 방수성이 부여되며, 특히 세탁 시에 상전이 물질이 소재로부터 이탈되는 내구성의 저하현상을 방지할 수 있다. 상기 건조 단계는 120 내지 180 ℃의 온도에서 1 내지 5분간 건조시키는 것이 바람직하다. 상기 건조 온도가 120 ℃ 또는 시간이 1분 미만인 경우, 코팅액이 고착되지 않아 상전이 물질 소재에서 이탈되며, 180 ℃ 또는 5분을 초과하면, 상전이 물질이 포함된 코팅층이 지나치게 고화되어 이후, 2차 보호층의 점착이 어렵게 된다.

상기 코팅액이 고착되는 건조 단계 진행 후, 2차 보호층 형성 단계 S800 이 진행될 수 있는데, 상기 2차 보호층 형성 단계는 소재 표면의 평활성의 부여와 상기 상전이 물질이 포함되어 있는 코팅액이 도포되어 이루어진 코팅층을 보호하고, 방수성이 제공되며, 소재 내에 오염물의 침투를 방지할 뿐만 아니라 표면을 평활하게 하고, 신축성 및 유연성이 부여되는 역할을 한다. 상기 2차 보호층 형성 단계는 수용성 폴리우레탄과 천연 라텍스 에멀젼 혼합바인더 수지로 100 내지 250 g/㎡ 의 도포율로 상전이 물질이 포함된 코팅액이 도포된 상부에 스프레이 방식으로 도포될 수 있다.

마지막으로, 상기 2차 보호층 형성 단계 진행 후, 상전이 물질코팅층을 보호하기 위해 도포된 층인 보호층의 강도 및 내구성 향상을 위해 건조 단계 S900이 진행될 수 있다. 상기 건조 단계도 역시 120 내지 180 ℃의 온도에서 1 내지 5분간 건조시키는 것이 바람직하다. 상기 건조 온도가 120 ℃ 또는 시간이 1분 미만인 경우, 수용성 폴리우레탄과 천연 라텍스 에멀젼 혼합바인더 수지가 코팅층에 완벽하게 고착되지 않아 상전이 물질이 소재에서 이탈되며, 180 ℃ 또는 5분을 초과하면 지나치게 고화되어 표면의 촉감이 딱딱해지게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재는 상전이 물질로 폴리에틸렌글리콜을 사용하여 친수성 바인더와 친화성에 따라 탁월한 접착성을 지녀 내구성이 있고, 코팅층의 상하 양면의 보호층을 통해 방수성 및 오염물의 침투 방지 효과가 제공되며, 온도 감응성이 탁월한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 소재에 도포되는 소재들은 상전이 물질을 비롯하여 모두 친수성이고, 무해하여 환경 친화적인 소재가 제공되는 효과가 있다.

또한, 도포 방식으로 소재를 구성시킴으로서 공정이 단순하여 생산성이 증대되며, 우수한 촉감이 부여되는 효과가 있다.

또한, 기재층의 재질을 변화시켜 상전이 물질이 포함된 코팅액으로 처리함으로써 방열, 축열 성능이 요구되는 인조피혁, 내피, 또는 휴대용 전자제품의 시트 등에 다양한 용도로 이용될 수 있다.

하기의 실시예를 통하여 좀 더 상세하게 설명하고자 한다.

실시예 1

분자량 1,000의 폴리에틸렌글리콜 500 g, 천연 라텍스 에멀젼 350 g, 수용성 폴리우레탄 150 g, 물 350 g 을 혼합교반하여 상전이 물질 코팅액을 제조하였다. 1차로 면직물 원단의 오염 방지와 상전이 물질 코팅층과의 안정적인 점착을 위하여 수용성 폴리우레탄과 천연 라텍스 에멀젼을 혼합하여 만든 바인더 수지를 면직물 소재 일면(1면)에 150 g/㎡으로 스프레이 하여 1차 보호층을 형성시키고, 150 ℃에서 3분간 건조시켰다. 이후, 상기 준비한 상전이 물질 코팅액을 상기 1차 보호층의 상부에 500 g/㎡으로 스프레이 하여 코팅층을 형성시킨 후, 150 ℃에서 3분간 건조하였고, 마지막으로 코팅층 보호를 위해서 수용성 폴리우레탄과 천연 라텍스 에멀젼을 혼합하여 만든 바인더 수지 150 g/㎡으로 스프레이 하여 2차 보호층을 형성시키고, 150 ℃에서 3분간 건조시켜 온도 감응성 소재를 완성시켰다. 상기 완성된 온도 감응성 소재를 시차주사 열량기(DSC)로 측정한 결과, 최고 발열 온도는 24.47 ℃이고, 흡열 온도는 35.69 ℃에서 나타났다. 따라서 본 발명에서 사용된 상전이 물질인 폴리에틸렌글리콜의 작용으로 인해 상기 온도 범위에서 상전이 현상이 발생하여 축열 방열성이 나타남을 확인하였다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 단면도.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조 공정도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

100: 기재층 200: 1차 보호층

300: 코팅층 400: 2차 보호층

Claims

폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재에 있어서,

셀룰로오스계, 단백질계, 폴리에스테르계, 폴리프로필렌계, 폴리아미드계, 아크릴계, 금속박 또는 이들의 혼방물로 이루어진 기재층;

상기 기재층의 상부에 코팅액의 침투를 방지하는 1차 보호층;

상기 1차 보호층의 상부에 상전이 물질로 분자량 200 내지 20,000의 폴리에틸렌글리콜이 포함된 코팅액으로 이루어진 코팅층; 및

상기 코팅층의 상부에 상전이 물질이 유출되지 않도록 하는 2차 보호층이 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재.
제1항에 있어서,

상기 상전이 물질은 18 내지 60 ℃ 에서 상전이 효과가 발생됨을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재.
제1항에 있어서,

상기 상전이 물질 코팅층은 폴리에틸렌글리콜:바인더:물 = 1:0.25 ~ 2:0.5~3 의 비율로 조성되어 이루어짐을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재.
제3항에 있어서,

상기 바인더는 수용성 폴리우레탄, 천연 라텍스 에멀젼으로 이루어진 군에서 1 이상 선택되어 이루어짐을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재.
제1항에 있어서,

상기 코팅액은 스프레이 방식으로 100 내지 1,500 g/㎡ 으로 도포되어 이루어짐을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재.
제1항에 있어서,

상기 보호층은 수용성 폴리우레탄과 천연 라텍스 에멀젼이 혼합된 바인더 수지로 100 내지 250 g/㎡ 으로 스프레이 방식으로 도포되어 이루어짐을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재.
제1항에 있어서,

상기 코팅액에 실리카가 더 포함되되, 코팅액 100을 기준으로 실리카가 1 내지 8 중량부 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재.
폴리에틸렌클리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법에 있어서,

셀룰로오스계, 단백질계, 폴리에스테르계, 폴리프로필렌계, 폴리아미드계, 아크릴계, 금속박, 또는 이들의 혼방물로 제조된 기재소재 준비 단계;

상기 기재소재 준비 후, 상전이 물질로 분자량 200 내지 20,000의 폴리에틸렌글리콜, 바인더 및 물이 포함된 코팅액 제조 단계;

상기 제조된 코팅액을 교반기로 균일하게 혼합시키는 숙성 단계;

상기 준비된 기재소재에 코팅액의 침투를 방지하는 1차 보호층 형성 단계;

상기 1차 보호층 형성 단계를 거친 후, 상기 기재소재에 상기 1차 보호층이 고착되도록 하는 건조 단계;

상기 건조된 소재에 상기 제조된 상전이 물질이 함유된 코팅액을 도포시키는 코팅층 형성 단계; 및

상기 형성된 코팅층이 상기 1차 보호층에 안정적으로 고착되도록 하는 건조 단계;

상기 건조 단계를 거친 소재에 상기 코팅액이 유출되지 않도록 하는 2차 보호층 형성 단계;

상기 2차 보호층 형성 단계를 거친 소재에 상기 2차 보호층이 안정적으로 고착되도록 하는 건조 단계가 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 상전이 물질은 18 내지 60 ℃ 에서 상전이 효과가 발생됨을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 코팅액은 폴리에틸렌글리콜:바인더:물 = 1:0.25 ~ 2:0.5~3 의 비율로 조성되어 이루어짐을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법.
제10항에 있어서,

상기 바인더는 수용성 폴리우레탄, 천연 라텍스 에멀젼으로 이루어진 군에서 1 이상 선택되어 이루어짐을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 코팅액은 스프레이 방식으로 100 내지 1,500 g/㎡으로 도포되어 이루어짐을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 1차 및 2차 보호층 형성 단계는 수용성 폴리우레탄과 천연 라텍스 에멀젼 혼합 바인더 수지를 스프레이 방식으로 100 내지 250 g/㎡으로 도포됨을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 건조 단계는 120 내지 180 ℃의 온도에서 1 내지 5분간 건조시킴을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법.
제8항에 있어서,

상기 코팅액 제조 단계에 있어서, 상기 제조된 코팅액에 실리카 첨가 단계가 더 포함되되, 코팅액 100을 기준으로 실리카가 1 내지 8 중량부 더 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리에틸렌글리콜의 상전이 물질 특성에 따른 온도 감응성 소재의 제조방법.