KR20200066474A - Method for making porous plastomer using microsphere and porous plastomer made by using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 중공미소구를 이용한 다공성 탄성중합체의 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 다공성 탄성중합체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 기공률의 한계를 극복하여 다공성 탄성중합체가 가지는 물리적 특성을 향상시킬 수 있는 중공미소구를 이용한 다공성 탄성중합체의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 다공성 탄성중합체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a porous elastomer using hollow microspheres and a porous elastomer manufactured using the same, and more specifically, to overcome the limitation of porosity and improve physical properties of the porous elastomer. It relates to a method for producing a porous elastomer using hollow microspheres and a porous elastomer prepared using the same.
기공이 있는 탄성중합체는 원재료가 가지는 물리적 특성을 개선한 구조로써 산업 전반에 걸쳐 다양하게 활용되고 있다. 보다 상세하게는, PDMS(Polydimethylsiloxane, 폴리디메틸실록산) 또는 Ecoflex와 같은 폴리머로 구성되어 있는 다공성 탄성중합체(스펀지 구조)는, 솔리드(solid)한 형태에 비해 높은 유연성, 감소된 탄성저항(elastic resistance), 낮은 점탄성 및 높은 표면적을 가진다는 큰 장점이 있다. 이러한 다공성 탄성중합체를 이용하여 에너지 발전 및 저장, 압력 및 인장을 감지하는 유연 센서, 및 높은 표면적과 소수성 표면을 이용한 유수분리기술 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 또한, 유연한 특성과 압력에 따른 변형이 크다는 장점을 이용하여, 인체표면에 부착 가능한 유연 압력 감지 센서로 활용되어, 재활 치료 패드 등에 사용되고 있다. 하지만, 기존의 다공성 탄성중합체는 모재 역상으로 제작되기 때문에 제작 가능한 기공률에 한계가 있다는 단점이 있다. 이에, 기공률의 한계를 극복하여 다공성 탄성중합체가 가지는 물리적 특성을 향상시키기 위한 대안이 필요하다.Porous elastomers are structures that improve the physical properties of raw materials and are used in a variety of industries. More specifically, a porous elastomer (sponge structure) composed of a polymer such as PDMS (Polydimethylsiloxane, Polydimethylsiloxane) or Ecoflex has high flexibility and reduced elastic resistance compared to a solid form. , Has a great advantage of having low viscoelasticity and high surface area. It has been applied to various fields such as energy generation and storage using this porous elastomer, flexible sensors that sense pressure and tension, and oil-water separation technology using high surface area and hydrophobic surface. In addition, it is utilized as a flexible pressure sensing sensor that can be attached to the human body surface by utilizing the advantages of flexible characteristics and large deformation due to pressure, and is used in rehabilitation treatment pads and the like. However, the existing porous elastomer has the disadvantage that there is a limit to the porosity that can be produced because it is made of a base material reverse phase. Accordingly, there is a need for an alternative to improve the physical properties of the porous elastomer by overcoming the limits of porosity.
다공성 구조의 탄성중합체는, 물 또는 유기용제에 녹는 결정들의 결합구조에 의해 발생하는 빈공간을, 탄성중합체가(경화전) 모세관 현상으로 채우고, 이후, 결정들을 물 또는 유기 용제에 녹여냄으로써 만들어진다. 그러나, 특정 형태를 가진 결정들이 결합된 구조의 역상으로 다공성 구조가 제작되기 때문에, 결정이 결합된 구조인 3차원 구조체의 기공률을 최소화할수록, 최종 다공성 구조의 기공률을 높일 수 있다. 또한, 3차원 구조체의 기공률을 낮추게 되면, 모세관 현상이 발생하지 않거나 불균일하게 발생하여, 기공률을 낮추는데 한계가 존재하게 된다.The porous elastomer is made by filling an empty space generated by the bonding structure of crystals soluble in water or an organic solvent with a capillary phenomenon (before curing), and then dissolving the crystals in water or an organic solvent. However, since a porous structure is manufactured in a reverse phase of a structure in which crystals having a specific shape are bonded, the porosity of the final porous structure can be increased as the porosity of the three-dimensional structure, which is a crystal-bonded structure, is minimized. In addition, when the porosity of the three-dimensional structure is lowered, capillary action does not occur or occurs non-uniformly, so there is a limit to lowering the porosity.
설탕 또는 소금과 같이, 용해 가능한 입자를 사용하여 제작하는 기존의 다공성 탄성중합체는, 모재의 기공률에 큰 영향을 받기 때문에, 기공률을 높이는데 한계가 존재한다.Existing porous elastomers manufactured using soluble particles, such as sugar or salt, are greatly influenced by the porosity of the base material, and thus have limitations in increasing porosity.
다공성 탄성중합체를 압력이나 인장을 감지하는 센서로 사용할 경우, 작은 압력에도 쉽게 압축되도록, 다공성 탄성중합체의 기공률을 높이는 것이 무엇보다 중요한 실정이다. 또한, PDMS와 같은 폴리머는, 재료적 특성상 탄성저항이 높아서, 압력에 의한 변형이 적다는 단점이 존재한다.When using a porous elastomer as a sensor for sensing pressure or tension, it is most important to increase the porosity of the porous elastomer so that it is easily compressed even at a small pressure. In addition, polymers such as PDMS have high elastic resistance due to their material properties, and there is a disadvantage in that they are less deformed by pressure.
미국등록특허 제6,759,487호에는 열가소성 폴리우레탄 중합체와 실리콘 엘라스토머로부터 동적 가황공정으로 제조되는 재가공 가능한 열가소성 엘라스토머 조성물이 기재되어 있다. 상기 발명의 조성물은 이전에 밝혀진 열가U.S. Patent No. 6,759,487 describes a reworkable thermoplastic elastomer composition prepared by a dynamic vulcanization process from a thermoplastic polyurethane polymer and a silicone elastomer. The composition of the present invention has previously revealed
소성 폴리우레탄-실리콘 조성물에 비해 독특한 물리적 특성을 가질 뿐만 아니라, 조성물을 장시간 열에 노출시 킬 경우, 경도, 인장 강도, 신도 및 압축영구변형과 같은 여러 물리적 특성이 비슷하게 유지되거나 거의 저하되지 않는다. 그러나 상기 열가소성 엘라스토머 조성물은 우수한 물리적 및 열적 특성을 가질지라도, Pt계 촉매 사용으로 제조 공정 조건이 까다롭고, 가격이 $30/kg 이상으로 다양한 용도로 전개시키는데 가격적으로 고가인 문제점을 지니고 있다.In addition to having unique physical properties compared to calcined polyurethane-silicone compositions, when exposed to heat for long periods of time, several physical properties such as hardness, tensile strength, elongation and compression set remain similar or hardly degrade. However, although the thermoplastic elastomer composition has excellent physical and thermal properties, it has a problem in that it is expensive to develop in a variety of applications with a cost of more than $30/kg due to difficult manufacturing process conditions using a Pt-based catalyst.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다공성 탄성중합체가 가지는 기공률의 한계를 극복하여, 물리적 특성을 향상시키는 것이다. 또한 중공미소구를 이용하여, 모재가 가진 재료적 특성의 한계를 극복하고, 다공성 탄성중합체 자체의 기공률을 향상하여, 다공성 구조체의 고유 특성을 향상시키는 것이다.The object of the present invention for solving the above problems is to overcome the limitation of porosity of the porous elastomer, to improve the physical properties. In addition, by using hollow microspheres, it overcomes the limitations of the material properties of the base material, improves the porosity of the porous elastomer itself, and improves the intrinsic properties of the porous structure.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention belongs from the following description. There will be.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 다공성 구조를 구비하는 탄성중합체를 제조하는 방법에 있어서,The configuration of the present invention for achieving the above object, in the method for producing an elastomer having a porous structure,
ⅰ) 모재 폴리머와 중공미소구를 마련하는 단계;Iii) preparing a base polymer and hollow microspheres;
ⅱ) 상기 탄성중합체와 3차원 결정 구조체를 혼합하여 액화하는 단계;Ii) liquefying the elastomer and a three-dimensional crystal structure;
ⅲ) 모세관 압력에 의해, 상기 탄성중합체가 상기 3차원 결정 구조체의 빈 공간으로 함입되는 단계; 및Iii) by capillary pressure, the elastomer is introduced into the empty space of the three-dimensional crystal structure; And
ⅳ) 상기 모재 폴리머를 경화 시키고, 용매를 이용하여 상기 3차원 결정 구조체를 제거하는 단계;를 포함한다.Iii) curing the base polymer and removing the three-dimensional crystal structure using a solvent.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 중공미소구는, 표면은 열가소성 레진, 내부는 기체 상태의 탄화수소로 구성되고, 상기 탄화수소의 비중은 0.1에서 0.2로 한정하는 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, the hollow microspheres are composed of a thermoplastic resin on the surface, a gaseous hydrocarbon inside, and a specific gravity of the hydrocarbon is limited to 0.1 to 0.2.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 중공미소구는, 껍질 두께는 2에서 15μm, 직경은 5에서 50μm인 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, the hollow microspheres are characterized in that the shell thickness is 2 to 15 μm, and the diameter is 5 to 50 μm.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 모재 폴리머는, 액체상태로 존재하고, 열 또는 광에 의해 경화되면 PDMS, Ecoflex 또는 Dragon skin 등의 유연한 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, the base polymer is in a liquid state and is characterized by having flexible properties such as PDMS, Ecoflex or Dragon skin when cured by heat or light.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅰ) 단계의 상기 3차원 결정 구조체는, 상기 용매에 녹는 물질로 구성되는 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, the three-dimensional crystal structure of step iv) is characterized by being composed of a material soluble in the solvent.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅲ) 단계의 상기 용매는, 물 또는 유기용매인 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, the solvent in step iv) is characterized in that it is water or an organic solvent.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 상기 중공미소구를 이용한 다공성 탄성중합체의 제조방법을 이용하여 제조된, 다공성 탄성중합체를 포함한다.The configuration of the present invention for achieving the above object, includes a porous elastomer prepared by using a method for producing a porous elastomer using the hollow microspheres.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 다공성 탄성중합체를 이용하여 압력을 측정하도록 이루어지는, 유연압력센서로 사용될 수 있는 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, it is characterized in that it can be used as a flexible pressure sensor, made to measure pressure using the porous elastomer.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 다공성 탄성중합체가 포함되는 다공성 재활 치료 패드로 사용될 수 있는 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, it can be used as a porous rehabilitation treatment pad containing the porous elastomer.
본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 다공성 탄성중합체가 포함되는 다공성 기반의 유수 분리 장치로 사용될 수 있는 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, it is characterized in that it can be used as a porous oil-based separation device containing the porous elastomer.
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 다공성 탄성중합체가 가지는 기공률의 한계를 극복하고, 기공률을 향상시켜, 물리적 특성을 향상시킬 수 있다는 것이다. 보다 상세하게는, 물 또는 유기용매에 녹는 물질로 구성되어 있는 3차원 결정 구조체에, 껍질은 열가소성 레진(resin)으로 되어있고, 내부는 비어있는 중공미소구(Microsphere)가 혼합된 액체 상태의 탄성중합체가, 모세관 압력에 의해 결정구조체 빈 공간을 채우도록 한다. 이후, 폴리머를 경화시키고 물 또는 유기 용매를 이용하여 결정 구조체를 제거하면 제작이 완료된다.The effect of the present invention according to the above configuration is that it overcomes the limit of porosity of the porous elastomer, improves porosity, and can improve physical properties. More specifically, in a three-dimensional crystal structure composed of a material soluble in water or an organic solvent, the shell is made of a thermoplastic resin, and the inside is a liquid elasticity in which hollow hollow microspheres are mixed. The polymer is allowed to fill the voids of the crystal structure by capillary pressure. Thereafter, the polymer is cured and the crystal structure is removed using water or an organic solvent to complete production.
이렇게 제작된 중공미소구가 포함된 다공성 탄성중합체는, 3차원 구조체에 의해 제작된 대형 기공과, 폴리머 사이에 존재하는 중공미소구에 의한 소형 기공에 의해, 다공성 탄성중합체의 기공률이 극대화되는 구조로 제작되고 물리적 특성이 향상되는 것이다.The porous elastomer containing the hollow microspheres thus manufactured has a structure in which the porosity of the porous elastomer is maximized by the large pores produced by the three-dimensional structure and the small pores by the hollow microspheres present between the polymers. It is manufactured and physical properties are improved.
또한, 중공미소구를 이용하여, 모재가 가진 재료적 특성의 한계를 극복하고, 다공성 탄성중합체 자체의 기공률을 향상하여, 다공성 구조체의 고유 특성을 향상시킬 수 있다는 것이다.In addition, by using hollow microspheres, it is possible to overcome the limitations of the material properties of the base material, improve the porosity of the porous elastomer itself, and improve the intrinsic properties of the porous structure.
또한, 극대화된 기공률에 의해 압력에 따른 변형률도 높아져, 작은 압력에도 큰 압축이 발생할 수 있다.In addition, the strain according to the pressure is also increased by the maximized porosity, and large compression may occur even at a small pressure.
또한, 다공성 탄성중합체의 상하에 감지 전극을 연결하여, 높은 감도 성능을 갖는 압력센서로 활용할 수 있다.In addition, by connecting the sensing electrode to the top and bottom of the porous elastomer, it can be used as a pressure sensor having high sensitivity performance.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above-described effects, and include all effects that can be deduced from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 중공미소구를 이용한 다공성 탄성중합체의 제조방법의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 중공미소구를 이용한 다공성 탄성중합체의 제조방법의 실시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성 탄성중합체의 구조를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성 탄성중합체의 압축-변형 측정 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성 탄성중합체의 물리적 특성 평가 결과 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성 탄성중합체의 압축-변형 측정 결과 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성 탄성중합체의 반복 신뢰성 평가 결과 그래프이다.1 is an exemplary view of a method of manufacturing a porous elastomer using hollow microspheres according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an embodiment of a method for producing a porous elastomer using hollow microspheres according to an embodiment of the present invention.
3 is an exemplary view showing the structure of a porous elastomer according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing the results of compression-strain measurement of a porous elastomer according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the results of evaluation of physical properties of a porous elastomer according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the results of compression-strain measurement of a porous elastomer according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the results of evaluating repeatability of a porous elastomer according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and thus is not limited to the embodiments described herein. In addition, in order to clearly describe the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and like reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is "connected (connected, contacted, coupled)" with another part, it is not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "It includes the case where it is. Also, when a part “includes” a certain component, this means that other components may be further provided instead of excluding other components, unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, and that one or more other features are present. It should be understood that the existence or addition possibilities of fields or numbers, steps, operations, components, parts or combinations thereof are not excluded in advance.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시에 따라 제조되는 다공성 탄성중합체는, 기공률의 한계를 극복하여, 향상된 물리적 특성을 포함할 수 있다.Porous elastomers prepared according to the practice of the present invention may overcome the limitations of porosity, and may include improved physical properties.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 중공미소구를 이용한 다공성 탄성중합체의 제조방법의 예시도이다.1 is an exemplary view of a method of manufacturing a porous elastomer using hollow microspheres according to an embodiment of the present invention.
다공성 구조를 구비하는 탄성중합체(100)를 제조하는 방법에 있어서,In the method for manufacturing an elastomer (100) having a porous structure,
첫째 단계에서, 모재 폴리머(200)와 중공미소구(300)를 마련할 수 있다.In the first step, the
여기서 모재 폴리머(200)는, 액체상태로 존재하고, 열 또는 광에 의해 경화되면 PDMS, Ecoflex 또는 Dragon skin 등의 유연한 특성을 가질 수 있다. PDMS는, Polydimethylsiloxane(폴리디메틸실록산)을 의미하며, 실리콘 오일(polymerized siloxane)의 한 종류로, 흔히 실리콘이라고 하는 고분자 유기규소 화합물(polymeric organosilicon compounds)에 속하며 화학식은 CH3[Si(CH3)2O]nSi(CH3)3일 수 있다. Ecoflex는, 화학 합성 원료를 기반으로 하는 생분해성 플라스틱으로, 박테리아나 균 등의 미생물에 의해 식물이 분해되는 것과 거의 동일한 속도로 물과 탄산가스로 완전히 분해되어, 내가수분해성이 우수할 수 있다. Dragon skin은, 부가형 실리콘의 일종으로, 인장강도, 내열성 및 연신율이 우수하여, 몰드용, 캐스팅용, 의수족용, 또는 특수분장용으로 사용될 수 있다.Here, the
여기서 중공미소구(300)는, 표면은 열가소성 레진(thermoplastic resin, 310), 내부는 기체 상태의 탄화수소(HydroCarbon, 320)로 구성되고, 탄화수소(320)의 비중은 0.1에서 0.2로 한정할 수 있다. 또한, 껍질 두께는 2에서 15μm이며, 직경은 5에서 50μm일 수 있다. Here, the
여기서 열가소성 레진(310)은, 열을 가했을 때 녹고, 온도를 충분히 낮추면 고체 상태로 되돌아가는, 약한 분자간 힘으로 상호작용하는 고분자 화합물에 의하여 생성될 수 있다. 열경화성 플라스틱과는 달리, 열을 가하면 녹고 원래 상태로 돌아가므로 재활용이 가능할 수 있다.Here, the
둘째 단계에서, 탄성중합체(100)와 3차원 결정 구조체(400)를 혼합하여 액화할 수 있다.In the second step, the
여기서 탄성중합체(plastomer, 100)는, 상온(常溫) 부근에서 고무탄성을 나타내는 고분자 물질로서, 힘을 가하면 이에 대응하여, 원래 길이의 수백%까지 신장하며, 힘을 제거하면 단시간에 거의 원래 길이로 회복하는 특징을 가지며, 천연고무 외에 각종 합성고무를 가교(架橋)한 것일 수 있다.Here, the elastomer (plastomer, 100) is a polymer material that exhibits rubber elasticity at or near room temperature, and when applied with force, elongates up to several hundred percent of the original length, and removes the force to almost the original length in a short time. It has the characteristic of recovering and may be a crosslinking of various synthetic rubbers in addition to natural rubbers.
여기서 3차원 결정 구조체(400)는, 용매에 녹는 물질로 구성될 수 있다. 예를 들자면, 설탕 또는 소금 등이 있을 수 있다.Here, the three-
셋째 단계에서, 모세관 압력에 의해, 탄성중합체(100)가 3차원 결정 구조체(400)의 빈 공간으로 함입될 수 있다. 보다 상세하게는, 모세관 현상에서의 모세관 압력을 이용하는데 있어서 모세관 현상은, 모세관을 액체 속에 넣었을 때 관 속의 액면이 관 밖의 액면보다 높아지거나 낮아지는 현상 또는 분자 사이의 인력과 분자와 가느다란 관의 벽 사이에 작용하는, 서로 간의 인력에 의해 가느다란 관을 채운 액체가 올라가거나 내려가는 현상일 수 있다. In the third step, by capillary pressure, the
넷째 단계에서, 모재 폴리머(200)를 경화 시키고, 용매를 이용하여 3차원 결정 구조체(400)를 제거할 수 있다.In the fourth step, the
여기서 용매는, 물 또는 유기용매일 수 있다. 용매(solvent)는, 화학적으로는 고체나 액체 또는 기체를 녹여 용해시키는 것을 말하며, 유기 용매(organic solvent)는, 유기물질로 이루어진 다른 물질을 녹이는 물질로서, 유기용제(有機溶劑)라고도 하며, 메탄올, 메틸렌 클로라이드, 벤젠, 에탄올, 크롤로포름, 또는 헥세인 등일 수 있다.Here, the solvent may be water or an organic solvent. Solvent refers to chemically dissolving a solid, liquid, or gas to dissolve, and an organic solvent is a substance that dissolves other substances made of organic substances, also called organic solvents, and methanol. , Methylene chloride, benzene, ethanol, crawlroform, or hexane.
본 발병에 따라 제작된 중공미소구(300)가 포함된 다공성 탄성중합체(100)는, 3차원 결정 구조체(400)에 의해 제작된 대형 기공(설탕 또는 소금이 녹는 자리)과, 모재 폴리머(200) 사이에 존재하는 중공미소구(300)에 의한 소형 기공에 의해, 다공성 탄성중합체의 기공률이 향상되는 구조로 제작되고, 탄성저항력을 감소되는 물리적 특성이 향상될 수 있다. The
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 중공미소구를 이용한 다공성 탄성중합체의 제조방법의 실시도이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성 탄성중합체의 구조를 나타낸 예시도이다. 2 is an exemplary view showing a method of manufacturing a porous elastomer using hollow microspheres according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an exemplary view showing the structure of a porous elastomer according to an embodiment of the present invention.
모세관 현상에 의해 모재 폴리머(200)의 기공부분에 중공미소구(300)와 탄성중합체(100)가 채워질 수 있다. 보다 상세하게는, 모세관 현상에서의 모세관 압력을 이용하는데 있어서, 모재 폴리머(200)를 중공미소구(300)와 탄성중합체(100)의 혼합액에 담그면, 서로 간의 인력에 의해 혼합액이 모재 폴리머(200)의 말단부분을 시작으로 전체를 채울 수 있다. 이로 인한 결과는, 현미경을 통하여 중공미소구(300)가 합입된 다공성 탄성중합체를 확인할 수 있다.The
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성 탄성중합체의 압축-변형 측정 결과 그래프(C)이다.4 is a graph (C) of measurement results of compression-strain of a porous elastomer according to an embodiment of the present invention.
PM sponge(C1)는 PDMS/Microsphere sponge를 뜻하며, 본 발명에 따라 제조된 기공률이 향상된 다공성 탄성중합체이고, PDMS sponge(C2)는 중공미소구(300)를 포함하지 않는 다공성 탄성중합체일 수 있다. 동일 압력에서, PDMS sponge(C2) 대비 PM sponge(C1)의 strain(변형률)이 크다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 10kPa의 압력이 주어질 때, PDMS sponge(C2)는 30 내지 40%의 strain 값을 가지나, PM sponge(C1)는 60%에 가까운 strain 값을 달성할 수 있다.PM sponge (C1) means PDMS/Microsphere sponge, and is a porous elastomer with improved porosity prepared according to the present invention, and PDMS sponge (C2) may be a porous elastomer that does not include
반대로 해석하자면, 60%의 strain 값을 달성하기 위해 PDMS sponge(C2)는 40kPark 넘는 압력이 요구되나, PM sponge(C1)는 10 내지 15kPa값만 요구될 수 있다. 이를 통하여, 본 발명의 다공성 탄성중합체는, 미세한 양의 압력으로도 strain이 뛰어나, 정교한 압력 감지를 수행할 수 있다.Conversely, to achieve a strain value of 60%, PDMS sponge (C2) requires a pressure over 40 kPark, but PM sponge (C1) may require only 10 to 15 kPa. Through this, the porous elastomer of the present invention has excellent strain even with a small amount of pressure, and can perform sophisticated pressure sensing.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성 탄성중합체의 물리적 특성 평가 결과 그래프(D)이다.5 is a graph (D) of evaluation results of physical properties of a porous elastomer according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따라 제조된 다공성 탄성중합체의 방향에 따른 물리적 특성을 평가한 결과, 압축 강도가 0 내지10kPa인 그래프(D) 및 압축 강도가 0 내지20kPa인 그래프(E)에서 x축, y축, 및 z축 모든 방향에서 동일한 물리적 특성을 가질 수 있다. 여기서 물리적 특성은 strain 값(변형률)일 수 있다.As a result of evaluating the physical properties according to the direction of the porous elastomer prepared according to the present invention, the x-axis, y-axis in the graph (D) with a compressive strength of 0 to 10 kPa and the graph (E) with a compressive strength of 0 to 20 kPa, And it may have the same physical properties in all directions of the z-axis. Here, the physical property may be a strain value (strain rate).
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다공성 탄성중합체의 중공미소구 함량에 따른 기계적 특성 변화 결과 그래프(F)이다.Figure 6 is a graph (F) of the mechanical properties change according to the hollow microsphere content of the porous elastomer according to an embodiment of the present invention.
중공미소구(300)의 중량퍼센트에 따라 동일 압력에 대해 strain값이 달라지고, 중공미소구(300)의 중량퍼센트가 높아질수록 elastic resistance가 낮아지게 되어 동일 압력에서 큰 변형량을 가질 수 있다.The strain value is changed for the same pressure according to the weight percentage of the
따라서, 중공미소구(300)의 중량퍼센트 조절을 통하여 물리적 특성을 조절할 수 있다. 여기서 중공미소구(300)의 중량퍼센트는 0.5 내지 15wt%(중량퍼센트)로 한정할 수 있다. 중량퍼센트가 1wt%(F1), 5wt%(F2), 및 9wt%(F3)인 경우의 변형률의 차이를 그래프(F)를 통해 알 수 있다.Therefore, it is possible to control the physical properties through weight percent adjustment of the
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탄성중합체의 반복 신뢰성 평가 결과 그래프(G)이다.7 is a graph (G) of the evaluation results of repeatability of an elastomer according to an embodiment of the present invention.
2.5kPa의 1,000 cycle 동안, 1에서 10 cycle(G1), 496에서 505 cycle(G2), 및 991에서 1,000 cycle(G3) 모두 유사한 압축 변형이 일어났음을 알 수 있다. 이를 통하여, 본 발명의 다공성 탄성중합체는 뛰어난 내구성을 가짐을 알 수 있다.It can be seen that during 1,000 cycles of 2.5 kPa, 1 to 10 cycles (G1), 496 to 505 cycles (G2), and 991 to 1,000 cycles (G3) all experienced similar compression deformations. Through this, it can be seen that the porous elastomer of the present invention has excellent durability.
본 발명인, 중공미소구(300)를 이용하여 다공성 탄성중합체의 기공률을 향상시키는 제조방법을 이용하여, 다공성 탄성중합체를 제조할 수 있다.The present inventor, by using a
또한, 다공성 탄성중합체를 이용하여 압력을 측정하도록 이루어지는 유연압력센서로 사용될 수 있다. 유연압력센서는, 정전용량 방식 또는 압저항 방식이 있으며, 의류 원단처럼 둥글게 말 수 있고 센서 표면 전체에서 압력을 감지할 수 있다. 예를 들어, 스마트폰 등의 터치식 전자기기에서 정전용량 방식 또는 압저항 방식의 유연압력센서가 사용될 수 있다.In addition, it can be used as a flexible pressure sensor made to measure the pressure using a porous elastomer. The flexible pressure sensor has a capacitive method or a piezoresistive method, and can be rolled like a garment fabric and can sense pressure across the entire sensor surface. For example, a capacitive or piezoresistive flexible pressure sensor may be used in a touch-type electronic device such as a smartphone.
또한, 다공성 탄성중합체가 포함되는 다공성 재활 치료 패드로 사용될 수 있다. 의료기기와 자동차 등에 장착돼 압력을 측정·분석하고, 사용자의 건강 상태나 주행 환경에 따른 맞춤형 서비스에 활용될 수 있고, 원격 진료의 정확도를 높일 수 있다. 압력센서가 장착된 보조기구를 착용하거나 카펫 위에 올라가면 신체 균형, 행동 패턴 등을 파악해 건강 상태를 확인할 수 있다.In addition, it can be used as a porous rehabilitation treatment pad containing a porous elastomer. It can be installed in medical devices and automobiles to measure and analyze pressure, and be used for customized services according to the user's health condition or driving environment, and improve the accuracy of telemedicine. When you wear an assistive device equipped with a pressure sensor or climb on a carpet, you can check your health by checking your body balance and behavior patterns.
또한, 다공성 탄성중합체가 포함되는 다공성 기반의 유수 분리 장치로 사용될 수 있다. 유수 분리 장치는, 기름과 물의 밀도 차이에 의해 물 속의 기름을 부력을 이용하여 분리하는 장치로서, API유수분리장치, PPI유수분리장치, CPI유수분리장치 등이 있으며, 다공성 구조의 PDMS 캡슐을 이용한 유수 분리 기술이 사용될 수도 있다.In addition, it can be used as a porous oil-based separation device containing a porous elastomer. The oil-water separation device is a device for separating oil in water by buoyancy due to the difference in density between oil and water, and includes an API oil-water separation device, a PPI oil-water separation device, a CPI oil-water separation device, etc. Oil-water separation technology may be used.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. The above description of the present invention is for illustration only, and a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all modifications or variations derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be interpreted to be included in the scope of the present invention.
100 : 탄성중합체
200 : 모재 폴리머
300 : 중공미소구
310 : 열가소성 레진
320 : 탄화수소
400 : 3차원 결정 구조체100: elastomer
200: base polymer
300: hollow microsphere
310: thermoplastic resin
320: hydrocarbon
400: 3D crystal structure
Claims (10)
ⅰ) 모재 폴리머와 중공미소구를 마련하는 단계;
ⅱ) 상기 탄성중합체와 3차원 결정 구조체를 혼합하여 액화하는 단계;
ⅲ) 모세관 압력에 의해, 상기 탄성중합체가 상기 3차원 결정 구조체의 빈 공간으로 함입되는 단계; 및
ⅳ) 상기 모재 폴리머를 경화 시키고, 용매를 이용하여 상기 3차원 결정 구조체를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 중공미소구를 이용한 다공성 탄성중합체의 제조방법.
In the method for producing an elastomer having a porous structure,
Iii) preparing a base polymer and hollow microspheres;
Ii) liquefying the elastomer and a three-dimensional crystal structure;
Iii) by capillary pressure, the elastomer is introduced into the empty space of the three-dimensional crystal structure; And
Iii) curing the base polymer and removing the three-dimensional crystal structure using a solvent; a method for producing a porous elastomer using hollow microspheres, comprising a.
상기 중공미소구는, 표면은 열가소성 레진, 내부는 기체 상태의 탄화수소로 구성되고, 상기 탄화수소의 비중은 0.1에서 0.2로 한정하는 것을 특징으로 하는 중공미소구를 이용한 다공성 탄성중합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The hollow microspheres, the surface is composed of a thermoplastic resin, the inside is composed of a gaseous hydrocarbon, the specific gravity of the hydrocarbon is 0.1 to 0.2 method of manufacturing a porous elastomer using a hollow microsphere.
상기 중공미소구는, 껍질 두께는 2에서 15μm, 직경은 5에서 50μm인 것을 특징으로 하는 중공미소구를 이용한 다공성 탄성중합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The hollow microspheres, the thickness of the shell is 2 to 15μm, the diameter is 5 to 50μm method for producing a porous elastomer using a hollow microsphere.
상기 모재 폴리머는, 액체상태로 존재하고, 열 또는 광에 의해 경화되면 PDMS, Ecoflex 또는 Dragon skin 등의 유연한 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 중공미소구를 이용한 다공성 탄성중합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The base polymer, when present in a liquid state, when cured by heat or light PDMS, Ecoflex or Dragon skin method of manufacturing a porous elastomer using a microsphere characterized in that it has a flexible property.
상기 ⅰ) 단계의 상기 3차원 결정 구조체는, 상기 용매에 녹는 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 중공미소구를 이용한 다공성 탄성중합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of manufacturing a porous elastomer using hollow microspheres, characterized in that the three-dimensional crystal structure of the step iv) is made of a material soluble in the solvent.
상기 ⅲ) 단계의 상기 용매는, 물 또는 유기용매인 것을 특징으로 하는 중공미소구를 이용한 다공성 탄성중합체의 제조방법.
The method according to claim 1,
The method of manufacturing a porous elastomer using hollow microspheres, characterized in that the solvent of step iv) is water or an organic solvent.
The porous elastomer according to any one of claims 1 to 6, manufactured by a method for preparing a porous elastomer using hollow microspheres.
Flexible pressure sensor, characterized in that made to measure the pressure using the porous elastomer of claim 7.
Porous rehabilitation treatment pad comprising the porous elastomer of claim 7.
A porous water-based separation device characterized in that the porous elastomer of claim 7 is included.
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KR102352961B1 (en) * | 2020-08-14 | 2022-01-20 | 한국생산기술연구원 | Physical sensor using polymer composite layered structure mixed with carbon nanotubes and method for manufacturing same |
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US6759487B2 (en) | 2001-10-23 | 2004-07-06 | Dow Corning Corporation | Thermoplastic polyurethane-silicone elastomers |
JP2006176738A (en) * | 2004-12-24 | 2006-07-06 | Sumitomo Rubber Ind Ltd | Porous silicone rubber sheet |
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