KR20150093690A - 이종 재료 내에 물질을 운반하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

염색된 섬유 또는 직물이 이종 고체 내의 가역적으로 생성되는 투과성 영역에 의해 제조되는 것과 같은 복합 고체를 포함하는 시스템 및 방법을 기술한다. 투과 물질은 복합 고체를 형성하기 위하여 투과성의 반전에 따라 이종 고체 내에 포획되고, 투과 물질은 환경 요소로부터 보호된다.

Description

이종 재료 내에 물질을 운반하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEMS AND METHODS FOR CONVEYANCE OF A SUBSTANCE INTO A HETEROGENEOUS MATERIAL}
본 출원은 2012년 11월 08일에 제출된 미국 가출원 번호 제61/796,346호에 우선권을 주장한다. 이것 및 모든 기타 참조된 외인성 물질은 그들 전체로 본 명세서에 참조로서 포함된다. 참조로서 포함된 참조에 있는 용어의 정의 또는 사용이 본 명세서에서 제공된 그 용어의 정의와 불일치하거나 상반된 경우, 본 명세서에 제공된 그 용어의 정의는 조절될 수 있는 것으로 간주된다.
발명의 분야
본 발명의 분야는 섬유 인쇄 및 염색이고, 특히 합성 고분자 섬유의 인쇄 및 염색이다.
하기 설명은 본 발명을 이해하는데 유용할 수 있는 정보를 포함한다. 본 명세서에서 제공된 임의의 정보는 선행 기술이거나 현재 청구된 발명에 관련된 것으로 인정되지 않고, 또는 특정적이거나 암시적으로 참조된 임의의 간행물은 선행 기술인 것으로 인정되지 않는다.
역사적으로 직물의 장식 및 염색은 색상에 기초한 화학 반응 및 화합물을 이용하여 수행되어 왔다. 수 천년 동안, 이 방법은 화학 물질의 운반체로서 물을 이용해 왔다. 20세기 중반에, 나일론 및 폴리에스테르와 같은 합성 고분자 섬유는 염색되기 어려운 것으로 판명된 것으로 소개되었고, 그 결과 염료를 운반하는 용액에 활성 화학 물질 및 촉매를 첨가하는 결과를 초래하였다. 이러한 염료 및 화학 물질은 호수, 강, 및 바다에서 종종 그들의 길을 발견하고, 심각한 환경 피해를 야기한다. 전통적인 염색은 직물 중량의 약 56 내지 600 배 범위의 대량의 담수를 이용한다. 일반적으로 대량의 물이 요구되기 때문에, 섬유 산업은 전세계적으로 지속불가능한 연간 2.4 트릴리온(trillion) 갤런의 물을 소모한다.
합성 고분자로부터 만든 직물을 염색하는 것은 특별한 도전이다. 천연 섬유와는 달리, 이러한 재료는 빈번하게 염료 화합물을 다른 정도로 받아들이는 상이한 고체 상(예를 들어, 결정, 반-결정, 및 비정질 상)의 이종(heterogeneous) 혼합물이고, 염색 후의 염색 견뢰도(colorfastness)는 나쁠 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 시도가 이루어져 왔다. 예를 들어, 미국 특허 번호 제6,544,300호(Cliver 및 Williams)는 상대적으로 쉽게 염색된 비정질 상의 상대적인 양을 증가시키기 위해 고온(>400 ℃)에서 합성 고분자 섬유를 처리하는 방법을 개시한다. 그러나, 이 처리는, 또한 비-염색가능한 결정 상의 양을 증가시켰고, 그 결과의 생성물은 가열시 염료를 흘리는 경향이 있다.
다른 방법으로는 염료 수용을 개선하기 위한 조성물을 갖는 합성 고분자 섬유를 이용한다. 예를 들어, 미국 특허 출원 번호 제2005/0,217,037호(Negola)는 폴리올레핀 섬유에 글리콜-변형된 단량체와 같은 "염료 증진제(dye enhancer)"의 첨가를 개시한다. 섬유의 염료 증진제 성분은 폴리올레핀 단독보다 더욱 쉽게 염료를 수용하나, 발명자들은 염료 증진제 군의 좋은 분산을 제공하고, 색 레벨링(color leveling)을 개선하기 위해 추가적인 화합물이 종종 추가될 필요가 있다는 것을 유의한다. 유사한 방법이 미국 특허 출원 번호 제2010/0,035,497호 (Slerakowski, Cleenewerk, 및 Prufe)에 기술되어 있고, 복합 고분자의 유리 전이 온도를 조절하기 위한 폴리프로필렌 섬유의 형성에 디카르복실산 군을 운반하는 폴리프로필렌 단량체의 첨가를 개시한다. 그 결과의 섬유는 유리 전이 온도 이상이나, 물질의 융점보다는 낮은 승온에서 착색제의 첨가에 의해 염색된다. 그러나, 이러한 변형된 고분자는, 더욱 복잡한 제조 공정을 요구하고, 내마모성 및 화학적 안정성에 대한 변형된 고분자 제제의 효과는 명확하지 않다.
따라서, 합성 고분자 섬유 및 다른 이종 재료 내에 착색제 및 다른 물질이 효율적으로 스며들 수 있는 방법에 대한 필요성이 남아 있다.
본 발명의 대상은 염료 또는 기타 물질(들)이 2개 이상의 고체 상, 예를 들어 합성 고분자 섬유를 포함하는 이종 고체 내로 침투하는 장치, 시스템 및 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 대상은 염료 또는 기타 물질(들)이 2개 이상의 고체 상, 예를 들어 합성 고분자 섬유를 포함하는 이종 고체 내로 침투하는 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 사용자가 이종 고체 내로 침투하기를 원하는 염료 또는 기타 물질이 침투되어질 고체 내에 도입된다. 에너지(예를 들어, 열 및/또는 전자기 에너지)가 이종 고체의 특성화된 보슨(Boson) 피크 영역 또는 근처에 적용되고, 그 결과 2개의 고체 상(예로, 비정질과 결정)사이의 계면 영역의 투과성이 염료 또는 기타 물질에 증가된다. 일부 구현예에서 이 에너지는 감소된(즉, 1 미만의 대기압) 압력에서 적용된다. 투과성 증가는 적용된 에너지의 양으로 인한 계면 영역 내에 터널(tunnel) 또는 유사한 구조의 임시적인 형성에 기인한다. 침투 물질은 확산, 모세관 힘, 리플론(ripplon), 또는 이들 또는 유사한 힘의 조합에 의해 투과성 계면 영역으로 이동된다. 염료 또는 기타 물질을 흡수한 다음, 이종 고체에 적용된 에너지는 변경되고, 그 결과 계면 영역의 투과성 감소, 이종 고체 내에 염료 또는 기타 물질의 포획을 초래하고, 이종 고체 내에 염료 또는 기타 물질의 분산을 초래할 수 있다.
본 발명의 개념의 구현예 중 일 그룹은 이종 고체, 예를 들어 합성 고분자 또는 섬유 내로 물질을 침투시키는 방법이다. 이종 고체는 제 1 상, 제 2 상 및 제 1 상과 제 2 상 사이에 삽입되거나 놓인 계면 영역을 포함한다. 일부 구현예에서, 제 1 영역은 비정질 고체를 포함하고, 제 2 영역은 반-결정 또는 결정 고체를 포함한다. 투과 물질, 예를 들어 염료 또는 기타 착색제 또는 기타 물질은 이종 고체와 접촉되고, 에너지가 적용된다. 에너지는 물질 또는 기타 재료가 이종 고체와 접촉되기 전 또는 후에 적용된다. 적용된 에너지는 예를 들어, 터널의 형성에 의해, 계면 영역을 일시적 또는 가역적으로 투과성이 되게 한다. 이것은 바람직하게는 이종 고체 재료의 보슨 피크 영역 내에 에너지를 적용하여 수행된다. 이러한 에너지는 열, 전자기 방사선(예를 들어 적외선 방사선), 또는 이들의 조합의 형성일 수 있다. 일부 구현예에서, 에너지는 계면 영역의 투과성을 일으키기 위해 요구되는 에너지를 유리하게 감소하기 위해 적어도 부분 진공에서 적용되고, 이에 따라 저온을 허용하고, 본 명세서에서 기술된 방법에 사용될 수 있는 이종 재료의 범위를 확장한다. 구동력(driving force)이 계면 영역 내에 투과 물질을 침투시기기 위해 적용된다. 적절한 구동력은 모세관 작용 및/또는 리플론의 형성을 포함한다. 그 후, 적용된 에너지는 계면 영역의 투과성을 감소시키거나, 대안적으로 불투과성이 되도록 변경된다.
본 발명의 개념의 구현예 중 또 다른 그룹은 투과 물질, 예를 들어 염료 또는 기타 착색제를 이종 고체, 예를 들어 합성 고분자 또는 섬유 내로 침투시켜 만들어진 복합 고체이다. 이종 고체는 제 1 영역, 제 2 영역, 및 제 1 영역과 제 2 영역 사이에 있는 계면 영역을 포함하는, 다중 고체 상을 갖는다. 투과 물질은 계면 영역을 일시적으로 또는 가역적으로 투과성으로 만드는 에너지의 적용, 예를 들어 이종 고체의 보슨 피크 영역에 에너지를 적용함에 의해 이종 고체의 계면 영역 내로 도입된다. 일부 실시예에서, 제 1 영역은 비정질 고체이고, 제 2 영역은 반-결정 또는 결정 고체이다. 바람직한 구현예에서 복합 고체는 화학적 표백에 내성이다.
본 발명의 대상의 다양한 목적, 특징, 양상 및 장점은 구성요소처럼 나타낸 숫자처럼 첨부된 도면과 함께 하기 바람직한 구현예의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 비정질 고체에서 온도가 증가함에 따라 비열(specific heat)의 비선형 증가를 나타내고, 그 재료의 보슨 피크 영역 특성을 증명한다.
도 2는 비정질 상, 반결정 또는 결정 상, 및 상기 두 상이 만나는 계면 영역을 갖는, 이종 고체를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 침투 과정의 초기 단계를 걔략적으로 나타내고, 여기서 이종 고체 내로 침투되는 물질은 이종 고체의 표면과 접촉하여 배치된다.
도 4는 이종 고체에 에너지의 적용을 개략적으로 나타내고, 터널의 형성에 의해 나타난 바와 같이 증가된 투과성을 초래한다.
도 5는 투과성 영역을 통해 이종 고체의 내부로 적용된 재료의 이동을 개략적으로 나타낸다.
도 6은 적용된 에너지의 변경에 대한 이종 고체 내에 포함된 재료의 실링(sealing) 및 투과성의 부분적 전환을 개략적으로 나타낸다.
도 7은 복합 고체를 생성하기 위해 이종 공체 내에 포함된 재료의 분산을 개략적으로 나타낸다.
도 8은 재료 내에 물질의 분산을 허용하는 시스템의 일 구현예를 나타낸다.
하기 논의는 본 발명의 대상의 많은 예시적인 구현예를 제공한다. 각각의 구현예가 본 발명의 요소의 단일 조합을 나타내지만, 본 발명의 대상은 개시된 요소의 모든 가능한 조합을 포함하는 것으로 간주된다. 따라서, 제 1 구현예가 요소 A, B, 및 C를 포함하고, 제 2 구현예가 요소 B 및 D를 포함하는 경우, 명시적으로 개시되어 있지 않더라도, 그 때 발명의 대상은 또한 A, B, C, 또는 D의 기타 남아 있는 조합을 포함하는 것으로 간주된다.
본 발명의 대상은 염료 또는 기타 물질이 2개 이상의 고체 상의 혼합물, 예를 들어 합성 고분자 섬유인 이종 고체 내로 침투하는 장치, 시스템 및 방법을 제공한다. 본 발명의 개념의 장치, 시스템, 및 방법은 이종 고체의 몸체에 염료, 착색제, 및/또는 기타 물질의 침투 및 후속 분산을 허용하는, 일시적으로 및/또는 가역적으로 재료를 투과성으로 만드는 이종 고체 재료의 보슨 피크 내에 또는 근처에 에너지의 적용을 이용한다.
개시된 바와 같이, 본 발명의 개념의 시스템, 방법, 및 공정은 직물 및 기타 재료 내에 착색제 또는 기타 물질의 영원한 반복적인 침투를 생성하는데 필요한 에너지 효율 및 제어를 증식하기 위하여 에너지 방출 및 투과 환경의 독특한 조합을 이용한다. 본 발명자는 비정질 요소를 포함하는 이종 재료 내에 물질의 용입 또는 침투가 고체를 활성화함으로써(예를 들어, 열 및/또는 적외선/근적외선의 조사를 통해) 실현될 수 있다는 새로운 현상을 확인하였고, 여기서 고체는 고체의 비정질 상의 보슨 피크 특성에 접근하거나 도달한다. 조건 및/또는 에너지 입력을 보슨 피크 조건으로부터 멀어지게 변경하면 고체 투과성의 변화를 반전시키고, 고체 내에 침투된 물질을 포획한다. 예를 들어, 고체를 비투과성 상태로 되돌리는 전환은 단지 두 개의 가능한 장점으로서, 선행 기술의 염색 방법에 비해 염료가 고체 내에 더 깊게 포획되는 것을 유리하게 하고, 따라서 자외선 또는 표백제에 노출됨에도 불구하고 고체가 염료 색을 유지하는 것을 돕는다. 놀랍게도, 본 발명자는 에너지가 적용되는 환경(즉, 방출 환경)을 변경하는 것, 예를 들어 주위 기압을 감소하는 것이 감소된 온도에서 발생하는 공정의 상 전이 특성을 허용하는 것을 발견하였다.
이론에 의해 제한되는 것을 바라지 않고, 본 발명자는 이러한 현상이 Lunkenheimer 및 Loidl (J. Non-Cryst. Solids (2006) 352:4556-4559) 및 Lubchenko 및 Wolynes (Proc. Nat. Acad. Sci. (2002) 100(4):1515-1518)에 의해 기술된 바와 같이, 재료의 가동에 관련된 것일 수 있다고 생각하며, 이들은 보슨 피크는 이들의 제조방법으로 부터의 결과인 유리 및 기타 비정질 고체의 모자이크 구조로부터 결과될 수 있는, 재료 내의 국부적 변화에 관련될 수 있다고 가정하였다. 보슨 피크는 재료 내의 원자 또는 분자에 이용할 수 있는 자유도의 수에 의존하는 파라미터를 특성화하는 기술에 의해, 비정질 고분자와 같은, 적절한 재료에서 쉽게 관찰될 수 있다. 일반적인 기술은 열 용량의 미세 열량 측정(microcalorimetric determination), 중성자 산란, 및 전자기 방사선 산란을 포함한다. Lubchenko 및 Loidl로부터 취한, 도 1에 나타난 비정질 실리카 100에 대한 일반적인 보슨 피크는 온도(실리카에 대한 드바이(Debye) 온도에 비율로서 나타난)의 함수로서 열 용량에서의 변화를 나타낸다. 결과의 비평형은 고분자 또는 기타 이종 고체의 구조 내에 비정질과 결정 클러스터 사이의 경계에서 응력(stress)의 형태로 저장된 에너지로 나타날 수 있고, 염료, 착색제, 또는 기타 원하는 물질을 합성 섬유와 같은, 이종 고체 내에 적재하기 위해 공간 및 모세관 작용을 제공하는 기계적 작용의 공급원(source)으로 작용할 수 있다.
이종 고체의 형성 동안 저장된 고유의 에너지를 기계적 여기(excitation)로의 전환은, 터널을 형성하고, 수반된 모세관 작용(예를 들어, 모세관 장력 파, 즉 리플론)은 이종 고체의 보슨 피크(예로, 보슨 피크 영역 내) 또는 근처에서 에너지 귀환 레벨에서 이의 최대 효율에 도달한다. 놀랍게도, 본 발명자는 이종 고체의 표면 위에 도너(donor)를 용융하거나 물질을 투과한 후, 수용된 이종 고체(예를 들어, 섬유)을 고체의 보슨 피크 영역에 상응하는 에너지 레벨에서 유지함에 의해, 투과 물질이 용매 운반체 또는 활성화된 화학 물질의 사용 없이 이종 고체 내로 펌핑될 수 있다는 것을 발견하였다. 바람직한 구현예에서, 이러한 공정은 물 및 독성 화학 물질의 임의의 사용에 대한 요구를 제거하는 동안, 섬유 및 직물에 염료 또는 기타 착색제를 도입하기 위해 사용될 수 있다.
최종 생성물을 생산하는 장치는 전자기 에너지 및/또는 열 에너지 공급원을 이용할 수 있다. 일부 구현예에서, 고-에너지 배치 단계는 투과 물질 (예를 들어, 염료) 및 이종 고체 (예를 들어, 섬유)의 공명(resonance)을 동조시키는 근적외선 방사체(emitter)(예를 들어, 필터링된 백열등, 발광 다이오드, 또는 레이저)의 뱅크를 이용한다. 이러한 공명은 적외선(IR) 및 근적외선(near IR) 분광법과 같은, 공지된 기술을 이용하여 쉽게 확인될 수 있다. 이것은 이종 고체에 투과 물질의 신속한 대량의 배치를 허용한다. 배치 기술은 투과 물질 및 이종 고체의 특성에 따라 조정될 수 있고, 투과 물질의 용액 또는 현탁액의 증착(예를 들어, 스프레이, 침지, 또는 인쇄를 통해), 투과 물질(예를 들어, 염료)을 증기로 변환하는 상 변화, 그 후 증기는 이종 고체(예를 들어, 직물) 표면 위에서 액체로 응축됨, 또는 이종 고체의 표면 위에 건조된 투과 물질의 증착(예를 들어, 정전기적 인력)을 포함할 수 있다. 투과 물질은 모든 또는 오직 일 부분의 이종 고체에 적용될 수 있는 것을 이해해야 한다. 유사하게, 이종 고체로 들어가기 위해 투과 물질을 허용하는 에너지가 모든 또는 오직 일 부분의 이종 고체에 적용될 수 있는 것을 이해해야 한다.
투과 물질을 이종 고체(예를 들어, 직물)의 표면으로 운반하고, 계산된 에너지 레벨로 가져가면, 물리적 현상이 발생해 섬유' 구조의 비정질 부분의 운동학적 움직임이 확대된다. 천연 및 인공 모두의 고분자가 결정 및 비정질 분자 구조를 포함하고, 그 움직임은 비정질과 결정 또는 반-결정 영역 사이의 경계 또는 계면에 터널과 같은 증가된 투과성의 일시적인 영역을 창조한다. 이러한 터널은 경계 또는 계면 영역 내에 리플론(모세관 작용 표면 파)의 형성을 지원할 수 있다. 이러한 리플론은 이종 고체의 표면으로부터 투과 물질을 운반할 수 있다; 합성 섬유 내로 염료의 도입에 있어서 이것은 섬유 전반에 걸쳐 색 침투 및 레벨링을 제공할 수 있다. 투과 물질의 침투의 양 및 정도는 방사체 강도, 챔버 기압, 방출 시간 및/또는 투과 종의 크기를 조정하여 제어할 수 있다. 에너지 공급원의 출력이 감소되거나 제거될 때, 터널은 붕괴하고, 이종 고체의 표면 밑에 포획된 투과 재료를 남긴다. 이것은 환경 요인으로부터 투과 물질을 유리하게 보호한다. 예를 들어, 합성 고분자 또는 직물 내로 도입된 염료는 이런 식으로 표백제 및 기타 세제에 영향받지 않는다.
이러한 활성 터널 공정을 이용한 이종 고체 내로 투과 물질 주입의 3가지 정의 단계는 배치, 투과 및 레벨링이다. 하기는 염료 또는 착색제가 합성 섬유 내로 도입되는 예시적인 공정에 대한 각 단계의 상세한 설명이다.
배치(Placement): 이 공정에서 사용된 일반적인 착색제는 비활성 분산 염료이나, 공정은 이러한 착색제에 제한되는 것은 아니다. 오히려 공정은 예를 들어, 이하 약제 등을 포함하는 기타 액체 또는 고체를 이용할 수 있다. 수용하는 이종 고체, 이하 수용체(receiver)로 불리는, 표면 위에 염료의 배치는 많은 상이한 방법에 의해 수행될 수 있다. 이 중 하나는 물리적 배치, 예를 들어 수용체의 표면 위에 직접적으로 인쇄하는 것이다. 또 다른 방법은 도너 페이퍼(donor paper) 위에 이미지를 인쇄하고, 그것을 수용체와 접촉하여 배치하는 것이다. 열 또는 가열 단계는 인쇄된 염료를 증기로 변경하고, 증기는 수용체의 표면으로 확산하고 수용체 표면 위에 이미지 또는 색을 응축시킨다. 이런 공정은 최종 색소 용액으로 역사적으로 사용되어 왔다. 원하는 최종 생성물이 솔리드 색(solid color)인 경우, 사용될 수 있는 또 다른 배치 방법은 마이크로코팅(microcoating) 장치에 수용체를 배치하고, 염료 용액을 수용체 표면 위에 고르게 롤(roll)하거나 스프레드(spread)한 후, 나중에 사용을 위해 저정하는 것이다. 또 다른 방법은 정전기적 상호 작용을 이용하여 염료를 수용체의 표면으로 이끄는 것이다. 이 방법은 특히 감압 환경에서 유리하다. 그러나, 염료(또는 임의의 원하는 투과 물질)을 이종 고체 수용체의 표면과 접촉시키는 어떤 방법도 적합할 수 있음을 인식해야 한다. 염료가 수용체 표면 위에 배치되는 경우, 수용체는 다음 공정 단계를 위한 준비가 된다.
침투(Penetration): 염료가 수용체의 표면 위에 배치된 경우, 응축된 액체는 수용체 재료에서 결정 및 비정질 상 영역 사이의 경계 또는 계면 영역에 형성된 갭(gap) 또는 터널로 운반된다. 터널은 수용체 재료(예를 들어, 보슨 피크 영역)의 보슨 피크 또는 그 주위에서 제어된 에너지의 적용에 의해 수용체에 형성된다. 이론에 의해 제한되는 것을 바라지 않고, 본 발명자는 열 에너지 및/또는 조화로운 동조 광자(harmonically tuned photon)(광파)를 이용한 고분자 또는 기타 이종 재료의 형성 엔탈피(형성 동안 저장된 에너지)를 방출하여 수행된다고 믿는다. 보슨 피크 영역 내 수용체의 비정질 상 내 자유도에서의 관찰된 증가는 적어도 부분적으로, 비정질 상 영역 분자 클러스터의 오비탈 움직임(orbital movement)으로부터 유도되고, 정적 결정성 클러스터 및 여기된 오비팅(orbiting) 비정질 클러스터 사이의 계면 영역을 투과할 수 있는 갭 또는 터널의 형성을 유도한다. 이러한 갭 또는 터널은 수용체 이종 고체의 내부로 깊게 연장된다. 터널 벽의 표면은 에너지 공급원으로부터 떨어져 모세관 힘, 예를 들어 모세관 표면 작용의 파(즉, 리플론)을 나타낼 수 있다.
레벨링(Leveling): 수용하는 이종 고체에 적용된 에너지는 모든 과량의 염료가 수용체의 표면으로부터 배출되어 수용체의 몸통 내에 증착될 때까지, 수용체 (예를 들어 보슨 피크 영역 내)의 보슨 피크 또는 그 주위에 유지된다. 이것은 이종 고체의 내부로 투과 물질의 효울적인 운반을 제공하고, 투과 물질은 투과된 계면 영역에서 유도된 갭 또는 터널에 대부분 포획될 수 있다. 더욱 균일한 침투된 복합 생성물을 제조하기 위하여, 염료 또는 기타 투과 물질을 이종 고체 내에 재분산시키는 것이 바람직하다. 이것은 적용된 에너지를 천천히 감소하여 수행될 수 있고, 염료 클러스터를 닫는 경계 틈(boundary crevice)의 원인이 된다. 바이스로 죄듯한(vice-like) 터널의 붕괴는 염료 클러스터에 기계적 응력을 생성하여 작은 소포로 분해하고, 수용체에 더욱 분산하고 포화되어 염료의 분포 및 색 출현을 레벨링한다. 또한, 입력 에너지을 감소 또는 종결했을 때, 터널은 완전히 붕괴되고, 수용체 고분자 내부에 영원히 포획된 염료를 남긴다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 공정 단계를 도시한다. 도 2는 표면(210)을 갖는 이종 고체(200)를 나타낸다. 일부 구현예에서, 이종 고체는 고체 전반에 걸쳐 다른 경향으로 정렬된 단일 재료, 예를 들어, 서로 다른 분자 구성으로 고체화된 고분자로 만들어진 고체로 제조된다. 다른 구현에에서 이종 고체는 상이한 재료 또는 재료 유형을 포함할 수 있다. 바람직한 구현예에서 이종 고체는 합성 고분자이고, 개개의 섬유로서, 얀(yarn)의 일부로서, 펠트 또는 직물의 부분으로서, 또는 최종 섬유 제품(또는 이의 부분)의 부분으로서 처리될 수 있다. 이종 고체(200)는 2개 이상의 고체 상, 예를 들어 결정 또는 반-결정 상(220) 및 비정질 상(230)을 포함한다. 상이한 상은 상이한 투과성을 가질 수 있다. 계면 영역(240)은 상이한 상의 상호작용을 발생시킨다.
도 3은 사용자가 이종 고체 내로 침투하기를 바라는 투과 물질(300)과 접촉하는 이종 고체를 나타낸다. 본 명세서에 도시된 바와 같이 투과 물질(350)은 이종 고체의 표면(310)에 적용되고, 공정에서의 이 시점에서 이러한 상 또는 영역이 표면(310)의 부분을 형성한다는 것을 제외하고, 결정 또는 반-결정 상(320), 비정질 상(330) 또는 계면 영역(340)과 접촉하지 않는다. 투과 물질(350)은 임의의 적합한 수단, 예를 들어 직접적 적용(예로, 용액, 현탁액, 페이스트,또는 분말), 전달(예로, 전달 시트로부터의 열 전달), 반대로 하전된 투과 물질 및 이종 고체간의 정전기적 인력, 또는 원하는 활성 또는 특성의 상당한 손상 또는 손실을 초래하는 것 없이 투과 물질(350) 및 이종 고체의 표면(3210) 사이의 물리적 접촉을 제공하는 임의의 수단에 의해 표면(310)에 적용될 수 있다. 이종 고체(300)을 덮는 것으로 도시되었지만, 투과 물질(350)은 이종 고체(300)의 오직 일 부분에 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
투과 물질(300)의 성질은 사용자가 최종 복합 재료에 부여하고자 하는 의도된 특성에 따라 달라진다. 투과 물질의 예는 염료 또는 기타 착색제(직물 염료 및 안료와 같은), 약학적으로 활성인 물질(스테로이드 호르몬, 에스트로겐, 안드로겐, 아세틸콜린에스테라제 억제제, 자극제, 항우울제, 인슐린 또는 인슐린 유사체, 비타민, 니코틴, 스코폴라민, 및/또는 이의 유사체), 유리한 특성을 갖는 고분자(내마모성, 내화학성, 고 인장강도, 고 굴절률, 저 굴절률, 및/또는 전자기 에너지의 비-가시광선 파장을 반사 또는 흡수할 수 있는 고분자), 및/또는 금속 또는 금속 입자의 현탁액을 포함한다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 투과 물질(350)은 섬유에 사용하기에 적합한 염료 또는 기타 착색제이다.
도 4는 코팅된 이종 고체(400) 내의 투과성 영역의 형성을 도시한다. 에너지(460)은 코팅된 이종 고체(400)에 적용되어 이종 고체의 결정 또는 반-결정 상(420) 및 비정질 상(430) 영역 사이의 계면 영역(440) 내에 투과성 영역(470)(예를 들어, 터널)의 형성을 유발한다. 이러한 투과성 영역(470)의 적어도 일부는 이종 고체의 표면(410)까지 확장하고 투과 물질(450)의 통과를 허용할 수 있다. 놀랍게도, 본 발명자는 이종 물질 재료의 보슨 피크 영역 내에 에너지를 적용하는 것이 이종 고체 내에 투과성 영역 또는 터널의 형성을 매우 촉진한다는 것을 발견하였다. 이론에 의해 제한되는 것을 바라지 않고, 본 발명자는 이러한 에너지의 사용이 이종 고체의 비정질 상(430) 내에 다수의 자유도를 지원하고, 따라서 이종 고체의 형성동안 발달된 유동성을 변경하고 장력(tension)을 완화시킨다는 것을 제안한다. 이론에 의해 제한되는 것을 바라지 않고, 본 발명자들은 이러한 장력이 더욱 유체적인 비정질 상(430) 및 상대적으로 단단한 결정 또는 반-결정 상 사이의 계면 영역(440)에 터널(470) 또는 크랙의 형성에 의해 완화된다는 것을 믿는다.
이종 고체(400)에 적용되는 에너지(460)는 제어된 방식으로 공정을 구동하는데 필요한 에너지를 적용하는데 적절한 임의의 형태일 수 있다. 적절한 에너지의 예는 열(전도성 열 및/또는 대류 열과 같은), 전자기 방사선(예를 들어, 마이크로파, 적외선, 근적외선, 가시광선, 근자외선, 및/또는 자외선), 전자기 유도, 및/또는 화학 반응을 포함한다. 본 발명의 개념의 바람직한 구현예에서, 에너지는 열, 적외선 또는 근적외선, 또는 이들의 조합으로 적용된다.
놀랍게도, 본 발명자들은 에너지 적용 동안 감소된 기압(진공 또는 부분 진공의 사용을 통해서와 같이)이 공정에 요구되는 에너지의 양을 감소시킨다는 것을 발견하였다. 이것은 에너지 및 설비면에서 운영 비용을 유리하게 감소시키고, 추가적으로 주위 또는 상승된 압력에서 양립할 수 없는 재료의 사용 조합을 허용할 수 있다. 예를 들어, 적절한 에너지와 결합된 적절히 감소된 압력의 선택은 이종 고체 (예를 들어, 합성 섬유)의 융점과는 현저하게 상이한 융점을 갖는 투과 물질(예를 들어, 염료 또는 착색제)의 사용을 허용할 수 있다. 이러한 감소된 압력 또는 적어도 부분 진공은 공정에 사용된 밀폐된 공간 하우징 설비 내의 감소된 주위 압력으로 적용될 수 있거나, 공정(예를 들어, 연속 공정을 허용하는 부분적 또는 일식적인 개방 설비)에 사용된 설비 내의 감소된 압력으로 적용될 수 있다.
도 5에 나타난 바와 같이, 에너지(560)의 적용은 침투된 이종 고체(500)의 결과를 초래한다. 구현예에 도시된 바와 같이, 투과 물질은 에너지(500)가 적용될 때, 투과성 영역 또는 터널(570)로 도입될 수 있다. 본 발명의 개념의 일부 구현예에서, 투과 물질은 투과성 영역 또는 터널(570) 내에서 주로 발견되고, 표면(510)으로부터 완전히 유효하게 회수되고, 이종 고체(500)의 비정질(530)과 결정 또는 반결정(520) 영역의 벌크내에서 상당한 양으로 발견되지 않는다. 유리하게는, 적용되는 투과 물질의 양은 완전히 또는 거의 완전히 이종 고체(500)에 의해 흡수되도록 선택될 수 있어 포함되지 않은 투과 물질을 제거하는 후-처리 세정의 필요성을 감소하거나 제거한다. 바람직한 구현예에서, 투과 물질은 완전히 또는 거의 완전히 합성 고분자에 의해 흡수되는 염료 또는 기타 착색제이고, 따라서 염색 또는 착색 공정에서 소비되는 필요 시간과 에너지 및 물을 급격히 감소시킨다. 또 다른 장점은 이러한 구현예에서, 이러한 배치가 투과 물질을 분해할 수 있는 환경 인자(습기 , 열, 화학 물질, 박테리아, 진균, 등)로부터 보호를 제공한다는 점에서 투과 물질을 최종 복합 재료의 내부에 제한하는 단계에서 실현된다. 본 발명의 개념의 바람직한 구현에에서, 합성 섬유의 내부에 염료 또는 기타 착색제의 국소화는 화학적 산화제(표백제와 같은)로부터의 보호, 이러한 공정에 의해 처리된 직물의 세탁 동안 소독을 허용하는 것을 제공한다.
도 6에 나타난 바와 같이, 적용된 에너지는 침투된 이종 고체(600)을 밀봉하도록 변경될 수 있다. 적용된 에너지(600)의 변경(예를 들어, 이종 고체(600)에 적용된 에너지를 감소하는 것)은 초기 단계에서 변화 중 적어도 부분적 역전의 결과를 초래할 수 있고, 투과성 영역(670)(예를 들어, 터널의 적어도 부분 붕괴)의 적어도 부분 감소를 유도한다. 일부 구현예에서, 이러한 붕괴는 이종 섬유의 표면(610)으로부터 침투된 투과 물질을 밀봉한다. 이것은 투과성 영역(670) 및 침투된 투과 재료에 부담을 줄 수 있다. 이 공정에서, 투과 재료는 비정질 상(630)의 벌크내로 도입될 수 있으나, 결정 또는 반-결정 상으로부터 별도로 남아 있을 수 있다.
도 7은 에너지의 적용에 따르는 침투된 이종 고체를 도시한다. 투과 물질(750)은 계면 영역(740)(예를 들어, 터널의 붕괴로 인한)의 투과성에서의 감소에 의해 유도된 응력에 의해 비정질 상(730) 내에 분산된다. 투과 물질은 계면 영역(740)에서 발견될 수 있지만, 결정 또는 반-결정 상(720)에 도입되지 않는다. 본 발명의 개념의 바람직한 구현예에서, 투과 물질의 적용은 제어되고, 모든 투과 물질이 효율적으로 복합 고체 또는 물질(700)을 형성하기 위하여 이종 고체 내로 포함되고, 표면(710) 위에 거의 없는 투과 물질을 남긴다. 그 결과의 복합(700)은 이종 고체의 환경, 화학, 및 생물학적 저항을 제공하는 반면, 투과 물질의 원하는 광학, 약학 또는 기타 특성을 갖는 고체를 유리하게 제공한다.
본 발명의 개발 동안, 선행 기술에서 개시되거나 제시되지 않은 많은 특정 조건 및 특정 적용이 발견되었다. 이것은 하기를 포함한다:
광자(photon)- 푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR) 장치를 사용한 재료 식별의 방법으로서 주파수 공명의 사용은 확립된 방법이다. 놀랍게도, 본 발명자는 이러한 공명 주파수가 이종 고체(섬유와 같은) 내로 투과 물질(염료와 같은)의 흡수를 자극하는데 유용하다는 것을 발견하였다. 분리된 방출에서 염료 및 수용체의 형성 엔탈피를 자극하기 위해 전자기 에너지(근적외선 광자)를 사용하는 것은 염료 및 수용체 모두에 깊게 신속한 활성화를 허용하고, 방사된 열 에너지를 이용할 때 요구되는 시간의 10% 미만까지 수용체 섬유 또는 직물 내로 염료를 침투시키는데 요구되는 시간을 감소시킨다. 본 발명의 개념의 일부 구현예에서 전자기 에너지 또는 광자를 이용하여 수용체 섬유 또는 직물 내로 염료를 침투시키는데 요구되는 시간은 방사된 열 에너지를 이용할 때 요구되는 시간의 약 5% 또는 그 미만이다.
감소된 압력- 놀랍게도, 본 발명자는 수용하는 이종 고체에서 기압이 염료의 상 변화 및 터널 형성을 억제하는 것을 발견하였다. 착색 공정 동안 진공 환경의 형성을 통해 기압을 감소하는 단계는 에너지 공급원의 효율을 상당히 개선시킨다. 열 시험을 이용하여, 본 발명자는 상 변화의 삼중점(tri-point)이 기압에서 매 10% (kPa/kPa) 감소에 대해 약 7℃까지 감소하는 것을 발견하였다. 이것은 종전 고분자 착색에 너무 많은 에너지를 요구하는 것으로 생각되었던 저 에너지 방사체의 사용 및 비활성 염료의 활성화를 허용한다. 또한 감소된 압력의 사용은 코팅 공정에서 정전기적 상호작용의 사용을 지원한다. 압력은 본 발명의 공정의 단계 동안 주위 기압의 약 90%, 약 80%, 약 70%, 약 60%, 약 50%, 약 40%, 약 30%, 약 20%, 약 15%, 약 10%, 약 5%, 약 2%, 약 1%, 약 0.1 %, 약 0.01% 또는 약 0.01% 미만까지 감소될 수 있다.
정전기적 인력- 특정 조건 하에, 염료 및 기타 투과 재료는 감소된 기압 챔버에서 마이크로-입자를 기화하고, 유전체 수용체에서 이들을 반대 전하로 끌어당김에 의해 수용하는 이종 고체 내로 도입될 수 있다. 이 공정은 약제 화합물, 생체분자(단백질 및 핵산같은), 및 고분자와 같은, 전통전인 전달 공정을 용인하지 않는 투과 물질에 대해 특별한 유용성을 갖는다.
도 8은 물질을 재료(806)에 적용하기 위한 시스템(800)의 일 구현예를 도시한다. 바람직한 시스템은 재료(806)을 수용하기 위해 구성된 장치(802)를 포함할 수 있다. 재료는 롤러 또는 기타 수단을 통한 것처럼 장치(802)를 통해 통과될 수 있는 것으로 간주된다. 다른 구현예에서, 재료는 물질이 적용될 일 부분의 재료를 제시하는 기계적 암(arm)같은 자동화된 시스템을 통해 수용될 수 있다. 물론 재료는 또한 장치(802) 내에 수동적으로 배치될 수 있다.
바람직한 재료는 이들 사이에 하나 이상의 계면 영역을 갖는 비정질 영역 및 결정 또는 반-결정 영역을 포함한다. 고찰된 재료는 예를 들어, 합성 고분자를 포함하고, 섬유, 실(thread), 방사(yarn), 또는 셔츠, 바지, 등과 같은 최종 생성물의 형태일 수 있다.
장치(802)는 적어도 일 부분의 재료(806)에 에너지를 방사하도록 구성된 하나 이상의 에너지 공급원(804)를 포함한다. 에너지 공급원(들)에 의해 방사된 에너지는 예를 들어, 열, 전자기 방사선, 및 적외선 또는 근적외선(예를 들어, 750 nm- 1400 nm 사이)일 수 있다. 재료(806)로 방사되는 에너지는 재료의 표면 위에 있는 물질이 계면 영역 내로 침투할 수 있도록 일시적으로 투과되는 계면 영역을 만들기에 충분한 양이다. 더욱 바람직하게는, 에너지의 양은 재료의 보슨 피크 영역 내에 있고, 바람직하게는 물질의 보슨 피크 주위에 있고, 상기 기술된 바와 같이, 재료 내의 원자 또는 분자에 이용될 자유도의 수에 따라 인자를 특성화하는 공지된 기술을 통해 결정될 수 있다.
물질은 바람직하게는 하나 이상의 염료를 포함하나, 예를 들어, 약제, 유리한 특성을 갖는 고분자, 금속 등을 포함하는 수많은 다른 유형의 물질을 포함할 수 있다.
적용된 에너지가 재료(806)의 보슨 피크 영역 내에 있을 때, 계면 영역은 하나 이상의 터널의 형성으로 인해 투과성이 되어 물질이 재료 표면 아래의 재료 내로 침투하는 것을 허용한다. 물질은 예를 들어, 모세관 작용 또는 리플론을 포함할 수 있는 구동력을 통해 재료 내로 유입될 수 있다. 일단 재료 내에서, 에너지의 양은 재료를 이전 상태로 되돌리기 위한 터널 붕괴의 원인이 되는, 일반적으로 재료의 보슨 피크 영역 외부의 양으로 감소될 수 있다.
장치(802)는 에너지 공급원(804)으로부터 방사되는 에너지의 양을 제어하기 위해 구성된 제어기(808)을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 제어기(808)는 재료(806)의 보슨 피크 영역 내로 떨어지는 에너지의 양을 자동적으로 증가시킨 후, 작업자가 원하는 양으로 물질이 재료(806)을 침투한 후 적용되는 에너지를 감소하는 구성일 수 있다.
추가적으로, 에너지는 부분 진공에서 재료(806)에 적용될 수 있는 것으로 고려되고, 이것은 계면 영역이 투과성이 되게 야기하는데 요구되는 에너지의 양을 감소한다. 이것은 선행 기술 공정에서 요구된 고온으로 인해 일반적으로 선행 기술 염색 방법을 수행할 수 없는 재료를 포함하여 본 명세서에서 기술된 시스템 및 방법에 사용되는 재료의 광범위한 선택을 유리하게 허용한다. 다른 구현예에서, 부분 진공은 재료(806)의 일 측면에 적용될 수 있다. 계면 영역이 투과성이 될 때, 공기는 터널을 통해 도입되어 재료 내에 에어 포켓을 생성할 수 있다. 시스템이 재료의 양면을 염색하도록 구성될 때, 이것은 반대 측으로부터 염료의 혼합 또는 번짐을 방지하는데 도움을 주는 에어 포켓과 함께 사용되는 염료의 상이한 색상을 허용한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 문맥상 달리 지시하지 않는 한, 용어 "에 결합된(coupled to)"은 직접적인 결합(서로 결합된 두 개의 요소들이 서로 접촉하는 경우) 및 간접적인 결합(두 개의 요소들 사이에 적어도 하나의 추가적인 요소가 위치하는 경우)을 모두 포함하는 것으로 의도된다. 따라서, 용어 "에 결합된(coupled to)" 및 "와 결합된(coupled with)"은 동일한 의미로 사용된다.
일부 구현예에서, 본 발명의 특정 구현예를 기술하고 주장하는데 사용된, 농도, 반응 조건, 등과 같은 특성, 성분의 양을 표현하는 수량은 용어 "약(about)"에 의해 일부 예에서 수정되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 일부 구현예에서, 기술된 설명 및 첨부된 청구항에 설정된 수치 매개변수는 특정 구현예에 의해 얻어진 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다. 일부 구현예에서, 수치 매개변수는 보고된 유효숫자의 수 및 통상의 반올림 기법을 적용하여 해석되어야 한다. 본 발명의 일부 구현예의 넓은 범주를 제시하는 수치 범위 및 매개변수가 근사치임에도 불구하고, 특정 실시예에서 기재된 수치 값은 가능한 정확하게 보고된다. 본 발명의 일부 구현예에서 제시된 수치 값은 그들 각각의 시험 측정에서 발견된 표준 편차로부터 필수적으로 오차를 포함할 수 있다.
문맥상 다르게 지시되지 않는 한, 본 명세서에 제시된 모든 범위는 그들의 종료점(endpoint)를 포함하는 것으로 해석되어야 하고, 오픈-엔드(open-ended) 범위는 단지 상업적으로 실용적인 값을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 유사하게, 모든 리스트의 값은 문맥상 다르게 지시되지 않는 한, 중간 값을 포함하는 것으로 고려되어야 한다.
본 명세서의 설명 및 하기 청구항에 걸쳐 사용된 바와 같이, "a," "an," 및 "the"의 의미는 문맥상 다르게 지시되지 않는 한 복수의 참조를 포함한다. 또한, 본 명세서의 설명에 사용된 바와 같이, "in"의 의미는 문맥상 다르게 지시되지 않는 한 "in" 및 "on"을 포함한다.
본 명세서에서 값의 범위의 인용은 그 범위 내에 있는 각각 개별 값을 개별적으로 참조하는 단축형 방법으로 작용하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 달리 지시되지 않는 한, 범위 내의 각각 개별 값은 그것이 본 명세서에 개별적으로 인용된 것처럼 본 명세서 내에 포함된다. 본 명세서에 기술된 모든 방법은 본 명세서에서 달리 지시되지 않거나, 문맥상 명확시 부인되지 않는 한 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 본 명세서의 특정 구현예에서 제공되는 임의의 모든 실시예, 또는 예시적인 언어(예를 들어, "~와 같은")의 사용은 단지 본 발명을 더욱 명확하게 하려고 의도된 것으로, 달리 청구되지 않는 한 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 명세서의 어떠한 언어도 본 발명의 실행에 필수적인 임의의 비-청구된 요소를 지시하는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 대안적인 요소 또는 구현예의 군은 제한되는 것으로 해석되어서는 안된다. 각각 군의 요소는 개별적으로, 또는 군의 다른 요소나 본 명세서에서 발견된 다른 요소와 임의로 조합하여 참조되고, 청구될 수 있다. 편의 및/또는 특허가능성의 이유로 군의 하나 이상의 요소가 포함되거나, 군으로부터 삭제될 수 있다. 임의의 이러한 포함 또는 삭제가 발생할 때, 본 명세서는 수정된 군을 포함하고, 따라서 첨부된 청구항에 사용된 모든 마쿠시(Markush) 군의 글로 쓴 설명을 만족시키는 것으로 간주된다.
본 명세서에서의 본 발명의 개념으로부터 벗어남이 없이 앞서 기술된 것들 외의 더 많은 수정이 가능하다는 것은 당업자에게는 명백한 것이다. 따라서, 본 발명의 대상은 첨부되는 특허청구범위에 의해서만 제한을 받는다. 더욱이, 본 명세서 및 특허청구범위 모두를 해석할 때, 모든 용어들은 문맥과 일관되는 방식으로 가능한한 가장 넓게 해석돼야만 한다. 특히, 용어 "포함하는" 및 "포함한다"는 참조된 요소, 컴포넌트, 또는 단계들이, 명시적으로 참조되지 않은 다른 요소, 컴포넌트, 또는 단계와 함께 존재할 수 있거나, 또는 사용될 수 있거나, 또는 결합될 수 있음을 표시하는 비-배타적 방식으로 요소, 컴포넌트 또는 단계을 언급하는 것으로서 해석돼야 한다. 본 명세서 기재에서 A, B, C ... 및 N으로 구성되는 군으로부터 선택되는 어떤 것의 적어도 하나라고 기술되는 경우, 이러한 문구는 해당 군으로부터 단지 하나의 요소를 요구하는 것으로 해석되어야 하며, A + N, 또는 B + N 등으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (56)

  1. 하기 단계를 포함하는 물질(substance)을 이종 고체(heterogeneous solid)내에 침투시키는 방법:
    투과(permeating) 물질 및 이종 고체를 제공하는 단계로서, 이종 고체는 제 1 영역, 제 2 영역, 및 제 1 영역과 제 2 영역 사이에 있는 계면 영역을 포함하며;
    에너지를 이종 고체에 적용하는 단계로서, 에너지의 양은 계면 영역을 일시적으로 투과성으로 만들기에 충분한 양이며;
    투과 물질을 계면 영역 내로 침투시키도록 구성된 구동력(driving force)을 적용하는 단계; 및
    에너지의 적용을 변경함으로써 계면 영역을 불투과성으로 만드는 단계.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 1 영역은 비정질 고체를 포함하고, 제 2 영역은 적어도 반-결정 고체를 포함하는 것인, 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    이종 고체는 합성 고분자를 포함하는 것인, 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    이종 고체는 섬유를 포함하는 것인, 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    투과 물질은 염료를 포함하는 것인, 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지는 열을 포함하는 것인, 방법.
  7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지는 전자기 방사선을 포함하는 것인, 방법.
  8. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지는 적외선을 포함하는 것인, 방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지의 양은 이종 고체의 보슨 피크(Boson peak) 영역 내인 것인, 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    구동력은 모세관 작용(capillary action)을 포함하는 것인, 방법
  11. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    구동력은 리플론(ripplon)을 포함하는 것인, 방법
  12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    계면 영역은 하나 이상의 터널(tunnel)의 형성에 의해 투과성으로 되는 것인, 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지가 적용되는 동안 적어도 부분 진공을 적용하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지를 적용하는 단계는 계면 영역을 가역적으로 투과성으로 만들기에 충분한 것인, 방법.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    투과 물질을 제공하는 단계는 투과 물질을 이종 고체에 적용하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    투과 물질은 에너지를 이종 고체에 적용하기 전에 이종 고체에 적용되는 것인, 방법.
  17. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 한 항에 있어서,
    투과 물질을 제공하는 단계는 투과 물질을 도너(donor)로부터 이종 고체에 전달하는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  18. 제 1항 내지 제 17항 중 어느 한 항에 있어서,
    계면 영역은 에너지가 이종 고체에 적용되는 동안 일시적으로 투과성이 되는 것인, 방법.
  19. 하기를 포함하는 복합 고체;
    제 1 영역, 제 2 영역, 및 제 1 영역과 제 2 영역 사이에 있는 계면 영역을 포함하는 이종 고체; 및
    계면 영역 내에 있는 투과 물질으로서, 여기서 투과 물질은 계면 영역을 일시적으로 투과성으로 만들도록 구성된 에너지를 적용하여 계면 영역 내로 도입된다.
  20. 제 19항에 있어서,
    제 1 영역은 비정질 고체를 포함하고, 제 2 영역은 적어도 반-결정 고체를 포함하는 것인, 복합 고체.
  21. 제 19항 또는 제 20항에 있어서,
    에너지는 이종 고체의 보슨 피크(Boson peak) 영역 내에 있는 것으로 선택되는 것인, 복합 고체.
  22. 제 19항 내지 제 21항 중 어느 한 항에 있어서,
    이종 고체는 합성 고분자를 포함하는 것인, 복합 고체.
  23. 제 19항 내지 제 22항 중 어느 한 항에 있어서,
    이종 고체는 섬유를 포함하는 것인, 복합 고체.
  24. 제 19항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    투과 물질은 염료를 포함하는 것인, 복합 고체.
  25. 제 19항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    투과 물질은 약제를 포함하는 것인, 복합 고체.
  26. 제 19항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    투과 물질은 고체를 포함하는 것인, 복합 고체.
  27. 제 19항 내지 제 23항 중 어느 한 항에 있어서,
    투과 물질은 금속을 포함하는 것인, 복합 고체.
  28. 제 19항 내지 제 27항 중 어느 한 항에 있어서,
    투과 물질은 적어도 2개의 별개의 물질을 포함하는 것인, 복합 고체.
  29. 제 19항 내지 제 28항 중 어느 한 항에 있어서,
    복합 고체는 화학적 표백에 내성인 것인, 복합 고체.
  30. 하기 단계를 포함하는 재료(material)의 염색 방법:
    외부 표면 및 외부 표면 아래 배치된 내부를 갖는 수용체(receiver)를 제공하는 단계로서, 여기서 수용체는 적어도 하나의 비정질 영역 및 적어도 하나의 반-결정 또는 결정 영역을 포함하며;
    염료를 제공하는 단계;
    염료가 갭(gap)을 통해 수용체 내부에 분산될 수 있게 하기 위해, 비정질과 반-결정 또는 결정 영역 사이에 일시적인 갭이 형성되도록 에너지를 수용체의 적어도 일부분의 외부 표면에 적용하는 단계; 및
    일시적인 갭을 제거하기 위하여 외부 표면의 부분에 적용된 에너지를 감소함으로써, 수용체의 외부 표면 아래에 염료를 포획하는 단계.
  31. 제 30항에 있어서,
    수용체는 합성 고분자를 포함하는 것인, 방법.
  32. 제 30항 내지 제 31항 중 어느 한 항에 있어서,
    수용체는 섬유를 포함하는 것인, 방법.
  33. 제 30항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지는 열을 포함하는 것인, 방법.
  34. 제 30항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지는 전자기 방사선을 포함하는 것인, 방법.
  35. 제 30항 내지 제 32항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지는 적외선을 포함하는 것인, 방법.
  36. 제 30항 내지 제 35항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지는 수용체의 보슨 피크(Boson peak) 영역 내인 것인, 방법.
  37. 제 30항 내지 제 36항 중 어느 한 항에 있어서,
    염료는 모세관 작용에 의해 수용체의 내부로 이동되는 것인, 방법.
  38. 제 30항 내지 제 37항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지가 적용되는 동안 적어도 부분 진공을 적용하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
  39. 제 30항 내지 제 38항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지가 수용체의 보슨 피크 영역 미만의 양으로 감소될 때 수용체의 내부에 있는 염료는 화학 표백에 내성인 것인, 방법.
  40. 하기를 포함하는, 물질을 재료에 적용하기 위한 시스템:
    (i) 비정질 영역, (ⅱ) 적어도 반-결정 영역, 및 (ⅲ) 비정질 영역과 적어도 반-결정 영역 사이에 있는 계면 영역을 포함하는 재료를 수용하도록 구성된 장치; 및
    재료의 표면에 있는 물질을 계면 영역 내로 침투할 수 있도록 계면 영역을 일시적으로 투과성으로 만들기 위한 충분한 양으로 재료의 적어도 일 부분에 에너지를 방사하도록 구성된 에너지 공급원.
  41. 제 40항에 있어서,
    에너지의 양은 재료의 보슨 피크 영역 내에 있는 것인, 시스템.
  42. 제 40항 또는 제 41항에 있어서,
    에너지는 열을 포함하는 것인, 시스템.
  43. 제 40항 또는 제 41항에 있어서,
    에너지는 전자기 방사선을 포함하는 것인, 시스템.
  44. 제 40항 또는 제 41항에 있어서,
    에너지는 적외선을 포함하는 것인, 시스템.
  45. 제 40항 내지 제 44항 중 어느 한 항에 있어서,
    수용체는 합성 고분자를 포함하는 것인, 시스템.
  46. 제 40항 내지 제 45항 중 어느 한 항에 있어서,
    수용체는 섬유를 포함하는 것인, 시스템.
  47. 제 40항 내지 제 45항 중 어느 한 항에 있어서,
    수용체는 실(thread) 또는 방사(yarn)를 포함하는 것인, 시스템.
  48. 제 40항 내지 제 45항 중 어느 한 항에 있어서,
    수용체는 셔츠 또는 한 벌의 바지를 포함하는 것인, 시스템.
  49. 제 40항 내지 제 45항 중 어느 한 항에 있어서,
    물질은 염료를 포함하는 것인, 시스템.
  50. 제 40항 내지 제 45항 중 어느 한 항에 있어서,
    물질은 약제를 포함하는 것인, 시스템.
  51. 제 40항 내지 제 50항 중 어느 한 항에 있어서,
    계면 영역은 하나 이상의 터널의 형성에 의해 투과성으로 되는 것인, 시스템.
  52. 제 40항 내지 제 51항 중 어느 한 항에 있어서,
    장치는 에너지가 적용되는 동안 재료의 표면에 적어도 부분 진공을 생성하도록 더 구성된 것인, 시스템.
  53. 제 40항 내지 제 52항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지 공급원으로부터 방사된 에너지의 양을 제어하도록 구성된 제어기를 더 포함하는 것인, 시스템.
  54. 제 53항에 있어서,
    제어기는 적어도 물질의 일 부분이 계면 영역으로 침투한 후 방사된 에너지의 양을 감소하도록 구성됨으로써 계면 영역을 불투과성으로 만드는 것인, 시스템.
  55. 제 40항 내지 제 53항 중 어느 한 항에 있어서,
    장치는 물질을 포함하는 도너(donor)를 수용하도록 더 구성된 것인, 시스템.
  56. 제 40항 내지 제 41항 또는 제 45항 내지 제 53항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지는 750 nm 내지 1400 nm 사이의 파장을 갖는 근적외선을 포함하는 것인, 시스템.
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