KR20190118247A - 다중 열변색 비드, 이의 제조방법 및 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도에 따라 여러 가지의 색상으로 열변색되는 다중 열변색 비드(B)를 포함하는 외장용 건축자재 및 이의 제조방법, 그리고 상기 다중 열변색 비드의 용도에 관한 것이다. 본 발명은 고분자 담지체(100); 및 상기 고분자 담지체(100) 내에 담지되고, 온도에 따라 다른 색상으로 열변색되는 복수의 열변색 입자(P)를 포함하고, 상기 열변색 입자(P)는 열변색 물질 및 상전이 물질을 포함하는 코어(10)와, 상기 코어(10)의 표면에 형성된 고분자 쉘(20)을 가지는 다중 열변색 비드(B)를 포함하는 외장용 건축자재 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 온도에 따라 여러 가지의 색상으로 변색되어, 건축물의 온도를 능동적으로 조절하여 단열성 및 난방성을 개선하고 미려한 외관성 등을 갖게 할 수 있다.

Description

다중 열변색 비드, 이의 제조방법 및 용도 {BEAD CAPABLE OF MULI-ROW DISCOLORATION, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND THE USE OF THE SAME}
본 발명은 다중 열변색 비드, 이의 제조방법 및 용도에 관한 것으로, 온도에 따라 여러 가지의 색상으로 변색되어, 예를 들어 건축물의 온도를 능동적으로 조절하여 단열성 및 난방성을 개선하고 미려한 외관성 등을 갖게 할 수 있는 다중 열변색 비드 및 이의 제조방법, 그리고 상기 다중 열변색 비드의 용도에 관한 것이다.
일반적으로, 건축물에는 외관성을 위해 색상이 표현되고 있다. 색상은 건축물의 벽면이나 지붕에 유색 페인트를 도포하거나, 칼라 건축자재(외장재 등)을 시공하는 방법으로 구현되고 있다. 그러나 이러한 방법은 건축물의 색상이 시공 당시의 색상으로 제한되고, 계절 변화나 온도 변화에 연동하지 못하여 경직된 외관을 연출하게 된다는 문제점이 지적되었다.
이에, 최근에는 온도에 따라 색상이 변하는 열변색 물질(또는 온도 감응 물질)을 건축물의 시멘트, 바닥재 및 벽면 외장재 등의 건축자재에 적용하는 기술이 시도되었다. 이러한 건축자재는 열변색 물질에 의해 색상이 구현되고, 색상에 따라 열을 반사하거나 흡수하여 단열성 및 난방성을 도모할 수 있다.
예를 들어, 한국 등록특허 제10-0890863호, 한국 등록특허 제10-0831425호, 한국 등록특허 제10-0666737호, 한국 등록특허 제10-0461659호, 한국 공개특허 제10-2016-0130961호, 일본 공개특허 특개2006-057293호 및 일본 공개특허 특개2008-267010호 등에는 위와 관련한 기술이 제시되어 있다.
그러나 종래 기술에 따른 열변색 건축자재는, 예를 들어 다음과 같은 문제점이 있다.
먼저, 종래 기술에 따른 열변색 건축자재는 우수한 단열성 및 난방성 등을 도모하기 어렵다. 일반적으로, 열에 의해 변색되는 열변색 물질은 주변 환경에 매우 민감하다. 이러한 열변색 물질을 종래와 같이 시멘트나 고분자에 단순히 배합하여 건축자재에 적용하는 경우, 주변 환경에 매우 민감한 열변색 물질은 시간이 지남에 따라 본연의 특성을 발휘하지 못하게 된다. 예를 들어, 가역적이고 반복적인 색변화가 어렵다. 이에 따라, 온도 감응도 및 발색도 등이 떨어지고 단열성 및 난방성 등이 저하된다.
또한, 종래의 열변색 건축자재는 미려한 외관성을 도모하기 어렵다. 종래, 열변색 물질로는 대부분 경우 시온(示溫) 안료가 사용되고 있다. 이러한 시온 안료는 한 가지의 특정온도 조건에서 단일 색상의 변색만 가능하다. 이에 따라, 종래의 열변색 건축자재는 여러 가지의 색상을 구현하지 못하여 건축물에 미려한 외관성을 도모하기 어렵다.
한국 등록특허 제10-0890863호 한국 등록특허 제10-0831425호 한국 등록특허 제10-0666737호 한국 등록특허 제10-0461659호 한국 공개특허 제10-2016-0130961호 일본 공개특허 특개2006-057293호 일본 공개특허 특개2008-267010호
이에, 본 발명은 개선된 특성을 가지는 다중 열변색 비드, 이의 제조방법 및 용도를 제공하는 데에 목적이 있다.
구체적으로, 본 발명은 하나의 실시형태에 따라서, 온도에 따라 여러 가지의 색상으로 변색되어, 예를 들어 건축물의 단열성 및 난방성을 개선하고 미려한 외관성 등을 갖게 할 수 있는 다중 열변색 비드, 이의 제조방법 및 용도를 제공하는 데에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 온도에 따라 여러 가지의 색상으로 열변색되는 다중 열변색 비드를 제공한다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 상기 다중 열변색 비드는,
담지체; 및
상기 담지체 내에 담지되고, 온도에 따라 다른 색상으로 열변색되는 복수의 열변색 입자를 포함하고,
상기 열변색 입자는,
열변색 물질 및 상전이 물질을 포함하는 코어와,
상기 코어의 표면에 형성된 고분자 쉘을 포함한다.
또한, 본 발명은,
온도에 따라 다른 색상으로 열변색되는 복수의 열변색 입자를 제조하는 제1단계; 및
상기 복수의 열변색 입자를 담지체 내에 담지하는 제2단계를 포함하는 다중 열변색 비드의 제조방법을 제공한다.
실시형태에 따라서, 상기 제1단계는,
열변색 물질, 상전이 물질, 고분자 및 용매를 포함하는 입자 형성용 용액을 얻는 제1공정;
유화제를 포함하는 유화 용액에 상기 입자 형성용 용액을 첨가, 교반하여 에멀젼 용액을 얻는 제2공정; 및
상기 에멀젼 용액에 경화제를 첨가, 교반하여 열변색 물질 및 상전이 물질을 포함하는 코어와, 상기 코어의 표면에 고분자의 경화에 의해 형성된 고분자 쉘을 포함하는 열변색 입자를 얻는 제3공정을 포함한다.
또한, 실시형태에 따라서, 상기 제2단계는,
바인더와 경화제를 포함하는 담지체 형성용 용액을 얻는 공정 a);
상기 담지체 형성용 용액에 제1단계에서 제조된 복수의 열변색 입자를 첨가 혼합하여 비드 형성용 혼합액을 얻는 공정 b); 및
상기 비드 형성용 혼합액을 유화 용액에 적하, 경화시켜 바인더의 경화에 의해 형성된 담지체 내에 복수의 열변색 입자가 담지된 다중 열변색 비드를 생성시키는 공정 c)를 포함한다.
본 발명에 따르면, 온도에 따라 여러 가지의 색상으로 열변색된다. 이에 따라, 예를 들어 건축물의 온도를 능동적으로 조절하여 단열성 및 난방성을 개선하고 미려한 외관성 등을 갖게 할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 다중 열변색 비드를 구성하는 열변색 입자의 단면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 다중 열변색 비드의 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 다중 열변색 비드의 온도에 따른 열변색 띠를 예시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 건축자재의 단면 구성이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 열변색 입자의 제조 과정을 보인 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 열변색 입자의 입도 분포를 보인 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 열변색 입자의 광학현미경 사진과 SEM 이미지를 보인 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 열변색 입자의 시차주사열량계(DSC) 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 다중 열변색 비드의 시간(온도)에 따른 변색 과정을 보인 사진이다.
본 발명에서 사용되는 용어 "및/또는"은 전후에 나열한 구성요소들 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 의미로 사용된다. 본 발명에서 사용되는 용어 "하나 이상"은 하나 또는 둘 이상의 복수를 의미한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 용어 "제1", "제2", "제3", "제4" 및 "제5" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되며, 각 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 제1형태에 따라서, 온도에 따라 여러 가지의 색상으로 변색되는 다중 열변색 비드(Bead)를 제공한다. 본 발명은 제2형태에 따라서, 상기 다중 열변색 비드의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 제3형태에 따라서, 상기 다중 열변색 비드의 용도를 제공한다. 또한, 본 발명은 제4형태에 따라서, 상기 다중 열변색 비드를 포함하는 건축자재를 제공한다. 아울러, 본 발명은 제5형태에 따라서, 상기 다중 열변색 비드를 포함하는 건축자재의 제조방법을 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 실시형태를 도시한 것으로, 이는 단지 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공된다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지의 범용적인 기능 및/또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
[1] 다중 열변색 비드
본 발명에 따른 다중 열변색 비드(Bead)는 온도에 따라 여러 가지의 색상으로 열변색되는 것이면 여기에 포함한다. 본 발명에서, 「다중 열변색」은 주위의 온도(열)에 따라 여러 가지의 다른 색상, 적어도 2개 이상의 다른 색상으로 열변색되는 것을 의미한다. 하나의 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 다중 열변색 비드는 발색성 및/또는 소색성이 다른 적어도 2 이상 복수의 열변색 입자를 포함한다. 이하, 경우에 따라서, 본 발명에 따른 다중 열변색 비드를 「비드」로 약칭하고, 열변색 입자를 「입자」로 약칭한다.
도 1은 본 발명에 따른 다중 열변색 비드(B)를 구성하는 열변색 입자(P)의 실시형태를 보인 단면 구성도이고, 도 2은 본 발명의 실시형태에 따른 다중 열변색 비드(B)의 단면 구성도이다. 도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 다중 열변색 비드(B)의 온도에 따른 열변색 띠를 예시한 것이다. 첨부된 도면에서 각 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위해 두께는 확대하여 나타낸 것일 수 있고, 도면에 표시된 두께, 크기 및/또는 비율 등에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 다중 열변색 비드(B)는 담지체(100); 및 상기 담지체(100) 내에 담지된 복수의 열변색 입자(P)를 포함한다. 본 발명에서, 상기 열변색 입자(P), 담지체(100) 및/또는 비드(B)의 형상이나 크기 등은 제한되지 않는다. 상기 열변색 입자(P), 담지체(100) 및/또는 비드(B)는, 예를 들어 원형 및/또는 타원형 등의 단면 형상을 가질 수 있으며, 이들은 일례를 들어 구형의 형상을 가질 수 있다. 본 발명에서, 「구형」은 완전한 구형만을 의미하는 것은 아니다.
상기 열변색 입자(P)는 나노미터(㎚) ~ 마이크로미터(㎛)의 크기(직경)을 가질 수 있으며, 예를 들어 0.01㎛ ~ 100㎛의 크기를 가질 수 있다. 상기 열변색 입자(P)는, 구체적인 예를 들어 0.1㎛ ~ 50㎛, 0.2㎛ ~ 30㎛ 또는 0.5㎛ ~ 20㎛의 평균 크기를 가질 수 있다. 또한, 상기 담지체(100) 및/또는 비드(B)는 마이크로미터(㎛) 이상의 크기(직경)을 가질 수 있으며, 예를 들어 2㎛ ~ 500㎛의 크기를 갖거나, 경우에 따라서는 50㎛ ~ 2mm의 대직경 크기를 가질 수 있다. 상기 담지체(100) 및/또는 비드(B)는, 구체적인 예를 들어 2㎛ ~ 300㎛ 또는 5㎛ ~ 200㎛의 평균 크기를 가질 수 있으나, 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 열변색 입자(P)는 코어-쉘(core-shell) 구조를 갖는다. 구체적으로, 상기 열변색 입자(P)는 열변색 물질 및 상전이 물질을 포함하는 코어(10)와, 상기 코어(10)의 표면에 형성된 고분자 쉘(20)을 포함한다. 상기 열변색 물질 및 상전이 물질은 입자(P)의 코어(10)를 형성하고, 이러한 코어(10)는 고분자 쉘(20)에 의해 둘러싸여 캡슐화된다. 코어(10)를 구성하는 열변색 물질 및 상전이 물질은 고분자 쉘(20)에 의해 외부로부터 보호된다. 이에 따라, 예를 들어 주변 환경에 민감한 열변색 물질이나 상전이 물질을 사용한 경우라도 주변 환경으로부터 보호되어 가역적이고 반복적인 색변화가 가능하고, 온도 감응도 및 발색도 등이 보장될 수 있다.
상기 열변색 물질은 색상을 구현할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 이는 온도에 따라 발색 및/또는 소색되어 열변색이 가능한 것이면 좋다. 열변색 물질은 염료 및/또는 안료 등으로부터 선택될 수 있으며, 하나의 실시형태에 따라서 락톤계 등의 류코 염료(Leuco dye)을 포함할 수 있다.
상기 열변색 물질은, 구체적인 예를 들어 디부틸 아미노-6-메틸-7-아닐노플루오란, 3-이소부틸 에틸 아미노-6-메틸-7-아닐노플루오란, 3-다이에틸아미노-6-메틸-7-아닐노플루오란, 3-이소펜틸 에틸 아미노-6-메틸-7-아닐노플루오란, 3-N-에틸-N-테트라하이드로펄푸릴아미노-6-메틸-7-아닐노플루오란, 말카이트 그린 락톤, 벤조일 류토메틸렌블루, 로다민 B 락탐, 3-다이알킬아미노-7-다이알킬아미노 플루오란, 3-알킬-2,2-스피로 바이(벤조 크로멘), 3,3-bis-(1'-에틸-2'-메틸린돌-3-yl)프탈라이드, 락톤 플루오란, 2-N,N-다이벤질아미노-6-다이에틸아미노플루오란, 6-다이에틸아미노-1,3-다이메틸플루오란, 락톤잔텐스, 류코오라민, 2-(오메가 비닐렌)-3,3-disubstituted-3-H 인돌, 1,3,3-트라이알킬인돌리노스피란, 콜레스터릴 노나노에이트, 1,2,3,-트리아졸, 옥타데실포스포닉 산, 3-다이에틸아미노-6-메틸-7-클로로플루오란, 3-다이에틸아미노-5-메틸-7-다이벤질아미노 플루오란, 3,6-메톡시 플루오란 및 이들의 유도체 등으로부터 선택된 하나 또는 2 이상의 혼합을 포함할 수 있으나, 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 상전이 물질(PCM ; phase change material)은 상변화 온도에 따라 고체-액체(solid-liquid)나 액체-기체(liquid-gas) 등으로 상전이(상변화)되면서 잠열을 흡수 및 방출하는 물질로서, 이는 "상변화 물질" 및 "잠열 저장 물질" 등과 의미를 같이 한다. 상기 상전이 물질은 열을 저장하거나 방출하여 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 이는 예를 들어 탄화수소계 및/또는 무기염계 화합물 등으로부터 선택될 수 있다. 이러한 상전이 물질에 의해 열변색되는 온도 범위가 조절되어, 열변색 입자(P)는 온도에 따라 발색성 및 소색성을 가질 수 있다. 즉, 열변색 물질은 상전이 물질에 의해 임의의 온도 범위에서 임의의 색상으로 발색 및 소색될 수 있다.
상기 상전이 물질은, 구체적인 예를 들어 1-도데카놀, 파라핀 오일, 포르말린산, 락트산, 메틸 팔미테이트, 캄페닐론, 도카실 브로마이드, 카프릴론, 페놀, 헵타데카논, 1-시클로헥실옥타데칸, 4-헵타데카논, P-졸뤼딘(Joluidine), 시안 아미드, 메틸 에이코사네이트(eicosanate), 3-헵타데카논, 2-헵타데카논, 히드로신남산, 세틸 알코올, A-넵틸아민, 캄펜, O-니트로 아닐린, 9-헵타데카논, 티몰, 메틸 베헤 네이트, 디페닐 아민, P-디클로로 벤젠, 옥솔레이트, 하이포산, O-크실렌 디 클로라이드, B-클로로산, 클로로 아세트산, 니트로 나프탈렌, 트리미리스틴, 헵타운데실산, A-클로로산, 꿀벌 왁스, 글리콜산, P-브로모 페놀, 아조벤젠, 아크릴산, 딘토 톨루엔(2,4), 페닐 아세트산, 티오시나민, 브로캄포(Bromcamphor), 듀렌, 벤질, 메틸 브롬브레조에이트, 알파 나프톨, 글루타르산, p-크실렌 디 클로라이드, 카테콜, 퀴논, 아세트 아닐리드, 숙신산 무수물, 벤조산, 스티벤 및 이들의 유도체 등으로부터 선택된 하나 또는 2이상의 혼합을 포함할 수 있으나, 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
상기 고분자 쉘(20)은, 예를 들어 투명 및/또는 반투명이다. 고분자 쉘(20)은 코어(10)를 외부로부터 보호하고, 입자(P)에 우수한 기계적 강도를 제공할 수 있는 것이면 좋다. 이러한 고분자 쉘(20)은 적어도 고분자를 포함하되, 상기 고분자는 코어(10)를 보호할 수 있는 벽막(껍질)을 형성시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 또한, 상기 고분자 쉘(20)은 코어(10)의 표면에 1층 또는 2층 이상의 다층으로 형성될 수 있다.
상기 고분자 쉘(20)을 구성하는 고분자는, 구체적인 예를 들어 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리카보네이트, 에폭시, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리비닐 알콜, 아크릴 수지, 폴리아마이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 멜라민 수지, 셀롤로오스, 아이소보르닐 메타크릴레이트와 (메트)아크릴산 공중합체, 나일론, 젤라틴, 포름알데하이드, 멜라닌 및 이들의 (공)중합체 등으로부터 하나 또는 2이상의 혼합을 포함할 수 있으나, 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 다중 열변색 비드(B)는 위와 같은 열변색 입자(P) 복수를 포함한다. 구체적으로, 본 발명에 따른 다중 열변색 비드(B)는, 구형의 담지체(100)와, 상기 담지체(100)의 내부에 담지되어 고정된 복수의 열변색 입자(P)를 포함한다. 이에 따라, 입자(P)에 포함된 열변색 물질 및 상전이 물질은 2중으로 보호된다. 즉, 입자(P)의 코어(10)에 포함된 열변색 물질 및 상전이 물질은 최외각의 담지체(100)에 의해 외부로부터 1차적으로 보호되고, 표면에 둘러쌓인 고분자 쉘(20)에 의해 2차적으로 보호된다.
상기 담지체(100)는, 예를 들어 투명 및/또는 반투명이다. 담지체(100)는 열변색 입자(P)를 담지할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 또한, 담지체(100)는 비드(B)의 기계적 물성을 증가시키고, 외부로 열이 쉽게 방출되지 못하도록 단열성을 가지면 좋다. 이러한 담지체(100)는 입자(P)를 담지, 고정할 수 있는 바인더(binder)를 적어도 포함하되, 상기 바인더는 접착성의 합성 고분자 및/또는 천연 고분자 등으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 바인더는 접착성과 탄성을 가지는 것으로서, 예를 들어 고무계, 실리콘계 및/또는 합성수지 엘라스토머 등의 탄성체로부터 선택될 수 있다.
상기 담지체(100)를 구성하는 바인더는, 구체적인 예를 들어 폴리디메틸렌실록산(PDMS), 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리카보네이트, 에폭시, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리비닐 알콜, 아크릴 수지, 폴리아마이드, 폴리메틸메타크릴레이트, 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체, 멜라민 수지, 셀롤로오스, 아이소보르닐 메타크릴레이트와 (메트)아크릴산 공중합체, 나일론, 젤라틴, 포름알데하이드, 멜라닌 및 이들의 (공)중합체 등으로부터 하나 또는 2이상의 혼합을 포함할 수 있으나, 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 다중 열변색 비드(B)는, 앞서 언급한 바와 같이 온도에 따라 다른 색상으로 변색되는 복수의 열변색 입자(P)를 포함하여, 주위의 온도에 따라 여러 가지의 색상으로 변색된다. 본 발명에서, 「온도에 따라 다른 색상으로 변색되는 복수의 열변색 입자(P)」란 코어(10)에 포함된 열변색 물질 및/또는 상전이 물질이 서로 달라 온도에 따라 발색성 및/또는 소색성이 다른 복수의 열변색 입자(P)를 의미한다. 이를 도 2 및 도 3을 참조하여, 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 2를 참조하면, 1개의 비드(B)에는 복수의 열변색 입자(P)가 담지되어 있다. 즉, 비드(B)는 온도에 따라 다른 색상으로 변색되는 n개 그룹의 열변색 입자(P)들을 포함한다. 보다 구체적으로, 비드(B)는 제1 열변색 입자(P1), 제2 열변색 입자(P2), 제3 열변색 입자(P3), 제4 열변색 입자(P4) .... 제n-1 열변색 입자(Pn -1) 및 제n 열변색 입자(Pn)를 포함한다. 여기서, n은 2 이상의 자연수이다. n의 상한치는 제한되지 않으며, n은 예를 들어 20 이하, 또는 10 이하의 자연수이다. 이때, n개의 열변색 입자(P)(P1, P2, P3, P4 .... Pn)는 서로 다르며, 이들은 각각 온도에 따라 다른 색상으로 열변색(발색 및/또는 소색)된다.
하나의 실시형태에 따라서, 상기 복수(n개)의 열변색 입자(P)(P1, P2, P3, P4 .... Pn)는 코어(10)에 포함된 열변색 물질 및 상전이 물질 중에서 선택된 하나 이상이 각각 서로 다르게 사용되어, 각각 온도에 따라 다른 색상으로 열변색될 수 있다. 예를 들어, 제1 열변색 입자(P1)의 코어(10)에 포함된 열변색 물질을 Q1, 상전이 물질을 R1 이라 하고; 제2 열변색 입자(P2)의 코어(10)에 포함된 열변색 물질을 Q2, 상전이 물질을 R2 이라 하며; 제3 열변색 입자(P3)의 코어(10)에 포함된 열변색 물질을 Q3, 상전이 물질을 R3 이라 하고; 제4 열변색 입자(P4)의 코어(10)에 포함된 열변색 물질을 Q4, 상전이 물질을 R4 이라 하며; 제n 열변색 입자(Pn)의 코어(10)에 포함된 열변색 물질을 Qn, 상전이 물질을 Rn 이라 할 때, Q1 ≠ Q2 ≠ Q3 ≠ Q4 ≠ Qn 및/또는 R1 ≠ R2 ≠ R3 ≠ R4 ≠ Rn이다. 이에 따라, 각 열변색 입자(P1, P2, P3, P4 .... Pn)의 온도별 색상은 P1 ≠ P2 ≠ P3 ≠ P4 ≠ Pn이다.
위와 같이, 복수(n개)의 열변색 입자(P)(P1 ~ Pn)는 코어(10)-쉘(20) 구조를 가지되, 각각 코어(10)에 포함된 열변색 물질(Q1, Q2, Q3, Q4 .... Qn) 및/또는 상전이 물질(R1, R2, R3, R4 .... Rn)을 서로 달리하여, 예를 들어 열변색 물질(염료)에 의한 색상이 다르거나 상전이 물질에 의한 온도별 발색도 및/또는 소색도의 차이에 의해, 온도에 따라 서로 다른 색상으로 변색된다. 이때, 각 열변색 입자(P)(P1 ~ Pn)에 포함된 열변색 물질 및 상전이 물질은, 예를 들어 상기 나열한 바와 같은 화합물로부터 선택되되, 이들은 각각 1종 또는 서로 다른 2종 이상의 열변색 물질 및 상전이 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 열변색 입자(P1)의 코어(10)에는 1종의 열변색 물질과 1종의 상전이 물질을 포함하거나, 1종의 열변색 물질과 2종 이상의 상전이 물질을 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, 상기 제1 열변색 입자(P1)의 코어(10)에는 2종 이상의 열변색 물질과 2종 이상의 상전이 물질을 포함할 수 있다. 제2 내지 제n 열변색 입자(Pn)의 경우에도 위와 같다.
또한, 상기 각각의 열변색 입자(P)(P1 ~ Pn)는 다수이다. 즉, 비드(B)는 제1 내지 제n의 열변색 입자(P1, P2, P3, P4 .... Pn)를 포함하되, 제1 열변색 입자(P1)를 다수로 포함하고, 제2 열변색 입자(P2)를 다수로 포함한다. 제3 내지 제n 열변색 입자(P3 ~ Pn)의 경우에도 위와 같이 각각 다수로 포함한다.
본 발명에 따른 비드(B)는, 위와 같은 복수(n개)의 열변색 입자(P)(P1, P2, P3, P4 .... Pn)를 포함하여, 온도에 따라 여러 가지의 색상을 구현하되, 그 색상은 제한되지 않는다. 비드(B)는, 예를 들어 RGB의 값이 0(zero) ~ 255 사이인 색상을 가질 수 있다. 비드(B)는, 구체적인 예를 들어 온도에 따라 흑색(Black), 적색(Red), 청색(Blue), 녹색(Green), 노란색(Yellow), 회색(Gray) 및 흰색(White) 등의 색상을 가질 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 비드(B)의 열변색 특성을 설명하기 위한 것으로서, 이는 온도 구간별 색상 띠를 예시한 것이다. 도 3을 참조하여 설명함에 있어, 제1 내지 제4 열변색 입자(P1, P2, P3, P4)로서 총 4개(4 그룹)의 열변색 입자(P)(P1 ~ P4)를 포함하는 경우를 예를 들어 설명한다.
상기 4개의 각 열변색 입자(P1, P2, P3, P4)들은 코어(10)에 포함된 열변색 물질(염료) 및/또는 상전이 물질을 서로 달리하여, 이들은 각각 온도별 발색도 및 소색도가 다르다. 이때, 제1 온도 구간(ΔT1)(ΔT1 = T1 - T0)에서는, 적어도 제1 열변색 입자(P1)는 발색되고, 제2 ~ 제4 열변색 입자(P2 ~ P4)는 소색되어, 비드(B)는 예를 들어 흑색(Black)을 발색할 수 있다. 그리고 제2 온도 구간(ΔT2)(ΔT2 = T2 - T1, T2 > T1)에서는, 제1 열변색 입자(P1)는 소색되고, 적어도 제2 열변색 입자(P2)의 발색에 의해 적색(Red)을 발색할 수 있다. 아울러, 제3 온도 구간(ΔT3)(ΔT3 = T3 - T2, T3 > T2)에서는, 제1 및 제2 열변색 입자(P1)(P2)는 소색되고, 적어도 제3 열변색 입자(P3)의 발색에 의해 청색(Blue)을 발색할 수 있으며, 제4 온도 구간(ΔT4)(ΔT4 = T4 - T3, T4 > T3)에서는, 제1 ~ 제3 열변색 입자(P1 ~ P3)는 소색되고, 적어도 제4 열변색 입자(P4)의 발색에 의해 노란색(Yellow)이나 녹색(Green)을 발색할 수 있다.
또한, 제5 온도 구간(ΔT5)(ΔT5 = T5 - T4, T5 > T4)에서는, 제1 열변색 입자(P1)는 소색되고, 제2 ~ 제4 열변색 입자(P2 ~ P4) 중에서 선택된 2개 이상이 발색되어, 비드(B)는 예를 들어 흰색(White)을 발색할 수 있다. 이때, 흰색(White)은 2개 이상의 입자(P2 ~ P4)에서 발색되는 색상의 조합에 의해 구현될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 제5 온도 구간(ΔT5)에서는 3개의 입자(P2 ~ P4)에서 발색되는 적색-녹색-청색의 RGB에 의해 흰색을 발색할 수 있다. 그리고 제6 온도 구간(ΔT6)(ΔT6 = Tk - T5, Tk > T5)에서는 회색, 녹색 및/또는 주황색 등의 기타 다양한 색상을 발색할 수 있다.
위와 같이, 본 발명에 따른 비드(B)는 온도 구간(ΔT1 ~ ΔT6)에 따라 어느 하나 또는 2 이상의 열변색 입자(P)(P1 ~ Pn)가 발색 및 소색되어 여러 가지의 다른 색상으로 변색될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시한 바와 같이, 온도가 증가함에 따라 흑색, 적색, 청색, 노란색 및 흰색 등의 순서로 열변색될 수 있다.
본 발명에 따른 비드(B)는, 예를 들어 -150℃ 내지 200℃에서 변색될 수 있다. 즉, 변색 가능한 온도 범위는 -150℃ 내지 200℃로서, 도 3에서 T0 = -150℃이고, Tk = 200℃일 수 있다. 변색 가능한 온도 범위는, 구체적인 예를 들어 -100℃ 내지 120℃(T0 = -100℃, Tk = 120℃)일 수 있으나, 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명에 따른 비드(B)는, 위와 같은 온도 범위(T0 ~ Tk) 내에서 2개 이상의 온도 구간(ΔT1 ~ ΔT6)과 색상을 가질 수 있다. 예를 들어, 온도 구간(ΔT1 ~ ΔT6)의 개수와 색상의 개수는 3개 이상, 또는 4개 이상일 수 있다. 이들의 상한치는 제한되지 않으나, 예를 들어 20개 이하, 또는 10개 이하일 수 있다. 도 3은 6개의 온도 구간(ΔT1 ~ ΔT6)에서 6개의 색상으로 열변색되는 모습을 예시한 것이다.
아울러, 본 발명에 따른 비드(B)의 변색되는 온도 차이(ΔT)는, 예를 들어 3 ~ 15℃ 이상일 수 있다. 즉, 도 3에서, 각 온도 구간(ΔT1 ~ ΔT6)은 3 ~ 15℃ 이상일 가질 수 있으며, 구체적인 예를 들어 5 ~ 10℃ 이상일 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 비드(B)는 약 12 ~ 18℃ 이하에서는 흑색으로 발색하고, 이후 12 ~ 18℃ 초과의 온도에서는 흑색이 소색되며, 약 27 ~ 33℃ 이상의 온도에서는 흰색으로 발색될 수 있다. 구체적으로, 도 3에서, T1 = 12 ~ 18℃이고, T1 이하의 온도, 즉 제1 온도 구간(ΔT1)에서는 흑색으로 발색되고, T1을 초과한 온도에는 흑색이 소색될 수 있다. 그리고 T4 = 27 ~ 33℃이고, T4를 초과한 온도, 즉 제5 온도 구간(ΔT5)에서는 흰색으로 발색될 수 있다.
또한, 상기 T1과 T4 사이의 온도 구간, 즉 제2 내지 제4 온도 구간(ΔT2 ~ ΔT4)에서는 적색, 청색 및 노란색으로부터 선택된 하나 이상의 색상이 발색될 수 있다. 구체적인 예를 들어, 도 3에 보인 바와 같이 상기 T1과 T4 사이의 제2 내지 제4 온도 구간(ΔT2 ~ ΔT4)에서는 각 구간별로 적색, 청색 및 노란색의 순서로 발생될 수 있다. 구체적으로, 도 3에서 ΔT1 = 흑색, ΔT2 = 적색, ΔT3 = 청색, ΔT4 = 노란색, ΔT5 = 흰색일 수 있다. 아울러, 도 3에서, T2 = 19 ~ 22℃이고, T3 = 23 ~ 26℃이며, T5 = 34 ~ 45℃일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적인 예를 들면, 약 15℃(T1) 이하의 제1 온도 구간(ΔT1)에서는 흑색을 발색할 수 있다. 이후, 15℃(T1) 초과한 온도에서 흑색은 소색되고, 약 30℃(T4) 이상의 제5 온도 구간(ΔT5)에서는 흰색을 발색할 수 있다. 그리고 15℃(T1) 초과, 30℃(T4) 미만의 온도 범위, 즉 제2 내지 제4 온도 구간(ΔT2 ~ ΔT4)에서는 온도가 증가함에 따라 적색, 청색 및 노란색의 순서로 능동적으로 색변화될 수 있다. 이 경우 도 3에서, T2 = 20℃이고, T3 = 25℃이며, T5 = 35℃ 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
위와 같이, 각 온도 구간(ΔT1 ~ ΔT5)별로 흑색, 적색, 청색, 노란색 및 흰색의 순서로 색변화되는 경우, 건축자재용으로 유용하게 사용될 수 있다. 즉, 평균 기온 약 15℃ 이하의 겨울철의 경우에는 흑색을 발색하여 열(햇빛) 흡수에 의한 난방성을 도모할 수 있고, 평균 기온 약 30℃ 이상의 여름철의 경우에는 흰색을 발색하여 열(햇빛) 반사에 의한 단열성(열 흡수 방지)을 도모할 수 있다. 또한, 15℃ ~ 30℃ 사이에서는 적색, 청색 및 노란색을 발색하여 색상 디자인을 연출할 수 있다. 이에 따라, 한 가지 특정온도 조건에서만 한 가지 색상을 발색하는 종래의 건축자재에 비해, 겨울철/여름철의 계절변화에 따라 우수한 난방성 및 단열성 등을 갖게 함은 물론, 온도 변화에 따라 여러 가지의 색상을 능동적으로 구현하여 건축물에 미려한 외관성(색상 디자인)을 도모할 수 있다.
이상에 설명한 본 발명에 따른 다중 열변색 비드(B)는 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 이하에서는 본 발명에 따른 다중 열변색 비드(B)의 제조방법을 설명하면서, 본 발명에 따른 상기 다중 열변색 비드(B)의 구체적인 실시형태를 함께 설명한다. 이하에서 설명되는 본 발명의 제조방법은 다중 열변색 비드(B)의 제조를 용이하게 구현하며, 이는 또한 열변색 입자(P)의 입도 균일성을 도모한다. 그러나 본 발명에 따른 다중 열변색 비드(B)는, 이하에서 설명되는 제조방법에 의해 제조된 것으로 한정되는 것은 아니다.
[2] 다중 열변색 비드의 제조
본 발명에 따른 비드(B)의 제조방법은, 온도에 따라 다른 색상으로 열변색되는 복수의 열변색 입자(P)를 제조하는 제1단계와, 상기 복수의 열변색 입자(P)를 담지체(100) 내에 담지하는 제2단계를 포함한다. 각 단계별 실시형태를 설명하면 다음과 같다.
< 제1단계 > 열변색 입자(P)의 제조
본 제1단계에서는 코어(10)-쉘(20) 구조를 가지는 열변색 입자(P)를 제조한다. 본 제1단계는 열변색 물질, 상전이 물질, 고분자 및 용매를 포함하는 입자 형성용 용액을 얻는 제1공정과, 유화제를 포함하는 유화 용액에 상기 입자 형성용 용액을 첨가, 교반하여 에멀젼 용액을 얻는 제2공정과, 상기 에멀젼 용액에 경화제를 첨가, 교반하여 열변색 입자(P)를 얻는 제3공정을 포함한다.
상기 제1공정에서 열변색 물질, 상전이 물질 및 고분자의 종류는 전술한 바와 같다. 상기 용매는 적어도 고분자를 용해 또는 분산시킬 수 있는 것이면 제한되지 않는다. 이러한 용매는 물 및/또는 탄화수소계 유기 용제 등으로부터 선택될 수 있다. 용매는 고분자에 따라 다를 수 있지만, 예를 들어 알콜류, 케톤류 및/또는 글리콜류 등으로부터 선택될 수 있으며, 구체적인 예를 들어 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및/또는 메틸에틸케톤 등으로부터 선택될 수 있다.
아울러, 상기 제1공정에서 입자 형성용 용액을 혼합함에 있어서는, 예를 들어 50℃ ~ 120℃의 온도에서 100 ~ 1000 rpm으로 교반하여 혼합할 수 있다. 이때, 혼합 시의 온도가 너무 높으면 용매의 기화가 빨라 가사 시간(pot life)이 줄어들 수 있고, 온도가 너무 낮으면 상전이 물질 및/또는 고분자 등의 용해성이 떨어질 수 있다.
또한, 상기 제1공정에서는, 예를 들어 열변색 물질 0.1 내지 5 중량부, 상전이 물질 1 내지 50 중량부, 고분자 3 내지 150 중량부 및 용매 4 내지 200 중량부를 혼합, 교반하여 입자 형성용 용액을 얻을 수 있으나, 상기 각 성분들의 사용량은 제한되지 않는다. 본 발명에서 사용되는 함량 단위, 「중량부」는 그램(g) 또는 킬로그램(kg)의 중량을 의미하거나, 다른 성분과의 중량 비율을 의미할 수 있다. 예를 들어, 상기 「열변색 물질 0.1 내지 5 중량부」와 「상전이 물질 1 내지 50 중량부」는 열변색 물질 0.1g 내지 5g과 상전이 물질 1g 내지 50g의 사용, 또는 열변색 물질 0.1kg 내지 5kg과 상전이 물질 1kg 내지 50kg의 사용을 의미하거나, 열변색 물질 : 상전이 물질 = 0.1 내지 5 : 1 내지 50의 중량 비율로 사용함을 의미할 수 있다. 이하 같다.
예시적인 실시형태에 따라서, 상기 입자 형성용 용액은 현색제를 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 제1공정에서는 열변색 물질, 상전이 물질, 고분자 및 용매를 혼합하되, 여기에 경우에 따라서 현색제를 더 첨가, 혼합할 수 있다. 상기 현색제는 열변색 물질(류코 염료 등)의 발색도를 향상시키기 위해 첨가될 수 있다. 상기 현색제는 락톤계 염료의 발색도를 향상시킬 수 있는 것으로서, 예를 들어 페놀계 화합물 및/또는 그 유도체 등으로부터 선택될 수 있으며, 하나의 예시에서 알코올계를 사용할 수 있다. 이러한 현색제는 0.04 내지 4 중량부로 첨가될 수 있다.
상기 제2공정에서는 제1공정에서 얻어진 입자 형성용 용액을 유화 용액에 첨가한 다음, 혼합 교반하여 에멀젼화한다. 이때, 상기 유화 용액은 유화제와 용매를 포함할 수 있다. 유화 용액을 구성하는 용매는 유화제의 종류에 따라 다를 수 있지만, 이는 적어도 물을 포함할 수 있으며, 선택적으로 탄화수소계 유기 용제 등을 더 포함할 수 있다.
상기 유화제는 입자 형성용 용액을 구형으로 에멀젼화시킬 수 있으면 좋으며, 이는 예를 들어 카르복시산염, 설폰산염, 황산에스테르염 및/또는 인산에스테르염 등으로부터 선택될 수 있다. 상기 카르복시산염은 고급지방산 알칼리염, N-아크릴아미노산염, 알킬에테르 카본산염 및/또는 아실화펩티드 등을 들 수 있고, 상기 설폰산염은 알킬설폰산염, 알킬벤젠 및 알킬아미노산염, 알킬나프탈렌 설폰산염 및/또는 설포호박산염 등을 들 수 있다. 또한, 상기 황산에스테르염은 알킬황산염, 알킬에테르황산염, 알킬아릴에테르황산염 및/또는 알킬아미드황산염 등을 예로 들 수 있고, 상기 인산에스테르염은 알킬인산염, 알킬에테르인산염 및 알킬아릴에테르인산염 등을 예로 들 수 있다. 유화제는 상기 나열한 화합물 이외의 다른 계면활성제 등을 사용할 수 있다.
상기 유화 용액은 유화제 1 ~ 50 중량부와 용매(물 등) 30 ~ 1500 중량부를 포함할 수 있다. 유화 용액은, 바람직하게는 카르복시산염과 용매(물 등)을 혼합하여 사용하되, 카르복시산염의 분산성을 위해 8℃ 이상의 온도에서 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 구체적으로는, 카르복시산염의 분산성은 물론, 용매(물 등)의 기화 방지를 고려하여 8℃ ~ 100℃, 또는 50℃ ~ 60℃의 온도에서 혼합 교반하는 것이 좋다.
또한, 상기 제2공정은 균질 교반기에서 입자 형성용 용액과 유화 용액을 혼합, 교반하되, 회전수 4,000 ~ 12,000 rpm의 교반 속도로 교반하여 에멀젼화할 수 있다. 이때, 교반 속도가 4,000 rpm 미만인 경우, 입자 에멀젼의 크기가 너무 커지고 입도 균일성이 낮아질 수 있으며, 교반 속도가 12,000 rpm을 초과하는 경우 입자 에멀젼의 형성이 어렵고 분산성이 낮아질 수 있다. 이러한 점을 고려할 때, 상기 제2공정에서는 7,000 ~ 9,000 rpm의 교반 속도로 약 10분 이상 교반하여 에멀젼화하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실험적 고찰에 따르면, 상기 제2공정에서 7,000 ~ 9,000 rpm으로 교반하는 경우, 열변색 입자(P)의 수율이 높고, 무엇보다 균일한 입도 크기의 열변색 입자(P)를 생성할 수 있음을 알 수 있었다. 구체적으로, 약 0.5 ~ 3㎛ 범위 이내의 크기를 가지는 것으로서, 입도 분포가 좁고 균일한 크기의 열변색 입자(P)를 고수율로 제조할 수 있다. 이는 하기의 실시예에 의해서 확인될 수 있다.
상기 제3공정에서는 제2공정에서 얻어진 에멀젼 용액에 경화제를 첨가, 교반하여 경화(캡슐화)시킨다. 상기 경화제는 용매와 혼합하여 첨가할 수 있다. 상기 경화제에 혼합되는 용매는 경화제의 종류에 따라 다를 수 있지만, 이는 예를 들어 물 및/또는 탄화수소계 유기 용제 등을 포함할 수 있다. 이때, 경화제 0.3 ~ 3 중량부와 용매(물 등) 3 ~ 15 중량부를 혼합하여 사용할 수 있으며, 구체적인 예를 들어 경화제 0.9 ~ 2.5 중량부와 용매(물 등) 6 ~ 9.5 중량부를 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 경화제는 고분자를 경화시켜 코어(10)의 표면에 고분자 쉘(20)을 형성시킬 수 있는 것이면 좋다. 상기 경화제는 고분자의 종류에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어 아민계, 알코올계 등으로부터 선택될 수 있다. 경화제는, 구체적인 예를 들어 1,4-디아카바이사이클로[2,2,2]옥탄, (2-디메틸아미노에틸)에테르, 트리메틸아미노에틸에타놀아민, 펜타메틸디에틸렌트라이아민, 디메틸에탄올아민, 디메틸아미노프로필아민, 노르말-에틸몰포린, N,N-디메틸아미노에틸몰포린, N,N-디메틸사이클로헥실아민, 2-메틸-2-아자놀보르난, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세롤, 트라이메틸올프로판, 헥산트리올, 펜타트리올, 디에틸렌 글리콜, 트라이프로필렌 글리콜, 폴리옥시테트라메틸렌 글리콜, 폴리옥시헥사메틸렌 글리콜, 폴리옥시노나메틸렌 글리콜, 폴리옥시데타메틸렌 글리콜, 폴리옥시도데카메틸렌 글리콜, 트트라이에틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,3-부틸렌 글리콜, 1,6-헥칸디올, 트라이메틸올에탄, 트라이 메틸올프로판, 1,2,6-헥사트리올, 펜타트리올, 디펜타트리올, 트라이펜타트리올, 폴리펜타트리올, 솔피톨, 메틸글루코사이드 및/또는 수크로스 등으로부터 선택될 수 있다.
또한, 상기 제3공정은 균질 교반기에서 에멀젼 용액과 경화제를 혼합, 교반하되, 회전수 100 ~ 1000 rpm의 속도로 3 ~ 12시간 동안 혼합, 교반하여 경화(캡슐화)시키는 것이 좋다. 보다 바람직하게는, 열변색 입자(P)의 수율, 크기 및 균일성(입도 분포) 등을 고려하여, 500 ~ 700 rpm의 교반 속도로 7시간 이상 혼합, 교반하여 열경화(캡슐화)시키는 것이 좋다. 이때, 혼합, 교반 시의 온도는 고분자의 경화가 가능한 온도이면 좋다. 온도는, 고분자 및/또는 경화제의 종류에 따라 다를 수 있지만 예를 들어 20℃ ~ 120℃의 온도에서 진행하여 열경화시킬 수 있다.
바람직한 실시형태에 따라서, 상기 제3공정은 에멀젼 용액에 경화제를 첨가한 다음, 상기 고분자의 경화 온도 미만에서 1차 교반하는 단계 1)와, 상기 고분자의 경화 온도에서 2차 교반하는 단계 2)를 포함하는 것이 좋다. 보다 구체적으로, 상기 단계 1)에서는 고분자의 경화 온도 미만(경화 온도보다 낮은 온도)에서 600 ~ 700 rpm의 교반 속도로 30분 내지 2시간 동안 진행(1차 교반)하고, 상기 단계 2)에서는 고분자의 경화 온도로 승온시킨 다음, 500 ~ 600 rpm의 교반 속도로 5시간 이상 진행(2차 교반)하여 열경화시키는 것이 바람직하다. 상기 단계 2)에서 교반 시간은, 예를 들어 5시간 ~ 10시간일 수 있다. 이와 같이 2단계로 제3공정을 진행하는 경우, 단계 1)에서 에멀젼 용액과 경화제가 충분히 분산된 후에 단계 2)에서 경화되어 고수율의 열변색 입자(P)를 생성할 수 있다. 아울러, 적어도 상기 단계 2)의 교반 속도(500 ~ 600 rpm)와 교반 시간(7시간 이상)은 열변색 입자(P)의 수율은 물론, 열변색 입자(P)의 크기 및 입도 균일성 등에서도 유리하다.
위와 같은 제3공정을 통해 경화(캡슐화)를 진행하면, 적어도 열변색 물질 및 상전이 물질을 포함하는 코어(10)와, 상기 코어(10)의 표면에 고분자가 경화되어 형성된 고분자 쉘(20)을 포함하는 열변색 입자(P)를 고수율로 생성할 수 있다. 이후, 생성된 열변색 입자(P)는, 예를 들어 여과 및/또는 원심분리 등을 통해 수득한다.
또한, 본 제1단계에서는 온도에 따라 발색 및 소색 특성이 다른 복수(n개 그룹)의 열변색 입자(P)(P1, P2, P3, P4 .... Pn)를 제조한다. 이를 위해, 본 제1단계는 상기 제1공정 내지 제3공정을 하나의 사이클 공정으로 하고, 상기 사이클 공정을 n회 이상(n은 2 이상의 자연수) 진행하여 복수(n개 그룹)의 열변색 입자(P)(P1, P2, P3, P4 .... Pn)를 제조한다. 이때, 각 사이클 공정에서 제조된 열변색 입자(P)(P1, P2, P3, P4 .... Pn)들이 온도에 따라 발색 및 소색 특성이 각각 달라질 수 있도록, 상기 n회의 각 사이클 공정마다 제1공정에서 사용되는 열변색 물질 및/또는 상전이 물질을 다르게 사용한다.
예를 들어, 4개의 열변색 입자(P1, P2, P3, P4)를 제조하는 경우, 위와 같은 사이클 공정을 4회 진행할 수 있다. 이때, 본 제1단계는 제1 내지 제4 사이클 공정을 포함하며, 상기 제1 내지 제4의 각 사이클 공정마다 제1공정의 열변색 물질 및/또는 상전이 물질을 다르게 사용한다. 구체적으로, 제1 사이클 공정의 제1공정에서는 열변색 물질 Q1과 상전이 물질 R1을 사용하고, 제2 사이클 공정의 제1공정에서는 열변색 물질 Q2과 상전이 물질 R2을 사용하며, 제3 사이클 공정의 제1공정에서는 열변색 물질 Q3과 상전이 물질 R3을 사용하고, 제4 사이클 공정의 제1공정에서는 열변색 물질 Q4과 상전이 물질 R4을 사용한다. 이때, 전술한 바와 같이, Q1 ≠ Q2 ≠ Q3 ≠ Q4 및/또는 R1 ≠ R2 ≠ R3 ≠ R4로서, 각 사이클 공정마다 열변색 물질 및/또는 상전이 물질을 서로 다르게 사용한다. 이에 따라, 4개(4 그룹)의 열변색 입자(P)로서 온도에 따라 발색 및 소색 특성이 다른 제1 내지 제4 열변색 입자(P1, P2, P3, P4)를 제조할 수 있다. 즉, 4개의 각 열변색 입자(P1, P2, P3, P4)들은 코어(10)에 포함된 열변색 물질(염료) 및/또는 상전이 물질을 서로 달리하여, 이들은 각각 온도 구간(ΔT1 ~ ΔT6)별로 발색도 및 소색도가 달라 다중 열변색될 수 있다.
< 제2단계 > 다중 열변색 비드(B)의 제조
위와 같이 복수(n개 그룹)의 열변색 입자(P)(P1, P2, P3, P4 .... Pn)를 제조한 후, 이들을 담지체(100) 내에 담지시켜 비드(B)화한다. 이를 위해, 본 제2단계는 바인더와 경화제를 포함하는 담지체 형성용 용액을 얻는 공정 a)와, 상기 담지체 형성용 용액에 제1단계에서 제조된 복수의 열변색 입자(P)(P1, P2, P3, P4 .... Pn)를 첨가 혼합하여 비드 형성용 혼합액을 얻는 공정 b)와, 상기 비드 형성용 혼합액을 유화 용액에 적하(dripping), 경화시켜 다중 열변색 비드(B)를 생성시키는 공정 c)를 포함한다.
상기 공정 a)는, 예를 들어 상온(5 ~ 35℃)에서 진행하며, 적어도 바인더와 경화제를 포함하는 담지체 형성용 용액을 얻는다. 상기 바인더의 종류는 전술한 바와 같다. 상기 경화제는 바인더를 경화시켜 담지체(100)를 형성시킬 수 있는 것이면 좋다. 상기 경화제는 바인더의 종류에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어 아민계 및/또는 알코올계 등으로부터 선택될 수 있다. 경화제는, 구체적인 예를 들어 1,4-디아카바이사이클로[2,2,2]옥탄, (2-디메틸아미노에틸)에테르, 트리메틸아미노에틸에타놀아민, 펜타메틸디에틸렌트라이아민, 디메틸에탄올아민, 디메틸아미노프로필아민, 노르말-에틸몰포린, N,N-디메틸아미노에틸몰포린, N,N-디메틸사이클로헥실아민, 2-메틸-2-아자놀보르난, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세롤, 트라이메틸올프로판, 헥산트리올, 펜타트리올, 디에틸렌 글리콜, 트라이프로필렌 글리콜, 폴리옥시테트라메틸렌 글리콜, 폴리옥시헥사메틸렌 글리콜, 폴리옥시노나메틸렌 글리콜, 폴리옥시데타메틸렌 글리콜, 폴리옥시도데카메틸렌 글리콜, 트트라이에틸렌 글리콜, 1,4-부틸렌 글리콜, 1,3-부틸렌 글리콜, 1,6-헥칸디올, 트라이메틸올에탄, 트라이 메틸올프로판, 1,2,6-헥사트리올, 펜타트리올, 디펜타트리올, 트라이펜타트리올, 폴리펜타트리올, 솔피톨, 메틸글루코사이드 및/또는 수크로스 등으로부터 선택될 수 있다.
상기 담지체 형성용 용액은 주재로서의 바인더 4 ~ 20 중량부와 경화제 0.2 ~ 10 중량부를 포함할 수 있다. 또한, 상기 담지체 형성용 용액은 바인더의 용해 또는 분산을 위한 용매를 더 포함할 수 있다. 용매는, 예를 들어 물 및/또는 탄화수소계 유기 용제 등으로부터 선택될 수 있으며, 이는 3 ~ 9 중량부로 포함될 수 있다. 아울러, 상기 담지체 형성용 용액은 필요에 따라서 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 첨가제는, 예를 들어 자외선 차단제, 열안정제 및/또는 광안정제 등으로부터 선택될 수 있으며, 이는 열변색 특성을 저하시키지 않는 범위 내에서 적정 함량으로 사용될 수 있다.
상기 공정 b)에서는, 공정 a)에서 얻어진 담지체 형성용 용액에 상기 제1단계에서 제조된 복수의 열변색 입자(P)를 첨가하고, 상온에서 혼합, 교반하여 비드 형성용 혼합액을 얻는다. 복수의 열변색 입자(P)는 비드(B)의 사용 목적(용도)에 따라 적정 비율로 첨가 혼합한다. 즉, 제1 내지 제n 열변색 입자(P)(P1, P2, P3, P4 .... Pn)의 발색 및 소색에 따라 사용 목적(용도)을 고려하여 각 열변색 입자(P)(P1, P2, P3, P4 .... Pn)를 적정 비율로 첨가 혼합한다.
예를 들어, 4개의 열변색 입자(P)로서 제1 열변색 입자(P1), 제2 열변색 입자(P2), 제3 열변색 입자(P3) 및 제4 열변색 입자(P4)를 사용하되, 도 3에 보인 바와 같이 온도 구간별로 흑색, 적색, 청색, 노란색 및 흰색을 발색시킬 목적으로 사용하는 경우, 제1 열변색 입자(P1)(흑색), 제2 열변색 입자(P2)(적색), 제3 열변색 입자(P3)(청색) 및 제4 열변색 입자(P4)(노란색) = 1 ~ 3 : 0.05 ~ 0.5 : 0.05 ~ 0.5 : 0.05 ~ 0.5의 중량 비율로 첨가 혼합할 수 있다.
상기 공정 c)에서는 공정 b)에서 얻어진 비드 형성용 혼합액을 유화 용액에 적하, 경화시켜 다중 열변색 비드(B)를 생성시킨다. 이러한 공정 c)를 통해, 바인더가 열경화되어 담지체(100)가 형성되고, 상기 담지체(100) 내에는 복수의 열변색 입자(P)가 담지된다. 상기 유화 용액은 유화제와 용매를 포함하며, 이들의 구체적인 종류는 제1단계에서 설명한 바와 같다. 이러한 유화 용액에 의해 담지체(100)의 형성이 용이하여 비드(B)의 수율이 높아질 수 있다.
또한, 상기 공정 c)에서는 유화 용액을 바인더의 경화 온도로 유지시킨 후에 상기 비드 형성용 혼합액을 적하시켜 진행한다. 상기 경화 온도는 바인더를 열경화시킬 수 있는 온도이면 좋으며, 이는 바인더의 종류에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 바인더로서 폴리디메틸렌실록산(PDMS)을 사용하는 경우, 유화 용액을 80℃ ~ 150℃로 유지하여 진행할 수 있다. 아울러, 상기 공정 c)은 양호한 분산성을 위해, 예를 들어 약 100 ~ 500 rpm으로 교반하면서 진행할 수 있다.
바람직한 실시형태에 따라서, 상기 공정 c)는 공정 b)에서 얻어진 비드 형성용 혼합액을 주입기에 수용(충전)하는 공정 c-1)과, 상기 유화 용액을 바인더의 경화 온도로 유지하고, 상기 주입기를 이용하여 비드 형성용 혼합액을 유화 용액에 적하하여 바인더의 경화를 통해 비드(B)를 생성시키는 공정 c-2)를 포함할 수 있다. 이때, 공정 c-2)에서는 유화 용액을 약 100 ~ 500 rpm으로 교반하면서 진행한다.
상기 주입기는 비드 형성용 혼합액을 수용할 수 있고, 수용된 비드 형성용 혼합액을 유화 용액에 주입(적하)할 수 있는 것이면 좋다. 이러한 주입기는, 예를 들어 실린저 펌프 및 주사기 등을 사용할 수 있으며, 상업적으로는 실린저 펌프를 유용하게 사용할 수 있다. 또한, 상기 공정 c)에서는 실린저 펌프 등의 주입기를 이용하되, 비드 형성용 혼합액을 액적(droplet) 형태로 적하시키는 것이 좋다. 이 경우, 비드(B)의 수율 및 입도 분포 균일화 등에 바람직할 수 있다.
위와 같은 공정 c)를 통해 경화(비드화)를 완료하면, 바인더의 경화에 의해 최외각에는 구형의 담지체(100)가 형성되고, 상기 담지체(100) 내에는 복수의 열변색 입자(P)가 담지, 고정된 구형의 비드(B)가 고수율로 생성된다. 이후, 생성된 비드(B)를 여과 및/또는 원심분리 등을 통해 분리, 수득하여 여러 산업분야에 사용할 수 있다.
[3] 다중 열변색 비드의 용도
본 발명에 따른 비드(B)의 용도는 특별히 제한되지 않으며, 열변색성의 기능성 소재로 유용하게 사용될 수 있다. 비드(B)는, 예를 들어 난방, 단열, 온도 조절, 디자인 및/또는 시인성 등의 목적으로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 비드(B)의 용도로서, 전술한 바와 같은 본 발명의 비드(B)를 포함하는 제품을 제공한다. 본 발명에 따른 제품은 완제품 및/또는 반제품을 포함하며, 이는 본 발명에 따른 비드(B)를 포함하는 것이면 제한되지 않는다. 본 발명에 따른 제품은, 예를 들어 건축자재, 페인트, 도료, 잉크, 섬유, 의류, 문구류, 포장재, 전자기기, 에너지 저장장치(전지 등), 디스플레이 장치(간판, 광고판 및 표지판 등), 냉/온 장치 및/또는 온도 표시장치(실내/외 온도 표시계 등) 등으로부터 선택될 수 있다.
하나의 실시형태에 따라서, 본 발명에 따른 제품은 건축자재로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 건축자재는 건축물의 지붕 마감재, 벽면 외장재, 내장재, 바닥재 및/또는 단열재(단열보드) 등을 포함한다. 하나의 예시에서, 상기 건축자재는 건축물의 외장용으로 선택될 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 건축자재의 단면 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 건축자재는 기재(210)와, 상기 기재(210)에 형성된 비드(B)를 포함할 수 있다. 상기 기재(210)는, 예를 들어 합성수지재, 목재, 콘크리트재, 시멘트재, 세라믹재 및/또는 금속재 등의 재질로 구성될 수 있다. 또한, 상기 기재(210)는, 예를 들어 필름(film), 패널(panel), 보드(board), 프레임(frame), 블록(block), 이들의 조립체 및/또는 이들 이외의 입체적 형상을 가질 수 있다. 상기 기재(210)는, 구체적인 예를 들어 합성수지 필름 및/또는 단열보드(폴리스티렌 폼 등) 등을 포함할 수 있다.
상기 비드(B)는 위와 같은 기재(210)의 표면에 열변색층(220)으로 적용될 수 있다. 상기 비드(B)는 기재(210)의 표면(한 면 또는 양면)에 열융착을 통해 결합되어 열변색층(220)을 형성하거나, 접착제를 통해 결합되어 열변색층(220)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 열변색층(220)은 비드(B)와 접착제를 포함하는 열변색 조성물이 기재(210)의 표면에 코팅되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 비드(B)는 기재(210)의 내부에 분산된 형태로 적용될 수 있다. 예를 들어, 비드(B)는 기재(210)의 제조를 위한 재료에 첨가, 혼합되어 기재(210)의 내부에 분산, 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 건축자재는 다중 열변색 특성을 가지는 비드(B)를 포함하여, 앞서 언급한 바와 같이 겨울철/여름철의 계절변화에 따라 우수한 난방성 및 단열성 등을 갖게 함은 물론, 온도 변화에 따라 여러 가지의 색상을 능동적으로 구현하여 건축물에 미려한 외관성(색상 디자인)을 도모할 수 있다.
구체적으로, 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 건축자재는 다중 열변색 비드(B)를 포함함으로 인해, T1 이하의 제1 온도 구간(ΔT1)에서는 흑색으로 발색되어 열(빛)을 흡수(겨울철)하고, T4 이상의 제5 온도 구간(ΔT5)에서는 흰색으로 발색되어 열(빛)을 반사(겨울철)할 수 있다. 이에 따라, 겨울철에는 난방성을 갖게 하고, 여름철에는 단열성(열 흡수 방지)을 갖게 할 수 있다. 또한, 상기 건축자재는 T1과 T4 사이의 제2 내지 제4 온도 구간(ΔT2 ~ ΔT4)에서는 적색, 청색 및 노란색으로 발색되어 온도 변화에 따라 미려한 외관성(색상 디자인)을 도모할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 T1 = 12 ~ 18℃이고, 상기 T4 = 27 ~ 33℃일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 건축자재의 제조방법은 전술한 바와 같은 비드(B)의 제조공정을 포함한다. 즉, 본 발명에 따른 건축자재의 제조방법은 상기 제1단계 및 제2단계를 포함하는 비드(B)의 제조공정과, 이로부터 제조된 비드(B)를 건축자재에 적용하는 공정을 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 따르면, 예를 들어 다음과 같은 작용 효과를 갖는다.
먼저, 전술한 바와 같이, 주변 환경에 민감한 열변색 물질(및 상전이 물질)이 최외각의 담지체(100)에 의해 외부로부터 1차적으로 보호되고, 표면에 둘러쌓인 고분자 쉘(20)에 의해 2차적으로 보호된다. 이에 따라, 내구성이 향상되어 가역적이고 반복적인 색변화가 가능하고, 온도 감응도 및 발색도 등이 보장될 수 있다.
또한, 주위의 온도에 따라 능동적으로 다중 색변화되어 온도를 조절하고, 열(빛)의 흡수율 및 반사율을 조절할 수 있다. 이에 따라, 건축자재에 적용하는 경우, 우수한 난방성과 단열성 등을 갖게 하며, 미려한 외관성(색상 디자인)을 도모할 수 있다. 아울러, 본 발명에 따른 비드(B)는 내구성 향상과 능동적인 다중 색변화에 의해 건축자재로는 물론이고, 다른 산업분야에 실질적인 적용이 가능하여 그 응용 분야가 넓다.
또한, 본 발명에 따르면, 색상 균일성을 유지할 수 있다. 다중 열변색을 구현함에 있어, 열변색 입자(P)를 담지체(100)에 담지하고 않고, 열변색 입자(P)를 혼합, 사용하는 방법을 고려해 볼 수 있다. 예를 들어, 2개의 열변색 입자(P)(P1, P2)로서, 발색 및 소색 특성이 다른 제1 입자(P1)와 제2 입자(P2)를 혼합 사용하는 경우, 2구간 이상의 온도에서 서로 다른 색상으로 열변색될 수 있다. 이를 도 4에 보인 열변색층(220)에 적용한 경우를 예로 들면, 입자들(P)(P1, P2)의 완전 균일한 분산을 보장할 수 없으므로 경우에 따라서 제1 입자들(P1)끼리 뭉치거나, 제2 입자들(P2)끼리 뭉친 부분이 존재할 수 있다. 즉, 열변색층(220)의 어느 특정 부위가 다른 부위에 비해 제1 입자들(P1)의 분포도가 클 수 있다. 이때, 제1 입자들(P1)의 분포도가 큰 부위에서는 제2 입자(P2)에 의한 발색도가 떨어져 색상이 균일하지 않을 수 있다. 일례를 들어, 열변색층(220)의 거의 전체 표면은 밝은 청색으로 발색하고 있는데, 제1 입자들(P1)의 분포도가 큰 특정 부위(뭉친 부분)는 옅은 청색으로 발색하거나 다른 색상으로 발색하여 열변색층(220)의 색상 균일성이 떨어질 수 있다.
그러나 본 발명에 따라서, 열변색 입자(P)를 담지체(100)에 담지한 경우, 열변색층(220)의 색상 균일성을 유지할 수 있다. 즉, 본 발명의 비드(B)는 동일한 방법으로 제조되되, 각각의 비드(B)는 상기 제2단계를 통해 제1 입자(P1)와 제2 입자(P2)를 거의 동일한 비율로 담지하고 있으므로 각 입자들(P1)(P2)끼리 뭉치는 현상이 없다. 또한, 본 발명에서 각 비드(B)는 유화 용액에 액적 형태로 적하된 후 열경화를 통해 제조되어 거의 동일한 크기를 가지며, 이에 의해 혼합 시에는 균일한 분포로 혼합될 수 있다. 이에 따라 열변색층(220)의 색상 균일성을 유지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 예시한다. 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕도록 하기 위해 예시적으로 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1] - 열변색 입자의 제조
< 제조예 1 >
용기에 락톤계 류코 염료로서 락톤 플루오란 0.1 중량부, 현색제로서 알코올 0.4 중량부, 상전이 물질로서 1-도데카놀 1 중량부, 고분자로서 아크릴 수지 3 중량부 및 용매로서 메탄올 4 중량부를 넣은 다음, 60℃에서 300 rpm으로 충분히 교반한 입자 형성용 용액을 얻었다.
균질 교반기(IKA T-25 Homogenizer)에 유화제로서 카르복시산염 1 중량부와 물(증류수) 30 중량부를 넣고, 약 60℃가 될 때까지 충분히 가열시키면서 교반하여, 카르복시산염이 잘 분산된 유화 용액을 얻었다. 이후, 여기에 상기의 공정에서 얻어진 입자 형성용 용액을 넣은 다음, 60℃에서 4,000 rpm으로 15분 동안 교반하여 에멀젼화하였다.
다음으로, 상기 에멀젼화된 용액에 경화제로서 디메틸에탄올아민 0.3 중량부와 물(증류수) 3 중량부를 혼합한 경화 용액을 넣고, 60℃에서 1시간 동안 400 rpm으로 교반하였다. 이후, 고분자(아크릴 수지)의 경화를 위해, 약 80℃에서 400 rpm으로 7시간 동안 교반하여 껍질을 경화(캡슐화)시켰다.
위와 같은 과정을 통해 마이크로미터(㎛) 크기로 캡슐화된 열변색 입자를 제조하였다. 또한, 첨부된 도 5는 위와 같은 열변색 입자의 제조 과정을 보인 모식도이다.
< 제조예 2 ~ 4 >
상기 제조예 1과 동일하게 실시하되, 에멀젼화 공정과 경화 공정에서 균질 교반기의 교반 속도(회전수)를 각 제조예(2 ~ 4)에 따라 각각 다르게 하여 열변색 입자를 제조하였다. 나머지의 모든 조건은 동일하다.
첨부된 도 6은 상기 각 제조예(1 ~ 4)에 따른 열변색 입자의 입도 분포를 보인 것이다. 도 6에서, "xxx rpm"은 에멀젼화 공정의 교반 속도이고, "yyy rpm"은 경화 공정의 교반 속도이다.
첨부된 도 6에 보인 바와 같이, 에멀젼화 공정 및 경화 공정에서의 교반 속도에 따라 캡슐 입자의 입도 분포가 달라짐을 알 수 있었다. 특히, 에멀젼화 공정(제2공정)에서의 교반 속도(xxx rpm)는 입자의 분포도(균일성)에 큰 영향을 끼침을 알 수 있었다. 이를 통해, 에멀젼화 공정(제2공정)에서는 약 7,000 ~ 9,000 rpm으로 교반하고, 경화 공정(제3공정)에서는 약 300 ~ 500 rpm으로 교반하는 경우, 균일한 입도 분포도를 가짐을 알 수 있었다.
또한, 첨부된 도 7은 상기 제조예 4에 따른 열변색 입자를 보인 것으로서, 도 7의 (a)는 열변색 입자의 광학현미경 사진이고, 도 7의 (b)는 열변색 입자의 SEM 이미지를 보인 것이다. 도 6 및 도 7에 보인 바와 같이, 본 실험예에서는 제조예 4에 따라 에멀젼화 공정(제2공정)에서는 8,000 rpm으로 교반하고, 경화 공정(제3공정)에서는 400 rpm으로 교반, 경화시켜 제조하는 경우, 약 0.5 ~ 3㎛ 크기의 균일한 입도 분포(평균 입도 약 2㎛)를 가지는 열변색 입자를 고수율로 제조할 수 있음을 알 수 있었다.
한편, 첨부된 도 8은 상기 제조예 4에 따른 열변색 입자의 시차주사열량계(DSC) 그래프이다. 상전이 물질로서 녹는점이 24℃인 1-도데카놀의 피크가 크게보이기 때문에, 상전이 물질에 의해 도 8에서와 같이 약 24℃ 부근에서 잠열, 축열 성능을 보임을 알 수 있었다.
[실시예 2] - 다중 열변색 비드의 제조
(1) 입자의 제조
상기 실시예 1에서 입자 분포 특성에 가장 양호한 결과를 보인 제조예 4에 따르되, 열변색 물질 및 상전이 물질을 달리하여 열변색 입자를 제조하였다. 열변색 물질과 상전이 물질을 제외한 다른 모든 조건은 상기 제조예 4와 동일하다. 이때, 상기 제조예 4에 따른 입자 제조 공정을 반복하여 온도별 열변색 특성이 다른 총 4종의 열변색 입자를 각각 제조하였다. 하기 [표 1]은 각 열변색 입자의 제조 시에 사용된 열변색 물질 및 상전이 물질의 종류와 사용량을 보인 것이다.
< 각 열변색 입자의 조성, 단위 : 중량부 >
비 고 제1 입자 제2 입자 제3 입자 제4 입자
열변색 물질 종류 A B C D
사용량 0.2 0.2 0.6 1
상전이 물질 종류 1-도데카놀
사용량 4 12 4 8

* A : 디부틸 아미노-6-메틸-7-아닐노플루오란
* B : 로다민 B 락탐
* C : 3-디에틸아미노-6-메틸-7-클로로플루오란
* D : 3,6-메톡시플루오란
(2) 비드의 제조
먼저, 유화제로서 카르복시산염 1 중량부에 물(증류수) 30 중량부를 넣은 후, 약 60℃가 될 때까지 충분히 가열시키면서 교반하여, 카르복시산염이 잘 분산된 유화 용액을 얻었다.
다음으로, 폴리디메틸렌실록산(PDMS) 4 중량부에 경화제로서 펜타트리올 0.2 중량부를 첨가하여 교반한 다음, 여기에 상기 제조된 열변색 입자들을 순서대로 첨가하여 상온에서 약 200 rpm으로 15분 동안 교반하여 잘 섞어주었다. 이때, 열변색 입자들을 첨가함에 있어, 제1 입자(흑색), 제2 입자(적색), 제3 입자(청색) 및 제4 입자(노란색)의 순서로 첨가하되 2 : 0.1 : 0.1 : 0.1(= 제1 입자 : 제2 입자 : 제3 입자 : 제4 입자)의 중량 비율로 첨가 교반하여 비드 형성용 혼합액을 얻었다.
상기 비드 형성용 혼합액을 주사기에 담은 다음, 이를 상기 유화 용액에 천천히 액적으로 적하시켰다. 이때, 폴리디메틸렌실록산(PDMS)의 경화를 위해, 유화 용액을 110℃로 유지하고 약 200 rpm으로 교반하면서 적하, 경화시켜 다중 열변색 비드를 생성시켰다. 이후, 생성된 다중 열변색 비드를 걸러내어 상온에서 건조시켰다.
위와 같이 제조된 다중 열변색 비드에 대하여, 온도에 따른 색변화를 알아보고자 다음과 같이 진행하였다.
먼저, 둥근 핫 플레이트(hot plate)를 오븐에서 80℃로 가열시킨 후, 여기에 상기 제조된 다중 열변색 비드를 올려놓았다. 이때, 다중 열변색 비드는 80℃(초기)에서 흰색을 발색하였다. 이후, 상온에서 서서히 냉각되게 하여 시간이 지남에 따른 변색 과정을 관찰하였다. 첨부된 도 9는 시간(온도)에 따른 변색 과정을 보인 사진이다.
도 9에 보인 바와 같이, 초기(80℃) 흰색의 다중 열변색 비드는 시간이 지남(온도 변화)에 따라 약 10초 후(약 65℃)에는 밝은 노란색을 발색하고, 약 55초 후(약 50℃)에는 밝은 초록색과 밝은 적색을 발색하였다. 이후, 약 135초 후(약 45℃)에서는 노란색은 거의 소색되고 짙은 적색을 발색하였다. 이를 통해, 폴리디메틸렌실록산((PDMS)를 담지체로 하는 다중 열변색 비드는 온도별 열변색 특성(발색, 소색)이 다른 복수의 열변색 입자에 의해 온도에 따라 여러 가지의 색상으로 변색됨을 알 수 있었다.
10 : 코어 20 : 고분자 쉘
100 : 담지체 210 : 기재
220 : 열변색층 P : 열변색 입자
B : 다중 열변색 비드

Claims (9)

  1. 온도에 따라 여러 가지의 색상으로 열변색되는 다중 열변색 비드(B)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외장용 건축자재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다중 열변색 비드(B)는,
    담지체(100); 및
    상기 담지체(100) 내에 담지되고, 온도에 따라 다른 색상으로 열변색되는 복수의 열변색 입자(P)를 포함하고,
    상기 열변색 입자(P)는,
    열변색 물질 및 상전이 물질을 포함하는 코어(10)와,
    상기 코어(10)의 표면에 형성된 고분자 쉘(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 외장용 건축자재.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다중 열변색 비드(B)는,
    온도에 따라 다른 색상으로 열변색되는 n개(n은 2 이상의 자연수)의 열변색 입자(P)(P1 ~ Pn)를 포함하고,
    상기 각 열변색 입자(P)(P1 ~ Pn)는 코어(10)에 포함된 열변색 물질 및 상전이 물질로부터 선택된 하나 이상이 다르게 사용되어 온도에 따라 다른 색상으로 열변색되는 것을 특징으로 하는 외장용 건축자재.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다중 열변색 비드(B)는,
    온도에 따라 다른 색상으로 열변색되는 4개의 열변색 입자(P)(P1 ~ P4)로서, 제1 내지 제4 열변색 입자(P)(P1, P2, P3, P4)를 포함하되,
    T1 이하의 온도에서는 흑색을 발색하고,
    T4 이상의 온도에서는 흰색을 발색하며,
    상기 T1과 T4 사이의 온도에서는 적색, 청색 및 노란색으로부터 선택된 하나 이상의 색상을 발색하고,
    상기 T1 = 12 ~ 18℃이며, 상기 T4 = 27 ~ 33℃인 것을 특징으로 하는 외장용 건축자재.
  5. 온도에 따라 여러 가지의 색상으로 열변색되는 다중 열변색 비드(B)를 제조하는 제조공정을 포함하되,
    상기 제조공정은,
    온도에 따라 다른 색상으로 열변색되는 복수의 열변색 입자(P)를 제조하는 제1단계; 및
    상기 복수의 열변색 입자(P)를 담지체(100) 내에 담지하는 제2단계를 포함하고,
    상기 제1단계는,
    열변색 물질, 상전이 물질, 고분자 및 용매를 포함하는 입자 형성용 용액을 얻는 제1공정;
    유화제를 포함하는 유화 용액에 상기 입자 형성용 용액을 첨가, 교반하여 에멀젼 용액을 얻는 제2공정; 및
    상기 에멀젼 용액에 경화제를 첨가, 교반하여 열변색 물질 및 상전이 물질을 포함하는 코어(10)와, 상기 코어(10)의 표면에 고분자의 경화에 의해 형성된 고분자 쉘(20)을 포함하는 열변색 입자(P)를 얻는 제3공정을 포함하며,
    상기 제1공정 내지 제3공정을 하나의 사이클 공정으로 하고,
    상기 사이클 공정을 n회 이상(n은 2 이상의 자연수) 진행하여 복수의 열변색 입자(P)를 제조하되,
    상기 각 사이클 공정마다 제1공정에서 사용되는 열변색 물질 및 상전이 물질 중에서 선택된 하나 이상을 다르게 사용하여 온도에 따라 다른 색상으로 열변색되는 복수의 열변색 입자(P)를 제조하는 것을 특징으로 하는 외장용 건축자재의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2공정은 유화 용액에 입자 형성용 용액을 첨가하여 7,000 ~ 9,000 rpm의 교반 속도로 교반하여 에멀젼 용액을 얻고,
    상기 제3공정은 에멀젼 용액에 경화제를 첨가하여 300 ~ 500 rpm의 교반 속도로 5시간 이상 교반하여,
    상기 제1단계에서는 0.5 ~ 3㎛의 크기를 가지는 복수의 열변색 입자(P)를 제조하는 것을 특징으로 하는 외장용 건축자재의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제3공정은,
    상기 에멀젼 용액에 경화제를 첨가한 다음, 상기 고분자의 경화 온도 미만에서 1차 교반하는 단계 1)과,
    상기 고분자의 경화 온도에서 300 ~ 500 rpm의 교반 속도로 5시간 이상 2차 교반하는 단계 2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외장용 건축자재의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제2단계는,
    바인더와 경화제를 포함하는 담지체 형성용 용액을 얻는 공정 a);
    상기 담지체 형성용 용액에 제1단계에서 제조된 복수의 열변색 입자(P)를 첨가 혼합하여 비드 형성용 혼합액을 얻는 공정 b); 및
    상기 비드 형성용 혼합액을 유화 용액에 적하, 경화시켜 바인더의 경화에 의해 형성된 담지체(100) 내에 복수의 열변색 입자(P)가 담지된 다중 열변색 비드(B)를 생성시키는 공정 c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외장용 건축자재의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공정 c)는,
    상기 공정 b)에서 얻어진 비드 형성용 혼합액을 주입기에 수용하는 공정 c-1)과,
    상기 유화 용액을 바인더의 경화 온도로 유지하고, 상기 주입기를 이용하여 비드 형성용 혼합액을 유화 용액에 적하하여 100 ~ 500 rpm으로 교반시키면서 다중 열변색 비드(B)를 생성시키는 공정 c-2)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외장용 건축자재의 제조방법.
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