KR20220036713A - 색상 가변 플라스틱 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 전압 인가시 색상 변화 속도가 향상되고 스프레이 코팅 방법으로 다양한 구조물에 적용 가능한 색상 가변 플라스틱이 소개된다.

Description

색상 가변 플라스틱 {COLOR CHANGEABLE PLASTIC}
본 발명은 전압 인가 여부에 따라 색상이 변화되는 색상 가변 플라스틱에 관한 것이다.
최근에는 가전, 모바일기기 등 다양한 분야에서 칼라 마케팅의 중요성이 부각되고 있다. 특히, 차동차 산업에서도 칼라의 고급화 및 차별화를 위해 칼라 마케팅의 필요성이 요구되고 있다.
이에 따라, 전기전색을 이용하여 칼라 이미지의 고급화가 시도된다. 전기변색(electrochromism)이란 전극 물질에 전기화학적으로 산화 또는 환원반응을 일으킬 때 가역적으로 색변화가 일어나는 현상이다. 전기변색의 원리는 대표적인 환원착색 물질인 WO3로 Li+ 또는 H+와 전자가 주입되면 전기 변색되어 착색되고 방출시 투명하게 되며, 반대로 MnO, LiO 등 산화착색물질인 경우 LI+ 또는 H+와 전자가 방출되면서 착색되고 주입시 투명하게 된다. 즉, 종래에는 유리기판-투명전극-환원 변색 물질(WO3)- 전해질(Li+, H+) - 산화 변색 물질(NiO) - 투명전극 - 유리기판으로 적층구조를 이루고, 이를 밀봉하여 전기변색 소자를 형성한다.
이와 같은 종래 방식의 전기변색 소자는 다양한 기판 소재의 적용이 어려우며, 왜곡면을 가지는 소재에 적용시 소재의 제조와 형성이 불가하다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2019-0057436 A (2019.05.28)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전압 인가시 색상 변화 속도가 향상되고 스프레이 코팅 방법으로 다양한 구조물에 적용 가능한 색상 가변 플라스틱을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 색상 가변 플라스틱은 전도성을 가지는 제1전극층; 제1전극층의 상부에서 제1전극층의 상면과 측면을 덮도록 배치되고, 전압 인가 여부에 따라 변색되는 물질로 이루어진 변색층; 및 전도성을 가지며, 변색층의 상부에서 변색층의 상면과 측면을 덮도록 배치된 제2전극층;을 포함함으로써, 변색층은 제1전극층의 접촉표면과 제2전극층의 접촉표면이 상하면 및 측면으로 확보되어 전압 인가시 변색 속도가 증가되는 것을 특징으로 한다.
제1전극층과 제2전극층은 Silver Nanowire와 Polystyrene Sulfonate의 복합체로 구성된 것을 특징으로 한다.
제1전극층과 제2전극층은 복합체에 divinyl sulfone(DVS)이 가교제로 첨가된 것을 특징으로 한다.
변색층은 octa-hexyl viologen substituted polyhedral oligomeric silsesquioxane(OHV-POSS)로 구성된 것을 특징으로 한다.
변색층에는 PVDF-HFP로 구성되는 이온성매체가 더 포함된 것을 특징으로 한다.
제2전극층의 상부에는 투명한 클리어코트층이 제1전극층, 변색층 제2전극층을 덮도록 배치된 것을 특징으로 한다.
제1전극층의 하부에는 광촉매층이 더 포함된 것을 특징으로 한다.
제1전극층, 변색층, 제2전극층은 플라스틱 기판의 상면에 결합된 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 색상 가변 플라스틱은 전압 인가시 색상 변화 속도가 향상되고 스프레이 코팅 방법으로 다양한 구조물에 적용 가능하다.
도 1 내지 2는 본 발명에 따른 색상 가변 플라스틱을 나타낸 도면.
도 3은 도 1에 도시된 색상 가변 플라스틱의 다른 실시예를 나타낸 도면.
도 4 내지 6은 본 발명의 작동 효과를 설명하기 위한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 색상 가변 플라스틱에 대하여 살펴본다.
도 1 내지 2는 본 발명에 따른 색상 가변 플라스틱을 나타낸 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 색상 가변 플라스틱의 다른 실시예를 나타낸 도면이며, 도 4 내지 6은 본 발명의 작동 효과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 색상 가변 플라스틱은 도 1에 도시된 바와 같이, 전도성을 가지는 제1전극층(10); 제1전극층(10)의 상부에서 제1전극층(10)의 상면과 측면을 덮도록 배치되고, 전압 인가 여부에 따라 변색되는 물질로 이루어진 변색층(20); 및 전도성을 가지며, 변색층(20)의 상부에서 변색층(20)의 상면과 측면을 덮도록 배치된 제2전극층(30);을 포함한다.
이러한 제1전극층(10), 변색층(20), 제2전극층(30)은 플라스틱 기판(50)의 상면에 결합될 수 있다. 즉, 본 발명은 제1전극층(10), 변색층(20), 제2전극층(30)을 스프레이 방식으로 도포 가능함에 따라 플라스틱 기판(50)에 결합할 수 있으며, 플라스틱 기판(50)에서 색의 가변을 구현할 수 있다. 이에 따라, 차량에 적용시 차량 외장의 색상을 변색하여, 디자인의 고급화 및 상품성이 향상되도록 할 수 있다. 본 발명에 대해서 설명시, 플라스틱 기판(50)에 제1전극층(10), 변색층(20), 제2전극층(30)이 적층되는 것으로 하나, 다양한 재질의 기판에 적용이 가능하다.
여기서, 제1전극층(10)과 제2전극층(30)은 투명 전극으로 이루어져, 변색층(20)의 색상 변화가 외부로 표출되도록 한다. 즉, 제1전극층(10)과 제2전극층(30) 간에 전압을 인가하여 변색층(20)의 도전성을 제어함으로써 변색층(20)의 색상이 변화되는 것이다.
특히, 본 발명의 제1전극층(10), 변색층(20), 제2전극층(30)은 전압 인가시 변색층(20)의 신속한 반응을 위해 접촉표면이 확보되는 적층 구조를 이룬다. 즉, 제1전극층(10)의 상부에서 변색층(20)이 제1전극층(10)의 상면과 측면을 덮도록 배치되고, 제2전극층(30)이 변색층(20)의 상부에서 변색층(20)의 상면과 측면을 덮도록 배치된다. 이로 인해, 도 2에서 볼 수 있듯이, 제1전극층(10)과 제2전극층(30)을 통해 전압이 인가되면, 변색층(20)은 상면과 하면과 더불어 측면에서도 전압이 인가됨으로써, 변색층(20)의 전기변색물질을 통한 색상 가변의 촉발 속도가 향상된다.
이처럼, 변색층(20)은 제1전극층(10)의 접촉표면과 제2전극층(30)의 접촉표면이 상면과 하면과 더불어 측면으로도 확장되어 전압 인가시 변색 속도가 증가됨에 따라, 칼라 디자인의 신속한 변화에 따른 상품성이 향상된다.
하기에는, 상술한 본 발명에 따른 제1전극층(10), 제2전극층(30), 변색층(20)에 대해 상세히 설명하도록 한다.
제1전극층(10)과 제2전극층(30)은 Silver Nanowire와 Polystyrene Sulfonate(PEDOT:PSS)의 복합체로 구성될 수 있다. 이에 따라, 제1전극층(10)과 제2전극층(30)은 80% 이상의 투과도를 가진다. 또한, 제1전극층(10)과 제2전극층(30)은 유기 전도성 고분자 물질인 Polystyrene Sulfonate가 Silver Nanowire 사이의 간극을 채워줌으로써, 전체적으로 균일하고 전기 전도성도 향상된다.
이러한 제1전극층(10)과 제2전극층(30)은 복합체에 divinyl sulfone(DVS)이 가교제로 첨가될 수 있다. 이렇게, Silver Nanowire와 Polystyrene Sulfonate의 복합체에 Divinyl Sulfone가 첨가됨으로써, Polystyrene Sulfonate와 Divinyl Sulfone의 반응으로 인해 독립적인 전도성 필름으로 형성된다. 이로 인해, 제1전극층(10)과 제2전극층(30)은 안정성이 향상되고 전도성이 유지되며 기계적 물성 특성이 증대된다. 또한, 제1전극층(10)과 제2전극층(30)은 스프레이 도장방식으로 제작할 수 있으며, Silver Nanowire와 Polystyrene Sulfonate로 구성된 하이브리드 복합 소재에 Divinyl Sulfone가 가교제로 첨가되어 스프레이 도장시 스프레이 코팅성이 우수하다.
한편, 변색층(20)은 octa-hexyl viologen substituted polyhedral oligomeric silsesquioxane(OHV-POSS)로 구성될 수 있다. 즉, 변색층(20)은 무기소재인 POSS와 유기소재인 Viologen을 결합한 유,무기 하이브리드 물질로서, 반응성 작용기에 전기변색 물질인 monohexyl-viologen를 1개 내지 8개를 치환하여 합성하여 구성될 수 있다. 이러한 과정을 통해 생성되는 octa-hexyl viologen substituted polyhedral oligomeric silsesquioxane(OHV-POSS)는 색변화에 소요되는 시간이 짧고, 낮은 전압에서도 구동이 가능하며, 구현하고자 하는 색상을 선명히 제공할 수 있다.
이러한 변색층(20)에는 PVDF-HFP로 구성되는 이온성매체가 더 포함될 수 있다. 이온성매체는 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(LiTFSI), glycidyl polyhedral oligomeric silsesquioxane(glycidyl POSS), poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene)(PVDF-HFP)로 구성된 용액으로서, 스프레이 코팅성이 우수하며 열경화가 가능하다. 이처럼, 이온성매체는 Glycidyl POSS와 전해질 LiTFSI가 조성됨에 따라 스프레이 방식으로 적용이 가능하다. 이러한 이온성매체가 변색층(20)에 첨가됨으로써, 변색층(20)을 스프레이 도장 방식으로 필름층을 형성하기가 용이하다. 상술한 변색층(20)과 이온성매체는 기판의 소재와 크기에 따라 단일층 또는 복수의 층으로 구성할 수 있다.
한편, 제2전극층(30)의 상부에는 투명한 클리어코트층이 제1전극층(10), 변색층(20), 제2전극층(30)을 덮도록 배치된다. 즉, 클리어코트층은 광경화 또는 열경화가 가능하고 표면경도가 우수한 아크릴계 배합조성으로 이루어질 수 있으며, 제1전극층(10), 변색층(20), 제2전극층(30)을 덮도록 배치되어 외부로부터 제1전극층(10), 변색층(20), 제2전극층(30)을 보호한다. 이러한 클리어코트층은 스프레이 방식으로 외부에 도포될 수 있으며, 투명하게 이루어짐에 따라 변색층(20)의 변색이 외부에 표출되도록 이루어진다. 또한, 왜곡면을 가지는 기판에 적용되더라도, 적층 상태가 유지되어 제1전극층(10), 변색층(20), 제2전극층(30)의 성능 저하를 방지하고 보호할 수 있다.
한편, 제1전극층(10)의 하부에는 광촉매층(40)이 더 포함될 수 있다. 광촉매층(40)은 TiO2로 구성될 수 있으며, 광촉매층(40)에 의해 산화 환원 반응속도가 증가되어 색상 가변 속도가 향상되도록 할 수 있다.
본 발명의 변색에 대해서 추가 설명하면, 도 4는 변색이 수행되는 일례를 도식한 것으로서, 전기변색 물질의 층간 이동을 통해 색상 가변이 수행된다. 즉, 고분자 매트릭스인 PVDF-HFP가 상측에 위치하여 필름을 형성한다(cyan 색상). 그 사이에는 Si계열을 포함하는 변색물질(magenta 색상) 및 TFSI을 포함하는 이온 전해질(yellow 색상)이 위치하며, 상부에는 클리어코트층 및 전극층에서 묻어나온 Ag(green색상)이 일부 남아있는 것을 확인할 수 있다. 이렇게, 전압 인가시, 전기변색 물질이 층간 이동하는 것을 볼 수 있으며, 전기 인가에 따른 산화 환원 반응을 통해 색상의 가변이 촉발되는 것을 볼 수 있다.
이를 통해, 도 5에 도시된 바와 같이, 전원인가 여부에 따라 색상이 변화되는 것을 볼 수 있다. 이러한 변색층(20)을 통한 색상은 POSS-Viologen 하이브리드 유도체의 화학구조 변경을 통해 다양한 색상의 구현이 가능하다. 즉, 전극 성분 및 종류에 따라 변경되는 색상을 튜닝할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 색상 가변 플라스틱은 전압 인가에 따른 변색 횟수에 증대시, 전기 변색물질이 가지는 변색 수준의 변화량이 크지 않아 우수한 반복성과 색상이 유지됨을 알 수 있다. 즉, 면적당 이온전하량이 줄어드는 양의 역수를 소자면적이라고 할 때, 변색 횟수에 따른 소자면적의 영향도가 크지 않음을 알 수 있다.
이렇게, 본 발명은 제1전극층(10), 변색층(20), 제2전극층(30)을 스프레이 도장방식을 통해 적층함으로써, 유리나 필름 기판뿐만 아니라 다소 거친 표면이나 곡면, 왜곡된 구조물에도 적용이 가능하다. 또한, 도장방식으로 독립적 필름을 형성함에 따라, 외부에 별도 기판이 요구되지 않으며, 다양한 구조물에 폭넓게 적용이 가능하다. 또한, 제1전극층(10), 변색층(20), 제2전극층(30)의 적층 구조 및 특성에 의해, 변색속도가 향상되고 내구성이 확보된다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10:제1전극층
20:변색층
30:제2전극층
40:광촉매층
50:플라스틱 기판

Claims (8)

  1. 전도성을 가지는 제1전극층;
    제1전극층의 상부에서 제1전극층의 상면과 측면을 덮도록 배치되고, 전압 인가 여부에 따라 변색되는 물질로 이루어진 변색층; 및
    전도성을 가지며, 변색층의 상부에서 변색층의 상면과 측면을 덮도록 배치된 제2전극층;을 포함함으로써,
    변색층은 제1전극층의 접촉표면과 제2전극층의 접촉표면이 상하면 및 측면으로 확보되어 전압 인가시 변색 속도가 증가되는 것을 특징으로 하는 색상 가변 플라스틱.
  2. 청구항 1에 있어서,
    제1전극층과 제2전극층은 Silver Nanowire와 Polystyrene Sulfonate의 복합체로 구성된 것을 특징으로 하는 색상 가변 플라스틱.
  3. 청구항 2에 있어서,
    제1전극층과 제2전극층은 복합체에 divinyl sulfone(DVS)이 가교제로 첨가된 것을 특징으로 하는 색상 가변 플라스틱.
  4. 청구항 1에 있어서,
    변색층은 octa-hexyl viologen substituted polyhedral oligomeric silsesquioxane(OHV-POSS)로 구성된 것을 특징으로 하는 색상 가변 플라스틱.
  5. 청구항 1에 있어서,
    변색층에는 PVDF-HFP로 구성되는 이온성매체가 더 포함된 것을 특징으로 하는 색상 가변 플라스틱.
  6. 청구항 1에 있어서,
    제2전극층의 상부에는 투명한 클리어코트층이 제1전극층, 변색층, 제2전극층을 덮도록 배치된 것을 특징으로 하는 색상 가변 플라스틱.
  7. 청구항 1에 있어서,
    제1전극층의 하부에는 광촉매층이 더 포함된 것을 특징으로 하는 색상 가변 플라스틱.
  8. 청구항 1에 있어서,
    제1전극층, 변색층, 제2전극층은 플라스틱 기판의 상면에 결합된 것을 특징으로 하는 색상 가변 플라스틱.
KR1020200119240A 2020-09-16 2020-09-16 색상 가변 플라스틱 KR20220036713A (ko)

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