KR20200061023A - 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 및 이의 제조방법, 이를 이용한 정보표시모듈의 제조방법 - Google Patents

그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 및 이의 제조방법, 이를 이용한 정보표시모듈의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 및 이의 제조방법, 이를 이용한 정보표시모듈의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 두가지 이상의 상전이 물질, 염료 및 현색제가 고분자 쉘의 내부에 수용되어, 온도 변화에 따라, 상기 염료와 현색재간의 결합관계가 모두 결합되거나, 부분적으로 해제 또는 모두 해제됨으로써, 변색되는 온도 범위를 증대시킬 수 있으며, 발색 농도가 가변되어 점진적인 변색이 발생되게 할 수 있어, 다양한 정보 표시모듈로 제공될 수 있는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 및 이의 제조방법, 이를 이용한 정보표시모듈의 제조방법{Gradiation decolorization microcapsule and manufacturing method thereof, Manufacturing method of information display module using the same microcapsule}
본 발명은 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 및 이의 제조방법, 이를 이용한 정보표시모듈의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 두가지 이상의 상전이 물질, 염료 및 현색제가 고분자 쉘의 내부에 수용되어, 온도 변화에 따라, 상기 염료와 현색재간의 결합관계가 모두 결합되거나, 부분적으로 해제 또는 모두 해제됨으로써, 변색되는 온도 범위를 증대시킬 수 있으며, 발색 농도가 가변되어 점진적인 변색이 발생되게 할 수 있어, 다양한 정보 표시모듈로 제공될 수 있는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
상전이물질(Phase change material. "PCM")의 상전이성을 이용한 소색 마이크로 캡슐은 내부에 함유된 염료와 현색제가 상전이물질의 상전이로 인해 사용되는 염료에 현색제 전자가 붙었다가 떨어지며 발색과 소색을 반복하는 마이크로 캡슐이다.
여기서, 상전이성은 물질이 액상-고상-기상 간의 상전이가 일어날 때에 특정 열 범위에서 비열이 급격하게 증가하는 현상으로, 이 범위에서 상전이가 일어나며 많은 에너지를 저장하기 때문에 상전이 이후 쉽게 온도가 변하지 않는다. 특정 열범위에서의 상전이가 되는 것을 이용해 가역적으로 발색과 소색을 반복하는 염료과 현색제를 넣어 소색 마이크로 캡슐을 제작할 수 있다.
종래의 소색 마이크로 캡슐을 이용하여 열에 의해 소색되는 도료나 페인트로 제작할 수 있으나, 종래의 소색 마이크로 캡슐은 하나의 상전이물질이 함유되어, 한가지의 상전이 온도범위에서만 온/오프 방식으로 소색되는 한계가 있었다.
또한, 종래의 소색 마이크로 캡슐은 제작된 유기물질의 열전도성이 낮아, 캡슐 외부에서 코어로 열이 이동하는 시간이 길어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고분자 쉘의 내부에 적어도 두 가지의 서로 다른 상전이물질과 염료, 현색제를 담지함으로써, 소색되는 열범위를 증대시킬 수 있으며, 점진적인 소색이 일어나게 할 수 있는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 고분자 쉘의 표면에 자가이온 조립층이 형성되고, 자가이온 조립층의 표면에 금속입자 또는 무기입자가 형성됨으로써, 코어로 전달되는 열 전도성을 증대시킬 수 있는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 및 이의 제조방법를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 고분자 쉘의 내부에 적어도 두 가지의 상전이물질을 담지하여, 스마트 윈도우, 위조방지 필름, 옥외 광고팜, 열변색 칠판, 시온 필름, 카멜레온 섬유, 열변색 스크린, 복사지등의 다양한 정보 표시 모듈로 적용될 수 있는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 및 이의 제조방법를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 서로 다른 온도범위에서 상전이 되는 적어도 두개의 상전이 물질, 염료 및 현색제를 포함하는 코어물질; 및 상기 코어물질을 내부에 수용하는 고분자 쉘;을 포함하여 이루어지며, 온도 변화에 따라, 상기 염료와 현색재간의 결합관계가 모두 결합되거나, 부분적으로 해제 또는 모두 해제됨으로써, 발색 농도가 가변되어 점진적인 변색이 발생되는 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 고분자 쉘의 표면에 형성된 자가이온 조립층; 및 상기 자가이온 조립층의 표면에 형성되는 금속입자 또는 무기입자;를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 상전이 물질은 n-옥타코산, n-헵타코산, n-헥사코산, n-펜타코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-에이코산, n-노나데칸, n-옥타데칸, n-헵타데칸, 헥사데칸, n-펜타데칸, n-테트라데칸, n-트리데칸, 파라핀 오일, 4-n-옥틸아세토페논, 옥타데카노페논, 포르말린 산, 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, 아세트 아닐리드, 숙신산 무수물, 벤조산, 히드로신남산, 세틸 알코올, A-넵틸아민, 캄펜, O-니트로 아닐린, 9-헵타데카논, 티몰, 메틸 베헤 네이트, 디페닐 아민, P-디클로로 벤젠, 옥솔레이트, 하이포 산, O-크실렌 디 클로라이드, B클로로 산, 클로로 아세트산, 니트로 나프탈렌, 트리미리스틴, 헵타운데실산, A-클로로 산, 꿀벌 왁스, 글리콜산, P-브로모 페놀, 아조벤젠, 아크릴산, 딘토 톨루엔(2,4), 스티벤, 페닐 아세트산, 티오시나민, 1-도데카놀, 브로캄포(Bromcamphor), 듀렌, 벤질, 메틸 브롬브레조에이트, 알파 나프톨, 글루타르산, p-크실렌 디 클로라이드, 카테콜, 퀴논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 두개이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 염료는 6-다이메틸아미노-3,3-비스(4-다이메틸아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 6-다이에틸아미노-3,3-비스(4-다이에틸아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 6-메틸에틸아미노-3,3-비스(4-메틸에틸아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 6-메틸프로필아미노-3,3-비스(4-메틸프로필아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 및 6-에틸프로필아미노-3,3-비스(4-에틸프로필아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온,메틸-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 에틸3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 클로로-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 플루오로-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 브로모-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 아이오도-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 3,4-다이클로로-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 현색제는 2-히드록시-4-디에틸아미노-2'-카르복실벤조페논, 디아조 화합물, 4,4'-(2-에틸헥실리덴)비스페놀, 4,4'-(2-에틸펜틸리덴)비스페놀,4,4'-옥틸리덴비스페놀, 4,4'-헥실리덴비스페놀, 4,4'-(4-메틸옥틸리덴)비스페놀, 4,4'-데실리덴비스페놀,4,4'-(1,3-다이메틸부틸리덴)비스페놀, 4,4'-(3-메틸부틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1-메틸헵틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1,2-다이메틸부틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1,5-다이메틸헥실리덴)비스페놀, 4,4'-(1-에틸-3-메틸펜틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1-메틸-4-메틸헵틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1-에틸헥실리덴)비스페놀, 4,4'-(1-에틸펜틸리덴)비스페놀,4,4'-(1-에틸옥틸리덴)비스페놀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 고분자 쉘을 형성하는 고분자는 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌 글리콜, 에틸셀룰로오스, 전분 지방산 에스테르 그리고 긴사슬 이소시아네이트의 전분 카바메이트, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리스티렌, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 폴리아크릴레이트, 폴리염화비닐 수지, 실리카, 폴리아미드, 젤라틴, 디에틸렌트리아민, 에틸렌디아민, 및 트리에틸렌테트라아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 자가 이온 조립층은 금속성 이온을 공액시킬 수 있는 다수의 작용기를 갖는 폴리(소듐4-스티렌술포레이트), 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드), 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드), 폴리(비닐설페이트), 폴리(아크릴산), 나피온, 메탈로초분자 폴리-전해질 (metallosupramolecular poly-electrolyte),N-알칸 티올, 알칸티올레이트, 메탄티올, 폴리비닐운데칸산, 및 알킬 실록산 4-메틸 벤젠 티올로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 작용기는 CO, -SH, -NH2, -SO3H, -COSH, -SH, -OH, -COOH, -CONHOH, -OPO3H2, -PO3H2, -CONH, 및 포스피닐기로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 금속입자는 금, 산화마그네슘, 철, 백금, 티타늅, 알루미나, 지르코니아, 금염, 시트르산나트륨 무수물, 구리, 니켈, 알루미늄, 은, 코발트, 금 및 철 입자로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 무기입자는 탄산칼슘, 탈크, 클레이, 카올린, 실리카, 규조토, 탄산마그네슘, 염화칼슘, 황산칼슘, 수산화알루미늄, 산화아연, 마이카, 아스베스토스, 제올라이트, 규산백토, 나노다이아몬드, 카본 블랙, 대리석, 실리카, 실란화합물, 이산화티탄, 이산화구리로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 열전도도는 2w/mK 내지 30w/mK이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 소색 마크로 캡슐의 직경은 500nm 내지 50㎛이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 각 상전이물질이 보유한 비열차가 0J/gK 내지 70J/gk이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 비열은 30J/gK 내지 200J/gK이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐은 0 내지 1의 흡광도(absorbance)를 지닌다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 복수개 포함하는 정보 표시 장치를 더 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 정보 표시 장치는 스마트 윈도우, 위조방지 필름, 옥외 광고팜, 열변색 칠판, 시온 필름, 카멜레온 섬유, 열변색 스크린 또는 복사지
또한, 본 발명은 적어도 두개의 서로 다른 상전이 물질, 염료, 현색제을 포함하는 코어물질과 고분자 전구체가 혼합된 친유성 방울을 유화제가 함유된 친수성 용매에 고속 분산시키는 단계; 및 수분산된 상기 친유성 방울에 상기 고분자 전구체의 경화제를 혼합하여 상기 코어물질을 내부에 수용하는 고분자 쉘을 형성하는 단계;를 포함하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법을 더 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 고분자 쉘을 형성하는 단계 이후에, 상기 고분자 쉘의 표면에 자가이온 조립층을 형성하는 단계; 및 상기 자기이온 조립층의 표면에 금속입자 또는 무기입자를 형성하는 단계;를 더 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 금속입자의 환원제는 하이드라진, 하이드라진무수물, 염산하이드라진, 황산하이드라진, 하이드라진 하이드레이트 및 페닐하이드라진으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법으로 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 제조하는 단계; 제조된 상기 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 복수개와, 바인더, 용매 및 경화제를 혼합하여 정보 표시모듈를 제조하는 단계;를 포함하는 정보 표시모듈의 제조방법을 더 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 바인더는 폴리우레탄, 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드, 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴계 점착성 화합물, 고무계 점착성 화합물, 스틸렌, 부타디엔, 스틸렌-부타디엔고무, 부틸고무, 네오프렌고무, 니트릴고무, 아스팔트, 비닐아세테이트, 아크릴레이트(예를 들면 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴 레이트, 부틸아크릴레이트 등), 메타아크릴레이트(예를 들면 메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트, 프로필메타아크릴레이트, 부틸메타아크릴레이트, 2-에틸헥실메타아크릴레이트 등) 실리콘계 점착성 화합물 및 비닐 에테르계 점착성 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 바인더의 용매는 메틸이소프로필케톤, 메틸이소부틸케톤, 4-메톡시-4-메틸-2-펜타논, 이소프로필아세테이트, 터셔리부틸아세테이트, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 1,1,1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에탄, 디클로로메탄, 테트라하이드로퓨란, 디옥산, 디옥솔란, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 가진다.
먼저, 본 발명의 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 및 이의 제조방법에 의하면, 고분자 쉘의 내부에 적어도 두 가지의 서로 다른 상전이물질과 염료, 현색제를 담지함으로써, 발색-소색 간의 소색 범위를 증대시킬 수 있으며, 농도 구배(그라디에이션) 타입으로 점진적인 소색이 일어나게 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 및 이의 제조방법에 의하면, 고분자 쉘의 표면에 자가이온 조립층이 형성되고, 자가이온 조립층의 표면에 금속입자 또는 무기입자가 형성됨으로써, 코어로 전달되는 열 전도성을 증대시킬 수 있는 장점을 지닌다.
또한, 본 발명의 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 및 이의 제조방법에 의하면, 스마트 윈도우, 위조방지 필름, 옥외 광고팜, 열변색 칠판, 시온 필름, 카멜레온 섬유, 열변색 스크린, 복사지등의 다양한 정보 표시 모듈에 적용가능하고, 내부에 담지되는 상전이 물질의 잠열 범위와 염료의 색깔에 따라 발색되는 색을 다양하게 표현할 수 이고, 제조공정이 간단한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 소색 매커니즘을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법을 설명하기 위한 단계도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 전자 현미경 및 원자력간 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 열전도율 비교 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 시차주사열량계 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 온도 변화에 따른 소색 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 이용한 스마트 윈도우의 작동과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 이용한 위조방지 필름의 작동 과정을 설명하기 위한 모식도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 이용한 스마트 윈도우의 온도에 따른 사진과 메커니즘을 설명하기 위한 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 이용한 위조방지 필름의 온도에 따른 사진이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 이용한 옥외 광고판의 온도에 따른 사진이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 설명하기 위한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐(100)은 소색되는 온도 범위를 증대시키고, 다양한 색상의 변화를 발생시킬 수 있는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐로서, 코어물질(110)과 고분자 쉘(120)을 포함하여 이루어진다.
상기 코어물질(110)은 적어도 두개의 상전이 물질(111,112), 염료(113) 및 현색제(114)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 상전이 물질(111,112)들은 잠열에너지가 큰 탄소계 화합물로, 헌열보다 온도변화에 따라 흡수되는 에너지가 크며, 서로 다른 종류의 친유성의 상전이 물질들은 서로 섞일 수 있는데, 이때 혼합물의 상전이는 각각의 상전이 물질의 잠열 온도 범위에서 발현된다.
또한, 상기 상전이 물질(111,112)은 서로 다른 온도범위에서 상전이 되는 적어도 두개의 상전이 물질로 마련된다.
다시 말해, 상기 상전이 물질(111,112)은 두개 이상으로 마련되며, 상기 상전이 물질(111,112)들은 각각 서로 다른 온도범위에서 상전이되는 물질이 이용되는 것이다.
또한, 상기 상전이 물질(111,112)들은 n-옥타코산, n-헵타코산, n-헥사코산, n-펜타코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-에이코산, n-노나데칸, n-옥타데칸, n-헵타데칸, 헥사데칸, n-펜타데칸, n-테트라데칸, n-트리데칸, 파라핀 오일, 4-n-옥틸아세토페논, 옥타데카노페논, 포르말린 산, 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, 아세트 아닐리드, 숙신산 무수물, 벤조산, 히드로신남산, 세틸 알코올, A-넵틸아민, 캄펜, O-니트로 아닐린, 9-헵타데카논, 티몰, 메틸 베헤 네이트, 디페닐 아민, P-디클로로 벤젠, 옥솔레이트, 하이포 산, O-크실렌 디 클로라이드, B클로로 산, 클로로 아세트산, 니트로 나프탈렌, 트리미리스틴, 헵타운데실산, A-클로로 산, 꿀벌 왁스, 글리콜산, P-브로모 페놀, 아조벤젠, 아크릴산, 딘토 톨루엔(2,4), 스티벤, 페닐 아세트산, 티오시나민, 1-도데카놀, 브로캄포(Bromcamphor), 듀렌, 벤질, 메틸 브롬브레조에이트, 알파 나프톨, 글루타르산, p-크실렌 디 클로라이드, 카테콜 또는 퀴논이 이용될 수 있다.
또한, 상기 염료(113)는 상기 현색제(114)와 더불어, 전자공여성 물질과 전자수용성 물질로 칭하여, 상전이 물질을 넣음으로서 상전이 물질의 설정온도 이하에서 전자를 내놓은으로서 발색이 될 수 있는 물질이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 소색 매커니즘을 설명하기 위한 모식도로, 도 2를 참조하면, 각각의 물질이 온도가 내려가면 전자가 하나 내놓아지고, 히팅되면 벤젠링이 닫혀 서로 물질이 분리되는 메커니즘으로 기능한다.
또한, 상기 염료(113)는 6-다이메틸아미노-3,3-비스(4-다이메틸아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 6-다이에틸아미노-3,3-비스(4-다이에틸아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 6-메틸에틸아미노-3,3-비스(4-메틸에틸아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 6-메틸프로필아미노-3,3-비스(4-메틸프로필아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 6-에틸프로필아미노-3,3-비스(4-에틸프로필아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온,메틸-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 에틸3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 클로로-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 플루오로-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 브로모-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 아이오도-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란 또는 3,4-다이클로로-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란이 이용될 수 있다.
또한, 상기 현색제(114)는 2-히드록시-4-디에틸아미노-2'-카르복실벤조페논, 디아조 화합물, 4,4'-(2-에틸헥실리덴)비스페놀, 4,4'-(2-에틸펜틸리덴)비스페놀,4,4'-옥틸리덴비스페놀, 4,4'-헥실리덴비스페놀, 4,4'-(4-메틸옥틸리덴)비스페놀, 4,4'-데실리덴비스페놀,4,4'-(1,3-다이메틸부틸리덴)비스페놀, 4,4'-(3-메틸부틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1-메틸헵틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1,2-다이메틸부틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1,5-다이메틸헥실리덴)비스페놀, 4,4'-(1-에틸-3-메틸펜틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1-메틸-4-메틸헵틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1-에틸헥실리덴)비스페놀, 4,4'-(1-에틸펜틸리덴)비스페놀 또는 4,4'-(1-에틸옥틸리덴)비스페놀이 이용될 수 있다.
상기 고분자 쉘(120)은 상기 코어물질(110)을 내부에 수용하며, 외부환경으로부터 상기 코어물질(110)들을 보호할 수 있는 강도특성을 지닌 고분자 물질이 이용된다.
또한, 상기 고분자 쉘(120)은 상기 코어물질(110)이 외부로 유출되는 것을 방지하여, 상전이 성을 반영구적으로 구현되게 할 수 있다.
이때, 상기 고분자 쉘(120)은 구, 사각, 멤브레인 등과 같은 형태일 수 있으며, 내부에 상전이 물질을 담지할 수 있는 구조이면 제한되는 바가 아니다.
또한, 경화제에 의해 경화되었을 때 상기 고분자 쉘(120)을 형성하는 고분자 전구체는 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌 글리콜, 에틸셀룰로오스, 전분 지방산 에스테르 그리고 긴사슬 이소시아네이트의 전분 카바메이트, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리스티렌, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 폴리아크릴레이트, 폴리염화비닐 수지, 실리카, 폴리아미드, 젤라틴, 디에틸렌트리아민, 에틸렌디아민 또는 트리에틸렌테트라아민이 이용될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐(100)은 두가지 이상의 상전이 물질, 염료 및 현색제가 고분자 쉘의 내부에 수용되어, 온도 변화에 따라, 상기 염료와 현색재간의 결합관계가 모두 결합되거나, 부분적으로 해제 또는 모두 해제됨으로써, 변색되는 온도 범위를 증대시킬 수 있으며, 발색 농도가 가변되어 점진적인 변색이 발생될 수 있게 되는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐(100)은 자가이온 조립층(130) 및 금속입자 또는 무기입자(140)를 더 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 자가이온 조립층(130)은 특정 극의 방향을 지닌 분자가 자발적으로 특정 표면에 부착되어 화학적인 결합을 형성하는 미세한 코팅막을 의미한다.
상기 자가이온 조립층(130)은 상기 고분자 쉘(120)의 표면에 형성되며, 상기 금속입자 또는 무기입자(140)는 상기 자가이온 조립층(130)의 표면에 형성된다.
여기서, 상기 자가 이온 조립층(130)은 금속성 이온을 공액시킬 수 있는 다수의 작용기를 갖는 폴리(소듐4-스티렌술포레이트), 폴리(알릴아민 하이드로클로라이드), 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드), 폴리(비닐설페이트), 폴리(아크릴산), 나피온, 메탈로초분자 폴리-전해질 (metallosupramolecular poly-electrolyte),N-알칸 티올, 알칸티올레이트, 메탄티올, 폴리비닐운데칸산 또는 알킬 실록산 4-메틸 벤젠 티올이 이용될 수 있다.
이때, 상기 작용기는 CO, -SH, -NH2, -SO3H, -COSH, -SH, -OH, -COOH, -CONHOH, -OPO3H2, -PO3H2, -CONH, 또는 포스피닐기가 적용될 수 있다.
또한, 상기 금속입자는 금, 산화마그네슘, 철, 백금, 티타늅, 알루미나, 지르코니아, 금염, 시트르산나트륨 무수물, 구리, 니켈, 알루미늄, 은, 코발트, 금 또는 철 입자가 이용될 수 있다.
또한, 상기 무기입자는 탄산칼슘, 탈크, 클레이, 카올린, 실리카, 규조토, 탄산마그네슘, 염화칼슘, 황산칼슘, 수산화알루미늄, 산화아연, 마이카, 아스베스토스, 제올라이트, 규산백토, 나노다이아몬드, 카본 블랙, 대리석, 실리카, 실란화합물, 이산화티탄 또는 이산화구리가 이용될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐(100)은 상기 금속 입자 또는 상기 무기 입자가 상기 고분자 쉘(120) 내부에 열을 빠르게 전달시키는 매개체로 기능하여, 종래의 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐과 비교하여 발색성이 빠른 이점을 지닌다.
또한, 본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐(100)의 열전도도는 2w/mK 내지 30w/mK, 직경은 500nm 내지 50㎛, 비열은 30J/gK 내지 200J/gK, 0 내지 1의 흡광도(absorbance)를 지니는 것이 바람직하며, 각 상전이물질이 보유한 비열차가 0J/gK 내지 70J/gk인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법을 더 제공한다.
도 3은 본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법을 설명하기 위한 단계도이고, 도 4는 본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법은, 고분자 쉘의 내부에 적어도 두개의 서로 다른 상전이 물질, 염료, 현색제를 포함하는 코어물질이 담지되어, 온도 변화에 따라, 상기 염료와 현색재간의 결합관계가 모두 결합되거나, 부분적으로 해제 또는 모두 해제됨으로써, 발색 농도가 가변되어 점진적인 변색이 발생되게 하고, 소색되는 온도 범위를 증대시킬 수 있는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 제조하기 위한 방법이다.
먼저, 적어도 두개의 서로 다른 상전이 물질, 염료, 현색제을 포함하는 코어물질과 고분자 전구체가 혼합된 친유성 방울을 유화제가 함유된 친수성 용매에 고속 분산시키는 단계(S100)가 수행된다.
여기서, 상기 상전이 물질, 상기 염료, 상기 현색제 및 상기 고분자 전구체는 전술한 바와 실질적으로 동일한 구성이므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
다음, 수분산된 상기 친유성 방울에 상기 고분자 전구체의 경화제를 혼합하여 상기 코어물질을 내부에 수용하는 고분자 쉘을 형성하는 단계(S200)가 수행된다.
여기서, 수분산된 친유성 방울과 경화제를 포함하는 에멀젼 100 중량부에 대하여 상기 상전이 물질들은 15 내지 25 중량부, 상기 염료는 0.5 내지 3 중량부, 상기 현색제는 4 내지 8 중량부, 상기 고분자 전구체는 10 내지 15 중량부, 상기 경화제는 4 내지 8 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
다음, 상기 고분자 쉘의 표면에 자가이온 조립층을 형성한다(S300).
상기 고분자 쉘은 마이너스 혹은 플러스 전하로 치환될 수 있는데, 이와 반대되는 전하의 자가 이온 조립층을 코팅시키는 것이다.
다음, 상기 자기이온 조립층의 표면에 상기 해당 이온액의 극과 반대되는 성질의 금속입자 또는 무기입자를 부착한다(S400).
여기서, 상기 자가이온 조립층, 상기 금속 입자, 상기 무기 입자는 전술한 바와 실질적으로 동일한 구성이므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
한편, 상기 금속 입자의 환원제는 하이드라진, 하이드라진무수물, 염산하이드라진, 황산하이드라진, 하이드라진 하이드레이트 및 페닐하이드라진이 이용될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법으로 소색 마크로 캡슐을 제조하는 단계 및 정보 표시모듈를 제조하는 단계를 포함하는 정보 표시모듈의 제조방법을 더 제공한다.
여기서, 상기 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법은 전술한 바와 동일한 구성이므로 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
상기 정보 표시모듈를 제조하는 단계는 제조된 상기 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 복수개와, 바인더, 용매 및 경화제를 혼합하여 정보 표시모듈를 제조한다.
여기서, 상기 바인더는 복수개의 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐들을 묶는 역할을 하며, 폴리우레탄, 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드, 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴계 점착성 화합물, 고무계 점착성 화합물, 스틸렌, 부타디엔, 스틸렌-부타디엔고무, 부틸고무, 네오프렌고무, 니트릴고무, 아스팔트, 비닐아세테이트, 아크릴레이트(예를 들면 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 프로필아크릴 레이트, 부틸아크릴레이트 등), 메타아크릴레이트(예를 들면 메틸메타아크릴레이트, 에틸메타아크릴레이트, 프로필메타아크릴레이트, 부틸메타아크릴레이트, 2-에틸헥실메타아크릴레이트 등) 실리콘계 점착성 화합물 또는 비닐 에테르계 점착성 화합물이 이용될 수 있다.
또한, 상기 바인더의 용매는 메틸이소프로필케톤, 메틸이소부틸케톤, 4-메톡시-4-메틸-2-펜타논, 이소프로필아세테이트, 터셔리부틸아세테이트, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 1,1,1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에탄, 디클로로메탄, 테트라하이드로퓨란, 디옥산, 디옥솔란, 에틸아세테이트 또는 부틸아세테이트가 이용될 수 있다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 복수개 포함하는 정보 표시 장치를 더 제공하며, 상기 정보 표시 장치는 스마트 윈도우, 위조방지 필름, 옥외 광고팜, 열변색 칠판, 시온 필름, 카멜레온 섬유, 열변색 스크린 또는 복사지일 수 있다.
비교예
비교예로, 상전이 물질로 파라핀 오일이 이용된 마이크로 캡슐을 제조하였다.
실시예 1(그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 제조)
상전이 물질인 옥틸아세토페논(octylacetophenone) 12중량부, 옥타데카노페논 (octadecanophenone) 8 중량부, 고분자 전구체인 이소포론디이소시아네이트(Isophorone diisocyanate) 12중량부, 크리스탈바이올렛락톤(crystal violet lactone) 1중량부, 비스페놀-에이(Bisphenol-A) 6중량부, 용매인 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone) 20 중량부를 녹을 때까지 60℃에서 400 rpm에서 교반하였다. 이어서 유화제로서 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol) 5 중량부, 물 95 중량부를 60℃가 될 때까지 충분히 가열시키면서 교반하고, 전 단계에서 수득된 마이크로캡슐 전구체를 주입하여 8000 rpm에서 10분 동안 교반하였다. 여기에 트라이에틸렌테트라아민(triethylenetetramine) 6 중량부, 물 54 중량부를 녹을 때까지 교반한 다음 상기 에멀젼에 주입하였다. 80℃, 400 rpm에서 1시간동안 중합시킨다.
실시예 2(은 입자가 형성된 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 제조)
그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 20 중량부에 증류수 80 중량부, 폴리(소듐 4- 스티렌 설포네이트) 5 중량부를 주입하여 80℃로 승온한다. 자가 이온 조립체를 경화된 캡슐의 껍질에 코팅시키기 위해 80℃에서 400 rpm으로 7시간동안 코팅시킨후, 실버트리플루오르아세테이트 0.1 중량부를 넣고 5분간 400 rpm으로 교반하였다. 이어서 전 단계에서 수득된 에멀젼에 구연산나트륨 0.1 중량부를 천천히 떨어뜨리고 30분간 400 rpm으로 교반하여, 기본 마이크로캡슐 표면에 은 입자가 고정된 마이크로캡슐을 제조하였다.
실시예 3(그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 디스플레이 제조)
은입자가 고정된 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 0.1 중량부, 용매인 MEK(메틸에틸케톤) 1 중량부, 그리고 폴리다이메틸실록산 전구체 5중량부를 5분간 교반시켰다. 그 이후 폴리다이메틸실록산 경화제 0.5중량부를 넣고 10분간 교반시켰다. 제조된 액체를 30㎝ x 30㎝ 크기의 플라스틱 그릇에 넣고 80℃에서 30분간 경화시켜 색이 점진적으로 변해 투명한 필름이 되는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 디스플레이를 제조하였다.
실시예 4(그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 점묘화 제조)
은입자가 고정되어 33℃에서 상전이하는 상전이 물질을 넣은 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 0.2 중량부, 용매인 MEK(메틸에틸케톤) 1 중량부, 그리고 폴리다이메틸실록산 전구체 7중량부, 폴리다이메틸실록산 경화제 0.7중량부를 넣고 10분간 교반시켜 액-①을 만들었다. 또한, 은입자가 고정되어 50℃에서 상전이하는 상전이 물질을 넣은 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 0.2 중량부, 용매인 MEK(메틸에틸케톤) 1 중량부, 그리고 폴리다이메틸실록산 전구체 7중량부, 폴리다이메틸실록산 경화제 0.7중량부를 넣고 10분간 교반시켜 액-②을 만들었다. 그리고, 은입자가 고정되어 60℃에서 상전이하는 상전이 물질을 넣은 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 0.2 중량부, 용매인 MEK(메틸에틸케톤) 1 중량부, 그리고 폴리다이메틸실록산 전구체 7중량부, 폴리다이메틸실록산 경화제 0.7중량부를 넣고 10분간 교반시켜 액-③을 만들었다. 마지막으로, 은입자가 고정되어 70℃에서 상전이하는 상전이 물질을 넣은 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 0.2 중량부, 용매인 MEK(메틸에틸케톤) 1 중량부, 그리고 폴리다이메틸실록산 전구체 7중량부, 폴리다이메틸실록산 경화제 0.7중량부를 넣고 10분간 교반시켜 액-④을 만들었다. 제작된 액-①,②,③,④를 평면 폴리머 필름위에 드롭핑 패널로 방울방울 떨어뜨려 점묘화를 만든다.
도 5는 실시예 1에 의해 제조된 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 전자 현미경 및 원자력간 현미경 사진으로, 도 4를 참조하면, 실시예 1에 의해 제조된 마이크로 캡슐의 크기는 5㎛ 이내인 것으로 확인되었으며, 표면을 원자력간 현미경 사진으로 확인한 결과, 구형태로 깨끗한 표면을 이룬 것을 확인할 수 있었다.
또한, 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2에 의해 제조된 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 이용하여, 열전도율과 열량을 확인하였으며, 도 6 및 도 7에 각각 도시하였다.
도 6을 참조하면, 코어의 숫자로 비교할 때, 단일 파라핀 코어는 4.6W/mK, OAP+ODP의 두 개의 코어는 13.5W/mK의 열전도성이 나타났다. 그리고, ODP+OAP코어 은 입자를 붙인 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐은 기존의 OAP+ODP 코어보다 더 높은 16.8W/mK의 열전도성 결과가 출력되어 은 또는 무기 입자를 마이크로 캡슐 외벽에 붙일 경우 코어에 좀더 빠르게 열을 전달할 수 있는 것을 확인하였다.
도 7은 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2에 의해 제조된 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 시차주사 열량계 그래프이다.
도 7을 참조하면, 한 개의 파라핀 코어를 가진 마이크로 캡슐의 잠열범위는 80℃ 안팎에서 나타나지만, ODP+OAP 코어를 가진 마이크로 캡슐을 20, 60℃에서 잠열 범위가 나타났다. 덧붙여, ODP+OAP 코어에 자가이온 조립체 층으로 은 입자를 외벽에 부착시킨 마이크로 캡슐의 축열성은 기존의 축열성보다 2~3배이상 높게 출력되었다.
즉, 본 발명의 두 개 이상의 상전이 물질을 이용한 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 잠열성은 도 7에 도시한 바와 같이, 두 곳의 온도 범위에서 높게 에너지가 축적되고, 상전이가 사용된 상전이 물질의 개수 만큼 나타난다. 따라서, 사용된 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 염료가 한가지 색상일 경우에 상전이 물질의 개수에 따라 발색과 소색이 단계적으로 일어날 수 있는 것이다.
도 8은 비교예 1, 실시예 1 및 실시예 2에 의해 제조된 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 온도 변화에 따른 소색 실험 결과를 나타낸 사진이다.
도 8을 참조하면, 모든 시료들의 색을 통해 70도인 열원에 의해 히팅되는 시간이 차이가 있음을 확인할 수 있다. 파라핀 코어는 소색이 점진적으로 되지 않고 60초가 되자마자 바로 소색이 되었다. ODP+OAP의 두 개의 상전이 물질을 사용한 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐은 120초가 될 때까지 소색이 점진적으로 일어났으며, 60초에 소색력이 크게 변하는 것을 알 수 있다. 은 입자가 부착된 ODP+OAP의 두 개의 상전이 물질을 가진 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 경우, 은입자를 사용하여 전체적으로 색이 짙은데, 180초가 될 때까지 소색이 점진적으로 일어나는 것을 알 수 있다. 먼저, 각 시료별로 소색이 되는 시간이 다른 이유는 상기 도 6에서 설명했듯이, 각 시료마다 축열성이 다르기 때문이다(파라핀 코어 : 10.69W/mK / ODP+OAP : 27.62W/mK / ODP+OAP+은입자 : 108.12 W/mK). 축열성의 크기에 비례해 소색되는 시간이 차이가 남을 확인했다. 그리고 점진적인 소색의 이유로서 ODP+OAP 상전이 물질이 첨가된 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 경우 도 6에서 확인 할 수 있듯이 잠열 범위가 단일 파라핀 코어의 그래프보다 넓기 때문에 점진적인 색 변화가 일어난 것이다.
실시예 1, 실시예 2를 통해 제조된 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 통해 다양한 형태의 다양한 정보표시를 제작할 수 있다.
도 9는 실시예 3을 통해 제조된 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 이용한 스마트 윈도우의 작동 과정을 설명하기 위한 모식도를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 사용된 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐은 상전이 온도이하의 고상 단계에서 발색상태로 되어 있다. 따라서 기존의 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 사용한 디스플레이는 포함된 상전이 물질의 상전이 온도 이후에 바로 색이 변하는 거동을 하지만 본 발명에 의한 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐로 제작된 디스플레이는 점진적인 색변화를 보여주는 스마트 윈도우로 제작될 수 있다.
도 10은 실시예 4에서 제조된 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 이용한 위조방지 필름의 작동 과정을 보여주는 그림을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 노랑→녹색→보라→검정으로 이루어진 필름은 노랑이 소색되면 하양→파랑→자주→검정으로 변하며, 파랑이 소색되면 하양→하양→빨강→주황로 변하며, 빨강이 소색되면 하양→하양→하양→노랑으로 변하며, 마지막으로 노랑이 소색되면 전부 하얗게 소색되는 메커니즘을 보여준다. 위조방지 필름에 포함된 마이크로 캡슐은 단일색 혹은 다중색으로 된 소색마이크로 캡슐로 이루어져 있을 수 있으며, 온도에 따라 해당 색깔의 마이크로 캡슐들이 소색되면서 상온의 필름에 비해 색이 없어져 위조를 방지하는 필름을 제작하게 할 수 있다. 기존의 위조방지 필름의 경우 위조 전문가들을 통해 간단하게 위조 또는 변조되고 있는데, 화학공정을 통해 대량 제작된 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐로 위조, 변조를 어렵게 함을 목적으로 할 수 있다.
시험예 1(스마트 윈도우 제작)
본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐로 스마트 윈도우를 제작하여 그의 발색도와 투명성을 확인하였다.
도 11에 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 이용한 스마트 윈도우의 사진과 그의 메커니즘을 나타내었다.
도 11을 참조하면, 은입자가 고정되어 25℃, 60℃ 각각의 온도에서 상전이되는 상전이물질들을 함유한 하나의 캡슐들이 들어간 폴리디메틸실록산 필름을 (1), (2), (3)그림에서 보여주고 있다. 25℃이하에서는 PCMⅠ과 PCMⅡ가 모두 고체상태로 있어 염료(dye)와 현색제(developer)가 모두 결합되어 있다. 따라서, 이때 색이 모두 발색되어 가장 진한 파랑색을 보여준다. 온도가 25℃, 60℃ 사이에서는 PCMⅠ이 액상으로 녹아 소량의 염료와 현색제가 떨어져 나간 모습을 보여준다.
이때 약간 투명한 파랑색의 색이 발현되었다. 온도가 60℃이상에서는 모든 상전이물질이 녹아 염료와 현색제가 모두 떨어져나갔다. 이때 색은 사진에서와 같이 투명한 색의 필름을 띄어 스마트 윈도우의 역할을 할 수 있음을 보여준다.
시험예 2(위조방지 필름 제작)
본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐로 위조방지 필름을 제작하여 온도에 따른 위조방지 역할을 하는지 확인하였다.
도 12는 25℃, 33℃, 50℃, 60℃, 70℃의 상전이 물질들을 포함한 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐이 포함된 고분자 점들이 점묘화로 표현된 사진을 온도에 따라 보여준다.
도 12를 참조하면, 25도에서는 전체적인 네모의 형상을 갖췄지만, 33도에서는 동그라미 형상을 뺀 나머지부분이 소색되며 동그라미 형상을 보여준다. 50도에서는 네모 형상을 뺀 나머지 부분이 소색되며 네모의 형상을 보여준다. 60도에서는 십자가 형상을 뺀 나머지 부분이 소색되며 십자가 형상을 보여주며, 70도에서는 전부 소색이 되어 투명한 형상의 필름을 보여준다. 점묘화 방식의 위조방지 필름을 제작하면, 일반 그림보다 제작하기 힘들며, 점을찍은 구역마다 들어가는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐들이 각각 달라 제조하기 더욱 힘들어져 위조방지 역할을 확실히 할 수 있는 장점이 있다.
시험예 3(투명 디스플레이를 이용한 옥외 광고판 제작)
본 발명에 따른 투명한 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐로 옥외 광고판을 제작하여 온도에 따른 광고 효과를 확인하였다.
도 13을 참조하면, 33℃의 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐로 이루어진 파란색 SALE 글자와, 50℃의 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐로 이루어진 빨간색 10%OFF 글자로 이루어진 투명 옥외 광고판을 온도에 따라 보여준다.
옥외 광고판을 제작하기 위해 투명 필름에 SALE, 10% OFF 글자를 음각으로 도려낸 다음 각 글자에 해당하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 주입해 다시 바인더로 도핑하였다. 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐로 제작된 옥외 광고판은 33℃에서 SALE 글자가 없어져 투명해지고, 50℃에서 10%OFF 글자가 없어져 전체적인 투명 필름의 형상을 보여준다.
이러한 투명 디스플레이를 이용한 옥외 광고판의 경우 투명한 배경에 불투명한 글자를 보여주므로 가독성이 뛰어나 좋은 광고 효과를 낼 수 있는 장점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐에 의하면, 고분자 쉘의 내부에 적어도 두 가지의 서로 다른 상전이물질과 염료, 현색제를 담지함으로써, 발색-소색 간의 소색 범위를 증대시킬 수 있으며, 그라디에이션 타입으로 점진적인 소색이 일어나게 할 수 있으므로, 스마트 윈도우, 위조방지 필름, 옥외 광고팜, 열변색 칠판, 시온 필름, 카멜레온 섬유, 열변색 스크린, 복사지등의 다양한 정보 표시 장치에 적용될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
110 : 코어물질
111 : 상전이 물질
112 : 염료
113 : 현색제
120 : 고분자 쉘

Claims (22)

  1. 서로 다른 온도범위에서 상전이 되는 적어도 두개의 상전이 물질, 염료 및 현색제를 포함하는 코어물질; 및
    상기 코어물질을 내부에 수용하는 고분자 쉘;을 포함하여 이루어지며,
    온도 변화에 따라, 상기 염료와 현색재간의 결합관계가 모두 결합되거나, 부분적으로 해제 또는 모두 해제됨으로써, 발색 농도가 가변되어 점진적인 변색이 발생되는 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고분자 쉘의 표면에 형성된 자가이온 조립층; 및
    상기 자가이온 조립층의 표면에 형성되는 금속입자 또는 무기입자;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상전이 물질은 n-옥타코산, n-헵타코산, n-헥사코산, n-펜타코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-에이코산, n-노나데칸, n-옥타데칸, n-헵타데칸, 헥사데칸, n-펜타데칸, n-테트라데칸, n-트리데칸, 파라핀 오일, 4-n-옥틸아세토페논, 옥타데카노페논, 포르말린 산, 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, 아세트 아닐리드, 숙신산 무수물, 벤조산, 히드로신남산, 세틸 알코올, A-넵틸아민, 캄펜, O-니트로 아닐린, 9-헵타데카논, 티몰, 메틸 베헤 네이트, 디페닐 아민, P-디클로로 벤젠, 옥솔레이트, 하이포 산, O-크실렌 디 클로라이드, B클로로 산, 클로로 아세트산, 니트로 나프탈렌, 트리미리스틴, 헵타운데실산, A-클로로 산, 꿀벌 왁스, 글리콜산, P-브로모 페놀, 아조벤젠, 아크릴산, 딘토 톨루엔(2,4), 스티벤, 페닐 아세트산, 티오시나민, 1-도데카놀, 브로캄포(Bromcamphor), 듀렌, 벤질, 메틸 브롬브레조에이트, 알파 나프톨, 글루타르산, p-크실렌 디 클로라이드, 카테콜, 퀴논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 두개인 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 염료는 6-다이메틸아미노-3,3-비스(4-다이메틸아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 6-다이에틸아미노-3,3-비스(4-다이에틸아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 6-메틸에틸아미노-3,3-비스(4-메틸에틸아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 6-메틸프로필아미노-3,3-비스(4-메틸프로필아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 및 6-에틸프로필아미노-3,3-비스(4-에틸프로필아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온,메틸-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 에틸3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 클로로-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 플루오로-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 브로모-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 아이오도-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 3,4-다이클로로-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 현색제는 2-히드록시-4-디에틸아미노-2'-카르복실벤조페논, 디아조 화합물, 4,4'-(2-에틸헥실리덴)비스페놀, 4,4'-(2-에틸펜틸리덴)비스페놀,4,4'-옥틸리덴비스페놀, 4,4'-헥실리덴비스페놀, 4,4'-(4-메틸옥틸리덴)비스페놀, 4,4'-데실리덴비스페놀,4,4'-(1,3-다이메틸부틸리덴)비스페놀, 4,4'-(3-메틸부틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1-메틸헵틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1,2-다이메틸부틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1,5-다이메틸헥실리덴)비스페놀, 4,4'-(1-에틸-3-메틸펜틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1-메틸-4-메틸헵틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1-에틸헥실리덴)비스페놀, 4,4'-(1-에틸펜틸리덴)비스페놀,4,4'-(1-에틸옥틸리덴)비스페놀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 고분자 쉘을 형성하는 고분자는
    폴리아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌 글리콜, 에틸셀룰로오스, 전분 지방산 에스테르 그리고 긴사슬 이소시아네이트의 전분 카바메이트, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리스티렌, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 폴리아크릴레이트, 폴리염화비닐 수지, 실리카, 폴리아미드, 젤라틴, 디에틸렌트리아민, 에틸렌디아민, 및 트리에틸렌테트라아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 열전도도는 2w/mK 내지 30w/mK인 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 소색 마크로 캡슐의 직경은 500nm 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 각 상전이물질이 보유한 비열차가 0J/gK 내지 70J/gk인 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 비열은 30J/gK 내지 200J/gK인 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐은 0 내지 1의 흡광도(absorbance)를 지니는 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐.
  12. 제 1항 내지 제 10항 중 선택되는 어느 한 항의 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 복수개 포함하는 정보 표시 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 정보 표시 장치는 스마트 윈도우, 위조방지 필름, 옥외 광고팜, 열변색 칠판, 시온 필름, 카멜레온 섬유, 열변색 스크린 또는 복사지인 것을 특징으로 하는 정보 표시 장치.
  14. 적어도 두개의 서로 다른 상전이 물질, 염료, 현색제을 포함하는 코어물질과 고분자 전구체가 혼합된 친유성 방울을 유화제가 함유된 친수성 용매에 고속 분산시키는 단계; 및
    수분산된 상기 친유성 방울에 상기 고분자 전구체의 경화제를 혼합하여 상기 코어물질을 내부에 수용하는 고분자 쉘을 형성하는 단계;를 포함하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 고분자 쉘을 형성하는 단계 이후에,
    상기 고분자 쉘의 표면에 자가이온 조립층을 형성하는 단계; 및
    상기 자기이온 조립층의 표면에 금속입자 또는 무기입자를 형성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법.
  16. 제 14항에 있어서,
    상기 상전이 물질은 n-옥타코산, n-헵타코산, n-헥사코산, n-펜타코산, n-테트라코산, n-트리코산, n-도코산, n-헤네이코산, n-에이코산, n-노나데칸, n-옥타데칸, n-헵타데칸, 헥사데칸, n-펜타데칸, n-테트라데칸, n-트리데칸, 파라핀 오일, 4-n-옥틸아세토페논, 옥타데카노페논, 포르말린 산, 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, 아세트 아닐리드, 숙신산 무수물, 벤조산, 히드로신남산, 세틸 알코올, A-넵틸아민, 캄펜, O-니트로 아닐린, 9-헵타데카논, 티몰, 메틸 베헤 네이트, 디페닐 아민, P-디클로로 벤젠, 옥솔레이트, 하이포 산, O-크실렌 디 클로라이드, B클로로 산, 클로로 아세트산, 니트로 나프탈렌, 트리미리스틴, 헵타운데실산, A-클로로 산, 꿀벌 왁스, 글리콜산, P-브로모 페놀, 아조벤젠, 아크릴산, 딘토 톨루엔(2,4), 스티벤, 페닐 아세트산, 티오시나민, 1-도데카놀, 브로캄포(Bromcamphor), 듀렌, 벤질, 메틸 브롬브레조에이트, 알파 나프톨, 글루타르산, p-크실렌 디 클로라이드, 카테콜, 퀴논으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 두개인 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 염료는 6-다이메틸아미노-3,3-비스(4-다이메틸아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 6-다이에틸아미노-3,3-비스(4-다이에틸아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 6-메틸에틸아미노-3,3-비스(4-메틸에틸아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 6-메틸프로필아미노-3,3-비스(4-메틸프로필아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온, 및 6-에틸프로필아미노-3,3-비스(4-에틸프로필아미노페닐)-2-벤조퓨란-1(3H)-온,메틸-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 에틸3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 클로로-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 플루오로-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 브로모-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 아이오도-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란, 3,4-다이클로로-3',6'-비스다이페닐아미노플루오란으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법.
  18. 제 14항에 있어서,
    상기 현색제는 2-히드록시-4-디에틸아미노-2'-카르복실벤조페논, 디아조 화합물, 4,4'-(2-에틸헥실리덴)비스페놀, 4,4'-(2-에틸펜틸리덴)비스페놀,4,4'-옥틸리덴비스페놀, 4,4'-헥실리덴비스페놀, 4,4'-(4-메틸옥틸리덴)비스페놀, 4,4'-데실리덴비스페놀,4,4'-(1,3-다이메틸부틸리덴)비스페놀, 4,4'-(3-메틸부틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1-메틸헵틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1,2-다이메틸부틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1,5-다이메틸헥실리덴)비스페놀, 4,4'-(1-에틸-3-메틸펜틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1-메틸-4-메틸헵틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1-에틸헥실리덴)비스페놀, 4,4'-(1-에틸펜틸리덴)비스페놀, 4,4'-(1-에틸옥틸리덴)비스페놀으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법.
  19. 제 14항에 있어서,
    상기 고분자 전구체는
    폴리아크릴레이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리에틸렌 글리콜, 에틸셀룰로오스, 전분 지방산 에스테르 그리고 긴사슬 이소시아네이트의 전분 카바메이트, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리스티렌, 에폭시 수지, 멜라민 수지, 폴리아크릴레이트, 폴리염화비닐 수지, 실리카, 폴리아미드, 젤라틴, 디에틸렌트리아민, 에틸렌디아민, 및 트리에틸렌테트라아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법.
  20. 제 14항 내지 제 19항 중 선택되는 어느 한항의 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐의 제조방법으로 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐을 제조하는 단계;
    제조된 상기 그라디에이션 변색 마이크로 캡슐 복수개와, 바인더, 용매 및 경화제를 혼합하여 정보 표시모듈을 제조하는 단계;를 포함하는 정보 표시모듈의 제조방법.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 바인더는
    폴리우레탄, 폴리올레핀계 수지, 폴리아미드, 열가소성 폴리우레탄, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 아크릴계 점착성 화합물, 고무계 점착성 화합물, 스틸렌, 부타디엔, 스틸렌-부타디엔고무, 부틸고무, 네오프렌고무, 니트릴고무, 아스팔트, 비닐아세테이트, 아크릴레이트, 메타아크릴레이트 실리콘계 점착성 화합물 및 비닐 에테르계 점착성 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 정보 표시모듈의 제조방법.
  22. 제 21항에 있어서,
    상기 바인더의 용매는 메틸이소프로필케톤, 메틸이소부틸케톤, 4-메톡시-4-메틸-2-펜타논, 이소프로필아세테이트, 터셔리부틸아세테이트, 메틸에틸케톤, 사이클로헥사논, 1,2-디클로로에탄, 1,1,2-트리클로로에탄, 1,1,1-트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 테트라클로로에탄, 디클로로메탄, 테트라하이드로퓨란, 디옥산, 디옥솔란, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 정보 표시모듈의 제조방법.
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