KR20190002108U - 방수 기능을 갖춘 금속나노와이어 코팅 발열시트 - Google Patents
방수 기능을 갖춘 금속나노와이어 코팅 발열시트 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190002108U KR20190002108U KR2020180000632U KR20180000632U KR20190002108U KR 20190002108 U KR20190002108 U KR 20190002108U KR 2020180000632 U KR2020180000632 U KR 2020180000632U KR 20180000632 U KR20180000632 U KR 20180000632U KR 20190002108 U KR20190002108 U KR 20190002108U
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- waterproof
- heating
- cloth
- nanowires
- waterproof cloth
- Prior art date
Links
- 239000004744 fabric Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 9
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000002042 Silver nanowire Substances 0.000 claims description 38
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 2
- 239000012799 electrically-conductive coating Substances 0.000 claims 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 abstract description 49
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 8
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 abstract description 5
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000976 ink Substances 0.000 description 20
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 15
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004433 Thermoplastic polyurethane Substances 0.000 description 6
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 6
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 4
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 3
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 206010037660 Pyrexia Diseases 0.000 description 2
- RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N anisole Chemical compound COC1=CC=CC=C1 RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 2
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 2
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- FLKPEMZONWLCSK-UHFFFAOYSA-N diethyl phthalate Chemical compound CCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC FLKPEMZONWLCSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 2
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 2
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 2
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002759 woven fabric Substances 0.000 description 2
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 2
- OCJBOOLMMGQPQU-UHFFFAOYSA-N 1,4-dichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=C(Cl)C=C1 OCJBOOLMMGQPQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CCTFMNIEFHGTDU-UHFFFAOYSA-N 3-methoxypropyl acetate Chemical compound COCCCOC(C)=O CCTFMNIEFHGTDU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N Butyl acetate Natural products CCCCOC(C)=O DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000544 Gore-Tex Polymers 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004775 Tyvek Substances 0.000 description 1
- 229920000690 Tyvek Polymers 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- YCKOAAUKSGOOJH-UHFFFAOYSA-N copper silver Chemical compound [Cu].[Ag].[Ag] YCKOAAUKSGOOJH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229940117389 dichlorobenzene Drugs 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000000635 electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N hexanoic acid Chemical compound CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- UZKWTJUDCOPSNM-UHFFFAOYSA-N methoxybenzene Substances CCCCOC=C UZKWTJUDCOPSNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920006264 polyurethane film Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
- H05B3/34—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M11/00—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
- D06M11/83—Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with metals; with metal-generating compounds, e.g. metal carbonyls; Reduction of metal compounds on textiles
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
- H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M2200/00—Functionality of the treatment composition and/or properties imparted to the textile material
- D06M2200/10—Repellency against liquids
- D06M2200/12—Hydrophobic properties
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/013—Heaters using resistive films or coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
- H05B2203/034—Heater using resistive elements made of short fibbers of conductive material
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B2214/00—Aspects relating to resistive heating, induction heating and heating using microwaves, covered by groups H05B3/00, H05B6/00
- H05B2214/04—Heating means manufactured by using nanotechnology
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- Surface Heating Bodies (AREA)
Abstract
본 고안의 목적은 안전하고 편리하며, 경제적으로 사용 가능한 최적의 발열체를 만들기 위한 것으로 수백번 접거나 구겨도 손상되지 않는 내구성과 물이 떨어져도 전기적 단락이나 누전을 막아주는 방수기능을 갖춘 발열시트를 만드는 것이다. 본 고안은 발열의류와 발열침구, 발열매트를 경제적으로 만들 수 있게 해준다. 우리는 목적의 달성을 위하여 유연성과 내구성이 높은 금속나노와이 잉크를 개발하여, 방수천에 코팅하는 방법을 개발하였다. 직경 100nm의 금속나노와이어는 직경 10um의 섬유 보다 굉장히 작아서 섬유의 굽힘이나 접힘에 의해 파손되거나 손상되지 않고 전기전도성을 유지한다. 방수천에 금속나노와이어를 코팅하는 방법은 방수를 위한 추가 필름이 필요없이 경제성이 우수하고, 열전달이 빠르게 이루어지게하는 효과적인 방법이다.
Description
본 기술은 전기를 사용하여 열을 내는 의류와 침구류, 바닥매트류에 들어가는 발열시트 또는 발열천을 제작하는 분야이며, 기존 대비 우수한 유연성, 견뢰도, 방수기능을 갖춘 발열시트를 제작하는 기술이다.
전기를 사용하여 열을 내는 발열의류, 발열침구류, 바닥매트류가 많이 사용되고 있다. 대표적인 전기발열의류는 발열점퍼, 발열조끼, 발열복대, 발열내의, 발열장갑, 발열방석, 발열무릎덮개, 발열발난로 등이 있으며, 발열침구류는 전기요, 전기담요 등이 있고, 바닥매트류는 전기매트, 전기방석 등이 있다.
일반적으로 발열의류는 9V의 이하의 직류를 사용하고 배터리를 사용하여 열을 내고 캠핑용, 레저활동용, 휴대용으로 사용된다. 발열침구류와 바닥매트류는 220V 교류를 사용하거나 교류를 12 ~ 24V의 저전압 직류로 바꿔서 사용하는 방식이다.
이와 같은 제품들에 사용되는 발열체들은 크게 2가지로 나뉜다. 첫째는 열선이고, 두번째가 면상발열체이다. 열선은 구리선을 얇게 인발하여 여러가닥을 꼬아서 만들거나, 탄소섬유 수천가닥을 모아서 만든다. 면상발열체는 전도성카본블랙이나 탄소나노튜브 분말을 주재료로 전기전도성 페이스트를 만들어 필름에 코팅하고 라미네이팅하는 방식으로 만들어진다. 둘다 방수는 되지만 반복굽힘에 약해서 세탁기에 의한 세탁이 되지 않는 단점이 있다.
금속나노와이어는 은, 구리, 백금 등이 있지만 대표적인 재질은 은나노와이어이다. 은나노와이어는 2002년 발표된 이후로 많은 학교, 연구기관, 회사에서 연구되어 왔으며, 가장 활발한 연구분야는 투명전극에 사용되는 전도성 소재이다. 은나노와이어는 일반적으로 두께 30 ~ 200nm, 길이 5 ~ 100um를 이루어서 듬성듬성 투명한 필름 위에 펼치면 전기전도성도 있고, 가시광도 투과되는 투명전도성 필름이 된다. 은나노와이어는 그외도 연성폴리우레탄 필름이나 실리콘 위에 코팅되어 유연전극으로도 개발되고 있으며, 천에 코팅되어 전도성 천으로도 연구되고도 있다.
은나노와이어 네트워크는 전기전도성이 우수하고, 저온에서 소결되어 전기적으로 연결된다는 점, 공기중에서 산화되지 않으며, 반복굽힘에 잘 끝어지지 않고, 열전달 성능이 우수하다는 장점을 가졌지만 적합한 응용처를 찾지 못하여 실생활에 인접하여 많이 사용되지는 못하고 있다. 은나노와이어의 비싼 가격을 넘어서는 편리함과 장점을 주는 기술과 제품이 나오지 못하고 있기 때문이다. 이에 우리는 신소재를 접목시키고, 신기술을 개발하여 비싼 가격을 넘어서는 편리함과 안전함을 제공해주고자 한다.
Journal of Materials Chemistry C, 2015. 3, P3908(Silver nanowire coated threads for electrically conductive textiles)
본 고안의 목적은 안전하고 편리하며, 경제적으로 사용 가능한 최적의 발열체를 만드는 것으로 수백번 접거나 구겨도 손상되지 않는 내구성과 물이 떨어져도 전기적 단락이나 누전을 막아주는 방수기능을 갖춘 발열시트를 만드는 것이다. 발열의류와 발열침구, 발열매트를 경제적으로 만들 수 있게 해준다.
수백번 접거나 구겨도 손상되지 않는 내구성을 갖게 하기 위해서 금속나노와이어로 잉크를 만들어 천에 코팅시키는 신기술을 개발하였다. 전기를 사용하는 제품에 꼭 필요한 방수기능을 후처리나 후가공 없이 쉽게 구현하기 위하여 방수천에 금속나노와이어를 코팅시키는 신공정을 도입하였다. 또한 투습방수천을 사용하면 물을 막고 내부에서 생기는 습기는 배출하는 기능도 가능하다. 은나노와이어 잉크 인쇄 방식을 통해 발열부가 만들어짐으로 빠르게 발열시트 제작이 가능하여 경제성도 높다.
본 고안을 통하여 만들어지는 발열시트는 300um이하의 얇은 두께 천임에 따라 의류에 부착하거나 안에 집어넣어도 이물감이 적고, 방수 기능을 가져 내피로 그대로 사용하는 것도 가능하다. 발열침구나 발열매트에 적용 시 방수면을 외피로 그대로 적용 가능함에 따라 경제성이 우수하고, 접고 구기거나 세탁 가능한 발열침구 또는 발열매트를 만들 수 있다. 본 고안의 발열시트는 수백번 접거나 구겨도 손상되지 않고, 세탁기에 의한 세탁이 가능하다. 투습방수천을 적용하면 야외활동 중 땀에 젖어도 방수는 되고 인체에서 발생하는 수증기는 배출시킬 수 있어 쾌적한 발열의류의 제작이 가능하다.
도1은 전자현미경을 통한 은나노와이어의 두께 측정 사진이다.
도2는 전자현미경을 통한 은나노와이어의 길이 측정 사진이다.
도3은 천의 개별 섬유에 은나노와이어가 함침된 상태의 전자현미경 사진이다.
도4는 방수 발열시트의 구조도이다.
도5는 방수 발열시트의 구조도이다.
도6은 완성된 발열시트의 사진이다.
도7은 완성된 발열시트의 발열 열화상 이미지이다.
도2는 전자현미경을 통한 은나노와이어의 길이 측정 사진이다.
도3은 천의 개별 섬유에 은나노와이어가 함침된 상태의 전자현미경 사진이다.
도4는 방수 발열시트의 구조도이다.
도5는 방수 발열시트의 구조도이다.
도6은 완성된 발열시트의 사진이다.
도7은 완성된 발열시트의 발열 열화상 이미지이다.
새롭게 고안된 발열시트는 수백번 접거나 구겨도 손상되지 않는 내구성을 가져서 세탁기에 의한 세탁이 가능하며, 땀이나 물에 노출되도 누전을 막아주는 방수기능을 기본으로 갖추어서 발열의류, 발열침구, 발열매트 등에 바로 외피로 사용할 수 있다. 방수천 대신 투습방수천를 적용하면 인체의 땀을 배출시켜주는 투습이 가능하여 발열의류에 쾌적함을 부여해 준다.
수백번 접거나 구겨도 손상되니 않는 내구성과 세탁기에 의한 세탁이 가능하게 하기 위하여 신발열 소재로 금속나노와이어를 사용하였다. 금속나노와이어들이 마이크로 직경의 섬유에 코팅되면 섬유의 굽힘 반경이 금속나노와이어의 직경 대비 월등히 커서 반복굽힘에 의한 금속나노와이어의 피로손상은 거의 발생하지 않는다. 금속나노와이어는 자체 네트워크 형성이 잘 이루어져서 전기전도성이 나노분말 대비 우수한 장점도 있다. 현재까지 상용화된 금속나노와이어는 은과 구리가 있다. 그중에서도 은나노와이어가 상용화가 많이 되어 본 고안에 가장 적합해서 이하 은나노와이어 위주로 설명한다. 동일 기능과 목적을 위해 동일한 방법으로 구리나노와이어, 은도금 구리나노와이어를 사용할 수도 있음은 명백하다. 은나노와이어는 현재까지 소개된 대부분의 것들이 직경 30 ~ 300nm, 길이 3 ~ 100um 사이에 있어서 범위 내에서 모두 사용 가능하며, 직경 대 길이의 비율이 100 ~ 200 사이가 전기전도성과 분산성이 우수한 잉크를 만들 수 있어 좋다. 은나노와이어 직경은 작을수록 반복굽힘에 대한 내구성이 강한 특징이 있다. 잉크 제조 시의 분산성과 인쇄 후의 전기전도성을 고려하면 평균 직경 50 ~ 300nm, 평균 길이는 5 ~ 40um가 적합하다.
인쇄와 코팅을 위한 은나노와이어 잉크는 은나노와이어와 바인더, 솔벤트로 이루어진다. 이와 같은 내구성을 만족시키는 은나노와이어 잉크는 바인더가 가장 중요하며, 본 기술에 적합한 바인더는 열가소성 폴리우레탄과 PMMA(Poly methyl methacrylate), 실리콘이 가능하다. 열가소성 폴리우레탄은 methyl ethyl ketone, cyclohexanone, ethyl acetate, butyl acetate, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, N-Methylpyrrholidon, trahydrofuran 등을 솔벤트로 하여 잉크 제작이 가능하다. PMMA는 Acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, chloroform, dichloromethane, benzene, chlorobenzene, dichlorobenzene, xylene, methoxybenzene, diethyl phthalate, methoxypropyl acetate, ethyl acetate, formic acid, toluene 등을 솔벤트로 하여 잉크제작이 가능하며, 극성 솔벤트는 물을 추가하여 수계 잉크제작도 가능하다. 실리콘은 저점도 실리콘 또는 실리콘 희석제를 사용하여 잉크 제작이 가능하다. 특히, 열가소성 폴리우레탄과 실리콘은 바인더 자체가 신축성이 커서 반복굽힘이나 구김에 강한 은나노와이어 코팅층을 만들 수 있다. 반면에 PMMA는 경제성이 높고 부착력이 좋은 잉크를 만들 수 있다.
잉크에서 은나노와이어 함량은 30 ~ 60wt%가 적합하며, 바인더 함량은 3 ~ 8wt%, 솔벤트는 35 ~ 65wt%가 적합하다. 솔벤트 건조 후 잔류물에 대한 은나노와이어 대 바인더 무게 비율은 19:1 ~ 8:2 정도가 적합하다.
은나노와이어 잉크를 천에 코팅하는 방법은 기존 인쇄공정을 사용한다. 옵셋, 그라비어, 플렉소 등의 인쇄 방법을 사용할 수 있으나 일반 인쇄보다 잉크량이 많이 들어가야 하는 점을 고려하여 스크린프린트 인쇄 또는 정량토출기를 이용한 플로터(Plotter)가 적합하다. 정량토출기를 이용한 플로팅 인쇄는 로봇팔에 정량토출기를 장착하여 프로그램데로 로봇팔이 움직이면서 일정량을 천에 짜내며 선을 그어서 스스로 퍼지고 침투하게 만드는 방식이다. 전기저항을 낮추기 위해 함침시켜야 하는 잉크량이 많을 경우나 위치별 함침량을 달리해야 할 경우에 적합한 인쇄 방식이다. 데스크탑 로봇 디스펜서라고도 한다.
은나노와이어 잉크를 사용하여 발열부를 형성하여야 한다. 발열부는 인쇄 방식과 사용 목적에 따라 다양한 형태로 제작 가능하다. 데스크탑 로봇 디스펜서를 사용하는 경우는 선형이나 곡선 등으로 제작하는 것이 바람직하며, 스크린프린트는 선형과 면상 인쇄가 모두 가능하다. 옵셋, 그라비어, 플렉소 등도 선형과 면상 인쇄가 모두 가능하다. 사용 목적에 따라서는 유연성과 안전선이 중요한 분야는 선형인쇄가 적합하며, 인체에 직접 접촉하거나 인접한 부분에는 면상 인쇄가 적합하다.
방수기능을 부여하기 위해서 폴리머 필름이나 방수천을 은나노와이어 코팅 천에 덧붙이는 방법도 있지만 그렇게 할 경우 제작 공정과 천이 2중으로 들어가서 경제성이 떨어진다. 따라서 본 고안에서는 경제성 향상을 위해서 기존 방수천에 은나노와이어 잉크를 코팅하는 방법을 개발하였다.
대부분의 방수천은 직조된 천의 한면에 방수필름을 부착하거나 발수 코팅하여 만들어진다. 이런 방수천의 방수코팅 면 또는 반대면에 은나노와이어 잉크를 코팅하면 반복굽힘과 구김에 대한 내구성 확보와 함께 한 면의 방수기능 확보가 가능하다.
방수천은 PET 또는 나일론 섬유를 직조하여 베이스로 사용된 것이 내열온도가 220도로 높아서 좋고, 인장강도도 높아서 좋은 특성을 보인다. PET 또는 나일론 베이스 천에 폴리머 필름 라미네이팅이나 발수 코팅을 한 구조의 방수천이 본 고안의 적용에 적합한 구조이다. 라미네이팅 필름으로 열가소성 폴리우레탄을 사용한 방수천은 내구성이 높고, 방수 수압이 높아서 우수한 방수 특성과 높은 세탁 내구성을 보인다. 이외에도 우산에 사용되는 다양한 방수천이 사용 가능하다.
의류에 사용되는 방수천은 방수기능과 함께 수증기를 내보내는 투습기능을 가지고 있어 투습방수천이라 한다. 이와 같은 투습방수천에 은나노와이어 잉크 코팅을 통해 투습방수 기능의 발열시트 제작이 가능하다.
투습방수천의 종류에는 듀폰사의 Tyvek, 고어사의 고어텍스(Gore-Tex), 도날드슨사의 테트라텍스(Tetratex), BHA테크놀리지사의 이벤트(eVENT), 도레이사의 엔트란트 DT(Entrant DT), 힐텍스사의 힐텍스(Hill-Tex), 디아플렉스(DiaPLEX), 지오텍사의 지오텍스(Zeo Tex), 비비텍스(BB-Tex), 카본텍스(Carbon-Tex), 알파텍스(Alpa-Tex), 옴니테크 3중 렉서립 XP(Omni-Tec 3Layer Laxer Rip XP), 아쿠아셀(Aquasel) 등이 있다.
방수천과 투습방수천의 방수 기능은 사실상 양방향이 모두 해당되어 은나노와이어 인쇄 역시 양방향 모두 가능하다. 도4는 방수천 또는 투습방수천의 방수처리면 반대방향에 은나노와이어 잉크를 코팅한 경우를 나타낸 것이다. 100은 방수처리면이고, 110은 베이스 천이며, 120은 은나노와이어 열선이다. 도4와 같이 천의 방수처리면 반대편에 코팅하는 경우는 일부 은나노와이어 잉크가 섬유사이로 침투해 들어가 천에 함침(도3 참조)되어 내구성이 높고 천과 은나노와이어 코팅면간 부착력이 강하다. 도5는 방수처리면에 은나노와이어 잉크를 코팅한 경우이다. 섬유 내부로의 함침은 어렵지만 잉크에 들어간 바인더의 접착력으로 라미네이팅 필름과 부착되는 구조이다. 투습방수천은 방수처리면에 미세기공이 있어서 부착이 조금 더 용이하다.
(실시예 1)
질산은, 에틸렌글리콜, 폴리비닐피놀리돈을 주원료로 150도에서 평균 직경 100nm, 평균 길이 12um의 은나노와이어를 합성(도1과 도2 참조)하였다. 합성된 은나노와이어를 물과 알콜류로 3회 세척하여 불순물을 최소화시킨 후 은나노와이어를 회수하였다. 회수한 은나노와이어에 열가소성 폴리우레탄을 바인더로 넣고, methyl ethyl ketone를 솔벤트로 넣어서 20도에서 점도 1,500cP의 은나노와이어 잉크를 제조하였다. 인쇄 베이스 천으로는 PET 직조 천 일면에 열가소성 폴리우레탄 라미네이팅이 된 원단을 사용하였다. 두께 90um에 평량 70g/m2이다. 원단 위에 데스크탑 로봇 디스펜서로 전극 길이 19cm와 열선 길이 11cm, 열선폭 1.5mm, 열선 중앙간 간격 5mm, 발열부 면적 11x19cm2이 되도록 인쇄하였다. 150도에서 10분간 건조하였다. 총 저항 3.1옴인 발열시트(도6 참조)가 만들어졌다. 양 전극부에 5V, 최대 2.1A 출력의 리튬이온전지를 연결하였다. 실 소비전력은 8.1W였다. 도7와 같은 열화상 이미지를 얻을 수 있었다.
본 고안은 발열의류, 발열침구와 발열매트에도 적용가능하다. 기존 발열매트는 두꺼운 필름 아래에 절연코팅된 탄소섬유나 구리열선을 배치하고, 그 아래에 단열천을 덧대서 만들어져서 두껍고, 무거우며, 세탁기를 이용하여 세탁을 할 수 없었다. 본 고안의 방수천 또는 투습방수천에 직접 함침된 은나노와이어 발열시트를 이용하면 가볍고, 얇으며, 세탁이 가능하고, 내구성이 우수한 발열매트의 제작이 가능하다.
100 : 방수 또는 투습방수 처리부
110 : 베이스 천
120 : 금속나노와이어 열선
110 : 베이스 천
120 : 금속나노와이어 열선
Claims (6)
- 방수기능을 가진 천의 일면에 금속나노와이어를 포함하는 전기전도성 코팅을 하여 발열부를 형성한 전기발열시트
- 1항에 있어서 방수기능을 가진 천은 방수천 또는 투습방수천 중 하나인 전기발열시트
- 1항에 있어서 금속나노와이어는 직경 평균 300nm이하, 길이 평균 3um 이상인 은나노와이어, 구리나노와이어, 은도금구리나노와이어 중 하나를 포함하는 전기발열시트
- 1항에 있어서 코팅은 금속나노와이어 일부가 천의 섬유 가닥 중 일부를 감싸고, 일부는 섬유 사이에 전기전도성 금속나노와이어 네트워크를 형성한 전기발열시트
- 2항에 있어서 방수천은 직물의 일면에 폴리머 코팅이 되어 있어서 습기와 물을 투과를 모두 막아주는 기능을 갖춘 전기발열시트
- 2항에 있어서 투습방수천은 일면에 평균 500um이하의 마이크로 기공을 가지며, 습기를 통과시키고 물의 투과는 막는 기능을 갖춘 전기발열시트
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2020180000632U KR20190002108U (ko) | 2018-02-09 | 2018-02-09 | 방수 기능을 갖춘 금속나노와이어 코팅 발열시트 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR2020180000632U KR20190002108U (ko) | 2018-02-09 | 2018-02-09 | 방수 기능을 갖춘 금속나노와이어 코팅 발열시트 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190002108U true KR20190002108U (ko) | 2019-08-20 |
Family
ID=67763551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR2020180000632U KR20190002108U (ko) | 2018-02-09 | 2018-02-09 | 방수 기능을 갖춘 금속나노와이어 코팅 발열시트 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20190002108U (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230073425A (ko) * | 2021-11-18 | 2023-05-26 | 나재훈 | 섬유 면상발열체 제조 방법 및 그것에 의해 제조된 섬유 면상발열체 |
| KR20240002276A (ko) * | 2022-06-28 | 2024-01-05 | 주식회사 서연이화 | 차량용 내장 부품 피복재와 그 제조 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0165527B1 (ko) | 1996-07-09 | 1999-01-15 | 박상욱 | 아크릴계 에멀젼 점착체 조성물 |
| KR20140028282A (ko) | 2012-08-28 | 2014-03-10 | 박종현 | Ｌｅｄ 전광판 |
| KR20160054509A (ko) | 2013-09-10 | 2016-05-16 | 티이엘 에프에스아이, 인코포레이티드 | 유체 스트림을 통해 대상물을 스캐닝하기 위한 장치 및 방법 |
-
2018
- 2018-02-09 KR KR2020180000632U patent/KR20190002108U/ko unknown
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0165527B1 (ko) | 1996-07-09 | 1999-01-15 | 박상욱 | 아크릴계 에멀젼 점착체 조성물 |
| KR20140028282A (ko) | 2012-08-28 | 2014-03-10 | 박종현 | Ｌｅｄ 전광판 |
| KR20160054509A (ko) | 2013-09-10 | 2016-05-16 | 티이엘 에프에스아이, 인코포레이티드 | 유체 스트림을 통해 대상물을 스캐닝하기 위한 장치 및 방법 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Journal of Materials Chemistry C, 2015. 3, P3908(Silver nanowire coated threads for electrically conductive textiles) |
| 유럽등록 02687364(Composite conductive sheet, fabricating method and application thereof) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20230073425A (ko) * | 2021-11-18 | 2023-05-26 | 나재훈 | 섬유 면상발열체 제조 방법 및 그것에 의해 제조된 섬유 면상발열체 |
| KR20240002276A (ko) * | 2022-06-28 | 2024-01-05 | 주식회사 서연이화 | 차량용 내장 부품 피복재와 그 제조 방법 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Faruk et al. | Functional textiles and composite based wearable thermal devices for Joule heating: progress and perspectives | |
| JP5580835B2 (ja) | 炭素ナノチューブ発熱シート | |
| US9161393B2 (en) | Heated textiles and methods of making the same | |
| US11849511B2 (en) | Flexible heating device and method of making same | |
| US20080083720A1 (en) | Method of heating an article | |
| CN104589714A (zh) | 一种基于碳纳米管膜的电热织物 | |
| KR101813685B1 (ko) | 면상발열체의 제조방법 | |
| KR101575500B1 (ko) | 면상발열천 | |
| KR100991376B1 (ko) | 면상 발열체 및 이를 구비한 난방장치 | |
| KR20190002108U (ko) | 방수 기능을 갖춘 금속나노와이어 코팅 발열시트 | |
| JP2007227830A (ja) | 柔軟性ｐｔｃ発熱体 | |
| CN112626848A (zh) | 便携式低压碳纳米电发热织物、制备方法及应用 | |
| CN106003930A (zh) | 一种电热复合织物及其制备方法 | |
| KR20190002113U (ko) | 금속나노와이어 코팅 발열시트 전극구조 | |
| JP5440378B2 (ja) | 布材 | |
| JP2009199794A (ja) | 面状発熱体 | |
| KR102044197B1 (ko) | 시트용 발열체 | |
| JP2007179776A (ja) | 面状発熱体 | |
| KR20200126693A (ko) | 발열기능을 구비한 그래핀 코팅 탄소섬유 의류 | |
| CN111556598B (zh) | 一种柔性低压红外电热膜及其制备方法 | |
| JP2019079714A (ja) | 面状発熱布帛およびその製造方法 | |
| CN100534238C (zh) | 一种远红外辐射电热片及其制备方法 | |
| CN209126565U (zh) | 远红外布基发热汽车座垫 | |
| KR20190002101U (ko) | 과열방지 기능의 금속나노와이어 함침 발열시트 | |
| KR20190095828A (ko) | 섬유의 고온수축현상을 이용한 과열방지 기능의 금속나노와이어 함침 발열시트 |