KR20150145099A - 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법과, 그 제조 방법에 의해 제조된 피티씨 소자 및 그 피티씨 소자가 구비된 면상 발열체 - Google Patents

고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법과, 그 제조 방법에 의해 제조된 피티씨 소자 및 그 피티씨 소자가 구비된 면상 발열체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용하여 제조한 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 소자 및 이를 이용한 면상 발열체에 관한 것이다. 피티씨 소자를 이용하여 발열체의 통전을 제어함으로써 발열체의 발열 온도를 원하는 범위로 제어하고 발열체의 안전성을 향상시키는 것이다. 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용하여 제조한 피티씨는 제조가 간단할 뿐만 아니라, 장기간의 사용에도 피티씨 특성을 잘 유지한다. 그리고 피티씨 소자를 이용하여 제조한 면상 발열체는 자기온도제어 기능이 있기 때문에 별도의 온도제어장치가 불필요하여 경제적이다.
피티씨 소자의 제조 방법은 (1) 고분자 수계 에멀전 용액을 제조하는 단계; (2) 상기 고분자 수계 에멀전 용액에 도전제를 혼합하여 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 제조하는 단계; (3) 상기 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 기재(substrate)에 코팅하거나 침지(dipping)하고 건조하여 피티씨 소자를 제조하는 단계로 구성된다. 상기의 고분자 수계 에멀전 용액은 접착성 고분자, 가교제, 개시제 및 물을 포함하고 있다. 상기의 기재(substrate)에는 고분자 수지 재질의 필름, 부직포, 직물, 비가요성 판재 등이 있다. 상기의 피티씨 소자에 전극을 부착하고 피티씨 소자의 상·하면에 절연 피복재를 적층하여 면상 발열체를 제조한다.

Description

고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법과, 그 제조 방법에 의해 제조된 피티씨 소자 및 그 피티씨 소자가 구비된 면상 발열체{Positive temperature coefficient using conductive liquid emulsion polymer composition, manufacturing method of thereoff, Face heater with it}
본 발명은 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 소자의 제조 방법, 그 제조 방법에 의해 제조된 피티씨(PTC, Positive Temperature Coefficient) 소자 및 이를 구비한 면상 발열체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 유기 용매를 사용하지 않고 고분자 수계 에멀전을 사용하여 전도성 조성물을 제조하고 이를 기재(substrate)에 코팅하거나 침지(dipping)하여 제조한 피티씨 소자에 관한 것이다. 그리고 피티씨 소자에 전극을 부착하고 절연 피복재를 적층하여 제조한 발열체에 관한 것이다. 이 면상 발열체는 발열과 동시에 온도가 제어되기 때문에 발열체의 안전성이 크게 향상될 뿐만 아니라 별도의 온도제어장치가 불필요하여 경제적이다.
전기에너지를 열에너지로 변환시키는 발열체는 저항선과 같은 일차원적 발열체와 면상 발열체와 같은 이차원적인 발열체가 있다. 그리고 발열체의 온도가 일정 온도 이상으로 과열되면 통전을 차단함으로써 안전성을 확보하기 위하여 사용하는 여러 가지 장치가 있는데, 과열되면 저항이 크게 증가되어 통전을 불가능하게 하고 다시 냉각되면 저항이 감소하여 통전시킴으로써 과열을 방지하는 피티씨(Positive Temperature Coefficient) 소자가 있다. 이러한 기능의 소자 기술은 발열체의 안전성 확보를 위해 매우 중요한 기술이다.
본 특허의 발명자가 출원하여 등록한 “피티씨 소자의 제조방법 및 이를 이용한 면상발열체의 과열방지 시스템”(한국 등록특허공보 제10-1129251호, 특허문헌 1)에 개시된 바와 같이, 종래의 피티씨 소자의 제조기술에는 높은 온도에서 고분자를 용융시키는 컴파운딩 성형기법이 있다. 즉, 고분자와 도전제(導電劑)로 구성된 혼합물을 고분자의 융점보다 20℃ 이상 높은 고온에서 용융시켜 쉬트상으로 피티씨 소자를 제조하는 기술을 사용했다.
컴파운딩 성형기술의 단점은 높은 온도에서 고분자를 용융시켜야 하기 때문에 후술하는 본 발명의 용액공정과 비교하여 에너지 비용이 많이 든다. 또한 쉬트상으로 제조한 피티씨 소자에 고분자가 연속상으로 형성되어 있기 때문에 발열체의 과열 및 냉각이 반복됨에 따라 통전에 영향을 미치는 저항 변화 특성이 크게 변하여 초기 상태와는 달라지고 가역성이 크게 떨어지는 단점이 있다. 즉 발열체가 과열되어 온도가 상승하면 저항이 증가하여 통전을 단절시키고 다시 냉각되면 저항이 감소하여 통전시키는 특성이 장기간의 사용에도 초기 특성을 그대로 유지해야 하는데, 사용 시간이 경과함에 따라 그 특성이 떨어져 과열과 냉각이 반복되는 발열체에 실제적으로 적용하기 어려운 단점이 있다.
한편, 상기의 종래 기술에서는 피티씨 소자를 제조함에 있어서, (1) 고분자와 도전제의 콤파운딩 조성물을 용융하여 혼합하는 단계, (2) 상기 조성물 양면에 전극을 형성시키는 단계, (3) 전극이 형성된 조성물을 0.2 내지 3mm 두께의 쉬트로 형성시키는 단계, (4) 상기 쉬트에 10 내지 320Kev의 전자선을 조사시켜서 가교시키는 단계, (5) 가교 후에 어닐링을 시키는 단계로 이루어져 있는 바, 그 제조 방법이 복잡하고 여러 단계를 거치기 때문에 경제성이 떨어진다.
용액 상태의 피티씨 조성물에 관한 종래 기술에는 “고분자 PTC 정온발열잉크 제조 방법”(대한민국 등록특허공보 제10-1225759호, 특허문헌 2)가 있는데, 바인더로는 폴리에스테르계 및 폴리올레핀계 수지를, 도전 충전제로는 다중벽 탄소나노튜브를 사용하고 있으나, 용제로는 톨루엔, 자일렌 등의 환경 및 인체에 유해한 유기 용제를 사용하고 있다는 단점이 있다.
또, 판형 피티씨 소자를 제조하는 방법에 관한 종래 기술에는 “고온용 판형 피티씨 소자 제조용 전도성 조성물과 이를 이용한 고온용 판형 피티씨 소자 및 이의 제조방법”(대한민국 공개특허공보 제10-2005-0109634호, 특허문헌 3)가 있는데, 실리콘실란트, 전도성 충전제, 커플링제 및 보강재의 혼합물로 이루어진 전도성 조성물을 원하는 형태로 성형하고 경화시키는 등 제조 과정이 복잡하다.
그리고 피티씨 소자를 이용하여 발열체를 제조하는 종래 기술에는 “카본유연성 발열구조체 제조용 전도성 조성물과 이를 이용한 카본유연성 발열구조체 및 이의 제조방법”(대한민국 등록특허공보 제10-0535175호, 특허문헌 4) 및 “탄성을 갖는 전류제어 저항발열 조성물질 및 이조성물질을 이용한 피티씨발열소자의 제조방법”(대한민국 공개특허공보 제10-2005-0114005호, 특허문헌 5)가 있는데, 원하는 형태로 성형한 후에 경화시키는 등 제조 과정이 복잡하다.
또한, 피티씨 소자를 이용하여 발열체를 제조하는 종래 기술인 “우레탄계 열가소성 엘라스토머 소재를 이용한 피티씨 유연 면상발열체 제조방법”(대한민국 공개특허공보 제10-2011-0104247호, 특허문헌 6)에는, 우레탄계 열가소성 엘라스토머 시트지 표면에 고분자형 전도성 카본 블랙 페이스트를 다수의 수평라인 형태로 스크린 인쇄한 후에 건조하여 발열부를 형성시키는 방법이 개시되어 있다. 상기 고분자형 전도성 카본 블랙 페이스트는 폴리우레탄계 수지를 메틸 에틸 케톤 용매에 용해시키고 도전성 충전제로는 바륨 페라이트(barium ferrite)를 사용하여 제조하는 바와 같이, 유기 용제를 사용하고 있다는 단점이 있다.
KR 10-1129251 (2012.03.15) KR 10-1225759 (2013.01.17) KR 10-2005-0114005 (2005.11.22) KR 10-0535175 (2005.12.02) KR 10-2005-0114005 (2005.12.05) KR 10-2011-0104247 (2011.09.22)
상기의 단점을 극복하기 위한 본 발명에서는, 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용하여 피티씨 소자를 제조함으로써 장기간의 사용에도 피티씨 소자의 반복 가역 특성이 우수한 피티씨 소자를 제공하고자 한다.
고분자가 입자상으로 물이나 유기용매에 분산되어 있는 것을 고분자 에멀전이라고 한다. 본 발명에서는 용융 고분자를 이용하는 컴파운딩 기술이 아닌 고분자 수계 에멀전 용액을 사용하여 피티씨 소자를 제조하는 습식공정 기술을 적용함으로써, 피티씨 소자를 제조함에 있어서 다양한 코팅공정의 적용이 가능하고, 그 제조 공정이 쉽고 단순하여 에너지가 적게 들고 경제적일 뿐만 아니라, 용매로 물을 사용함으로써 친환경적인 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 기재(substrate)에 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 코팅하거나, 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물로 기재에 패턴을 인쇄하거나, 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물에 기재를 침지(dipping)하고 건조하여 피티씨 소자를 제조하고, 이를 사용하여 제조한 면상 발열체, 부연(敷衍)하면 피티씨 특성(즉 자기온도제어 특성)을 갖는 면상 발열체를 제공하는 데에 있다.
또한, 도전사(導電絲) 또는 비도전사(非導電絲)에 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 코팅하거나 침지(dipping)하고 건조한 후에, 이를 사용하여 제조한 부직포 또는 직물 형태의 피티씨 소자에 전극을 부착하고 상·하면에 절연 피복재를 적층하여 피티씨 특성을 갖는 면상 발열체를 제공하고자 한다.
본 발명의 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법은, (1) 고분자 수계 에멀전 용액을 제조하는 단계; (2) 상기 고분자 수계 에멀전 용액에 도전제(導電劑)를 혼합하여 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 제조하는 단계; (3) 상기 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 기재(substrate)에 코팅하거나, 상기 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물로 기재에 패턴을 인쇄하거나, 상기 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물에 기재(substrate)를 침지(dipping)하고 건조하여 피티씨 소자를 제조하는 단계;를 포함하여 구성되되, 상기의 고분자 수계 에멀전 용액은, 전체 100중량%를 기준으로 하여, (1) 30 내지 70중량%의 접착성 고분자; (2) 10 내지 40중량%의 가교제; (3) 0.5 내지 1중량%의 개시제; 및 (4) 잔량의 물;로 구성되고, 상기의 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물은, 전체 100중량%를 기준으로 하여, (1) 상기 고분자 수계 에멀전 용액 30 내지 70중량%;와 (2) 도전제(導電劑) 30 내지 70중량%;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또는, (1) 고분자 수계 에멀전 용액을 제조하는 단계; (2) 상기 고분자 수계 에멀전 용액에 도전제(導電劑)를 혼합하여 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 제조하는 단계; (3) 상기 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 도전사(導電絲) 또는 비도전사(非導電絲)에 코팅하거나, 상기 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물에 도전사(導電絲) 또는 비도전사(非導電絲)를 침지(dipping)하고 건조하여 전도성 조성물이 피복된 섬유를 제조하는 단계; (4) 상기의 전도성 조성물이 피복된 섬유를 사용하여 부직포 형태 또는 직물 형태의 피티씨 소자를 제조하는 단계;를 포함하여 구성되되, 상기의 고분자 수계 에멀전 용액은, 전체 100중량%를 기준으로 하여, (1) 30 내지 70중량%의 접착성 고분자; (2) 10 내지 40중량%의 가교제; (3) 0.5 내지 1중량%의 개시제; 및 (4) 잔량의 물;로 구성되고, 상기의 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물은, 전체 100중량%를 기준으로 하여, (1) 상기 고분자 수계 에멀전 용액 30 내지 70중량%;와 (2) 도전제(導電劑) 30 내지 70중량%;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 접착성 고분자는, 에틸렌부틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 가교제는, 디비닐벤젠(divinyl benzene), 다이엔(diene) 단량체, 트리메틸롤프로판트리비닐에테르(trimethylolpropane trivinyl ether) 단량체에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 개시제는, 다이큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide), 아세틸 벤조일 퍼옥사이드(acetyl benzoyl peroxide), 3차부틸 하이드로퍼옥사이드(tert-butyl hydroperoxide), 다이아세틸 퍼옥사이드(diacetyl peroxide)에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 도전제(導電劑)는, 탄소 분말(carbon black), 흑연 분말, 탄소섬유, 금속 분말에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 기재(substrate)는, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아마이드 필름, 폴리에스터(polyester) 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리염화비닐리덴 필름, 폴리카보네이트 필름, 초산(醋酸)셀룰로오즈 필름, 아세테이트 필름, 폴리비닐알콜 필름, 폴리스티렌 필름, 불소수지 필름에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 유연성이 있는 고분자 수지 필름, 부직포, 직물, 종이, 석판(石板), 토판(土版), 목판(木板), 판유리, 플라스틱 판, 판지(板紙), 도전성 고분자 수지 필름, 도전성 부직포, 도전성 직물, 도전성 종이, 도전성 석판(石板), 도전성 토판(土版), 도전성 목판(木板), 도전성 판유리, 도전성 플라스틱 판, 도전성 판지(板紙)에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 비도전사(非導電絲)는, 폴리에스터(polyester), 아크릴로니트릴이 50 ~ 100 중량%인 아크릴, 아크릴로니트릴이 40 ~ 50 중량% 포함된 아크릴계, 나일론, 비닐론, 피이브이에이(PVA), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 비닐리덴, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 아라미드, 폴리스티렌, 폴리크랄, 벤조에드, 레이욘, 폴리노직, 큐프라, 아세테이트, 트리아세테이트, 프로믹스, 폴리플루오르에틸렌, 면, 아마, 저마에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 섬유이고, 상기 도전사(導電絲)는, 섬유 형태의 도전성 물질과 상기의 비도전사(非導電絲)를 합사하여 제조한 것, 도전성 분말과 고분자 수지를 용융 혼합하고 방사(紡絲)하여 제조한 것, 금속사(金屬絲), 팬(PAN)계 탄소섬유 또는 피치(Pitch)계 탄소섬유를 불활성 분위기에서 600 내지 1500℃로 중온 탄화시켜 초기 중량 대비 25 내지 70중량%의 수율로 수득하는 부분탄화 탄소섬유, 도전사와 비도전사를 혼방하여 만든 혼방 방적사(絲), 도전성 물질이 피복되어 이루어진 도전사, 비도전사를 심재(心材)로 하고 그 외부에 금속사(金屬絲)를 커버링함으로써 전류가 흐르는 단면적을 넓힌 도전사에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 섬유인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자는 상기 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자가 구비된 면상 발열체는, 상기 피티씨 소자 양단에 평행하게 한 쌍의 전극이 부착되거나, 피티씨 소자의 양단 및 양단 사이에 일정 간격으로 두 쌍 이상의 전극이 부착되고 피티씨 소자의 상·하면에 각각 적어도 하나 이상의 절연 피복재가 적층되어 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 전극은, 폴리에스터(polyester), 아크릴(주성분인 아크릴로니트릴이 50% 이상인 것), 아크릴계(주성분인 아크릴로니트릴이 40 내지 50%인 것), 나일론, 비닐론, 피이브이에이(PVA), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 비닐리덴, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 아라미드, 폴리스티렌, 폴리크랄, 벤조에드, 레이욘, 폴리노직, 큐프라, 아세테이트, 트리아세테이트, 프로믹스, 폴리플루오르에틸렌, 면, 아마, 저마로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 섬유로 이루어진 비도전사(非導電絲)가 심재(心材) 섬유로 이루어져 있고, 구리 박막, 알루미늄 박막에서 선택된 하나 이상의 금속 박막선(薄膜線)이 상기 심재(心材) 섬유를 감아 형성된 전선 2 내지 10개가 합사되어 이루어져 있는 합사선 2 내지 5개와; 스텐레스사(絲), 니켈사(絲), 구리사(絲), 철사(鐵絲)에서 선택된 하나 이상의 금속사(金屬絲);가 합사되어 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 피티씨 소자 및 이를 이용한 면상 발열체의 제조에 있어서, 높은 온도에서 고분자 용융액을 이용하는 컴파운팅 성형기술을 사용하는 종래의 기술에 비하여 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 사용함으로써 습식코팅 공정 또는 습식침지(dipping)공정이 가능하여 성형 필름의 다양한 패턴화 및 필름화 공정이 용이하다. 그 뿐만 아니라 쉬트 성형 공정, 전자선 조사(照射)에 의한 가교 공정, 어닐링 공정이 필요 없기 때문에 공정이 단순하고 경제적이라는 장점이 있다.
또한, 장시간 과열과 냉각이 반복되어도 초기의 특성이 그대로 유지되는 가역적인 장수명의 피티씨 소자 구현이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 사용하여 제조한 피티씨 소자의 특성을 나타낸 그래프.
도 2는 비교예 1의 고분자 용융 컴파운딩 기술을 사용하여 제조한 피티씨 소자의 특성을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 면상 발열체의 개략적인 분해 사시도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 도전사의 개략도.
이하 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명은 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 사용하여 피티씨 소자를 제조하는 것으로, (1) 고분자 수계 에멀전 용액을 제조하는 단계; (2) 상기 고분자 수계 에멀전 용액에 도전제(導電劑)를 혼합하여 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 제조하는 단계; (3) 상기 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 기재(substrate)에 코팅하거나, 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물로 기재에 패턴을 인쇄하거나 또는 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물에 기재를 침지(dipping)하고 건조하여 피티씨 소자를 제조하는 단계로 구성된다.
그리고 상기 피티씨 소자의 양단에 한 쌍의 전극을 부착하거나 양단 및 양단 사이에 일정 간격으로 두 쌍 이상의 전극을 부착하고 피티씨 소자의 상·하면에 절연 피복재를 적층하여 면상 발열체를 제조한다.
상기의 고분자 수계 에멀전 용액은 고분자, 가교제, 개시제, 물을 포함하고 있는데, 고분자 수계 에멀전 용액 제조에 사용되는 고분자는 플라스틱에 높은 접착성을 가지는 고분자로서 극성분자 구조를 갖는 것은 무엇이나 가능하나, 에틸렌부틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 수지를 사용하는 것이 적합하다. 보다 구체적으로 피티씨 소자의 발열 설계 온도인 40 내지 120℃에 적합한 고분자 수지로 비교적 좁은 온도 범위에서 온도 증가에 반응하여 조성물의 저항을 증가시키는 고분자 수지를 사용하는 것이 바람직하며, 고분자 수계 에멀전 용액 100중량%에서 고분자의 함량은 30 내지 70중량%가 바람직하다. 고분자 수지의 함량이 30중량% 미만이면 도전제의 필름 성형이 어렵고, 70중량%를 초과하는 경우는 상대적으로 전도성 충전제의 함량이 적게 되어 상온에서 발열체의 저항이 크게 증가하여 바람직하지 않다.
상기의 고분자 수계 에멀전 용액에 포함되는 가교제는 고분자 중합반응에 의하여 가교결합이 가능한 두 개 이상의 비닐기를 포함하는 멀티비닐(multivinyl)계 단량체이면 무엇이나 가능하나, 특히 디비닐벤젠(divinyl benzene), 다이엔(diene) 단량체, 트리메틸롤프로판트리비닐에테르(trimethylolpropane trivinyl ether) 단량체가 바람직하다. 고분자 에멀젼 용액 100중량%에서 가교제는 10중량% 내지 40중량%를 포함하는 것이 바람직하다. 10중량% 이하는 가교반응이 어렵고 40% 이상이면 바인더 역할이 감소되고 접착력이 저하된다.
가교반응을 위한 개시제로서는 퍼옥사이드(peroxide)계 화합물은 무엇이나 가능하나 다이큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide), 아세틸 벤조일 퍼옥사이드(acetyl benzoyl peroxide), 3차부틸 하이드로퍼옥사이드(tert-butyl hydroperoxide), 다이아세틸 퍼옥사이드(diacetyl peroxide) 등이 바람직하다. 고분자 수계 에멀전 용액 100중량%에서 사용량은 0.5중량% 내지 1중량% 범위에서 사용하는 것이 바람직하며, 0.5중량% 미만을 사용하면 개시반응이 불충분하고 1중량% 이상 사용하는 경우 피티씨 소자의 상온에서의 전도도가 높게 되고, 피티씨 세기가 감소하여 바람직하지 않다.
상기의 고분자 수계 에멀전 용액 100중량%에서 상기의 접착성 고분자, 가교제 및 개시제가 차지하는 함량에 대한 잔량은 물로 이루어진다.
이때, 잔량의 물은 전체 100 중량% 중에서 20 내지 80 중량%의 범위가 되도록 함이 보다 바람직하다.
이는 20중량% 이하에서는 고점도로 되기 때문에 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 만들기가 어렵고, 80중량% 이상에서는 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물이 희박해져서 긴 건조시간을 필요로 하게 되고 코팅막이 불량해지기 때문이다.
상기의 제조한 고분자 수계 에멀전 용액에 도전제(導電劑)를 혼합하여 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 제조한다. 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물 100중량%에서 고분자 수계 에멀전 용액은 30 내지 70중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 30중량% 이하에서는 도전제의 결착이 불량해지고, 70중량% 이상에서는 전도도가 저하된다.
본 발명에 사용되는 도전제(導電劑)는 높은 전도성을 가지고 있는 물질은 무엇이나 가능하나, 특히 탄소 분말(carbon black), 흑연 분말, 탄소섬유, 금속 분말이 바람직하다. 특히, 평균입경이 70 내지 300nm에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 도전성 탄소를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 우수한 피티씨 특성을 나타내기 위한 탄소의 선택조건으로는 입자크기는 크되 상대적으로 표면적은 작을수록 피티씨 세기(PTC intensity)는 크게 나타난다. 평균입경이 70nm 미만의 경우는 상온에서의 전도도는 우수하지만 피티씨 세기가 부족하고, 300nm 이상인 경우는 피티씨 세기는 우수하지만 상온에서의 전도도가 떨어져 바람직하지 않다. 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물 100중량%에서 도전제(導電劑)는 30 내지 70중량%를 사용하는 것이 바람직하다. 도전제의 함량이 30중량% 미만이면 상온에서의 전도도가 부족하고, 70중량%를 초과하는 경우는 상대적으로 고분자 수지의 함량이 적어 필름 형성이 어려워 바람직하지 않다.
본 발명의 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 기재(substrate)에 코팅하거나, 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물로 기재에 패턴을 인쇄하거나 또는 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물에 기재를 침지(dipping)한 후에 건조하는 방법으로 피티씨 소자를 제조할 수 있다.
기재(substrate)에는 (1)비도전성(非導電性) 기재(substrate)와 (2)도전성(導電性) 기재가 있고, (1)비도전성 기재에는 ①가요성(flexible) 비도전(非導電) 기재와 ②비가요성(非可撓性) 비도전(非導電) 기재가 있다. 그리고 (2)도전성(導電性) 기재에는 ③가요성(flexible) 도전(導電) 기재와 ④비가요성(非可撓性) 도전(導電) 기재가 있다.
①가요성(flexible) 비도전(非導電) 기재에는 유연성이 있는 고분자 수지 필름, 부직포, 직물, 종이 등이 있으며, ②비가요성(非可撓性) 비도전(非導電) 기재에는 석판(石板), 토판(土版), 목판(木板), 판유리, 플라스틱 판, 판지(板紙) 등이 있다. ③가요성(flexible) 도전(導電) 기재는 상기 가요성 비도전 기재에 도전성을 부여한 기재로 도전성 고분자 수지 필름, 도전성 부직포, 도전성 직물, 도전성 종이 등이 있으며, ④비가요성(非可撓性) 도전(導電) 기재는 상기 비가요성 비도전 기재에 도전성을 부여한 기재로 도전성 석판(石板), 도전성 토판(土版), 도전성 목판(木板), 도전성 판유리, 도전성 플라스틱 판, 도전성 판지(板紙) 등이 있다.
상기의 고분자 수지 필름에는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아마이드 필름, 폴리에스터(polyester) 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리염화비닐리덴 필름, 폴리카보네이트 필름, 초산(醋酸)셀룰로오즈 필름, 아세테이트 필름, 폴리비닐알콜 필름, 폴리스티렌 필름, 불소수지 필름 등이 있다.
본 발명의 피티씨 소자를 발열체로 사용하여 제조하는 면상 발열체에 대해 도 3을 통해 설명한다.
본 발명에 따른 면상발열체는 상술한 피티씨 소자(10)에 전극(12)을 부착하고, 상기 전극(12)이 부착된 피티씨 소자(10)의 상·하면에 각각 한 장 이상 라미네이터용 코팅지(절연 피복재)(20)를 적층한 다음, 라미네이터로 가압, 가열하여 제조된다.
이때, 상기 전극(12)은 통상 상기 피티씨 소자(10) 양단에 평행하게 두 줄로 부착되거나 양단 및 양단 사이에 일정한 간격으로 두 쌍 이상의 전극이 부착될 수 있다. 전극으로 폭 10㎜ 정도의 구리 호일, 구리 테이프, 알루미늄 호일, 은 호일, 은 테이프 등이 주로 사용된다. 그리고 금속 페이스트 또는 전도성 잉크를 인쇄하여 전극을 형성시킬 수도 있다. 상기 절연 피복재(20)로는 유리 에폭시 프리프렉(glass epoxy prepreg)이 바람직하다. 이것을 원하는 두께에 따라 피티씨 소자(10) 상·하면에 총 2장, 4장, 6장 등으로 적층한 다음, 핫 프레스기로 가압, 가열하여 부착시킨다. 상기 가압, 가열 조건은 3 내지 10kg/c㎡의 압력에서, 상온으로부터 180℃까지 2시간 동안 서서히 온도를 상승시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 피티씨 소자를 발열체로 사용하여 제조하는 면상 발열체는 또다른 방식으로 제조될 수 있다. 도전사(導電絲) 또는 비도전사(非導電絲)에 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 코팅하거나, 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물에 도전사(導電絲) 또는 비도전사(非導電絲)을 침지(dipping)하고 건조한 후에, 이를 사용하여 부직포 또는 직물 형태의 피티씨 소자를 제조한다. 그리고 이 피티씨 소자에 전극을 부착하고 상·하면에 각각 한 장 이상 절연 피복재를 적층한 다음, 라미네이터로 가압, 가열하여 면상 발열체를 제조한다.
본 발명에 사용되는 비도전사(非導電絲)는 폴리에스터(polyester), 아크릴(주성분인 아크릴로니트릴이 50% 이상인 것), 아크릴계(주성분인 아크릴로니트릴이 40 내지 50%인 것), 나일론, 비닐론, 피이브이에이(PVA), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 비닐리덴, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 아라미드, 폴리스티렌, 폴리크랄, 벤조에드, 레이욘, 폴리노직, 큐프라, 아세테이트, 트리아세테이트, 프로믹스, 폴리플루오르에틸렌, 면, 아마, 저마 등의 합성섬유, 재생섬유, 반합성섬유, 천연섬유로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 섬유이다. 본 발명에 사용되는 비도전사(非導電絲)는 원형단면섬유, 이형단면섬유, 중공섬유, 이형중공섬유, 복합섬유(conjugate fiber), 혼섬사(mixing yarn) 등 어느 것에 대해서도 가능하다.
본 발명에 사용되는 도전사(導電絲)는 섬유 형태의 도전성 물질과 상기의 비도전사(非導電絲)를 합사하여 제조할 수 있으며, 섬유 형태의 도전성 물질에는 탄소섬유, 금속사(金屬絲) 등이 있다. 카본블랙, 흑연분말, 금속분말 등과 같은 도전성 분말과 고분자 수지를 용융 혼합하고 방사(紡絲)하여 도전사(導電絲)를 제조할 수 있다. 금속사(金屬絲)는 단독으로 도전사(導電絲)로 사용할 수 있다.
그리고 본 발명에 사용되는 도전사(導電絲)에는 다음과 같은 것들도 있다. 팬(PAN)계 탄소섬유 또는 피치(Pitch)계 탄소섬유를 불활성 분위기에서 600 내지 1500℃로 중온 탄화시켜 초기 중량 대비 25 내지 70중량%의 수율로 수득하는 부분탄화 탄소섬유가 있다. 탄소섬유, 흑연섬유, 중온탄화섬유(부분탄화 탄소섬유), 활성탄소섬유 등과 같은 도전성 탄화섬유나 도전사 10 내지 90중량%와 비도전사 10 내지 90중량%를 혼방하여 만든 혼방 방적사(絲)도 본 발명에서 사용되는 도전사이다. 카본 잉크, 금속페이스트 등의 도전성 잉크를 유리섬유 등의 비도전사(非導電絲)에 도포하거나 침지하여 제조한 도전사(導電絲) 즉, 도전성 물질이 피복되어 이루어진 도전사가 있다.
또 다른 형태의 도전사로 도 4와 같은 것이 있다. 비전도사인 일반사(30)를 심재(心材)로 하고 그 외부에 금속사(40)를 커버링함으로써 전류가 흐르는 단면적을 넓히도록 한 도전사도 있다.
상기의 도전사 또는 비도전사를 사용하거나 이들을 혼합 사용하여 부직포를 제조한다. 부직포의 제조는 습식 제조법, 건식 제조법 등의 종래의 기술을 사용하면 된다. 그리고 상기의 도전사 또는 비도전사를 사용하거나 이들을 혼합 사용하여 직물을 제조하는 방법에는 직편물 또는 혼방, 혼섬, 교연, 교직, 교편 등의 방법이 있다.
부직포 또는 직물 형태의 피티씨 소자에 사용하는 전극은 상기의 것도 가능하나, 다음과 같은 것이 바람직하다. 폴리스티렌 섬유와 같은 비도전성 섬유를 심재(心材)로 하고 구리 박막, 알루미늄 박막 등과 같은 금속 박막선(薄膜線)으로 심재 섬유를 조밀하게 감아서 전선을 만든다. 이러한 전선은 가늘고 강도가 약해서 내구성이 없고 전류도 많이 흘려보낼 수 없다. 내구성을 향상시키고 전류량을 증가시키기 위하여 2 내지 10개의 상기 전선을 합사한다. 내구성을 더욱 향상시키기 위하여 상기의 합사한 전선 2개 내지 5개와 스텐레스사(絲), 니켈사(絲), 구리사(絲), 철사(鐵絲) 에서 선택된 하나 이상의 금속사(金屬絲)를 다시 합사하여 전극을 제조한다. 이와 같이 제조한 전극은 유연성이 좋아서 부직포 또는 직물 형태의 피티씨 소자에 부착시켜도 자연스럽게 함께 움직일 수 있고, 접었다 펴는 동작을 다수 반복해도 전극이 끊어지지 않는다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세하게 설명하기로 한다.
[제조예 1] <고분자 수계 에멀전 용액 1의 제조>
30중량%의 아세테이트를 포함한 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 35중량%, 가교제인 단량체로 디비닐벤젠 14중량%, 개시제로 다이큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide) 1중량%, 물 50중량%를 사용하여 고분자 수계 에멀전 용액을 제조하였다.
[제조예 2 내지 6] <고분자 수계 에멀전 용액 2 내지 6의 제조>
아래 표 1에 나타낸 바와 같이 성분비를 달리하면서, 제조예 1과 같은 방법으로 고분자 수계 에멀전 용액 2 내지 6을 제조하였다.
고분자 수계 에멀전 용액의 성분비
제조예 2 제조예 3 제조예 4 제조예 5 제조예 6
접착성
고분자		 45중량% 55중량% 65중량% 68중량% 30중량%
가교제 20중량% 17중량% 14중량% 10중량% 37중량%
개시제 0.5중량% 0.8중량% 0.7중량% 0.6중량% 0.9중량%
물 34.5중량% 27.2중량% 20.3중량% 21.4중량% 32.1중량%
제조예 2의 경우 접착성 고분자로 40중량%의 아세테이트를 포함한 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 사용하고, 제조예 3의 경우 폴리에틸렌옥사이드를 사용하고, 제조예 4의 경우 50중량%의 아세테이트를 포함한 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 사용하고, 제조예 5의 경우 25중량%의 부틸아크릴레이트를 포함한 에틸렌부틸아크릴레이트 공중합체를 사용하고, 제조예 6의 경우 35중량%의 부틸아크릴레이트를 포함한 에틸렌부틸아크릴레이트 공중합체를 사용하였다.
가교제로 제조예 2의 경우 디비닐벤젠을 사용하고, 제조예 3의 경우 다이엔 단량체를 사용하고, 제조예 4의 경우 트리메틸롤프로판트리비닐에테르를 사용하고, 제조예 5의 경우 디비닐벤젠을 사용하고, 제조예 6의 경우 트리메틸롤프로판트리비닐에테르를 사용하였다.
개시제로 제조예 2의 경우 아세틸 벤조일 퍼옥사이드를 사용하고, 제조예 3의 경우 다이큐밀 퍼옥사이드를 사용하고, 제조예 4의 경우 3차부틸 하이드로퍼옥사이드를 사용하고, 제조예 5의 경우 다이아세틸 퍼옥사이드을 사용하고, 제조예 6의 경우 다이큐밀 퍼옥사이드를 사용하였다.
[실시예 1]
상기의 제조예 1에서 제조한 고분자 수계 에멀전 용액 70중량%와 도전제(導電劑)로 탄소섬유 30중량%를 함유하는 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 제조하여 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름에 닥터 브레이드를 이용하여 0.1 mm 두께로 코팅하고 85 oC에서 건조시켜서 피티씨 소자를 제조하였다.
건조되는 과정에서 개시제가 분해되어 라디칼을 형성하여 가교반응을 유도하여 고분자 네트웍 구조가 형성되어 높은 온도에서 용융된 에틸렌비닐아세테이트 공중합체의 변형을 억제하여 반복적인 과열 및 냉각과정에서도 피티씨 소자의 특성이 유지된다.
도 1은 피티씨 소자를 1000회 반복 사용하여 온도 변화에 따른 저항률을 측정한 것으로, 도 1에서 보는 바와 같이, 1000회 반복적인 과열 및 냉각 과정에서도 피티씨 특성이 잘 유지됨을 알 수 있다. 이러한 특성은 피티씨 소자의 실제적 적용에 있어 매우 중요하다.
[비교예 1]
특허문헌 1인 대한민국특허 10-1129251에 나타난 실시예 1과 동일한 방법으로 비교예 1의 피티씨 소자를 제조하였다. 즉, 결정성 고분자 수지로 에틸렌 부틸아크릴레이트 공중합체 35 중량%, 입자크기 300nm인 카본블랙 64.5 중량%, 산화방지제 0.5 중량%를 용융 혼합하여 컴파운딩 성형기법으로 피티씨 소자를 제조하되, 두께는 3mm, 크기는 5mm × 10mm로 하고, 200keV의 전자선을 조사하여 가교시켰다.
도 2에서 보는 바와 같이, 비교예 1의 피티씨 소자는 1000회 반복 사용한 후에 그 특성이 크게 저하되었다.
[실시예 2]
실시예 1과 같은 방법으로 제조한 피티씨 소자를 발열체로 사용하여 다음과 같이 면상 발열체를 제조하였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 1의 피티씨 소자(10)(40cm × 30cm)의 양단에 평행하게 두 줄로 폭 10㎜의 은 호일 전극(12)을 부착하고, 상기 전극(12)이 부착된 피티씨 소자(10)의 상·하면에 각각 한 장 절연피복재(20)를 적층한 다음, 라미네이터로 가압, 가열하여 부착시켰다. 상기 절연 피복재(20)로는 유리 에폭시 프리프렉(glass epoxy prepreg)를 3mm 두께로 적층하였다. 상기 가압, 가열 조건은 7kg/c㎡의 압력에서, 상온으로부터 180℃까지 2시간 동안 서서히 온도를 상승시켰다.
이와 같이 제조한 면상 발열체의 전극(12)에 전선을 연결하고 12V의 직류 전기를 사용하여 발열을 시켰다. 발열온도는 발열면적을 32등분하여 측정된 값의 평균값으로 82℃였으며, 온도편차는 ± 5℃ 이내로 균일하였다.
[실시예 3]
질소 분위기의 전기 탄화로에서 7cm 길이의 산화된 폴리아크릴로니트릴(Oxy-PAN) 섬유(일본 Teijin 주식회사) 1250g을 500℃에서 30 분 동안 열처리 한 후 800 ℃에서 1시간 동안 중온 탄화시켜 부분탄화 팬(PAN)계 탄소섬유 800 g을 얻었다.
얻어진 부분탄화 팬(PAN)계 탄소섬유 1cm에 실버페이스트를 칠한 후 실버페이스트 전극위에서 저항측정기(휴렛팩커드, HP34401A)로 저항을 측정하였고, 전압을 220V로 고정하여 소비전력을 측정하였으며, 일정 지점을 설정한 후 적외선 온도측정기(일본 SATO, SK-8700II)로 발열온도를 측정하였다. 상기 제조된 부분탄화 PAN계 탄소섬유는 0.8 ㏀/㎡의 저항과 850 (watt/㎡)의 소비전력을 나타내며 75 ℃의 발열온도를 나타내는 도전사(導電絲)임을 확인하였다.
상기의 제조예 2에서 제조한 고분자 수계 에멀전 용액 55중량%와 도전제(導電劑)로 탄소 분말 45중량%를 함유하는 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 제조하였다. 이 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물에 상기의 부분탄화 팬(PAN)계 탄소섬유를 침지하고 건조하여 전도성 조성물 피복 도전사(導電絲)를 제조하였다.
상기 전도성 조성물 피복 도전사(導電絲) 500g과 내화섬유(Low Melting 섬유)인 아라미드 섬유 500g을 혼합기에서 혼합하여 카딩기로 한 가닥씩 분리하여 가지런히 평행이 되게 한 후 이것을 모아서 슬라이버(sliver)로 만들었으며, 상기 슬라이버를 1방향의 부직포 형태로 배열 한 후 150℃로 열접착하여 부직포 형태의 피티씨 소자를 제조하였다.
상기의 부직포 형태의 피티씨 소자(40cm × 30cm)를 발열체로 사용하여 실시예 2와 같은 방법으로 면상 발열체를 제조하되, 전극은 다음의 것을 사용하였다.
비도전사(非導電絲)인 폴리스티렌 섬유를 심재(心材)로 하고 구리박막선(薄膜線)으로 심재 섬유를 조밀하게 감아서 전선을 만든 후에, 이와 같이 만든 전선 5개를 합사하였다. 상기 합사한 전선 2개와 스텐레스사(絲)를 다시 합사를 하여 전극을 제조하였다. 상기의 면상 발열체에 220V의 전압을 가하였을 때 45Ω의 저항이 측정되었고 87℃의 발열온도를 나타냈다.
[실시예 4]
열처리 온도가 1500℃인 점을 제외하고는 실시예 3과 같은 방법으로 제조하한 부분탄화 팬(PAN)계 탄소섬유인 도전사(導電絲) 12중량%와 비도전사(非導電絲)인 아라미드 섬유 88중량%의 비율로 혼합기에서 혼합하여 카딩기로 한 가닥씩 분리하여 가지런히 평행이 되게 한 후 이것을 모아서 슬라이버(sliver)로 만들었으며, 상기 슬라이버에 꼬임을 주어 30수의 얇은 실을 방적하여 혼방 방적사(紡績絲)를 제조하였다.
상기의 제조예 3에서 제조한 고분자 수계 에멀전 용액 40중량%와 도전제(導電劑)로 탄소 분말 20중량%와 구리 분말 40중량%를 함유하는 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 을 함유하는 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 제조하였다. 이 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물에 혼방 방적사(紡績絲)를 침지하고 건조하여 전도성 조성물 피복 도전사(導電絲)를 제조하였다. 상기의 전도성 조성물 피복 도전사(導電絲)를 사용하여 경사밀도 45EA/IN, 위사밀도 32EA/IN가 되게 직조(교직)하여 직물 형태의 피티씨 소자를 제조하였다.
상기의 직물 형태의 피티씨 소자(40cm × 30cm)를 발열체로 사용하여 실시예 2와 같은 방법으로 면상 발열체를 제조하되, 전극은 실시예 3과 같은 것을 사용하였다. 이 면상 발열체에 220V의 전압을 가하였을 때 307Ω의 저항이 측정되었고 43℃의 발열온도를 나타냈다.
[실시예 5]
열처리 온도가 600℃인 점을 제외하고는 실시예 3과 같은 방법으로 제조하한 부분탄화 팬(PAN)계 탄소섬유인 도전사(導電絲) 87중량%와 비도전사(非導電絲)인 아라미드 섬유 13중량%의 비율로 혼합기에서 혼합하여 카딩기로 한 가닥씩 분리하여 가지런히 평행이 되게 한 후 이것을 모아서 슬라이버(sliver)로 만들었으며, 상기 슬라이버에 꼬임을 주어 30수의 얇은 실을 방적하여 혼방 방적사(紡績絲)를 제조하였다.
상기의 제조예 4에서 제조한 고분자 수계 에멀전 용액 68중량%와 도전제(導電劑)로 흑연 분말 10중량%와 구리 분말 22중량%를 함유하는 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 제조하였다. 이 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물에 혼방 방적사(紡績絲)를 침지하고 건조하여 전도성 조성물 피복 도전사(導電絲)를 제조하였다. 상기의 전도성 조성물 피복 도전사(導電絲)를 사용하여 경사밀도 50EA/IN, 위사밀도 35EA/IN가 되게 직조(교직)하여 직물 형태의 피티씨 소자를 제조하였다.
상기의 직물 형태의 피티씨 소자(40cm × 30cm)를 발열체로 사용하여 실시예 4와 같은 방법으로 면상 발열체를 제조하였다. 이 면상 발열체에 220V의 전압을 가하였을 때 95Ω의 저항이 측정되었고 98℃의 발열온도를 나타냈다.
[실시예 6]
카본 잉크를 유리섬유에 도포하고 건조하여 전도사(導電絲)를 제조하였다. 그리고 상기의 제조예 5에서 제조한 고분자 수계 에멀전 용액 32중량%와 도전제(導電劑)로 탄소 섬유 12중량%, 탄소 분말 16중량%, 니켈 분말 40중량%를 함유하는 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 제조하였다. 이 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물에 상기의 전도사(導電絲)와 비도전사(非導電絲)인 아마를 침지하고 건조하여 전도성 조성물 피복 도전사(導電絲) 두 종류를 제조하였다.
상기 전도성 조성물 피복 도전사(導電絲) 두 종류를 각각 225g씩, 그리고 내화섬유(Low Melting 섬유)인 아라미드 섬유 550g을 혼합기에서 혼합하여 카딩기로 한 가닥씩 분리하여 가지런히 평행이 되게 한 후 이것을 모아서 슬라이버(sliver)로 만들었으며, 상기 슬라이버를 1방향의 부직포 형태로 배열 한 후 150℃로 열접착하여 부직포 형태의 피티씨 소자를 제조하였다.
상기의 부직포 형태의 피티씨 소자(40cm × 30cm)를 발열체로 사용하여 실시예 4와 같은 방법으로 면상 발열체를 제조하였다. 이 면상 발열체에 220V의 전압을 가하였을 때 86Ω의 저항이 측정되었고 107℃의 발열온도를 나타냈다.
[실시예 7]
판지(板紙)를 카본 잉크에 침지(dipping)하고 건조하여 도전성 판지(板紙)를 제조하였다. 상기의 제조예 6에서 제조한 고분자 수계 에멀전 용액 50중량%와 도전제(導電劑)로 탄소 섬유 15중량%, 탄소 분말 15중량%, 니켈 분말 20중량%를 함유하는 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 제조하였다. 이 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물에 상기의 도전성 판지(板紙)를 침지(dipping)하고 건조하여 피티씨 소자를 제조하였다.
상기의 판지(板紙) 형태의 피티씨 소자(40cm × 30cm)를 발열체로 사용하여 실시예 2와 같은 방법으로 면상 발열체를 제조하였다. 이 면상 발열체에 220V의 전압을 가하였을 때 79Ω의 저항이 측정되었고 116℃의 발열온도를 나타냈다.
10 : 피티씨 소자
12 : 전극
20 : 절연피복재
30 : 일반사
40 : 금속사

Claims (11)

  1. 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법에 있어서,
    (1) 고분자 수계 에멀전 용액을 제조하는 단계;
    (2) 상기 고분자 수계 에멀전 용액에 도전제(導電劑)를 혼합하여 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 제조하는 단계;
    (3) 상기 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 기재(substrate)에 코팅하거나, 상기 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물로 기재에 패턴을 인쇄하거나, 상기 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물에 기재(substrate)를 침지(dipping)하고 건조하여 피티씨 소자를 제조하는 단계;를 포함하여 구성되되,
    상기의 고분자 수계 에멀전 용액은, 전체 100중량%를 기준으로 하여,
    (1) 30 내지 70중량%의 접착성 고분자;
    (2) 10 내지 40중량%의 가교제;
    (3) 0.5 내지 1중량%의 개시제; 및
    (4) 잔량의 물;로 구성되고,
    상기의 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물은, 전체 100중량%를 기준으로 하여,
    (1) 상기 고분자 수계 에멀전 용액 30 내지 70중량%;와
    (2) 도전제(導電劑) 30 내지 70중량%;로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법.
  2. 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법에 있어서,
    (1) 고분자 수계 에멀전 용액을 제조하는 단계;
    (2) 상기 고분자 수계 에멀전 용액에 도전제(導電劑)를 혼합하여 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 제조하는 단계;
    (3) 상기 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 도전사(導電絲) 또는 비도전사(非導電絲)에 코팅하거나, 상기 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물에 도전사(導電絲) 또는 비도전사(非導電絲)를 침지(dipping)하고 건조하여 전도성 조성물이 피복된 섬유를 제조하는 단계;
    (4) 상기의 전도성 조성물이 피복된 섬유를 사용하여 부직포 형태 또는 직물 형태의 피티씨 소자를 제조하는 단계;를 포함하여 구성되되,
    상기의 고분자 수계 에멀전 용액은, 전체 100중량%를 기준으로 하여,
    (1) 30 내지 70중량%의 접착성 고분자;
    (2) 10 내지 40중량%의 가교제;
    (3) 0.5 내지 1중량%의 개시제; 및
    (4) 잔량의 물;로 구성되고,
    상기의 고분자 수계 에멀전 전도성 조성물은, 전체 100중량%를 기준으로 하여,
    (1) 상기 고분자 수계 에멀전 용액 30 내지 70중량%;와
    (2) 도전제(導電劑) 30 내지 70중량%;로 구성되는 것을 특징으로 하는,
    고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법.
  3. 제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 접착성 고분자는,
    에틸렌부틸아크릴레이트 공중합체, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는,
    고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법.
  4. 제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가교제는,
    디비닐벤젠(divinyl benzene), 다이엔(diene) 단량체, 트리메틸롤프로판트리비닐에테르(trimethylolpropane trivinyl ether) 단량체에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는,
    고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법.
  5. 제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 개시제는,
    다이큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide), 아세틸 벤조일 퍼옥사이드(acetyl benzoyl peroxide), 3차부틸 하이드로퍼옥사이드(tert-butyl hydroperoxide), 다이아세틸 퍼옥사이드(diacetyl peroxide)에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는,
    고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법.
  6. 제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도전제(導電劑)는,
    탄소 분말(carbon black), 흑연 분말, 탄소섬유, 금속 분말에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는,
    고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 기재(substrate)는,
    폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름, 폴리이미드 필름, 폴리아마이드 필름, 폴리에스터(polyester) 필름, 폴리프로필렌 필름, 폴리에틸렌 필름, 폴리염화비닐 필름, 폴리염화비닐리덴 필름, 폴리카보네이트 필름, 초산(醋酸)셀룰로오즈 필름, 아세테이트 필름, 폴리비닐알콜 필름, 폴리스티렌 필름, 불소수지 필름에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상인 유연성이 있는 고분자 수지 필름, 부직포, 직물, 종이, 석판(石板), 토판(土版), 목판(木板), 판유리, 플라스틱 판, 판지(板紙), 도전성 고분자 수지 필름, 도전성 부직포, 도전성 직물, 도전성 종이, 도전성 석판(石板), 도전성 토판(土版), 도전성 목판(木板), 도전성 판유리, 도전성 플라스틱 판, 도전성 판지(板紙)에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는,
    고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 비도전사(非導電絲)는, 폴리에스터(polyester), 아크릴로니트릴이 50 ~ 100 중량%인 아크릴, 아크릴로니트릴이 40 ~ 50 중량% 포함된 아크릴계, 나일론, 비닐론, 피이브이에이(PVA), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 비닐리덴, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 아라미드, 폴리스티렌, 폴리크랄, 벤조에드, 레이욘, 폴리노직, 큐프라, 아세테이트, 트리아세테이트, 프로믹스, 폴리플루오르에틸렌, 면, 아마, 저마에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 섬유이고,
    상기 도전사(導電絲)는,
    섬유 형태의 도전성 물질과 상기의 비도전사(非導電絲)를 합사하여 제조한 것,
    도전성 분말과 고분자 수지를 용융 혼합하고 방사(紡絲)하여 제조한 것,
    금속사(金屬絲),
    팬(PAN)계 탄소섬유 또는 피치(Pitch)계 탄소섬유를 불활성 분위기에서 600 내지 1500℃로 중온 탄화시켜 초기 중량 대비 25 내지 70중량%의 수율로 수득하는 부분탄화 탄소섬유,
    도전사와 비도전사를 혼방하여 만든 혼방 방적사(絲),
    도전성 물질이 피복되어 이루어진 도전사,
    비도전사를 심재(心材)로 하고 그 외부에 금속사(金屬絲)를 커버링함으로써 전류가 흐르는 단면적을 넓힌 도전사,
    에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 섬유인 것을 특징으로 하는,
    고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자의 제조 방법.
  9. 피티씨 소자에 있어서,
    제 1항 내지 제 2항 중 어느 한 항의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는,
    고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자.
  10. 면상 발열체에 있어서,
    제 9항의 피티씨 소자 양단에 평행하게 한 쌍의 전극이 부착되거나, 피티씨 소자의 양단 및 양단 사이에 일정 간격으로 두 쌍 이상의 전극이 부착되고 피티씨 소자의 상·하면에 각각 적어도 하나 이상의 절연 피복재가 적층되어 구성된 것을 특징으로 하는,
    고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자가 구비된 면상 발열체.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 전극은,
    폴리에스터(polyester), 아크릴(주성분인 아크릴로니트릴이 50% 이상인 것), 아크릴계(주성분인 아크릴로니트릴이 40 내지 50%인 것), 나일론, 비닐론, 피이브이에이(PVA), 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 비닐리덴, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 아라미드, 폴리스티렌, 폴리크랄, 벤조에드, 레이욘, 폴리노직, 큐프라, 아세테이트, 트리아세테이트, 프로믹스, 폴리플루오르에틸렌, 면, 아마, 저마로 이루어진 그룹중에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 섬유로 이루어진 비도전사(非導電絲)가 심재(心材) 섬유로 이루어져 있고,
    구리 박막, 알루미늄 박막에서 선택된 하나 이상의 금속 박막선(薄膜線)이 상기 심재(心材) 섬유를 감아 형성된 전선 2 내지 10개가 합사되어 이루어져 있는 합사선 2 내지 5개와;
    스텐레스사(絲), 니켈사(絲), 구리사(絲), 철사(鐵絲)에서 선택된 하나 이상의 금속사(金屬絲);가 합사되어 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
    고분자 수계 에멀전 전도성 조성물을 이용한 피티씨 소자가 구비된 면상 발열체.
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