KR20140114187A - 표면이 평탄화된 코팅원단시트를 적용한 면상발열체 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 코팅원단시트를 이용한 면상발열체 및 면상발열체 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 또는 무기 바인더 및 무기물 분말을 포함하는 코팅 조성물로 코팅되어 표면이 평탄화된 코팅원단시트를 이용한 면상발열체 및 이를 제조하기 위한 면상발열체 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

표면이 평탄화된 코팅원단시트를 적용한 면상발열체 및 이의 제조방법{The plate heating element applied a coating fabric having an even surface and the manufacturing method thereof}
본 발명은 코팅원단시트를 이용한 면상발열체 및 면상발열체 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원단의 평탄화를 위한 코팅 조성물로 코팅되어 표면이 평탄화된 코팅원단시트를 이용한 면상발열체 및 이를 제조하는 면상발열체 제조방법에 관한 것이다.
현재 의류는 단순히 입는 기능을 하는 것뿐만 아니라 wearable computer 같은 전자기능을 부여한 융합제품으로 발전하고 있다. 따라서 섬유나 의복 자체가 외부 자극을 감지하고 스스로 반응하는 소재의 기능성(Hifunction materials properties) 및 의복과 직물 자체가 갖지 못한 디지털 기능(Digitalized properties)을 결합한 새로운 개념의 의류인 스마트 의류(Smart Wear)가 개발되었다. 이러한 소재들은 일반 직물과 다름없는 촉감과 물성을 나타내는 동시에 여러 기능을 나타내어야 한다.
특히 전기 전도성 소재에 있어서, 종래에는 얇은 전기도선을 이용한 열선에 순간적으로 고전류를 통하게 하여 온도를 올려주고, 온도센서나 바이메탈을 통해서 전류의 흐름을 조절하여 온도를 유지시켜 주는 발열원단이 있었다. 그러나 이와 같은 제품은 단선에 의해 작동이 중단되거나, 전기도선에 의해 열손실이 발생하고, 전자기파가 발생하는 등의 문제점이 있었다. 이러한 단점을 해결하기 위해서 섬유나 원단을 이용한 면상발열체가 제조되었다.
하지만, 원단은 아무리 낮은 데니안의 생지를 이용하여 재직을 하더라도 구조상 표면의 거칠기(러프니스)가 존재하여 가공된 원단 표면에는 어느 정도의 러프니스 한계점이 있게 되는데, 직물 위에 전기 전도성 물질을 인쇄하는 작업을 시행하는 과정에서 이러한 원단의 표면에 인쇄를 할 경우 러프니스에 따라 인쇄 두께의 편차가 발생하게 되며, 안정적인 발열은 인쇄가 일정 두께 이상이 되어야 하므로 편차에 따른 불량 제품 생산, 제품 생산성 저하 등과 같은 문제가 발생하게 된다.
또한 이와 같은 단점을 해결하기 위해 필름을 이용한 면상발열체가 개발이 되고 있지만, 필름의 특성상 플렉시블 정도가 낮기 때문에 자동차시트나 의류, 방석 등 사람의 신체와 밀접한 관계를 갖는 제품에의 적용은 어렵고, 일부 바닥재에 적용이 될 수밖에 없는 실정이다.
따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해 원단의 러프니스를 최대한 줄이는 소재의 합성과 코팅공정을 거친 코팅원단시트의 개발이 필요하며 그와 같은 원단시트의 장점을 극대화하여 생산성이 높고 안정적인 발열기능을 지닌 면상발열체의 개발이 요구된다.
상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은 원단 표면의 러프니스를 최소화한 코팅원단시트에 전극층 및 발열층을 인쇄하여 발열이 되는 것을 특징으로 하는 면상발열체 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 원단 표면의 러프니스를 최소화한 코팅원단시트를 이용하여 인쇄층 두께의 편차를 줄여 제품의 불량률을 줄이는 면상발열체 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 목적은 인쇄층 두께의 편차를 줄여 원단 부위별 온도 편차를 최소화한 면상발열체 및 이의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 유기 또는 무기 바인더 및 무기물 분말을 포함하는 코팅조성물을 원단에 코팅하여 표면이 평탄화된 코팅원단시트에 전극층 및 발열층을 인쇄하여 발열이 되는 것을 특징으로 하되, 상기 코팅조성물이 유기 또는 무기 바인더 10 ~ 40 중량% 및 용매 60 ~ 90중량%로 혼합되며, 무기물 분말은 바인더 100 중량부에 대하여 1 ~ 50 중량부이며, 상기 무기물 분말은 크기가 10㎛ 이하인 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 유기 또는 무기 바인더가 에틸렌계, 에스터계, 셀룰로오스계, 우레탄계, 아크릴계, 에폭시계, 실리콘계 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 면상발열체를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 무기물 분말이 Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, SO3가 2종 이상 혼합된 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 코팅조성물에 첨가제가 더 포함될 수 있고, 상기 첨가제로서 분산제, 분산촉진제, 산화 방지제, 열중합 금지제, 가소제, 경화제, 경화촉진제, 계면활성제 중 1 이상이 포함된 것을 특징으로 하는 면상발열체를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 무기물의 분산을 위해서 사용되는 분산제가 amino기를 함유하는 것을 특징으로 하는 면상발열체를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 코팅조성물로 코팅된 표면이 평탄한 코팅원단시트를 이용한 것으로서, 러프니스(Ra)가 2㎛이하인 것을 특징으로 하는 면상발열체를 제공한다.
또한 본 발명은 코팅조성물을 원단에 코팅시키는 방법으로 라미네이트, 바코터(Bar coater), 멀티코터(Multi-coater), 나이프코터 및 그라비아 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 면상발열체를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 전극층 및 발열층이 전도성 고분자, 탄소(carbon), 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(Graphene), 그라파이트(Graphite), 은(silver), 금, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 주석, 철 및 니켈로 이루어진 군에서 2 이상 선택되는 전도성 물질이 포함된 것을 특징으로 하는 면상발열체를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 전극층 또는 발열층을 형성하는 방식이 코팅, 프린팅 및 전사나염으로 이루어진 군에서 1 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 면상발열체를 제공한다.
또한 본 발명은 전극층 및 발열층의 두께 편차가 10% 미만이며, 온도 편차는 5% 미만인 것을 특징으로 하는 면상발열체를 제공한다.
또한 본 발명은 유기 또는 무기 바인더 10 ~ 40 중량%, 용매 60 ~ 90중량% 및 무기물 분말을 넣어 코팅액을 형성하는 단계; 상기 코팅액을 이형지에 코팅시키고 건조하는 단계; 건조된 코팅물 위에 점착층을 코팅하는 단계; 예비건조 후에 원단에 전사시키는 단계; 이형지를 분리시키고, 코팅된 원단을 에이징(aging)시키는 단계; 에이징시킨 원단에 전극층 및 발열층을 형성하는 단계; 및 전극층 및 발열층이 형성된 원단을 합포하고 건조하는 단계를 포함하되, 상기 무기물 분말은 바인더 100 중량부에 대하여 1 ~ 50 중량부로 첨가되며, 상기 무기물 분말은 크기가 10㎛ 이하인 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 유기 또는 무기 바인더가 에틸렌계, 에스터계, 셀룰로오스계, 우레탄계, 아크릴계, 에폭시계, 실리콘계 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 무기물 분말이 Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, SO3가 2종 이상 혼합된 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 코팅조성물로 코팅된 표면의 러프니스(Ra)가 2㎛이하인 코팅원단시트를 이용한 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 전극층 및 발열층이 전도성 고분자, 탄소(carbon), 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(Graphene), 그라파이트(Graphite), 은(silver), 금, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 주석, 철 및 니켈로 이루어진 군에서 2 이상 선택되는 전도성 물질이 포함된 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 전극층 또는 발열층을 형성하는 방식이 코팅, 프린팅 및 전사나염으로 이루어진 군에서 1 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 전극층 및 발열층의 두께 편차가 10% 미만이며, 온도 편차는 5% 미만인 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 면상발열체는 원단 표면의 러프니스를 최소화한 코팅원단시트를 이용하여 인쇄층 두께의 편차를 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 면상발열체는 인쇄층 두께의 편차를 줄여 원단 부위별 온도 편차를 최소화하고 균일한 발열효과를 낼 수 있다.
본 발명에 따른 면상발열체는 기본적인 번짐, 침투를 막는 원단 표면의 러프니스를 최소화한 코팅원단시트를 이용하여 면상발열체의 정밀한 패턴이 제작 가능하도록 한다.
본 발명에 따른 면상발열체는 생산공정에서 발생하는 인쇄층 두께의 편차를 줄임으로써, 그에 따른 제품의 불량률을 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 면상발열체는 인쇄두께의 편차에 의해 불필요하게 많이 프린트되는 부위가 발생하지 않아, 불필요하게 소요되는 페이스트 또는 잉크의 양을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체의 제조 공정도이다.
도 3은 일반적인 원단에 전극층을 형성한 면상발열체 및 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체의 SEM사진을 나타낸 것이다.
도 4는 일반적인 원단에 발열층을 형성한 면상발열체 및 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체의 SEM사진을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체의 SEM사진에서 인쇄층 두께 측정값의 균일성을 나타낸 것이다.
이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 발명의 실시를 위한 구체적인 내용에서는 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 한 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 발명은 면상발열체에 관한 것으로, 유기 또는 무기 바인더, 용매, 무기물 분말로 이루어진 원단 표면의 러프니스를 최소화하기 위한 코팅 조성물로 코팅된 원단시트로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 코팅 조성물에 있어서, 유기 또는 무기 바인더 10 ~ 40 중량% 및 용매 60 ~ 90중량%로 혼합되며, 상기 무기물 분말은 바인더 100 중량부에 대하여 1 ~ 50 중량부, 보다 바람직하게는 10 ~ 50 중량부이며, 상기 무기물은 크기가 10㎛ 이하인 SiO2를 포함할 수 있다.
상기 유기 또는 무기 바인더는 무기물 분말 사이에서 접착제와 같은 역할을 하며, 원단과의 접착력 등 내구성의 향상에 영향을 미친다.
본 발명에서 사용되는 무기물 분말의 물리적 특성 차이에 따라 가공에 한계가 있기 때문에 이러한 분말의 적절한 분산 및 접착성 유지를 위해 적절한 유기 또는 무기 바인더을 선택하여 적정 범위로 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 면상발열체의 코팅 조성물은 상기 유기 또는 무기 바인더가 에틸렌계, 에스터계, 셀룰로오스계, 우레탄계, 아크릴계, 에폭시계, 실리콘계 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 에틸셀룰로오스, 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리에스터, 폴리염화비닐 및 폴리에폭시 등으로 이루어지거나 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
상기 무기물 분말의 크기 및 두께, 그리고 함량 등에 따라 그 종류 및 조성을 적절히 결정하는 것이 바람직하다.
또한 상기 유기 또는 무기 바인더는 유기 용매와 10 ~ 40중량%의 범위로 혼합될 수 있는 데, 상기 범위 미만인 경우에는 무기물 분말 간에 접착이 잘 되지 않아 내구성 등 물리적 특성의 저하가 발생할 수 있고, 상기 범위를 초과하는 경우에는 원단의 평탄화가 잘 이루어지지 않을 수 있다.
본 발명에서 용매는 선택된 유기 또는 무기 바인더를 잘 용해시킬 수 있고, 기타 첨가제와 잘 혼합되는 것이면 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 그 예로는 터피네올, 이염기에스터, 부틸카르비톨, 부틸카르비톨아세테이트, 에틸카르비톨아세테이트, 텍사놀에스터알콜, 디메틸술폭사이드 또는 이들의 혼합물 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
이러한 용매는 유기 또는 무기 바인더와 40 ~ 90중량%의 범위로 혼합되는 것이 바람직하다. 상기 범위 미만인 경우에는 이형지에 코팅시키는 데에 있어서, 코팅액이 균일하게 도포되기 어려울 수 있으며, 상기 범위보다 많이 포함되면 원단에 전사시에 원단의 평탄화가 잘 이루어지지 않을 수 있다.
또한, 본 발명에서 무기물 분말은 바인더 100 중량부에 대하여 1 ~ 50 중량부, 보다 바람직하게는 10 ~ 50 중량부이며, 상기 무기물 분말은 크기가 10㎛ 이하인 SiO2를 포함하는 것이 특징이다.
무기물 분말이 상기 범위로 포함됨으로 인해 분말이 바인더 내에서 골고루 분산될 수 있으며, 또한, SiO2가 포함된 무기물 분말이 코팅조성물에 포함되어 있음으로 인해 원단에 코팅시에 원단의 표면의 공간인 홀(hall) 부분을 효율적으로 채워지게 함으로써 평탄화가 잘 이루어질 수 있다.
또한 상기 무기물 분말은 Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, SO3가 2종 이상 혼합된 물질이 추가적으로 더 포함될 수 있다. 상기 Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, SO3가 2종 이상 포함됨으로 인해 코팅시에 원단의 빈 공간을 더욱 효율적으로 채워줄 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명은 선택적으로 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제로는 예를 들어 분산제, 분산촉진제, 산화 방지제, 열중합 금지제, 가소제, 경화제, 경화촉진제, 계면활성제, 다른 수지나 단량체 등을 더 포함할 수 있다.
상기 첨가제 중 무기물 분말의 분산을 위해서 사용되는 분산제는 아미노(amino)기를 함유하고 있는 분산제가 사용하는 것이 바람직한데, 상기 아미노(amino)기가 함유됨으로써, 무기물 분말의 바인더 내에서 분산효과가 잘 이루어질 수 있다.
다음으로 면상발열체를 제조하는 공정에 대하여 알아본다.
면상발열체는 코팅원단시트에 전극층과 발열층을 형성하여 제조할 수 있는데, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체의 모식도를 나타낸 것이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체의 제조 공정도를 나타낸 것이다. 도 3은 일반적인 원단에 전극층을 형성한 면상발열체(a) 및 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체(b)의 SEM사진을 나타낸 것이고, 도 4는 일반적인 원단에 발열층을 형성한 면상발열체(a) 및 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체(b)의 SEM사진을 나타낸 것이다. 또한, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체의 SEM사진에서 인쇄층 두께 측정값의 균일성을 나타낸 것이다.
본 발명에 따른 면상발열체를 제조하는 과정은 유기 또는 무기 바인더 10 ~ 40 중량% 및 용매 60 ~ 90중량%로 혼합하고, 무기물 분말을 넣어 고속분산시켜 코팅액을 제조하는 단계; 상기 코팅액을 이형지에 코팅시켜 건조하는 단계; 건조된 코팅물 위에 점착층을 코팅하는 단계; 예비건조 후에 원단에 전사시키는 단계; 이형지를 분리시키고, 코팅된 원단을 에이징(aging)시키는 단계; 에이징시킨 원단에 전극층과 발열층을 형성하는 단계; 전극층과 발열층이 형성된 원단을 합포하고 건조하는 단계; 및 건조된 발열시트와 외부전원을 커넥터로 연결시키는 단계를 포함하되, 상기 무기물 분말은 바인더 100 중량부에 대하여 1 ~ 50 중량부, 보다 바람직하게는 10 ~ 50 중량부이며, 상기 무기물은 크기가 10마이크로미터 이하인 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 하여 제조할 수 있다.
본 발명의 면상발열체를 제조하기 위해 코팅액을 만드는 단계에서, 코팅 조성물은 유기 또는 무기 바인더을 녹인 용매에 무기물 분말을 혼합함으로써 제조될 수 있다. 이때, 혼합물의 분산성을 증대시키기 위해 통상의 방법으로 교반하거나 밀링 장치를 이용할 수 있다. 코팅 조성물의 제조는 상기에서 설명한 바와 동일하므로 구체적인 내용은 생략하기로 한다.
상기 코팅액을 이형지에 코팅시키는 단계에서, 이형지는 특별히 제한되는 것은 아니며, 코팅 조성물이 이형지 내로 스며들지 않는 것이면 제한없이 적용될 수 있다.
또한, 상기 건조된 코팅물 위에 코팅하는 점착층으로는 이액형 유기바인더를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 이액형 유기바인더를 사용하는 경우 가소시간을 조절할 수 있는 장점이 있다.
상기 코팅 조성물을 원단에 코팅시키는 방법으로는 특별히 제한되는 것은 아니며, 라미네이트, 바코터(Bar coater), 멀티코터(Multi-coater), 나이프코터, 그라비아 등의 방법으로 코팅할 수 있다.
전극층 및 발열층은 전도성 물질 또는 전도성 물질과 바인더가 혼합되어 형성되는데, 전극층의 상부 또는 하부에 발열층이 형성되거나 전극층이 발열층과 동일 평면상에 형성될 수 있다.
상기 전극층을 구성하는 소재는 전도성 고분자, 탄소(carbon), 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(Graphene), 그라파이트(Graphite), 은(silver)과 같은 물질 또는 상기 물질과 바인더의 혼합물일 수 있는데, 구체적으로 도전성 필러를 비히클에 분산한 것으로 프린팅 후의 경화막이 도전성을 나타내는 소재를 말하며, 통상적으로 LCD전극 프린팅, 터치스크린 프린팅, 회로기판의 통전 패턴 프린팅, 박막 스위치 판의 접점부 및 패턴부 프린팅, 전자파 실드용으로 사용되고 있다. 상기 도전성 필러는 도전성 금속(은, 금, 백금, 팔라듐, 구리 및 니켈 등)중 은(銀)계가 바람직하다.
상기 전극층의 바인더 소재는 폴리우레탄계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 멜라민계 수지 및 에폭시계 수지로 이루어진 군에서 일 이상 선택된 것일 수 있다.
상기 발열층은 전도성 물질 또는 전도성 물질 및 바인더의 혼합물을 도포하여 형성될 수 있는데, 상기 전도성 물질은 고분자로서 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리티오펜 등 일 수 있고, 여기에 도전성 카본블랙이 혼합될 수도 있다. 또한 탄소(carbon), 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(Graphene), 그라파이트(Graphite), 은(silver), 금, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 주석, 철 및 니켈로 이루어진 군에서 1 이상 선택된 것일 수 있다.
전극층 및/또는 발열층이 도포되는 방식은 코팅, 프린팅, 전사나염 등 다양한 방식이 적용될 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 프린팅을 통하여 전극층 및/또는 발열층을 형성하는 방법을 예를 들어 설명한다. 프린팅법에 의할 경우 사용될 전자기기의 부착위치 등에 제한받지 않으면서 설계된 형태에 따라 원단에 회로를 설계할 수 있다.
전극층 및/또는 발열층은 2 내지 500㎛ 두께, 10 내지 20mm 정도의 폭으로, 원단의 저항값은 세탁전후 0.5 내지 4Ω을 유지함이 바람직하다. 또한, 전극에 있어 탄소가 사용되는 경우 1 내지 30중량%, 은(silver)의 경우는 1 내지 70중량%일 수 있다.
본 발명에 이용되는 원단으로는 특별히 제한되는 것은 아니며, 직물, 편물 또는 부직포 등의 원단을 이용할 수 있다.
본 발명에 따른 면상발열체를 제조하는데 사용되는 코팅조성물을 이용한 코팅원단은 원단의 종류 및 표면의 러프니스에 관계없이 코팅 후 러프니스(Ra)가 2㎛이하로 이루어질 수 있는 것이 특징이며 이로 인해 원단의 평탄화를 이루는 데 유용하다고 볼 수 있다.
도 1을 살펴보면, 코팅 조성물을 이용하여 코팅함으로 인해 평탄화된 코팅원단에 인쇄층이 형성된 면상발열체를 얻을 수 있다.
도 2를 살펴보면, 본 발명의 일실시예에 따른 면상발열체의 제조 공정도로서 코팅원단을 이용하여 면상발열체를 제조하는 과정을 확인할 수 있다.
도 3을 살펴보면, 일반적인 원단의 표면에 전극층을 형성한 원단(a)과 코팅 조성물을 이용한 코팅원단에 전극층을 형성한 원단(b)의 SEM사진으로 코팅원단을 이용함에 따라 표면의 거칠기가 현저히 줄어들었음을 확인할 수 있다.
도 4를 살펴보면, 일반적인 원단의 표면에 발열층을 형성한 원단(a)과 코팅 조성물을 이용한 코팅원단에 발열층을 형성한 원단(b)의 SEM사진으로 코팅원단을 이용함에 따라 표면의 거칠기가 현저히 줄어들었음을 확인할 수 있다.
도 5를 살펴보면, 표면이 평탄화된 코팅원단에 전극층을 형성한 후의 SEM사진으로, SEM사진의 전극층 두께를 측정한 결과 23 ~ 25㎛의 두께로서 전체적으로 일정하게 인쇄되었음을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
실시예 1
바인더로 열가소성 폴리우레탄 바인더 30중량% 및 용매로 이염기에스터 70중량%를 혼합하였으며, 이에 바인더 100중량부에 대하여 10㎛ 이하인 SiO2 무기물 분말 50중량부를 혼합하여 코팅조성물을 제조하였다.
제조된 코팅조성물을 이형지에 코팅시킨 후 건조하고, 그 위에 점착층을 코팅하였다. 예비건조 후에 300mm×300mm의 직물원단에 전사하고 이형지를 제거하여 코팅을 실시하였다.
코팅된 원단 위에 은 페이스트 성분으로 전극층을 먼저 형성시키고, 상기 전도층 상부에 발열층으로서 폴리피롤계 수지를 프린팅 방식으로 1회 프린팅하였다. 인쇄방식은 스크린 프린팅 방식을 이용하였다.
인쇄된 원단은 200℃에서 5분간 건조하여 완료하였다. 이때 바인더는 아크릴계 가교제를 사용하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일하게 실시하되,
바인더 100중량부에 대하여 10㎛ 이하인 SiO2 무기물 분말 10중량부를 혼합하여 코팅조성물을 제조하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일하게 실시하되,
바인더로 열가소성 폴리우레탄 바인더 40중량% 및 용매로 이염기에스터 60중량%를 혼합하였다.
비교예
실시예에 사용된 동일한 원단인 300mm×300mm의 직물원단에 코팅을 실시하지 않되, 동일하게 전극층과 발열층을 형성하였다.
(1) 러프니스(Ra) 측정
원단의 표면에 대한 러프니스(Ra)를 측정하였으며, 그 결과는 아래의 표 1에 나타내었다.
구분 러프니스(㎛)
실시예 1 1.3
실시예 2 1.2
실시예 3 1.5
비교예 12
실시예 1 ~ 실시예 3 및 비교예의 원단에 형성한 면상발열체의 러프니스(Ra) 측정결과, 본 발명의 실시예들의 러프니스(Ra)가 낮은 값을 보임을 확인할 수 있었다.
(2) 전도도 측정
원단 위에 전극은 4-point probe를 이용하여 비저항을 측정하였으며, 전도도 측정 결과는 아래의 표 2에 나타내었다.
구분 비저항(E-5, Ω㎝)
실시예 1 3.8
실시예 2 3.6
실시예 3 4.0
비교예 8.6
실시예 1 ~ 실시예 3의 비저항 값이 비교예의 비저항 값보다 현저히 낮음을 확인할 수 있는 데, 이로 인해 본 발명에 코팅원단 표면에 전극층 및 발열층의 인쇄가 잘 이루어짐을 확인할 수 있다.
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.

Claims (17)

  1. 유기 또는 무기 바인더 및 무기물 분말을 포함하는 코팅조성물을 원단에 코팅하여 표면이 평탄화된 코팅원단시트에 전극층 및 발열층을 형성하여 발열이 되도록 하되,
    상기 코팅조성물은 유기 또는 무기 바인더 10 ~ 40 중량% 및 용매 60 ~ 90중량%로 혼합되며, 무기물 분말은 바인더 100 중량부에 대하여 1 ~ 50 중량부로 첨가되며, 상기 무기물 분말은 크기가 10㎛ 이하인 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유기 또는 무기 바인더는 에틸렌계, 에스터계, 셀룰로오스계, 우레탄계, 아크릴계, 에폭시계, 실리콘계 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 면상발열체.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 무기물 분말은 Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, SO3가 2종 이상 혼합된 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코팅조성물에 첨가제가 더 포함될 수 있으며, 상기 첨가제로는 분산제, 분산촉진제, 산화 방지제, 열중합 금지제, 가소제, 경화제, 경화촉진제, 계면활성제 중 1 이상이 포함된 것을 특징으로 하는 면상발열체.
  5. 제4항에 있어서,
    무기물의 분산을 위해서 사용되는 분산제는 amino기를 함유하는 것을 특징으로 하는 면상발열체.
  6. 제1항 내지 제5항의 코팅조성물로 코팅된 표면의 러프니스(Ra)가 2㎛이하인 코팅원단시트를 이용한 것을 특징으로 하는 면상발열체.
  7. 제6항에 있어서,
    코팅조성물을 원단에 코팅시키는 방법으로는 라미네이트, 바코터(Bar coater), 멀티코터(Multi-coater), 나이프코터 및 그라비아 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 면상발열체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전극층 및 발열층은 전도성 고분자, 탄소(carbon), 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(Graphene), 그라파이트(Graphite), 은(silver), 금, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 주석, 철 및 니켈로 이루어진 군에서 2 이상 선택되는 전도성 물질이 포함된 것을 특징으로 하는 면상발열체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전극층 또는 발열층을 형성하는 방식은 코팅, 프린팅 및 전사나염으로 이루어진 군에서 1 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 면상발열체.
  10. 제1항에 있어서,
    전극층 및 발열층의 두께 편차는 10% 미만이며, 온도 편차는 5% 미만인 것을 특징으로 하는 면상발열체.
  11. 유기 또는 무기 바인더 10 ~ 40 중량%, 용매 60 ~ 90중량% 및 무기물 분말을 넣어 코팅액을 형성하는 단계;
    상기 코팅액을 이형지에 코팅시키고 건조하는 단계;
    건조된 코팅물 위에 점착층을 코팅하는 단계;
    예비건조 후에 원단에 전사시키는 단계;
    이형지를 분리시키고, 코팅된 원단을 에이징(aging)시키는 단계;
    에이징시킨 원단에 전극층 및 발열층을 형성하는 단계; 및
    전극층 및 발열층이 형성된 원단을 합포하고 건조하는 단계를 포함하되,
    상기 무기물 분말은 바인더 100 중량부에 대하여 1 ~ 50 중량부로 첨가되며,
    상기 무기물 분말은 크기가 10㎛ 이하인 SiO2를 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유기 또는 무기 바인더는 에틸렌계, 에스터계, 셀룰로오스계, 우레탄계, 아크릴계, 에폭시계, 실리콘계 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 무기물 분말은 Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO, K2O, Na2O, SO3가 2종 이상 혼합된 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법.
  14. 제11항 내지 제13항의 코팅조성물로 코팅된 표면의 러프니스(Ra)가 2㎛이하인 코팅원단시트를 이용한 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 전극층 및 발열층은 전도성 고분자, 탄소(carbon), 탄소나노튜브(CNT), 그라핀(Graphene), 그라파이트(Graphite), 은(silver), 금, 백금, 팔라듐, 구리, 알루미늄, 주석, 철 및 니켈로 이루어진 군에서 2 이상 선택되는 전도성 물질이 포함된 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 전극층 또는 발열층을 형성하는 방식은 코팅, 프린팅 및 전사나염으로 이루어진 군에서 1 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법.
  17. 제11항에 있어서,
    전극층 및 발열층의 두께 편차는 10% 미만이며, 온도 편차는 5% 미만인 것을 특징으로 하는 면상발열체 제조방법.
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