KR20140027723A - 터치스크린용 피혁 코팅제, 정전용량방식 터치스크린용 피혁 및 이의 제조방법 - Google Patents

터치스크린용 피혁 코팅제, 정전용량방식 터치스크린용 피혁 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터치스크린용 피혁 코팅제, 정전용량방식 터치스크린용 피혁 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 천연피혁이나 인조피혁 등으로 만들어진 제품의 표면에 전도성을 부여해서 터칭체로의 용도 확대를 가능한 발명에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 코팅제가 피혁에 부담을 주지 않고, 제조공정상 과도한 에너지를 사용하지 않으면서도 폐수 등의 오염물질 발생이 없어서 실용적이고 친환경적이다.

Description

터치스크린용 피혁 코팅제, 정전용량방식 터치스크린용 피혁 및 이의 제조방법{Coating agent of leather for touch screen, Leather for operating capacitive sensing touch screen displays and Preparing method thereof}
본 발명은 터치스크린 피혁용 코팅제에 관한 것으로서 특정 전도성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 상기 코팅제로 코팅층을 형성시킨 정전용량방식 터치스크린용 피혁 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
개인용 휴대기기 또는 정보연산처리장치 등에서 원하는 정보를 입력 및 선택하고자 할 경우 통상적으로 키보드 또는 키패드 등이 이용되었는데, 근래의 경우 기술의 발전에 따라 키보드 혹은 키패드를 사용하지 않고 화면의 여러 곳에 스위칭 구조를 구비하여 화면을 터치하는 것에 의해 정보를 입력하거나 선택할 수 있도록 하는 터치 스크린 기술이 보편화되어 있다. 이러한 터치 스크린 방식으로는 저항막, 정전용량, 초음파, 광학 등의 방식이 있으며, 이 중 대표적인 방식은 액정 위에 투명전극 필름을 깔고 일정한 공간을 둔 다음 겉 표면 렌즈를 씌워 렌즈와 투명전극의 접촉을 감지하는 저항막 방식과, 터치 스크린의 표면에 전하를 충전하고 센서들을 설치한 후 접촉 시에 전하의 상실 또는 이득 정도를 감지하여 접촉이 이루어진 곳을 감지하는 정전용량방식(capacitive sensing)이다. 최근 스마트폰과 태블릿 PC의 급속한 보급으로 많은 사람들이 터치스크린을 사용하고 있는데, 특히 최근 사용되고 있는 터치스크린은 주로 정전용량방식이다.
사람의 피부는 어느 정도의 전기 전도성이 있기 때문에 평상시 손가락을 통한 터치스크린의 작동이 가능하나, 일반적으로 추운 겨울 실외에서 장갑, 스포츠용 장갑, 작업용 장갑 등을 착용한 채로는 이러한 정전용량방식의 터치스크린 작동이 불가능한 문제가 있다. 현재 손가락을 대신할 수 있는 터치펜이나 전도사(도전성 섬유)를 사용한 터치스크린용 니트 장갑은 존재하나 피혁으로 만들어진 효과적인 터치스크린 작동용 장갑은 없는 실정이다.
이에 본 발명자들은 터치스크린 작동용 화합물을 연구, 개발하기 위해 노력한 결과, 특정 전도성 고분자가 정전용량방식 터치스크린 작동에 매우 적합하며, 이를 코팅제 성분으로 활용하면 장갑 등에 적용함을 알게 되어 본 발명을 완성하게 되었다. 즉, 본 발명은 터치스크린용 피혁 코팅제 조성물, 이를 이용하여 코팅층을 형성시킨 정전용량방식 터치스크린용 피혁 및 상기 피혁을 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명은 터치스크린용 피혁 코팅제에 관한 것으로서, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene), 폴리스티렌술폰산(polystyrene sulfonate gel)을 함유한 전도성 고분자 용액을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예로서, 상기 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)은 하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00001
화학식 1에 있어서, n은 중량평균분자량 5~15를 만족시키는 유리수이다.
또한, 상기 전도성 고분자 용액은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)을 전도성 고분자 용액 전체 중량 중 0.5 ~ 5 중량%로 포함할 수 있다.
또한, 상기 전도성 고분자 용액은 하기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 공중합체를 더 포함할 수 있으며, 상기 공중합체는 중량평균분자량이 500 ~　100,000인 것을 특징으로 할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00002
[화학식 3]
Figure pat00003
또한, 상기 전도성 고분자 용액은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 및 상기 공중합체를 1 : 0.1 ~ 0.8 중량비로 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예으로서, 본 발명의 터치스크린용 피혁 코팅제는 탄소나노튜브 분산 용액을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 코팅제는 상기 화학식 1로 표시되는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)을 함유한 전도성 고분자 용액 98 ~ 99.9 중량% 및 탄소나노튜브 분산 용액 0.1 ~ 2 중량%를 포함할 수 있으며, 나아가, 상기 전도성 고분자 용액은 상기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 공중합체를 더 포함할 수 있다.
그리고, 앞서 설명한 본 발명의 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)은 폴리스티렌술폰산 겔에 평균 3 ~ 4Å 간격으로 분산된 평균직경 30 ~ 60 nm의 입자형태인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 정전용량방식 터치스크린용 피혁에 관한 것으로서, 하기 화학식 1로 표시되는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 화합물이 함유된 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00004
화학식 1에 있어서, n은 중량평균분자량 5 ~ 15를 만족시키는 유리수이다.
또한, 바람직한 실시예로서, 상기 코팅층은 하기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 공중합체 및/또는 탄소나노튜브를 더 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure pat00005
[화학식 3]
Figure pat00006
본 발명의 또 다른 태양은 상기 정전용량방식 터치스크린용 피혁의 제조방법에 관한 것으로서, 천연피혁 또는 인조피혁 중에서 선택된 1종의 피혁의 표면을 상기 터치스크린 장갑용 코팅제로 코팅처리하여 정전용량방식 터치스크린용 피혁을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 피혁을 제조하는 방법에 있어서, 코팅처리는 페인팅법, 스프레이법 및 침지법 중에서 선택된 1종 이상의 방법으로 수행할 수 있다. 그리고, 본 발명은 상기 코팅처리를 수행한 정전용량방식 터치스크린용 장갑을 건조처리하며, 상기 코팅처리 및 건조처리를 1 ~ 5회 반복 수행할 수 있다.
본 발명은 천연피혁이나 인조피혁 등으로 만들어진 장갑 등의 제품 표면에 전도성을 부여해서 터칭체로의 용도확대를 가능하게 한 바, 아웃도어 활동이나 추운 겨울에 실외에서 장갑을 낀 손으로도 터치스크린을 원활하게 사용할 수 있으며, 코팅제가 기질에 부담을 주지 않고, 제조공정상 과도한 에너지를 사용하지 않으면서도 폐수 등의 오염물질 발생이 없어서 실용적이고 친환경적이다.
도 1은 실시예 1에서 제조한 코팅층을 형성시킨 피혁 표면의 SEM 사진으로서, (a) 코팅층 형성 전의 피혁의 표면 사진이고, (b)는 코팅층이 형성된 피혁의 표면 사진이다.
도 2는 실험예 2에서 사용한 AATCC 크록미터(Crockmeter)를 나타낸 사진이다.
도 3은 실험예 2에서 실시한 표면 전기전도도 측정 방법의 개략도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 코팅제를 이용하여 제조한 정전용량방식 터치스크린용 피혁장갑의 다양한 형태를 나타낸 것으로서 점 표시 부분은 코팅층을 형성된 피혁 부분을 나타낸다.
이하 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명을 한다.
전도성 고분자는 금속의 전기적 성질을 갖는 특이한 형태의 고분자인데, 일반적으로 화학 구조상 단일결합과 이중결합이 순차적으로 연결된 공액형 이중결합을 가지고 있으며, 따라서 탄소원자 하나당 한 개의 π-전자가 존재하므로 고분자 사슬의 뒤틀림이 없이 모든 C-C 결합거리가 같다고 가정하면 가전자대(valence band)가 반만 차므로 일차원 금속이라고 볼 수 있는 것이다. 이러한 구조의 고분자에 산(acid, electron acceptor)으로 도핑(dopping)을 하게 되면 전자가 모자란 상태가 되어 전체적으로 분자 내에 불균형이 이루어져 오픈쉘(open shell) 구조가 형성되고 전자의 이동이 자유롭게 되어 전기가 통하게 되는 것이다. 본 발명은 다양한 전도성 고분자 중에서 정전용량방식 터치스크린용 터치제로서 피혁을 제공하고자 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(이하, PEDOT로 정의한다)을 코팅제 성분으로 도입한데 특징이 있다.
본 발명의 터치스크린용 피혁 코팅제는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 및 폴리스티렌술폰산 겔(polystyrene sulfonate gel)을 함유한 전도성 고분자 용액을 포함한다. 좀 더 구체적으로 설명하면, 상기 전도성 고분자 용액은 PEDOT의 티오펜(thiophene) 5~10개가 폴리스티렌술폰산 겔에 중합되며, PEDOT는 폴리스트렌술폰산 겔에 평균 3 ~ 4Å 간격, 바람직하게는 3.2 ~ 3.8Å 간격, 더욱 바람직하게는 3.4 ~ 3.6Å 간격으로 분산되어, 평균직경 30 ~ 60 nm 정도로 스웰링(swelling)된다.
상기 PEDOT의 사용량은 전도성 고분자 용액 전체 중량 중 0.5 ~ 5 중량%, 바람직하게는 1 ~ 3 중량%, 더욱 바람직하게는 1 ~ 1.5 중량%로 사용할 수 있다. 이때, PEDOT가 0.5 중량% 미만이면 충분한 전도성을 확보할 수 없으며, 5 중량%를 초과하면 상기 화합물이 코팅층에 고르게 분산하지 못하는 문제가 있을 수 있다.
그리고 상기 PEDOT은 하기 화학식 1로 표시할 수 있으며, 화학식 1에 있어서, n은 5 ~ 15의 정수이다. 여기서, n이 5 미만이면 최소한의 전도성이 발현되지 못하는 문제가 있을 수 있고, n이 15를 초과하면 피혁 코팅을 위한 전도성 고분자 분산액을 안정적으로 형성하기 어려우므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 바람직하다.
[화학식 1]
Figure pat00007
상기 폴리스티렌술폰산 겔은 중량평균분자량 150,000 ~ 280,000, 바람직하게는 중량평균분자량이 180,000 ~ 250,000, 더욱 바람직하게는 190,000 ~ 230,000인 것이 분산도 및 코팅층의 견뢰성면에서 좋다.
본 발명의 터치스크린용 피혁 코팅제 성분인 상기 전도성 고분자 용액은 PEDOT 외에 하기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 더 포함할 수 있다. 상기 공중합체는 에머럴딘(Emeraldine) 형태에 산으로 도핑한 형태이며, 중량평균분자량이 500 ~ 100,000 인 것을, 바람직하게는 1,000 ~ 50,000인 것을 사용하는 것이 좋다.
[화학식 2]
Figure pat00008
[화학식 3]
Figure pat00009
그리고 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체는 하기 화학식 4로 표시되는 공중합체인 것이 더 바람직한데, 상기 공중합체는 에머럴딘(Emeraldine) 형태이며, 상기 에머럴딘 형태의 공중합체는 산으로 도핑될 수 있다.
따라서, 특별히 한정하지는 않으나, 하기 화학식 4의 x 및 y는 에멀럴딘 상태를 나타내는 표현을 한 것이다. 일례를 들면 x와 y는 서로 독립적인 것으로서, x는 0.1≤x≤0.9, y도 0.1≤y≤0.9인, 바람직하게는 x는 0.4≤x≤0.6, y도 0.4≤y≤0.6를, 더욱 바람직하게는 x=0.5, y=0.5일 수 있다.
[화학식 4]
Figure pat00010
상기 전도성 고분자 용액은 PEDOT 및 상기 공중합체를 함께 사용하는 경우, 1 : 0.1 ~ 0.8 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.2 ~ 0.5 중량비로 사용하는 것이 전도성 감도 증가, 대기안정성 향상에 좋다. 이때, 그 중량비가 1 : 0.1 중량비 미만이면 전도성 증대 효과가 거의 없으며, 0.8 중량비를 초과하여 사용하면 코팅제의 내구성이 감소하여 코팅층이 탈리하는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 터치스크린용 피혁 코팅제는 앞서 설명한 코팅제 성분 외에 탄소나노튜브 분산 용액을 더 포함할 수 있으며, 이 경우 터치스크린용 피혁 코팅제는 PEDOT를 함유한 전도성 고분자 용액 100 중량부에 대하여, 탄소나노튜브 분산 용액 0.1 ~ 3　중량부를, 바람직하게는 0.5 ~ 2 중량부를 포함하는 것이 좋다.
그리고, 본 발명의 터치스크린용 피혁 코팅제는 탄소나노튜브의 분산을 원활하게 하기 위하여 분산제를 더 사용할 수 있으며, 상기 PEDOT를 함유한 전도성 고분자 용액 100 중량부에 대하여, SDS(sodium dodecyl sulfate)를 0.01 ~ 1　중량부로, 더욱 바람직하게는 0.01 ~ 0.2 중량부로 더 포함할 수 있다. 이때, SDS 사용량이 0.01 중량부 미만이면 그 사용량이 너무 적어서 분산제 사용 효과를 보기 어려우며, 1 중량부를 초과하더라도 분산 효과 증대가 거의 없으며, 오히려 과대 사용으로 인한 코팅층의 기계적 물성이 감소할 수 있으므로 상기 범위 내에서 사용하는 것이 좋다.
상기 탄소나노튜브 분산 용액의 탄소나노튜브는 특별히 한정하지는 않으나, 평균지름 10 nm 이하, 바람직하게는 2 ~ 8 nm인 것을 사용하는 것이 좋으며, 평균길이 10 ~　20 ㎛, 바람직하게는 10 ~ 15 ㎛인 것을 사용하는 것이 좋다. 그리고, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브 및 다중벽 탄소나노튜브 중에서 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 다중벽 탄소나노튜브를 사용하는 것이 좋다.
탄소나노튜브 분산 용액을 포함하는 코팅제 성분 중 상기 전도성 고분자 용액은 앞서 설명한 바와 같이 하기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 더 포함할 수 있으며, 그 사용량은 PEDOT 및 상기 공중합체를 1 : 0.1 ~ 0.8 중량비로, 바람직하게는 1 : 0.2 ~ 0.5 중량비로 사용하는 것이 좋다.
[화학식 2]
Figure pat00011
[화학식 3]
Figure pat00012
그리고, 상기 공중합체는 앞서 설명한 바와 같이 하기 화학식 4로 표시되는 에머랄딘 형태의 공중합체인 것이 더 바람직하며, 하기 화학식 4의 x 및 y는 에멀럴딘 상태를 나타내는 표현을 한 것으로서 앞서 설명한 바와 같다.
[화학식 4]
Figure pat00013

본 발명의 정전용량방식 터치스크린용 피혁은 천연피혁 또는 인조피혁의 일 표면 상단에 앞서 설명한 여러 태양의 코팅제로 형성된 코팅층을 포함하고 있다. 이러한, 상기 코팅층은 하기 화학식 1로 표시되는 PEDOT를 포함하고 있으며, 또한 코팅제 성분에 따라서, 하기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 갖는 공중합체를 및/또는 탄소나노튜브 분산 용액을 더 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00014
화학식 1에 있어서, n은 중량평균분자량 5 ~ 15를 만족시키는 유리수이다.
[화학식 2]
Figure pat00015
[화학식 3]
Figure pat00016
또한, 상기 공중합체는 앞서 설명한 바와 같이 하기 화학식 4로 표시되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
[화학식 4]
Figure pat00017
상기 코팅층 형성을 위한 코팅처리는 당업계에서 사용하는 일반적인 방법을 사용할 수 있으며, 특별히 한정하지는 않으나, 페인팅법, 스프레이법 및 침지법 중에서 선택된 1종 이상의 방법으로 코팅처리하여 코팅층을 형성시킬 수 있다.
그리고, 코팅처리를 수행한 후에는 코팅층이 형성된 피혁을 건조처리하며, 상기 코팅처리 및 건조처리를 1 ~ 5회 반복 수행하여 다층으로 코팅층을 형성시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 코팅층이 형성된 피혁의 코팅층 일표면 상에 폴리우레탄 코팅층을 더 포함할 수 있으며, 폴리우레탄 코팅층을 형성시키는 방법은 페인팅법, 스프레이법 및 침지법 중에서 선택된 1종 이상의 방법으로 코팅처리하여 코팅층을 형성시킬 수 있다. 그리고, 폴리우레탄 코팅층 형성 시, 폴리우레탄 코팅제에 앞서 설명한 본 발명의 터치스크린용 피혁 코팅제를 혼합하여 함께 사용할 수 있다.
본 발명의 정전용량방식 터치스크린용 피혁은 다양한 피혁제품으로 응용할 수 있으며, 바람직하게는 피혁장갑, 골무 등의 형태로 제조할 수 있다.
본 발명의 정전용량방식 터치스크린용 피혁을 이용하여 피혁장갑으로 제조한 형태의 예를 들면, 도 4 ~ 도 8에 나타낸 바와 같이 피혁에 다양한 형태로 코팅층을 형성시킬 수 있다. 구체적으로 설명하면, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이 피혁 전체를 코팅시킬 수 있으며, 도 4의 (b) 및 (c)에 나타낸 바와 같이 장갑 손가락의 일부분에만 다양한 형태로 코팅시킬 수도 있다. 그리고, 손가락 중 일부 손가락만 코팅시킬 수도 있으며, 예를 들면 검지만 코팅시키면서, 검지의 끝 부분만 코팅시킬 수 있다.
그리고, 도 5 ~ 도 8과 같이 전체 또는 일부 손가락만 코팅시키되, 다양한 형태로 코팅시킬 수 있다. 또한, 코팅된 피혁을 피혁장갑 또는 다른 재질의 장갑에 덧붙여서 도 4 ~ 도 7과 같은 형태의 정전용량방식 터치스크린용 피혁장갑을 제조할 수 있다.
이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않고, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
[실시예]
피혁 코팅제 제조
준비예 1
하기 표 1의 특성을 갖는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT) 1.3 중량% 및 폴리스티렌술폰산 겔(중량평균분자량=200,000, 이하 PSS 겔로 칭함) 98.7 중량%를 포함하는 전도성 고분자 용액을 제조하여 이를 터치스크린용 피혁 코팅제로 준비하였다.
화학식 특 성
Figure pat00018
 ㆍ연신률 600% 가능
ㆍ열경화방식 (30~40 sec/80℃)
ㆍ표면저항: 105~6 Ω/cm2
ㆍn = 8~10
준비예 2
준비예 1의 PEDOT 1.3 중량%, 하기 표 2의 특성을 갖는 공중합체(제조사 : 주식회사 세진에스엠) 1 중량% 및 PSS 겔(중량평균분자량=200,000) 97.7 중량%를 포함하는 전도성 고분자 용액을 제조하여 이를 터치스크린용 피혁 코팅제로 준비하였다.
화학식 특 성
Figure pat00019
 ㆍ농도: 15 중량%
ㆍ표면저항: 106Ω/cm2
x= 0.5, y= 0.5,
중량평균분자량 = 25,000 ~ 30,000
준비예 3
준비예 1에서 제조한 전도성 고분자 용액 100 중량부에 대하여 하기 표 3의 특성을 갖는 다중벽 탄소나노튜브 분산 용액 1 중량부 및 SDS(분산제) 0.1 중량부를 투입, 교반 및 혼합하여 터치스크린용 피혁 코팅제를 준비하였다.
준비예 4
준비예 2에서 제조한 전도성 고분자 용액 100 중량부에 대하여, 하기 표 3의 특성을 갖는 다중벽 탄소나노튜브 분산 용액 1 중량부 및 SDS(분산제) 0.1 중량부를 투입, 교반 및 혼합하여 터치스크린용 피혁 코팅제를 준비하였다.
상품명 특 성
Extube MWCNT TMCDB-100-1 ㆍ순도 > 85 중량%
ㆍ지름 < 10nm
ㆍ길이 10 ~ 20μm
ㆍ표면저항 < 106 Ω/cm2
준비예 5
준비예 1과 동일하게 실시하되, PEDOT 3 중량% 및 PSS 겔 97 중량%를 포함하는 전도성 고분자 용액을 제조하여 이를 터치스크린용 피혁 코팅제로 준비하였다.
비교준비예 1
준비예 1과 동일하게 실시하되, PEDOT 7 중량% 및 폴리스티렌술폰산 겔 93 중량%를 포함하는 전도성 고분자 용액을 터치스크린용 피혁 코팅제로 사용하였다.
비교준비예 2
상기 표 2의 특성을 갖는 공중합체 1.3 중량% 및 폴리스티렌술폰산 겔(중량평균분자량=200,000) 98.3 중량%를 포함하는 전도성 고분자 용액을 터치스크린용 피혁 코팅제로 준비하였다.
비교준비예 3
준비예 1과 동일하게 실시하되, 상기 PEDOT 2 중량%, 상기 공중합체 2 중량% 및 폴리스티렌술폰산 겔(중량평균분자량=200,000) 96 중량%를 포함하는 전도성 고분자 용액을 터치스크린용 피혁 코팅제로 준비하였다.
구분 전도성
고분자 용액 		탄소나노튜브
분산 용액 		SDS
준비예 1 PEDOT : 1.3 중량% PSS gel
98.7 중량%		 - -
준비예 2 PEDOT : 1.3 중량%
공중합체 : 1 중량%		 PSS gel
97.7 중량%		 - -
준비예 3 PEDOT : 1.3 중량% PSS gel
98.7 중량%		 1 중량부 0.1 중량부
준비예 4 PEDOT : 1.3 중량%
공중합체 : 1 중량%		 PSS gel
97.7 중량%		 1 중량부 0.1 중량부
준비예 5 PEDOT : 3 중량% PSS gel
97 중량%		 - -
비교준비예 1 PEDOT : 7 중량% PSS gel
93 중량%		 - -
비교준비예 2 공중합체 : 1 중량% PSS gel
98.7 중량%		 - -
비교준비예 3 PEDOT : 2 중량%
공중합체 : 2 중량%		 PSS gel
96 중량%		 - -
실시예 1 : 정전용량방식 터치스크린용 피혁 제조
준비예 1에서 제조한 코팅제를 천연피혁(40㎝×40㎝)의 일 표면에 스프레이, 붓, 롤울러 등을 이용하여 천연피혁 일 표면 전체를 당업계에서 일반적으로 사용하는 페인팅법으로 코팅층을 형성시킨 다음, 이를 대류 오븐(50℃)에서 건조시켰다.
다음으로 건조된 상기 피혁을 동일한 방법으로 코팅 및 건조를 2회 더 반복하여 정전용량방식 터치스크린용 피혁을 제조하였다.
실시예 2 ~ 5
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 정전용량방식 터치스크린용 피혁을 제조하되, 준비예 2 ~ 5에서 제조한 코팅제를 각각을 이용하여 피혁을 코팅시켜서 실시예 2 ~５를 각각 실시하였다.
실시예 6
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 정전용량방식 터치스크린용 피혁을 제조하되, 준비예 1에서 제조한 코팅제와 폴리우레탄 수지 용액(Material No.: 218123, composition: polyurethane, polyacrylic acid derivative in aqueous solution, Clariant Co., NC, USA)을 함께 피혁에 코팅함으로써 정전용량방식 터치스크린용 피혁을 제조하였다.
비교예 1 ~ 3
비교준비예 1 ~ 3에서 제조한 코팅제를 각각 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 정전용량방식 터치스크린용 피혁을 제조하여 비교예 1 ~ 비교예 3을 각각 실시하였다.
실험예 1 : 코팅층 표면의 전자현미경 측정 분석
천연피혁 및 실시예 1 ~ 3에서 제조한 코팅층이 형성된 피혁의 SEM(scanning electron microscope) 사진을 도 1의 (a) ~ (d)에 각각 나타내었다.
도 1를 살펴보면, 천연피혁의 표면(도 1의 (a))과 비교해 보면, 천연피혁이 보다 두껍고 견고한 코팅층을 형성하고 있다는 것을 도 1의 (b) ~ (d)를 통해 확인할 수 있다.
또한, 천연피혁의 표면과 비교해 볼 때, 코팅층이 형성된 피혁의 표면의 외관이 거의 유사하며, 코팅층이 매우 고르게 잘 분산되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해서 코팅층이 천연피혁으로부터 탈리가 잘 일어나지 않았으며 천연피혁과 거의 동일한 촉감을 가질 수 있음을 확인할 수 있다. 이는 본 발명의 코팅제 성분인 전도성 고분자 용액, 탄소나노튜브 분산 용액이 천연피혁과 상용성이 우수하여 천연피혁의 주름 속으로 잘 스며들었기 때문이다.
실험예 2 : 마찰견뢰도 측정 실험
실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 3에서 제조한 정전용량방식 터치스크린용 피혁의 마찰견뢰도를 측정하여 본 발명의 내구성 및 장기안정성을 측정하였다.
마찰견뢰도 측정은 크로크미터법(KS K 0650)에 의해 샘플의 표면을 도 2에 나타낸 시험기(AATCC Crockmeter)로 50회 마찰 후 샘플의 표면 전기전도도를 측정하여 , 마찰에 대한 코팅층의 내구성 및 장기안정성을 측정하였으며 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
구체적인 크로크미터법 측정은 다음과 같이 수행하였다.
시험편의 크기를 20cm×10cm의 사각형으로 하고 경사방향을 길게 해서 마찰방향을 경사방향으로 하였다. 다음으로 마찰 방향의 사선 방향으로 내수 연마지 위에 평평하게 놓은 후, 미끄러짐을 방지하기 위한 추가 수단으로 시험편 홀더를 놓앗다. 다음으로 마찰용 백면포를 올려 놓고 핑거(Finger)를 끼운 후, 씌워진 핑거를 내리고 앞뒤로 20번 왕복 10번 단위로 마찰 후, 표면 전기전도도 측정을 수행하였다.
표면 전기전도도 측정 방법은 2 프로브(probe)법으로 수행하였다.
상기 2 프로브법은 가죽표면의 전기전도도를 측정하기 위해 AATCC-76 방법을 기반으로 도 3과 같이 측정을 실시하였다. 두 평행한 전주(electrode)을 각각 일정한 거리로 떨어뜨려 2cm×8cm로 절단된 가죽의 표면에 배치하고, 그 위에 강화유리를 덮고 10kg의 추를 올려 전주와 가죽과의 접촉을 일정하게 유지하였다. 이와 같이 배치된 전주 사이의 저항값을 플루크 8846A 멀티미터(Fluke 8846A Multimeter, Norwich, UK)를 통해 읽고 하기 수학식 1로 가죽샘플의 저항값을 계산하였다.
Figure pat00020
여기서
Figure pat00021
는 측정기를 통해 읽힌 저항값이고, W와 D는 각각 전주사이 가죽샘플의 폭과 길이 값이다.
구분 표면 전도도 저항
(Surface electrical resistance, 단위 Ω/4cm)
마찰 전 마찰 후
샘플(천연가죽) overload overload
실시예 1 1.8 9.6
실시예 2 0.92 5.2
실시예 3 2.4 10.2
실시예 4 1.1 7.5
실시예 5 1.6 8.4
실시예 6 10.2 14.8
비교예 1 3.3 38.1
비교예 2 0.11 62.7
비교예 3 0.86 20.3
본 발명의 실시예 1 ~ 6은 모두 마찰 전과 후의 표면 전도도 저항이 크게 증가하지 않는 바, 매우 우수한 마찰견뢰도를 보였다.
특히, 폴리 우레탄 수지를 추가적으로 코팅시킨 실시예 6의 경우, 마찰 전 표면 전도도 저항 값이 다른 실시예에 비하여 높았으나, 마찰 후의 표면 전도도 저항 값 증가가 매우 적었으며, 이는 폴리 우레탄 수지에 의한 추가적인 코팅 효과 때문인 것으로 판단된다.
본 발명이 제시하여 PEDOT를 초과 사용하여 제조한 비교예 1은 코팅층이 고르게 분산되지 못한 결과, 오히려 마찰견뢰도가 좋지 못한 결과를 보였다.
또한, 전도성 고분자 용액으로서, 공중합체만은 사용하여 제조한 코팅제로 코팅된 비교예 2는 마찰 전 전기적 특성이 매우 우수하나, 탈리 현상에 의해 마찰 후의 전기적 특성이 크게 감소하는 것을 확인할 수 있다.
그리고, PEDOT 및 공중합체를 1:0.8 중량비를 초과하여 전도성 고분자 용액으로 제조한 코팅제로 코팅한 비교예 3 역시 탈리 현상이 발생하여 전기적 특성이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 3 : 터치스크린 작동 성능에 대한 주관적 평가 실험
실시예 1 ~ 6 및 비교예 1 ~ 3에서 제조한 정전용량방식 터치스크린용 피혁 각각을 실험예 2와 동일한 방법으로 크로크미터법(KS K 0650)에 의해 샘플의 표면을 도 2에 나타낸 시험기(AATCC Crockmeter)로 50회 마찰시켰다. 다음으로 마찰시킨 샘플 각각을 일정한 크기로 자른 후, 이를 손가락 끝에 붙인 후, 정전용량방식의 타블렛 컴퓨터 (Tablet PC)에서 계산기 프로그램을 실행한 후 0부터 9까지를 터치하게 한 후 그 작동감도에 대한 느낌을 설문을 통해 조사하였으며 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 이때, 평가는 학생 50명이 참가하였으며, 표 5의 값은 이들이 평가한 점수를 평균화한 것이다.
당해 실험을 통하여 본 발명인 실시예 1 ~ 6의 피혁이 코팅층의 우수한 마찰견뢰도에 의해 작동 감도가 우수한 것을 확인할 수 있었으며, 비교예 1 ~ 3의 피혁은 내구성이 떨어져서 작동 감도 평가에서 좋은 결과를 보이지 못했다.
구분 작동 감도 평가
실시예 1 4
실시예 2 5
실시예 3 4
실시예 4 4
실시예 5 4
실시예 6 4
비교예 1 3
비교예 2 2
비교예 3 3
1 : 매우 안 좋음, 2 : 안 좋음, 3 : 보통, 4 : 좋음, 5: 매우 좋음
상기 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명의 터치스크린용 피혁 코팅제로 코팅처리한 피혁제품은 코팅 전 피혁 자체의 외관 및 촉감을 갖으면서도 마찰견뢰도가 우수한 바, 장기간 사용해도 정전용량방식의 터치스크린 사용감이 떨어지지 않는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (15)

  1. 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 및 폴리스티렌술폰산 겔(polystyrene sulfonate gel)을 함유한 전도성 고분자 용액을 포함하는 터치스크린용 피혁 코팅제.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)은
    하기 화학식 1로 표시되는 것을 특징으로 하는 터치스크린용 피혁 코팅제;
    [화학식 1]
    Figure pat00022

    화학식 1에 있어서, n은 5 ~ 15의 정수이다.
  3. 제1항에 있어서, 상기 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)을
    전도성 고분자 용액 전체 중량 중 0.5 ~ 5 중량%로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 터치스크린용 피혁 코팅제.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전도성 고분자 용액은
    하기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 공중합체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린용 피혁 코팅제;
    [화학식 2]
    Figure pat00023

    [화학식 3]
    Figure pat00024

  5. 제4항에 있어서, 상기 공중합체는 중량평균분자량이 500 ~ 100,000 인 것을 특징으로 하는 터치스크린용 피혁 코팅제.
  6. 제4항에 있어서, 상기 전도성 고분자 용액은 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 및 상기 공중합체를 1 : 0.1 ~ 0.8 중량비로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 터치스크린용 피혁 코팅제.
  7. 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)을 함유한 전도성 고분자 용액 98 ~ 99.9 중량% 및 탄소나노튜브 분산 용액 0.1 ~ 2 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린용 피혁 코팅제.
  8. 제7항에 있어서, 상기 전도성 고분자 용액은
    하기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 공중합체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린용 피혁 코팅제;
    [화학식 2]
    Figure pat00025

    [화학식 3]
    Figure pat00026

  9. 제1항에 있어서, 상기 전도성 고분자 용액은
    상기 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)이 폴리스티렌술폰산 겔에 평균 3 ~ 4Å 간격으로 분산되어 있으며, 상기 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)은 평균직경 30 ~ 60 nm의 입자형태인 것을 특징으로 하는 터치스크린용 피혁 코팅제.
  10. 하기 화학식 1로 표시되는 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)이 함유된 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량방식 터치스크린용 피혁;
    [화학식 1]
    Figure pat00027

    화학식 1에 있어서, n은 5~15의 정수이다.
  11. 제10항에 있어서, 상기 코팅층은
    하기 화학식 2 및 화학식 3으로 표시되는 반복단위를 포함하는 공중합체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량방식 터치스크린용 피혁;
    [화학식 2]
    Figure pat00028

    [화학식 3]
    Figure pat00029

  12. 제11항에 있어서, 상기 코팅층은
    탄소나노튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량방식 터치스크린용 피혁.
  13. 천연피혁 또는 인조피혁 중에서 선택된 1종의 피혁의 표면을 상기 제1항 내지 제8항 중에서 선택된 어느 한 항의 터치스크린용 피혁 코팅제로 코팅처리하여 정전용량방식 터치스크린용 피혁을 제조하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 코팅처리는
    페인팅법, 스프레이법 및 침지법 중에서 선택된 1종 이상의 방법으로 코팅처리한 것을 특징으로 하는 정전용량방식 터치스크린용 피혁을 제조하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 코팅처리를 수행한 정전용량방식 터치스크린용 장갑을 건조처리하며, 상기 코팅처리 및 건조처리를 1 ~ 5회 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 정전용량방식 터치스크린용 피혁을 제조하는 방법.
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