KR20230034034A - Method for manufacturing an organic-inorganic hybrid binder for a photoelectrochromic layer of a photoelectrochromic device, organic-inorganic hybrid binder produced by this, and a photoelectrochromic device comprising the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광전기 변색 소자의 광전기 변색층용 유무기 하이브리드 바인더의 제조방법, 이에 의해 제조되는 유무기 하이브리드 바인더 및 이를 포함하는 광전기 변색 소자에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing an organic-inorganic hybrid binder for a photoelectrochromic layer of a photoelectrochromic device, an organic-inorganic hybrid binder prepared thereby, and a photoelectrochromic device including the same.
전기 변색(electrochromism)은 전압을 인가하면 전계방향에 의해 가역적으로 색상이 변하는 현상으로, 이러한 특성을 지닌 전기화학적 산화-환원 반응에 의해서 재료의 광 특성이 가역적으로 변할 수 있는 물질을 전기 변색 물질이라고 한다. 전기 변색 물질은 외부에서 전기적 신호가 인가되지 않는 경우에는 색을 띠지 않고 있다가 전기적 신호가 인가되면 색을 띠게 되거나, 반대로 외부에서 신호가 인가되지 않는 경우에는 색을 띠고 있다가 신호가 인가되면 색이 소멸하는 특성을 갖는다.Electrochromism is a phenomenon in which the color changes reversibly in the direction of an electric field when a voltage is applied. do. The electrochromic material is colorless when an external electrical signal is not applied, but becomes colored when an electrical signal is applied, or conversely, it is colored when no external signal is applied, and then becomes colored when a signal is applied. It has this extinction characteristic.
전기 변색 소자는 전기 변색 물질의 반응에 의하여 변색 효과가 발생하는 소자로써, 한 쌍의 전극과, 한 쌍의 전극 사이에 배치되는 전해질층과, 한 쌍의 전극 중 어느 하나의 전극과 전해질층 사이에 배치되는 이온저장층과, 한 쌍의 전극 중 다른 하나의 전극과 전해질층 사이에 배치되는 전기 변색층을 포함하는 전기화학적 구조를 갖는다.An electrochromic element is an element in which a discoloration effect occurs by a reaction of an electrochromic material, and includes a pair of electrodes, an electrolyte layer disposed between the pair of electrodes, and an electrolyte layer disposed between any one of the pair of electrodes and the electrolyte layer. It has an electrochemical structure including an ion storage layer disposed on the ion storage layer and an electrochromic layer disposed between the electrolyte layer and the other electrode of the pair of electrodes.
하지만 전기 변색 소자는 착색과 탈색을 위해 외부에서 전기를 가해주어야 하는 단점이 있어, 필요한 전기를 태양광으로부터 얻을 수 있는 태양전지 및 전기 변색 소자가 융합된 광전기 변색 소자가 에너지 절약형 전기 변색 소자로 주목받아 왔다.However, electrochromic devices have the disadvantage that electricity must be applied from the outside for coloring and discoloration, so photoelectrochromic devices that combine solar cells and electrochromic devices that can obtain necessary electricity from sunlight are attracting attention as energy-saving electrochromic devices. have received
광전기 변색 소자는 빛이 조사되면 광전자에 의해 전위차가 발생하고, 전해질층에 포함되어 있는 이온이나 전자가 광전기 변색층 내부로 이동하여 산화-환원 반응함으로써 흡수파장 또는 흡수율의 변화로 인해 가시적으로 색깔이 변하거나 색의 농담(濃淡)이 변하게 되는 원리로 이루어진다.In the photoelectrochromic element, when light is irradiated, a potential difference is generated by photoelectrons, and ions or electrons included in the electrolyte layer move into the photoelectrochromic layer and undergo an oxidation-reduction reaction, resulting in a visible color change due to a change in absorption wavelength or absorption rate. It is composed of the principle that changes or the shading of color changes.
이처럼 광전기 변색 소자는 가시성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 사용자가 능동적으로 투과율을 조절할 수 있기 때문에 다양한 채색 변화가 가능하여 스마트 윈도우, 자동차 룸미러, 노트북, 휴대폰 및 장식 디자인 등 광범위한 응용 범위를 가지므로, 광전기 변색 소자와 관련된 다양한 기술들이 연구되고 있다.As such, the photoelectrochromic element not only secures visibility but also allows users to actively adjust the transmittance, enabling various color changes and having a wide range of applications such as smart windows, car room mirrors, laptops, mobile phones and decorative designs. Various technologies related to photoelectrochromic devices are being studied.
광전기 변색 소자에 사용되는 전기 변색 물질로는 코발트, 인듐, 이리듐, 텅스텐 등의 무기 물질을 사용할 수 있고, 비올로겐(viologen), 프루시안 블루(prussian blue), 퍼릴렌 디이미드(perylene dimide) 계열 등의 유기 물질을 사용할 수 있다.As the electrochromic material used in the photoelectrochromic element, inorganic materials such as cobalt, indium, iridium, and tungsten may be used, and viologen, prussian blue, and perylene dimide may be used. Organic materials such as series can be used.
그중, 비올로겐은 합성이 간단하고 낮은 전압에서 색 변화가 가능하며, 높은 이온전도도를 발휘하는 장점이 있으나, 색 변환 시간이 오래 걸리고 색 효율이 낮으며 기계적 물성이 다소 취약한 문제점이 있다.Among them, viologen has the advantages of simple synthesis, color change at low voltage, and high ion conductivity, but it takes a long color conversion time, low color efficiency, and weak mechanical properties.
상기와 같은 전기 변색 물질의 착색 투과도 효율 증진을 위해 광전기 변색층에 증착 소재, 무기물 기반 코팅 소재 또는 고온 열처리 공정을 통한 코팅 소재 등이 개발되었으나, 높은 공정 비용, 소재 자체의 취성으로 인해 후막 형성이 불가능하고, 착색 효율이 오히려 감소되어 광전기 변색 소자에 대한 적용에 한계가 있다.In order to improve the color transmittance efficiency of the electrochromic material, a deposition material, an inorganic material-based coating material, or a coating material through a high-temperature heat treatment process have been developed for the photoelectrochromic layer, but thick film formation is difficult due to high process cost and brittleness of the material itself. It is impossible, and the coloring efficiency is rather reduced, so there is a limit to the application to the photoelectrochromic device.
'습식 코팅법에 의한 전기 변색층 제조방법 및 그를 포함하는 전기 변색 소자(공개번호: 10-2016-0127866)'에서는 산화니켈 입자 또는 양이온이 도핑된 산화니켈 입자와, 가수분해된 무기 바인더를 포함하는 코팅용액을 전극 상에 습식 코팅하는 방법을 제시하고 있다. 그러나 공정 비용이 많이 소모되고, 코팅용액 자체의 취성으로 후막 형성이 어려울 뿐만 아니라 착색 효율 또한 감소되는 문제점이 있다.In 'Method for Manufacturing Electrochromic Layer by Wet Coating Method and Electrochromic Device Containing It (Public No.: 10-2016-0127866)', nickel oxide particles or nickel oxide particles doped with cations and a hydrolyzed inorganic binder are included. A method of wet coating the coating solution on the electrode is proposed. However, there are problems in that the process cost is high, the formation of a thick film is difficult due to the brittleness of the coating solution itself, and the coloring efficiency is also reduced.
따라서 전기 변색 물질의 착색 효율을 높이면서 내광성 및 내화학성을 높여 광전기 변색 소자의 광전기 변색층에 적용될 수 있는 새로운 바인더에 대한 기술개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is an urgent need to develop a new binder that can be applied to a photoelectric chromic layer of a photoelectric chromic device by increasing light resistance and chemical resistance while increasing the coloring efficiency of the electrochromic material.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 광전기 변색 물질을 안정적으로 분산 및 혼합하여 변색 효율을 높일 수 있도록 하는 광전기 변색 소자의 광전기 변색층용 유무기 하이브리드 바인더의 제조방법, 이에 의해 제조되는 유무기 하이브리드 바인더 및 이를 포함하는 광전기 변색 소자를 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.The present invention was invented to solve the above problems, and a method for manufacturing an organic-inorganic hybrid binder for a photoelectric chromic layer of a photoelectric chromic element, which can stably disperse and mix a photoelectric chromic material to increase color fading efficiency, and manufactured thereby It is a technical challenge to provide an organic-inorganic hybrid binder and a photoelectrochromic device including the same.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 산 또는 염기 촉매 하에서, 광경화 또는 열경화 가능한 관능기를 갖는 3가 알콕시 실란과, 극성기를 갖는 1 내지 4가 중 하나 이상의 유기 실란을 상온에서 반응시킨 후 70 내지 80℃에서 리플럭스 반응시키는 단계; 및 상기 반응을 통해 생성된 알코올을, 상기 알코올과 종류가 다른 용매로 교체한 후 개시제를 혼합하여 실록산 구조를 갖는 유무기 하이브리드 바인더를 제조하는 단계;를 포함하고, 상기 유무기 하이브리드 바인더는, 광전기 변색 물질과 혼합되어 전극 상에 도포된 후 300 내지 400nm UV 영역에서 광경화되거나, 100 내지 150℃에서 열경화되는 것을 특징으로 하는, 광전기 변색 소자의 광전기 변색층용 유무기 하이브리드 바인더의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention, in the presence of an acid or base catalyst, a trivalent alkoxy silane having a photocurable or thermally curable functional group and at least one organic silane having a monovalent to tetravalent polar group are reacted at room temperature After the reflux reaction at 70 to 80 ℃; and replacing the alcohol generated through the reaction with a solvent different in kind from the alcohol and then mixing an initiator to prepare an organic-inorganic hybrid binder having a siloxane structure, wherein the organic-inorganic hybrid binder comprises a photoelectric Provides a method for manufacturing an organic-inorganic hybrid binder for a photoelectric color layer of a photoelectric color change device, characterized in that it is mixed with a color change material and applied on an electrode and then photocured in a 300 to 400 nm UV region or thermally cured at 100 to 150 ° C. do.
바람직하게는 상기 유무기 하이브리드 바인더에 유기입자, 무기입자 중 하나 이상을 분산시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, dispersing at least one of organic particles and inorganic particles in the organic-inorganic hybrid binder.
바람직하게는 상기 광전기 변색 물질은, 산화 변색 물질 또는 환원 변색 물질을 포함하되, 상기 산화 변색 물질은, 바나듐(V) 산화물, 크롬(Cr) 산화물, 망간(Mn) 산화물, 철(Fe) 산화물, 코발트(Co) 산화물, 니켈(Ni) 산화물, 로듐(Rh) 산화물 및 이리듐(Ir) 산화물 중 하나 이상이고, 상기 환원 변색 물질은, 티타늄(Ti) 산화물, 구리(Cu) 산화물, 몰리브덴(Mo) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, 나이오븀(Nb) 산화물 및 탄탈륨(Ta) 산화물 중 하나 이상인 것을 특징으로 한다.Preferably, the photoelectrochromic material includes an oxidative discoloration material or a reductive discoloration material, wherein the oxidative discoloration material includes vanadium (V) oxide, chromium (Cr) oxide, manganese (Mn) oxide, iron (Fe) oxide, At least one of cobalt (Co) oxide, nickel (Ni) oxide, rhodium (Rh) oxide, and iridium (Ir) oxide, and the reduction discoloration material is titanium (Ti) oxide, copper (Cu) oxide, molybdenum (Mo) oxide, tungsten (W) oxide, niobium (Nb) oxide, and tantalum (Ta) oxide.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 산 또는 염기 촉매 하에서, 광경화 또는 열경화 가능한 관능기를 갖는 3가 알콕시 실란과, 극성기를 갖는 1 내지 4가 중 하나 이상의 유기 실란을 상온에서 반응 및 70 내지 80℃에서 리플럭스 반응을 통해 생성된 알코올을, 상기 알코올과 종류가 다른 용매로 교체된 후 개시제의 혼합으로 실록산 구조를 갖는 유무기 하이브리드 바인더가 형성되는 것으로, 상기 유무기 하이브리드 바인더는, 광전기 변색 물질과 혼합되어 전극 상에 도포된 후 300 내지 400nm UV 영역에서 광경화되거나, 100 내지 150℃에서 열경화되어 코팅막을 형성하는 것을 특징으로 하는, 광전기 변색 소자의 광전기 변색층용 유무기 하이브리드 바인더를 제공한다.In order to solve the above other technical problems, the present invention reacts a trivalent alkoxysilane having a photocurable or thermally curable functional group and at least one organic silane of monovalent to tetravalent having a polar group at room temperature in the presence of an acid or base catalyst. And an organic-inorganic hybrid binder having a siloxane structure is formed by replacing the alcohol generated through the reflux reaction at 70 to 80 ° C with a solvent different from the alcohol, and then mixing the initiator, wherein the organic-inorganic hybrid binder , Organic-inorganic hybrid for photoelectrochromic layer of photoelectrochromic element, characterized in that it is mixed with a photoelectrochromic material and applied on an electrode and then photocured in a 300 to 400nm UV region or thermally cured at 100 to 150 ° C to form a coating film. Binders are provided.
상기의 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 제1전극; 상기 제1전극과 대향하는 제2전극; 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치되는 전해질층; 상기 제1전극과 상기 전해질층 사이에 배치되는 제1광전기 변색층; 및 상기 제2전극과 상기 전해질층 사이에 배치되는 제2광전기 변색층;을 포함하되, 상기 제1광전기 변색층 및 제2광전기 변색층은, 산 또는 염기 촉매 하에서, 광경화 또는 열경화 가능한 관능기를 갖는 3가 알콕시 실란과, 극성기를 갖는 1 내지 4가 중 하나 이상의 유기 실란을 상온에서 반응 및 70 내지 80℃에서 리플럭스 반응을 통해 생성된 알코올을, 상기 알코올과 종류가 다른 용매로 교체된 후 개시제의 혼합으로 형성되는 실록산 구조의 유무기 하이브리드 바인더; 및 광전기 변색 물질;을 혼합하여 형성되어, 300 내지 400nm UV 영역에서 광경화되거나, 100 내지 150℃에서 열경화되는 것을 특징으로 하는, 광전기 변색 소자를 제공한다.In order to solve the above another technical problem, the present invention, a first electrode; a second electrode facing the first electrode; an electrolyte layer disposed between the first electrode and the second electrode; a first photoelectric color change layer disposed between the first electrode and the electrolyte layer; and a second photoelectric chromic layer disposed between the second electrode and the electrolyte layer, wherein the first photoelectric chromic layer and the second photoelectric chromic layer are photocurable or thermally curable functional groups in the presence of an acid or base catalyst. A trivalent alkoxy silane having a polar group and at least one organic silane having a polar group of 1 to 4 are reacted at room temperature and an alcohol produced through a reflux reaction at 70 to 80 ° C. is replaced with a solvent different from the alcohol. an organic-inorganic hybrid binder having a siloxane structure formed by mixing a post-initiator; And photoelectrochromic material; is formed by mixing, photocuring in the 300 to 400nm UV region, or thermally cured at 100 to 150 ℃, it provides a photoelectrochromic element.
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명의 유무기 하이브리드 바인더는, 저온 습식공정을 통해 5㎛ 이하 두께의 박막 뿐만 아니라 5㎛ 이상 두께의 후막까지 전극 상에 다양한 두께의 코팅막으로 형성할 수 있으므로, 후막을 통한 착색 투과도의 효율이 증진되어 광전기 변색 소자의 광전기 변색층에서 필요로 하는 바인더로 적용할 수 있는 효과가 있다.The organic-inorganic hybrid binder of the present invention by means of solving the above problems can be formed as a coating film of various thicknesses on the electrode, from a thin film having a thickness of 5 μm or less to a thick film of more than 5 μm through a low-temperature wet process. There is an effect that can be applied as a binder required in the photoelectrochromic layer of the photoelectrochromic device because the efficiency of color transmittance is improved through the.
또한, 유무기 하이브리드 바인더는 내습성 및 표면경도가 향상되어 광전기 변색층을 다층 구조로 형성할 필요 없이 단일층 구조로 형성할 수 있으므로, 코팅막 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라 최외각 코팅층으로 요구되는 내습성 및 고경도의 바인더 역할을 할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the organic-inorganic hybrid binder has improved moisture resistance and surface hardness and can be formed in a single-layer structure without the need to form a multi-layered photoelectrochromic layer, it can not only serve as a coating film but also inner layer required as the outermost coating layer. It has the effect of acting as a wet and high hardness binder.
또한, 광전기 변색 물질에 유무기 하이브리드 바인더를 접목하여 광전기 변색층으로 이루어진 코팅막에 유연성을 부여할 수 있으므로, 곡률 변화에 대응 가능하여 곡률진 다양한 기판에 적용할 수 있고, 광전기 변색층의 표면에 핀홀과 같은 결함이 존재하지 않아 광전기 변색 소자의 장기 안정성 및 색 재현성을 우수하게 하는 효과가 있다.In addition, since it is possible to impart flexibility to the coating film made of the photoelectric chromic layer by grafting an organic-inorganic hybrid binder to the photoelectrochromic material, it can respond to changes in curvature and can be applied to various curved substrates, and pinholes are formed on the surface of the photoelectrochromic layer. There is no such defect, so there is an effect of improving the long-term stability and color reproducibility of the photoelectrochromic device.
또한, 유무기 하이브리드 바인더를 포함하는 광전기 변색층은 전해질층과 접촉 시 전해액 성분에 녹지 않는 충분한 내화학성을 갖게 됨으로써, 광전기 변색 소자의 전기화학적 내구성을 확보할 수 있는 효과가 있다.In addition, the photoelectrochromic layer including the organic-inorganic hybrid binder has sufficient chemical resistance not to dissolve in electrolyte components when in contact with the electrolyte layer, thereby ensuring the electrochemical durability of the photoelectrochromic device.
도 1은 본 발명에 따른 광전기 변색 소자를 나타낸 구성도.1 is a configuration diagram showing a photoelectrochromic device according to the present invention.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
일 양태로, 본 발명은 광전기 변색 소자의 광전기 변색층용 유무기 하이브리드 바인더와, 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.In one aspect, the present invention relates to an organic-inorganic hybrid binder for a photoelectrochromic layer of a photoelectric color change device, and a method for manufacturing the same.
광전기 변색 소자의 광전기 변색층 형성을 위한 유무기 하이브리드 바인더를 제조하는 방법은, 산 또는 염기 촉매 하에서, 광경화 또는 열경화 가능한 관능기를 갖는 3가 알콕시 실란과, 극성기를 갖는 1 내지 4가 중 하나 이상의 유기 실란을 상온에서 반응시킨 후 70 내지 80℃에서 리플럭스(reflux) 반응시키는 단계(S10)와, 반응을 통해 생성된 알코올을, 알코올과 종류가 다른 용매로 교체한 후 개시제를 혼합하여 실록산 구조를 갖는 유무기 하이브리드 바인더를 제조하는 단계(S20)와, 유무기 하이브리드 바인더에 유기입자, 무기입자 중 하나 이상을 분산시키는 단계(S30)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.A method for preparing an organic-inorganic hybrid binder for forming a photoelectrochromic layer of a photoelectrochromic device is one of a trivalent alkoxy silane having a photocurable or thermally curable functional group and a monovalent to tetravalent alkoxysilane having a polar group in the presence of an acid or base catalyst. After reacting the organic silane at room temperature and then performing a reflux reaction at 70 to 80 ° C. (S10), the alcohol produced through the reaction is replaced with a solvent different from the alcohol, and then an initiator is mixed to form a siloxane. It is characterized in that it comprises a step of preparing an organic-inorganic hybrid binder having a structure (S20), and a step of dispersing at least one of organic particles and inorganic particles in the organic-inorganic hybrid binder (S30).
상술한 제조방법에 따르면 먼저, 산 또는 염기 촉매 하에서, 광경화 또는 열경화 가능한 관능기를 갖는 3가 알콕시 실란과, 극성기를 갖는 1 내지 4가 중 하나 이상의 유기 실란을 상온에서 반응시킨 후 70 내지 80℃에서 리플럭스 반응시킨다(S10).According to the above-described preparation method, first, a trivalent alkoxy silane having a photocurable or thermally curable functional group and at least one organic silane having a polar group of 1 to 4 are reacted at room temperature in the presence of an acid or base catalyst, followed by a reaction at room temperature of 70 to 80 °C. The reflux reaction is performed at ° C (S10).
광경화 또는 열경화 가능한 관능기를 갖는 3가 알콕시 실란에, 1 내지 4가 알콕시 실란 중 기판과의 부착능을 발휘할 수 있는 실란을 추가 투입하여 화학적 결합을 유도할 수 있다. 이는 실란의 하이드록시기, 아민기, 머캅토기 및 에폭시기 등의 기능기를 실록산의 표면에 해당 기능기를 도입함으로써 다양한 기판과의 화학적 결합을 유도함에 따라, 광전기 변색층의 장기 내구성을 확보할 수 있도록 하기 위함이다.A chemical bond may be induced by additionally adding silane capable of exhibiting adhesion to a substrate among monovalent to tetravalent alkoxysilanes to the trivalent alkoxy silane having a photocurable or thermocurable functional group. This is to ensure long-term durability of the photoelectrochromic layer by inducing chemical bonding with various substrates by introducing functional groups such as hydroxyl groups, amine groups, mercapto groups, and epoxy groups of silane to the surface of siloxane. It is for
이러한 화학적 결합에 따르면, 3가 열 또는 광경화형 관능기를 갖는 유기 실란과, 1, 2, 3 및 4가 실란 중 극성기를 갖는 유기 실란을 통하여 광전기 변색 물질 예컨대, 금속산화물의 분산을 용이하게 할 수 있게 된다. 또한 광전기 변색 물질로 유기 물질이 사용되는 경우, 극성에 따라 소수기를 갖는 유기 실란을 이용하여 광경화형 또는 열경화형 실란과 합성이 될 수 있도록 한다. 이에 따라 친수성 또는 소수성 유기기를 지니는 유기 알콕시 실란의 조합으로 실록산 구조를 갖는 유무기 하이브리드 바인더의 표면 특성을 제어함으로써, 다양한 극성 및 무극성 용매에 분산을 용이하게 할 수 있으며, 다양한 표면 특성을 갖는 광전기 변색 물질을 안정적으로 분산시켜 광전기 변색층 형성용 유무기 하이브리드 바인더를 제조할 수 있다.According to this chemical bond, dispersion of a photoelectrochromic material, such as a metal oxide, can be facilitated through an organic silane having a trivalent heat or photocurable functional group and an organic silane having a polar group among 1, 2, 3, and 4 valent silanes. there will be In addition, when an organic material is used as the photoelectrochromic material, an organic silane having a hydrophobic group may be used according to polarity to be synthesized with photocurable or thermosetting silane. Accordingly, by controlling the surface properties of the organic-inorganic hybrid binder having a siloxane structure with a combination of organic alkoxysilanes having a hydrophilic or hydrophobic organic group, it is possible to facilitate dispersion in various polar and non-polar solvents, and photoelectric discoloration having various surface properties. An organic-inorganic hybrid binder for forming a photoelectrochromic layer may be prepared by stably dispersing the material.
광경화 또는 열경화 가능한 유무기 하이브리드 실록산 바인더를 제조하는 구체적인 과정으로는, 3가 알콕시에 광경화 또는 열경화 가능한 관능기를 갖는 유기 실란을 기반으로 필요에 따라 1가, 2가, 3가 및 4가 중 하나 이상의 유기 알콕시 실란을 혼합하고, 촉매를 이용한 상온 및 70 내지 80℃ 리플럭스 용액 반응으로 진행될 수 있다.As a specific process for preparing a photocurable or thermocurable organic-inorganic hybrid siloxane binder, monovalent, divalent, trivalent, and tetravalent siloxane binders are prepared as necessary based on organic silanes having a photocurable or thermocurable functional group in trivalent alkoxy. One or more of the organic alkoxy silanes may be mixed, and the reaction may be carried out at room temperature and 70 to 80 ° C. as a reflux solution using a catalyst.
실록산 구조를 갖는 유무기 하이브리드 바인더를 합성함에 있어서, 촉매는 산 촉매 또는 염기 촉매를 사용할 수 있다. 산 촉매는 질산, 염산, 폼산, 초산 및 인산으로 이루어진 군에서 1종 이상 선택될 수 있고, 염기 촉매는 금속하이드록사이드 및 암모늄하이드록사이드로 이루어진 군에서 1종 이상 선택될 수 있으며, 금속하이드록사이드는 소듐하이드록사이드, 바륨하이드록사이드, 칼슘하이드록사이드 및 포타슘하이드록사이드 중 하나 이상일 수 있다.In synthesizing the organic-inorganic hybrid binder having a siloxane structure, an acid catalyst or a base catalyst may be used as a catalyst. The acid catalyst may be at least one selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid, formic acid, acetic acid, and phosphoric acid, and the base catalyst may be at least one selected from the group consisting of metal hydroxide and ammonium hydroxide. The oxide may be one or more of sodium hydroxide, barium hydroxide, calcium hydroxide and potassium hydroxide.
1가, 2가, 3가 및 4가는 유기 알콕시 실란의 분자 내 알콕시기 개수를 의미한다. 예를 들어 3가 유기 알콕시 실란은 4가 실리콘에서 3개의 알콕시기와 1개의 유기기로 구성된 실란을 의미한다. 1개의 유기기는 광 또는 열에 의해서 가교될 수 있는 반응기 또는 알킬기를 포함할 수 있으며, 이는 공정이나 광전기 변색 소자에서 요구되는 물성, 적용 용도에 따라 구성 또는 구조 설계의 변경이 가능함을 의미한다.Monovalent, divalent, trivalent and tetravalent means the number of alkoxy groups in the molecule of the organic alkoxy silane. For example, trivalent organic alkoxy silane means a silane composed of 3 alkoxy groups and 1 organic group in tetravalent silicon. One organic group may include a reactive group or an alkyl group that can be crosslinked by light or heat, which means that the configuration or structural design can be changed according to the process or the physical properties required in the photoelectrochromic device and the application purpose.
광경화 또는 열경화 가능한 관능기를 갖는 3가 알콕시 실란과, 극성기를 갖는 1 내지 4가 중 하나 이상의 유기 실란은 50 내지 99.9 : 0.1 내지 50의 몰비로 혼합될 수 있다. 3가 알콕시 실란이 50몰비 미만이면 광경화 또는 열경화되는데 많은 시간이 소모될 수 있어 비효율적이며, 99.9몰비를 초과하면 극성기를 갖는 1 내지 4가 중 하나 이상의 유기 실란과의 반응성이 좋지 못한 단점이 있다. 극성기를 갖는 1 내지 4가 중 하나 이상의 유기 실란이 0.1몰비 미만이면 바인더의 실록산이 선형 구조를 가지도록 하기에 부족한 양으로 유연성 확보가 어려워지고, 50몰비를 초과하면 오히려 분자량 제어에 어려움이 있다.A trivalent alkoxy silane having a photocurable or thermocurable functional group and at least one organic silane having a polar group of 1 to 4 may be mixed in a molar ratio of 50 to 99.9 : 0.1 to 50. If the molar ratio of trivalent alkoxy silane is less than 50, photocuring or thermal curing may take a lot of time, resulting in inefficiency. there is. If the amount of one or more of the monovalent to tetravalent organic silanes having a polar group is less than 0.1 molar ratio, it is difficult to secure flexibility due to an insufficient amount to make the siloxane of the binder have a linear structure, and if it exceeds 50 molar ratio, it is rather difficult to control the molecular weight.
유무기 하이브리드 바인더의 요구 물성에 따라 추가 투입될 수 있는 실란 중 2가 실란의 양을 증가시키면 바인더의 실록산 구조가 선형 구조를 가지게 됨으로써 유연성을 확보할 수 있게 되며, 이는 후막 형성 시 외부 충격 및 곡률 등의 코팅에서 야기될 수 있는 내부 기계적 스트레스에 대한 완화 효과 및 내구성을 증가시킬 수 있게 됨을 의미한다.If the amount of divalent silane among the silanes that can be additionally added according to the required physical properties of the organic-inorganic hybrid binder is increased, the siloxane structure of the binder has a linear structure, thereby securing flexibility, which can prevent external impact and curvature when forming a thick film. This means that it is possible to increase the mitigation effect and durability against internal mechanical stress that may be caused by the coating of the back.
1가 실란을 투입하면 바인더의 분자량 조절 및 실록산의 표면 특성을 보다 더 명확하게 제어할 수 있다. 4가 실란의 양을 증가시킬 경우 코팅막의 경도 및 분자량을 증가시킬 수 있으므로, 추가적으로 투입되는 실란의 양을 자유롭게 제어할 수 있다. 특히 후막 형성을 위해 습식공정하려면 1, 2, 3 및 4가 실란 중 2가 실란을 추가 투입하여 진행하는 것이 바람직하다.When monovalent silane is added, the molecular weight of the binder and the surface properties of the siloxane can be more clearly controlled. When the amount of tetravalent silane is increased, the hardness and molecular weight of the coating film can be increased, so the amount of additionally added silane can be freely controlled. In particular, it is preferable to proceed by additionally introducing divalent silane among 1, 2, 3, and 4 valent silanes in order to wet process to form a thick film.
3가 알콕시 실란은 트리메톡시실란(trimethoxysilane), 트리에톡시실란(triethoxysilane), 트리-n-프로폭시실란(tri-n-propoxysilane), 트리이소프로폭시실란(triisopropoxysilane), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane), 메틸트리에톡시실란(methyltriethoxysilane), 페닐트리메톡시실란(phenyltrimethoxysilane), 페닐트리에톡시실란(phenyltriethoxysilane), 3-에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시실란(3-epoxycyclohexylethyltrimethoxysilane) 및 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane) 중 어느 하나 이상일 수 있다.Trivalent alkoxysilanes include trimethoxysilane, triethoxysilane, tri-n-propoxysilane, triisopropoxysilane, and methyltrimethoxysilane. (methyltrimethoxysilane), methyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, 3-epoxycyclohexylethyltrimethoxysilane and 3-glycol It may be any one or more of sidoxypropyltrimethoxysilane (3-glycidoxypropyltrimethoxysilane).
본 단계에서 사용되는 실란은 유무기 하이브리드 바인더에 함유된 전체 고형분 중에서 60 내지 100중량%를 포함할 수 있다. 실란의 양이 유무기 하이브리드 바인더의 전체 고형분에 대하여 60중량% 미만이면 다양한 극성 또는 무극성 용매에 분산을 용이하게 할 수 없는 단점이 있다.Silane used in this step may include 60 to 100% by weight of the total solids contained in the organic-inorganic hybrid binder. If the amount of silane is less than 60% by weight based on the total solid content of the organic-inorganic hybrid binder, there is a disadvantage in that it cannot be easily dispersed in various polar or non-polar solvents.
다음으로, 반응을 통해 생성된 알코올을, 상기 알코올과 종류가 다른 용매로 교체한 후 개시제를 혼합하여 실록산 구조를 갖는 유무기 하이브리드 바인더를 제조한다(S20).Next, an organic-inorganic hybrid binder having a siloxane structure is prepared by replacing the alcohol generated through the reaction with a solvent different from the alcohol and then mixing an initiator (S20).
용매는 최종 형성되는 코팅막의 두께에 따라 점도 및 고형분을 제어하기 위한 것으로, 유무기 하이브리드 바인더의 전체 중량 중 고형분이 10 내지 60중량%가 되도록 조절해주게 된다. 교체되는 용매로는 물, 셀로솔브류, 아세테이트류 및 케톤류 중 하나 이상이 사용될 수 있다.The solvent is for controlling the viscosity and solid content according to the thickness of the finally formed coating film, and the solid content is adjusted to 10 to 60% by weight of the total weight of the organic-inorganic hybrid binder. As the replacement solvent, one or more of water, cellosolves, acetates, and ketones may be used.
개시제에 있어서, 광경화를 위해서 광경화 개시제가 사용될 수 있으며, 열경화를 위해서는 열경화 개시제가 사용될 수 있다. 광경화 개시제로는 벤질다이메틸케톤(BDK)이 될 수 있으며, 열경화 개시제로는 B5428(TCI)이 될 수 있다.Regarding the initiator, a photocuring initiator may be used for photocuring, and a thermal curing initiator may be used for thermal curing. A photocuring initiator may be benzyl dimethyl ketone (BDK), and a thermal curing initiator may be B5428 (TCI).
개시제는 합성에 투입되는 실란 전체 중량의 1 내지 3% 범위로 투입될 수 있는데, 1% 미만으로 투입되는 경우 광경화 또는 열경화되는데 많은 시간이 소모되어 생산성이 저하되며, 3%를 초과하여 투입되는 경우 경화되는 속도를 촉진하는데 도움이 될 수는 있으나 코팅막의 물성 변형을 초래할 수 있어 바람직하지 않다.The initiator may be added in the range of 1 to 3% of the total weight of the silane added to the synthesis. If it is added in less than 1%, a lot of time is consumed for photocuring or thermal curing, resulting in reduced productivity, and if it is added in excess of 3% If it is, it may help to accelerate the curing speed, but it may cause modification of the physical properties of the coating film, which is not preferable.
유무기 하이브리드 바인더는 극성, 중극성 또는 무극성 용매에 분산이 가능하여 표면 제어 및 극성 제어됨으로써, 물이나 알코올을 포함하는 극성 용매 뿐만 아니라 셀로솔브와 같은 중극성 용매, 그리고 케톤류의 무극성 용매에 까지 분산이 가능할 수 있다. 이에 따라 광전기 변색 물질이 다양한 용매에 분산된 형태로 존재하며, 이들의 분산 및 혼합을 통해 코팅막을 형성할 수 있게 된다.Organic-inorganic hybrid binders can be dispersed in polar, neutral or non-polar solvents to control surface and polarity, dispersing not only polar solvents including water and alcohol, but also neutral solvents such as Cellosolve and non-polar solvents such as ketones. this could be possible Accordingly, the photoelectrochromic material is present in a form dispersed in various solvents, and a coating film can be formed through dispersion and mixing thereof.
다음으로, 유무기 하이브리드 바인더에 유기입자, 무기입자 중 하나 이상을 분산시킨다(S30).Next, at least one of organic particles and inorganic particles is dispersed in the organic-inorganic hybrid binder (S30).
앞서 제조된 유무기 하이브리드 바인더를 기반으로 유기 및 무기 나노입자의 복합화를 실시할 수 있다. 유기입자는 용매에 대한 용해 및 해리 없이 입자로 존재할 수 있으면서 내화학성을 갖는 나노입자를 포함할 수 있다. 무기입자는 수분산 및 유기분산된 실리카 나노졸을 포함할 수 있다. 이와 같은 유기입자, 무기입자는 필요에 따라 유기 실란을 이용하여 표면처리한 것일 수 있다.Based on the previously prepared organic-inorganic hybrid binder, organic and inorganic nanoparticles may be composited. The organic particles may include nanoparticles that can exist as particles without dissolution and dissociation in a solvent and have chemical resistance. The inorganic particles may include aqueous and organic dispersed silica nanosols. Such organic particles and inorganic particles may be surface-treated using organic silane, if necessary.
코팅막의 경도를 향상시키기 위하여 앞선 단계에서와 같이 실록산 합성 시 1, 2가 실란보다 3, 4가 실란의 추가 투입 함량을 증가시킬 수 있으며, 더 우수한 코팅막 경도를 위해 유기입자, 무기입자의 함량을 늘리고 충진되는 나노입자들 간의 양 비율을 조절할 수 있다.In order to improve the hardness of the coating film, as in the previous step, when synthesizing siloxane, the additional input content of trivalent and tetravalent silane can be increased rather than monovalent and divalent silane, and the content of organic particles and inorganic particles can be increased for better coating hardness. It is possible to control the amount ratio between the nanoparticles that are stretched and filled.
실리카졸의 실리카와 같은 나노입자는 5 내지 100nm 범위의 입도를 갖는 입자 형태로써, 유무기 하이브리드 바인더의 전체 고형분의 최대 40중량%까지 포함될 수 있다. 유기입자, 무기입자는 동일한 크기를 가질 수 있으며, 나노입자 크기를 상이하게 해서 구성될 수도 있는데, 나노입자 크기가 다양하면 광전기 변색층의 내부 밀도 제어를 통해 이온의 이동도를 제어할 수 있게 된다.Nanoparticles such as silica of silica sol are in the form of particles having a particle size in the range of 5 to 100 nm, and may be included up to 40% by weight of the total solid content of the organic-inorganic hybrid binder. The organic and inorganic particles may have the same size, or may be composed of different sizes of nanoparticles. If the size of the nanoparticles is varied, the mobility of ions can be controlled by controlling the internal density of the photoelectrochromic layer. .
이와 같은 유무기 하이브리드 바인더는 실록산 수지를 기반으로 하며, 유기 나노입자 및 무기 나노입자의 입도 및 중량비율 제어를 통해 나노입자와 실록산 수지의 융복합화를 유도할 수 있게 되며, 이에 따라 코팅막 내의 밀도 제어와, 광전기 변색 소자를 구성하는 셀 내부의 전극 간 이온 이동도를 제어할 수 있게 된다.Such an organic-inorganic hybrid binder is based on a siloxane resin, and it is possible to induce convergence of the nanoparticles and the siloxane resin by controlling the particle size and weight ratio of the organic nanoparticles and inorganic nanoparticles, thereby controlling the density in the coating film and , it is possible to control the ion mobility between the electrodes inside the cell constituting the photoelectrochromic device.
이렇게 제조되는 유무기 하이브리드 바인더는 서브 마이크로미터에서 수십 마이크로미터의 두께까지 크랙 없이 코팅막을 형성할 수 있는 역할을 하게 되므로, 광전기 변색 물질과 혼합되어 전극 상에 도포된 후 300 내지 400nm UV 영역에서 광경화되거나, 100 내지 150℃에서 열경화되어 코팅막을 형성하게 되며, 이러한 코팅막은 광전기 변색층이 될 수 있다. 광경화 시 UV 영역이 300nm 미만이거나 400nm를 초과하면 광경화되는데 많은 시간이 소요될 뿐만 아니라, 코팅막의 물성 변형의 우려가 있다. 열경화 시 100℃ 미만이면 코팅막으로 완전히 경화되는데 많은 시간이 걸리는 단점이 있고, 150℃를 초과하면 높은 온도로 인해 예상치 못한 화학적 반응 생성으로 비효율적인 공정이 될 우려가 있다.Since the organic-inorganic hybrid binder prepared in this way serves to form a coating film without cracks from a sub-micrometer to a thickness of several tens of micrometers, it is mixed with a photoelectrochromic material and applied on an electrode, followed by light in the 300 to 400 nm UV region. or thermally cured at 100 to 150° C. to form a coating film, and this coating film may be a photoelectric discoloration layer. When the UV region is less than 300 nm or more than 400 nm during photo-curing, not only does it take a lot of time to photo-curing, but there is a concern about modifying the physical properties of the coating film. When thermal curing is less than 100 ° C, there is a disadvantage in that it takes a lot of time to completely cure into a coating film, and when it exceeds 150 ° C, there is a concern that it will be an inefficient process due to unexpected chemical reactions due to high temperature.
특히 기존 광전기 변색 소자에 적용되고 있는 무기물 기반 코팅용액을 고온 열처리하여 형성되는 변색 코팅막의 경우 후막 형성이 불가능하여, 착색 투과도를 높이는데 한계가 있으며, 증착과 같은 고온 열처리 공정 진행 시 공정 가격이 상승하여 시장 경쟁력에 한계가 있을 수 밖에 없었다. 이와 달리 본 발명에 따라 제조되는 유무기 하이브리드 바인더는 저온 습식공정을 통해 박막에서부터 후막 형성이 가능하므로 가격 경쟁력 뿐만 아니라, 후막을 통한 착색 투과도의 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.In particular, in the case of a discoloration coating film formed by high-temperature heat treatment of an inorganic-based coating solution applied to existing photoelectrochromic devices, it is impossible to form a thick film, so there is a limit to increasing color transmittance, and process prices increase when a high-temperature heat treatment process such as deposition is performed. As a result, there was no choice but to limit the market competitiveness. In contrast, the organic-inorganic hybrid binder prepared according to the present invention can form a thick film from a thin film through a low-temperature wet process, so it has advantages of not only price competitiveness but also increasing the efficiency of color transmittance through the thick film.
또한 유무기 하이브리드 바인더의 실록산 구조는 유기소재 대비하여 우수한 내열성 및 내화학성을 가지므로, 물과 알코올과 같은 극성용매에서부터 셀로솔브류 및 아세테이트와 같은 중극성 용매 뿐만 아니라, 톨루엔, 아세톤과 같은 케톤류의 무극성에 이르기까지 다양한 용매에 대한 화학적 내구성을 나타내게 되는데, 이는 무기소재와 동일한 실록산 구조를 형성하고 있기 때문이다. 이러한 실록산 구조를 기반으로 치환된 열경화기 또는 광경화기의 경화 반응을 통해 더욱 치밀화된 막을 형성할 수 있게 됨에 따라, 에너지 소자에서 많이 사용되는 전해액을 이루는 다양한 유기용매 및 이온 등의 접촉 및 침투에도 용해없이 장기 안정성을 가지게 되는 것이다.In addition, since the siloxane structure of the organic-inorganic hybrid binder has excellent heat resistance and chemical resistance compared to organic materials, it can be used in polar solvents such as water and alcohol, as well as neutral solvents such as cellosolves and acetates, as well as ketones such as toluene and acetone. It exhibits chemical durability against various solvents, ranging from non-polarity, because it forms the same siloxane structure as inorganic materials. As it is possible to form a more dense film through the curing reaction of a heat curing group or photo curing group substituted based on this siloxane structure, it is soluble in contact and penetration of various organic solvents and ions that make up the electrolyte solution widely used in energy devices. to have long-term stability.
다른 양태로, 본 발명은 본 발명에 따른 광전기 변색 소자(100)를 구성도로 나타낸 도 1에 나타낸 것처럼, 유무기 하이브리드 바인더를 포함하는 광전기 변색 소자(100)에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a
도 1을 참조하면, 본 발명의 유무기 하이브리드 바인더를 이용한 광전기 변색층(170)을 포함하는 광전기 변색 소자(100)의 구조적인 모습을 나타낸 것임을 알 수 있다. 광전기 변색 소자(100)는 제1전극(130), 제1전극(130)과 대향하는 제2전극(140), 제1전극(130)과 제2전극(140) 사이에 배치되는 전해질층(150), 제1전극(130)과 전해질층(150) 사이에 배치되는 제1광전기 변색층(160) 및 제2전극(140)과 전해질층(150) 사이에 배치되는 제2광전기 변색층(170)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Referring to FIG. 1 , it can be seen that the
제1기판(110) 및 제2기판(120)은 제1전극(130) 및 제2전극(140)이 증착 또는 도포될 수 있는 공간을 마련한다.The
제1전극(130) 및 제2전극(140)은 전기전도성을 가지면서 투명성을 갖는 것으로, 제1기판(110) 및 제2기판(120) 각각에 증착 또는 도포되어 박막 또는 필름 형태로 형성될 수 있다. 제1전극(130)에는 양의 전압이 인가될 수 있으며, 제2전극(140)에는 음의 전압이 인가될 수 있다.The
제1전극(130) 및 제2전극(140)의 경우 ITO(indium tin oxide), 투명 전도성 산화물(TCO: transparent conductive oxide), 전도성 고분자, 금속 격자(metal grid), 탄소나노튜브(CNT: carbon nano tube), 그래핀(graphene) 및 탄소나노와이어로 이루어진 군으로부터 1종 이상의 소재로 이루어질 수 있다.In the case of the
전해질층(150)은 제1전극(130)과 제2전극(140) 사이에 배치되되, 제1광전기 변색층(160) 상에 배치될 수 있다.The
제1광전기 변색층(160)은 제1전극(130) 상에 배치되는 것으로, 광전기 변색에 관여하는 이온과 반대되는 극성 이온을 저장할 수 있는 전도성 물질이 사용될 수 있으며, Ni(OH)2, Cr2O3, MnO2, RH2O3, CoOx, Ir(OH)x, Fe2O3 또는 V2O5 등이 될 수 있다.The first
제2광전기 변색층(170)은 전해질층(150) 상에 배치되어 전기장이 인가됨에 따라 변색이 이루어질 수 있다.The second photoelectric
광전기 변색 물질은 산화 변색 물질 또는 환원 변색 물질을 포함할 수 있다. 산화 변색 물질은 바나듐(V) 산화물, 크롬(Cr) 산화물, 망간(Mn) 산화물, 철(Fe) 산화물, 코발트(Co) 산화물, 니켈(Ni) 산화물, 로듐(Rh) 산화물 및 이리듐(Ir) 산화물 중 어느 하나 이상일 수 있다. 환원 변색 물질은 티타늄(Ti) 산화물, 구리(Cu) 산화물, 몰리브덴(Mo) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, 나이오븀(Nb) 산화물 및 탄탈륨(Ta) 산화물 중 어느 하나 이상일 수 있다. 또한 광전기 변색 물질은 산화 변색 물질 또는 환원 변색 물질 외에, 비올로겐(viologen)과 같은 유기소재, 프루시안 블루(prussian blue)와 같은 유기금속 안료, 퍼릴렌 디이미드(perylene dimide) 계열 등의 유기 물질을 사용할 수도 있다.The photoelectrochromic material may include an oxidative or reductive colorant. Oxidative discoloration materials include vanadium (V) oxide, chromium (Cr) oxide, manganese (Mn) oxide, iron (Fe) oxide, cobalt (Co) oxide, nickel (Ni) oxide, rhodium (Rh) oxide, and iridium (Ir) oxide. It may be any one or more of oxides. The reducing discoloration material may be any one or more of titanium (Ti) oxide, copper (Cu) oxide, molybdenum (Mo) oxide, tungsten (W) oxide, niobium (Nb) oxide, and tantalum (Ta) oxide. In addition, photoelectrochromic materials include organic materials such as viologen, organometallic pigments such as Prussian blue, and organic materials such as perylene dimide, in addition to oxidative or reductive discoloration materials. material can also be used.
상술한 바와 같이 제1광전기 변색층(160) 및 제2광전기 변색층(170)을 형성하기 위한 유무기 하이브리드 바인더는 실록산 구조를 갖게 됨으로써 유기소재 대비 자외선에 대한 내광성이 내열성 및 내화학성과 더불어 우수하고, 옥외 안정성을 지닐 수 있는 열 또는 광경화형 3가 실란을 적용함으로써 장시간 옥외 노출이 필요한 광전기 변색 소자에 적용이 가능하다. 이러한 물성을 충족할 수 있는 경화형 3가 실란은 지환식 에폭시기를 지닌 2가 및 3가 유기 실란으로, 이를 실록산 합성에 적용하여 광전기 변색층을 구성하는 코팅막의 내광성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.As described above, the organic-inorganic hybrid binder for forming the first
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단, 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail. However, the following examples are merely illustrative to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby.
<실시예 1><Example 1> 광경화 코팅막의 형성Formation of photocuring coating film
광경화형 3가 실란인 메타아크릴프로필트리메톡시실란(MPTMS)와 알킬 3가 실란인 프로필트리메톡시실란(PTMS)를 8:2의 몰비로 혼합 후 산 촉매인 염산을 투입(0.01n HCl, 1.5mol)하고, 24시간 상온 반응 후 발생된 알코올 등을 에틸셀로솔브(EC)로 용매교체 후 벤질타이메틸케톤(BDK) 광개시제를 MPTMS 실란 전체 중량의 1.5%를 투입 후 최종적으로 광경화형 유무기 하이브리드 실록산 바인더를 제조하였다.After mixing methacrylpropyltrimethoxysilane (MPTMS), a photocurable trivalent silane, and propyltrimethoxysilane (PTMS), an alkyl trivalent silane, in a molar ratio of 8:2, hydrochloric acid, an acid catalyst, was added (0.01n HCl, 1.5 mol), and after 24 hours of room temperature reaction, the alcohol generated was replaced with ethyl cellosolve (EC), and benzyl thyme methyl ketone (BDK) photoinitiator was added at 1.5% of the total weight of MPTMS silane, and finally the presence or absence of photocurable type A hybrid siloxane binder was prepared.
제조된 바인더에 니켈옥사이드(NiO, 20nm) 나노입자를 5 : 95의 중량비율로 혼합하여 바코팅을 통해 코팅막을 형성하되, 365nm 영역의 UV 램프를 이용하여 광경화 후 최종 코팅막을 0.5㎛, 2㎛, 5㎛, 15㎛ 두께별로 형성하였다.Nickel oxide (NiO, 20nm) nanoparticles are mixed with the prepared binder in a weight ratio of 5:95 to form a coating film through bar coating, and after photocuring using a UV lamp in the 365nm region, the final coating film is 0.5㎛, 2 It was formed by thickness of ㎛, 5㎛, and 15㎛.
<실시예 2><Example 2> 광경화 코팅막의 형성Formation of photocuring coating film
광경화형 3가 실란인 메타아크릴프로필트리메톡시실란(MPTMS)와 알킬 3가 실란인 프로필트리메톡시실란(PTMS)를 8:2의 몰비로 혼합 후 산 촉매인 염산을 투입(0.01n HCl, 1.5mol)하고, 24시간 상온 반응 후 발생된 알코올 등을 에틸셀로솔브(EC)로 용매교체 후 벤질타이메틸케톤(BDK) 광개시제를 MPTMS 실란 전체 중량의 1.5%를 투입 후 최종적으로 광경화형 유무기 하이브리드 실록산 바인더를 제조하였다.After mixing methacrylpropyltrimethoxysilane (MPTMS), a photocurable trivalent silane, and propyltrimethoxysilane (PTMS), an alkyl trivalent silane, in a molar ratio of 8:2, hydrochloric acid, an acid catalyst, was added (0.01n HCl, 1.5 mol), and after 24 hours of room temperature reaction, the alcohol generated was replaced with ethyl cellosolve (EC), and benzyl thyme methyl ketone (BDK) photoinitiator was added at 1.5% of the total weight of MPTMS silane, and finally the presence or absence of photocurable type A hybrid siloxane binder was prepared.
제조된 바인더에 40nm 실리카졸을 9.5 : 0.5의 중량비율로 혼합한 후, 니켈옥사이드(NiO, 20nm) 나노입자를 5 : 95의 중량비율로 혼합하여 바코팅을 통해 코팅막을 형성하되, 365nm 영역의 UV 램프를 이용하여 광경화 후 최종 코팅막을 0.5㎛, 2㎛, 5㎛, 15㎛ 두께별로 형성하였다.After mixing the prepared binder with 40nm silica sol in a weight ratio of 9.5: 0.5, nickel oxide (NiO, 20nm) nanoparticles were mixed in a weight ratio of 5: 95 to form a coating film through bar coating, but in the 365nm region After photocuring using a UV lamp, a final coating film was formed for each thickness of 0.5 μm, 2 μm, 5 μm, and 15 μm.
<실시예 3><Example 3> 광경화 코팅막의 형성Formation of photocuring coating film
광경화형 3가 실란인 메타아크릴프로필트리메톡시실란(MPTMS)와 알킬 3가 실란인 프로필트리메톡시실란(PTMS)를 8:2의 몰비로 혼합 후 산 촉매인 염산을 투입(0.01n HCl, 1.5mol)하고, 24시간 상온 반응 후 발생된 알코올 등을 에틸셀로솔브(EC)로 용매교체 후 벤질타이메틸케톤(BDK) 광개시제를 MPTMS 실란 전체 중량의 1.5%를 투입 후 최종적으로 광경화형 유무기 하이브리드 실록산 바인더를 제조하였다.After mixing methacrylpropyltrimethoxysilane (MPTMS), a photocurable trivalent silane, and propyltrimethoxysilane (PTMS), an alkyl trivalent silane, in a molar ratio of 8:2, hydrochloric acid, an acid catalyst, was added (0.01n HCl, 1.5 mol), and after 24 hours of room temperature reaction, the alcohol generated was replaced with ethyl cellosolve (EC), and benzyl thyme methyl ketone (BDK) photoinitiator was added at 1.5% of the total weight of MPTMS silane, and finally the presence or absence of photocurable type A hybrid siloxane binder was prepared.
제조된 바인더에 40nm 실리카졸을 9 : 1의 중량비율로 혼합한 후 니켈옥사이드(NiO, 20nm) 나노입자를 5 : 95의 중량비율로 혼합하여 바코팅을 통해 코팅막을 형성하되, 365nm 영역의 UV 램프를 이용하여 광경화 후 최종 코팅막을 0.5㎛, 2㎛, 5㎛, 15㎛ 두께별로 형성하였다.40nm silica sol was mixed with the prepared binder at a weight ratio of 9:1, and nickel oxide (NiO, 20nm) nanoparticles were mixed at a weight ratio of 5:95 to form a coating film through bar coating, but UV in the 365nm region After photocuring using a lamp, a final coating film was formed for each thickness of 0.5 μm, 2 μm, 5 μm, and 15 μm.
<실시예 4><Example 4> 광경화 코팅막의 형성Formation of photocuring coating film
광경화형 3가 실란인 메타아크릴프로필트리메톡시실란(MPTMS)와 알킬 3가 실란인 프로필트리메톡시실란(PTMS)를 8:2의 몰비로 혼합 후 산 촉매인 염산을 투입(0.01n HCl, 1.5mol)하고, 24시간 상온 반응 후 발생된 알코올 등을 에틸셀로솔브(EC)로 용매교체 후 벤질타이메틸케톤(BDK) 광개시제를 MPTMS 실란 전체 중량의 1.5%를 투입 후 최종적으로 광경화형 유무기 하이브리드 실록산 바인더를 제조하였다.After mixing methacrylpropyltrimethoxysilane (MPTMS), a photocurable trivalent silane, and propyltrimethoxysilane (PTMS), an alkyl trivalent silane, in a molar ratio of 8:2, hydrochloric acid, an acid catalyst, was added (0.01n HCl, 1.5 mol), and after 24 hours of room temperature reaction, the alcohol generated was replaced with ethyl cellosolve (EC), and benzyl thyme methyl ketone (BDK) photoinitiator was added at 1.5% of the total weight of MPTMS silane, and finally the presence or absence of photocurable type A hybrid siloxane binder was prepared.
제조된 바인더에 40nm 실리카졸을 8.5 : 1.5의 중량비율로 혼합한 후 니켈옥사이드(NiO, 20nm) 나노입자를 5 : 95의 중량비율로 혼합하여 바코팅을 통해 코팅막을 형성하되, 365nm 영역의 UV 램프를 이용하여 광경화 후 최종 코팅막을 0.5㎛, 2㎛, 5㎛, 15㎛ 두께별로 형성하였다.40nm silica sol was mixed with the prepared binder in a weight ratio of 8.5: 1.5, and then nickel oxide (NiO, 20nm) nanoparticles were mixed in a weight ratio of 5: 95 to form a coating film through bar coating, but UV in the 365nm region After photocuring using a lamp, a final coating film was formed for each thickness of 0.5 μm, 2 μm, 5 μm, and 15 μm.
<실시예 5><Example 5> 열경화 코팅막의 형성Formation of a thermal curing coating film
열경화형 3가 실란인 에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시실란(ECETMS)과 알킬 3가 실란인 프로필트리메톡시실란(PTMS)를 8:2의 몰비로 혼합 후 산 촉매인 염산을 투입(0.01n HCl, 1.5mol)하고, 24시간 상온 반응 후 발생된 알코올 등을 에틸셀로솔브(EC)로 용매교체 후 B5428(TCI) 열개시제를 ECETMS 실란 전체 중량의 1.5%를 투입 후 최종적으로 열경화형 유무기 하이브리드 실록산 바인더를 제조하였다.After mixing epoxycyclohexylethyltrimethoxysilane (ECETMS), a thermosetting trivalent silane, and propyltrimethoxysilane (PTMS), an alkyl trivalent silane, in a molar ratio of 8:2, hydrochloric acid, an acid catalyst, was added (0.01n HCl , 1.5 mol), and after 24 hours of room temperature reaction, the alcohol generated was replaced with ethyl cellosolve (EC), and B5428 (TCI) thermal initiator was added at 1.5% of the total weight of ECETMS silane. A hybrid siloxane binder was prepared.
제조된 바인더에 니켈옥사이드(NiO, 20nm) 나노입자를 5 : 95의 중량비율로 혼합하여 바코팅을 통해 코팅막을 형성하되, 130℃에서 10분 동안 열경화 후 최종 코팅막을 0.5㎛, 2㎛, 5㎛, 15㎛ 두께별로 형성하였다.Nickel oxide (NiO, 20 nm) nanoparticles are mixed with the prepared binder at a weight ratio of 5:95 to form a coating film through bar coating, and after thermal curing at 130 ° C. for 10 minutes, the final coating film is 0.5 μm, 2 μm, It was formed by thickness of 5㎛ and 15㎛.
<실시예 6><Example 6> 열경화 코팅막의 형성Formation of a thermal curing coating film
열경화형 3가 실란인 에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시실란(ECETMS)과 알킬 3가 실란인 프로필트리메톡시실란(PTMS)를 8:2의 몰비로 혼합 후 산 촉매인 염산을 투입(0.01n HCl, 1.5mol)하고, 24시간 상온 반응 후 발생된 알코올 등을 에틸셀로솔브(EC)로 용매교체 후 B5428(TCI) 열개시제를 ECETMS 실란 전체 중량의 1.5%를 투입 후 최종적으로 열경화형 유무기 하이브리드 실록산 바인더를 제조하였다.After mixing epoxycyclohexylethyltrimethoxysilane (ECETMS), a thermosetting trivalent silane, and propyltrimethoxysilane (PTMS), an alkyl trivalent silane, in a molar ratio of 8:2, hydrochloric acid, an acid catalyst, was added (0.01n HCl , 1.5 mol), and after 24 hours of room temperature reaction, the alcohol generated was replaced with ethyl cellosolve (EC), and B5428 (TCI) thermal initiator was added at 1.5% of the total weight of ECETMS silane. A hybrid siloxane binder was prepared.
제조된 바인더에 40nm 실리카졸을 9.5 : 0.5의 중량비율로 혼합한 후 니켈옥사이드(NiO, 20nm) 나노입자를 5 : 95의 중량비율로 혼합하여 바코팅을 통해 코팅막을 형성하되, 130℃에서 10분 동안 열경화 후 최종 코팅막을 0.5㎛, 2㎛, 5㎛, 15㎛ 두께별로 형성하였다.40 nm silica sol was mixed with the prepared binder in a weight ratio of 9.5: 0.5, and then nickel oxide (NiO, 20 nm) nanoparticles were mixed in a weight ratio of 5: 95 to form a coating film through bar coating, but at 130 ° C. After thermal curing for minutes, final coating films were formed for each thickness of 0.5 μm, 2 μm, 5 μm, and 15 μm.
<실시예 7><Example 7> 열경화 코팅막의 형성Formation of a thermal curing coating film
열경화형 3가 실란인 에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시실란(ECETMS)과 알킬 3가 실란인 프로필트리메톡시실란(PTMS)를 8:2의 몰비로 혼합 후 산 촉매인 염산을 투입(0.01n HCl, 1.5mol)하고, 24시간 상온 반응 후 발생된 알코올 등을 에틸셀로솔브(EC)로 용매교체 후 B5428(TCI) 열개시제를 ECETMS 실란 전체 중량의 1.5%를 투입 후 최종적으로 열경화형 유무기 하이브리드 실록산 바인더를 제조하였다.After mixing epoxycyclohexylethyltrimethoxysilane (ECETMS), a thermosetting trivalent silane, and propyltrimethoxysilane (PTMS), an alkyl trivalent silane, in a molar ratio of 8:2, hydrochloric acid, an acid catalyst, was added (0.01n HCl , 1.5 mol), and after 24 hours of room temperature reaction, the alcohol generated was replaced with ethyl cellosolve (EC), and B5428 (TCI) thermal initiator was added at 1.5% of the total weight of ECETMS silane. A hybrid siloxane binder was prepared.
제조된 바인더에 40nm 실리카졸을 8 : 2의 중량비율로 혼합한 후 니켈옥사이드(NiO, 20nm) 나노입자를 5 : 95의 중량비율로 혼합하여 바코팅을 통해 코팅막을 형성하되, 130℃에서 10분 동안 열경화 후 최종 코팅막을 0.5㎛, 2㎛, 5㎛, 15㎛ 두께별로 형성하였다.40nm silica sol was mixed with the prepared binder in a weight ratio of 8: 2, and then nickel oxide (NiO, 20nm) nanoparticles were mixed in a weight ratio of 5: 95 to form a coating film through bar coating, but at 130 ℃ 10 After thermal curing for minutes, final coating films were formed for each thickness of 0.5 μm, 2 μm, 5 μm, and 15 μm.
<실시예 8><Example 8> 열경화 코팅막의 형성Formation of a thermal curing coating film
열경화형 3가 실란인 에폭시사이클로헥실에틸트리메톡시실란(ECETMS)과 알킬 3가 실란인 프로필트리메톡시실란(PTMS)를 8:2의 몰비로 혼합 후 산 촉매인 염산을 투입(0.01n HCl, 1.5mol)하고, 24시간 상온 반응 후 발생된 알코올 등을 에틸셀로솔브(EC)로 용매교체 후 B5428(TCI) 열개시제를 ECETMS 실란 전체 중량의 1.5%를 투입 후 최종적으로 열경화형 유무기 하이브리드 실록산 바인더를 제조하였다.After mixing epoxycyclohexylethyltrimethoxysilane (ECETMS), a thermosetting trivalent silane, and propyltrimethoxysilane (PTMS), an alkyl trivalent silane, in a molar ratio of 8:2, hydrochloric acid, an acid catalyst, was added (0.01n HCl , 1.5 mol), and after 24 hours of room temperature reaction, the alcohol generated was replaced with ethyl cellosolve (EC), and B5428 (TCI) thermal initiator was added at 1.5% of the total weight of ECETMS silane. A hybrid siloxane binder was prepared.
제조된 바인더에 40nm 실리카졸을 7 : 3의 중량비율로 혼합한 후 니켈옥사이드(NiO, 20nm) 나노입자를 5 : 95의 중량비율로 혼합하여 바코팅을 통해 코팅막을 형성하되, 130℃에서 10분 동안 열경화 후 최종 코팅막을 0.5㎛, 2㎛, 5㎛, 15㎛ 두께별로 형성하였다.40 nm silica sol was mixed with the prepared binder in a weight ratio of 7: 3, and then nickel oxide (NiO, 20 nm) nanoparticles were mixed in a weight ratio of 5: 95 to form a coating film through bar coating, but at 130 ℃ 10 After thermal curing for minutes, final coating films were formed for each thickness of 0.5 μm, 2 μm, 5 μm, and 15 μm.
<비교예 1><Comparative Example 1> 4가 실란만을 이용하여 광경화/열경화하지 않은 코팅막의 형성Formation of a coating film that is not photocured / thermally cured using only tetravalent silane
4가 실란인 테트라에틸오소실리케이트(TEOS)에 산 촉매인 염산을 투입(0.01n HCl, TEOS 투입 전체 양 대비 2mol)하고, 24시간 상온 교반 반응 후 발생된 물, 알콜 등을 에틸셀로솔브(EC)로 용매교체 후 4가 실란 TEOS 단독 실리케이트 용액을 제조하고, 반응 분산물인 물과 알코올을 에틸셀로솔브(EC)로 용매교체 후 최종 에틸셀로솔브(EC) 분산 실리케이트 용액을 제조하였다.Hydrochloric acid, an acid catalyst, was added to tetraethylorthosilicate (TEOS), a tetravalent silane (0.01n HCl, 2 mol relative to the total amount of TEOS input), and water and alcohol generated after a 24-hour stirring reaction at room temperature were mixed with ethyl cellosolve ( After solvent replacement with EC), a silicate solution of tetravalent silane TEOS alone was prepared, and after solvent replacement of water and alcohol as reaction dispersions with ethyl cellosolve (EC), a final ethyl cellosolve (EC) dispersed silicate solution was prepared.
제조된 실리케이트 용액을 니켈옥사이드(NiO, 20nm) 나노입자를 5 : 95의 중량비율로 혼합하여 바코팅을 통해 코팅막을 0.5㎛, 2㎛, 5㎛, 15㎛ 두께별로 형성하였다.The prepared silicate solution was mixed with nickel oxide (NiO, 20 nm) nanoparticles in a weight ratio of 5: 95 to form a coating film with a thickness of 0.5 μm, 2 μm, 5 μm, and 15 μm through bar coating.
<시험예 1><Test Example 1>
본 시험예에서는 실시예 1 내지 8과, 비교예 1에 따른 코팅막의 가시광 투과도(ITO 증착 PET film), 용매별 내화학성(H2O-IPA-EC-MEK-Toluene), 부착력, 도막 두께별 크랙 유무(0.5㎛, 2㎛, 5㎛, 15㎛)를 분석해 보았으며, 이를 위한 평가 조건은 다음과 같다.In this test example, the visible light transmittance of the coating film according to Examples 1 to 8 and Comparative Example 1 (ITO deposited PET film), chemical resistance by solvent (H2O-IPA-EC-MEK-Toluene), adhesion, presence or absence of cracks by coating film thickness (0.5㎛, 2㎛, 5㎛, 15㎛) was analyzed, and the evaluation conditions for this are as follows.
(1) 투과도: 400 내지 800nm 전광선 투과율(0.5㎛ 코팅막)(1) Transmittance: 400 to 800 nm total light transmittance (0.5 μm coating film)
(2) 내화학성: 용매별 48hr 디핑 후 박리 및 부풀림 현상 육안 및 광학현미경 관찰(0.5㎛ 코팅막)(2) Chemical resistance: Peeling and swelling after 48 hr dipping for each solvent Visual observation and optical microscope observation (0.5㎛ coating film)
(3) 부착력: 크로스-컷 테스트를 통한 부착력(0.5㎛ 코팅막)(3) Adhesion: Adhesion through cross-cut test (0.5㎛ coating film)
(4) 경도: 연필 경도 테스트(5㎛ 코팅막)(4) Hardness: Pencil hardness test (5㎛ coating film)
(5) 크랙: 광학 현미경 관찰(코팅막 두께별)(5) Cracks: Optical microscope observation (by coating film thickness)
이에 따른 결과는 하기 표 1과 같다.The results according to this are shown in Table 1 below.
1Example
One
2Example
2
3Example
3
4Example
4
5Example
5
6Example
6
7Example
7
8Example
8
1comparative example
One
두께별
크랙coating
By thickness
crack
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 8에서 3가 실란을 기반으로 제조된 유무기 하이브리드 바인더의 경우 비교예 1에서와 같이 4가 실란 단독의 바인더와 비교하여 전반적인 물성이 우수함을 알 수 있으며, 광전기 변색 소자 적용을 위한 바인더로의 적용 가능성을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, in the case of the organic-inorganic hybrid binders prepared based on trivalent silane in Examples 1 to 8, it can be seen that the overall physical properties are excellent compared to the binder of tetravalent silane alone as in Comparative Example 1, Applicability as a binder for photoelectrochromic device application can be confirmed.
실리카졸의 실리카 나노입자의 함량 증가에 따라 코팅막의 경도가 다소 증가됨을 알 수 있는 반면, 입자 함량이 너무 많은 양으로 첨가될수록 바인더의 함량 저하로 인해 부착력, 내화학성 및 경도 등이 오히려 감소함을 보였다. 이를 통해 적절한 나노입자의 크기 및 양 조절이 중요함을 알 수 있다.It can be seen that the hardness of the coating film slightly increases as the content of the silica nanoparticles in the silica sol increases, whereas when the particle content is added in an excessively large amount, the adhesion, chemical resistance and hardness decrease due to the decrease in the content of the binder. seemed Through this, it can be seen that it is important to properly control the size and amount of nanoparticles.
코팅막 두께별 크랙 유무 테스트 결과, 비교예 1의 경우 0.5㎛ 이하의 코팅막에서만 크랙이 없는 막을 형성할 수 있었고, 2㎛ 이상의 코팅막에서는 막의 취성으로 크랙이 쉽게 발생되었음을 알 수 있었다.As a result of the test for the presence of cracks by coating film thickness, in the case of Comparative Example 1, only a coating film of 0.5 μm or less was able to form a film without cracks, and it was found that cracks easily occurred in the coating film of 2 μm or more due to the brittleness of the film.
이에 비해 유무기 하이브리드 바인더의 경우 15㎛에서도 크랙이 없는 안정된 막을 형성할 수 있었으며, 이에 따라 본 발명의 3가 실란을 기반으로 한 유무기 하이브리드 바인더를 박막에서부터 후막까지의 다양한 두께에서 코팅막 적용이 가능하며, 내화학성, 부착력, 경도 및 크랙 유무 특성에서 우수한 물성을 발현하므로, 리지드(rigid)한 광전기 변색 소자에서 바인더로 적용할 수 있는 장점이 있다.In comparison, in the case of the organic-inorganic hybrid binder, it was possible to form a stable film without cracks even at 15 μm, and accordingly, the organic-inorganic hybrid binder based on the trivalent silane of the present invention can be applied to a coating film in various thicknesses from thin to thick films. And, since it expresses excellent physical properties in terms of chemical resistance, adhesion, hardness, and crack presence, it has the advantage of being applicable as a binder in a rigid photoelectric discoloration device.
정리하면, 본 발명은 광전기 변색 물질과 혼합되어 전극 상에 도포된 후 300 내지 400nm UV 영역에서 광경화되거나 100 내지 150℃에서 열경화될 수 있도록 하는 실록산 구조의 유무기 하이브리드 바인더를 제공함으로써, 광전기 변색 물질을 안정적으로 분산 및 혼합하여 변색 효율을 높일 수 있도록 하는데 특징이 있다.In summary, the present invention provides an organic-inorganic hybrid binder having a siloxane structure that is mixed with a photoelectrochromic material and applied on an electrode and then photocured in a 300 to 400 nm UV region or thermally cured at 100 to 150 ° C. It is characterized by stably dispersing and mixing the discoloration material to increase the discoloration efficiency.
이러한 특징에 따르면, 유무기 하이브리드 바인더를 제1기판(110) 및 제2기판(120)과의 결합을 유도할 수 있는 치환기를 도입함으로써 광전기 변색 물질과의 상용성을 도모할 수 있을 뿐만 아니라 화학적 결합을 통해 제1기판(110) 및 제2기판(120)과의 부착을 유도하여 기판에 대한 부착력을 확보할 수 있다.According to this feature, by introducing a substituent capable of inducing bonding of the organic-inorganic hybrid binder with the
또한, 종래 무기 증착막 또는 무기소재 기반 코팅막의 경우 유연성이 부재하고 기계적 변화에 대한 제약이 있어 곡률이 있는 유연 기판에 적용하기에 어려운 한계와, 코팅막 표면의 핀홀과 같은 결함이 존재하여 광전기 변색 소자의 장기 안정성 및 색 재현성이 시간이 지남에 따라 저하되었던 것과 달리, 본 발명의 유무기 하이브리드 바인더를 통해서는 코팅막의 유연성 및 기계적 물성이 보완될 수 있으며, 광전기 변색층(170)의 소재 및 조성 제어로 광전기 변색 소자(100) 구조에 탄성률을 제어할 수 있으므로, 충분한 유연성을 가질 수 있다.In addition, in the case of a conventional inorganic deposition film or inorganic material-based coating film, there is a lack of flexibility and restrictions on mechanical change, so it is difficult to apply to a flexible substrate with a curvature, and defects such as pinholes on the surface of the coating film exist, resulting in a photoelectrochromic device. Unlike the long-term stability and color reproducibility that deteriorated over time, the flexibility and mechanical properties of the coating film can be supplemented through the organic-inorganic hybrid binder of the present invention, and the material and composition of the
옥외 자외선에 대한 노출이 직접적으로 이루어지는 광전기 변색 소자(100)에 있어서, 유기소재가 자외선에 장시간 노출 시 분해되는 문제점을 무기소재로의 보완이 필요하므로, 유무기 하이브리드 바인더에 내광성이 있는 기능기를 도입함으로써 옥외에 대한 자외선 등의 내광성을 확보하면서 무기소재가 발현할 수 없는 후막 코팅 및 습식공정성을 확보할 수 있게 된다.In the
따라서 본 발명의 유무기 하이브리드 바인더는 실록산 본연의 우수한 내화학성 및 내열성을 가지며, 추가적으로 높은 경화도를 바탕으로 유기용매 및 이온 등에 대한 내화학성 및 내열성에 대한 높은 안정성을 발휘할 수 있으므로, 치밀도를 유지하면서 광전기 변색층(170)의 내부 기공도 및 표면 물성을 조절할 수 있어 에너지 소자의 전해질용 바인더 소재까지 확대하여 적용할 수 있을 것으로 기대된다.Therefore, the organic-inorganic hybrid binder of the present invention has excellent chemical resistance and heat resistance inherent in siloxane, and can exhibit high stability against chemical resistance and heat resistance against organic solvents and ions based on an additional high degree of curing. Since the internal porosity and surface properties of the
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are intended to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 광전기 변색 소자
110: 제1기판
120: 제2기판
130: 제1전극
140: 제2전극
150: 전해질층
160: 제1광전기 변색층
170: 제2광전기 변색층100: photoelectrochromic element
110: first substrate
120: second substrate
130: first electrode
140: second electrode
150: electrolyte layer
160: first photoelectric chromic layer
170: second photoelectric chromic layer
Claims (5)
상기 반응을 통해 생성된 알코올을, 상기 알코올과 종류가 다른 용매로 교체한 후 개시제를 혼합하여 실록산 구조를 갖는 유무기 하이브리드 바인더를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 유무기 하이브리드 바인더는, 광전기 변색 물질과 혼합되어 전극 상에 도포된 후 300 내지 400nm UV 영역에서 광경화되거나, 100 내지 150℃에서 열경화되는 것을 특징으로 하는, 광전기 변색 소자의 광전기 변색층용 유무기 하이브리드 바인더의 제조방법.Reacting a trivalent alkoxy silane having a photocurable or thermocurable functional group with at least one organic silane having a polar group of 1 to 4 at room temperature under an acid or base catalyst, followed by a reflux reaction at 70 to 80 ° C; and
Preparing an organic-inorganic hybrid binder having a siloxane structure by replacing the alcohol generated through the reaction with a solvent different from the alcohol and then mixing an initiator,
The organic-inorganic hybrid binder is mixed with a photoelectric color change material and applied on an electrode and then photocured in a 300 to 400 nm UV region or thermally cured at 100 to 150 ° C. A method for preparing a hybrid binder.
상기 유무기 하이브리드 바인더에 유기입자, 무기입자 중 하나 이상을 분산시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 광전기 변색 소자의 광전기 변색층용 유무기 하이브리드 바인더의 제조방법.According to claim 1,
Dispersing at least one of organic particles and inorganic particles in the organic-inorganic hybrid binder.
상기 광전기 변색 물질은, 산화 변색 물질 또는 환원 변색 물질을 포함하되,
상기 산화 변색 물질은, 바나듐(V) 산화물, 크롬(Cr) 산화물, 망간(Mn) 산화물, 철(Fe) 산화물, 코발트(Co) 산화물, 니켈(Ni) 산화물, 로듐(Rh) 산화물 및 이리듐(Ir) 산화물 중 하나 이상이고,
상기 환원 변색 물질은, 티타늄(Ti) 산화물, 구리(Cu) 산화물, 몰리브덴(Mo) 산화물, 텅스텐(W) 산화물, 나이오븀(Nb) 산화물 및 탄탈륨(Ta) 산화물 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 광전기 변색 소자의 광전기 변색층용 유무기 하이브리드 바인더의 제조방법.According to claim 1,
The photoelectric discoloration material includes an oxidative discoloration material or a reductive discoloration material,
The oxidative discoloration material may include vanadium (V) oxide, chromium (Cr) oxide, manganese (Mn) oxide, iron (Fe) oxide, cobalt (Co) oxide, nickel (Ni) oxide, rhodium (Rh) oxide, and iridium ( Ir) at least one of the oxides,
Characterized in that the reductive discoloration material is at least one of titanium (Ti) oxide, copper (Cu) oxide, molybdenum (Mo) oxide, tungsten (W) oxide, niobium (Nb) oxide, and tantalum (Ta) oxide, A method of manufacturing an organic-inorganic hybrid binder for a photoelectric color change layer of a photoelectric color change device.
상기 유무기 하이브리드 바인더는, 광전기 변색 물질과 혼합되어 전극 상에 도포된 후 300 내지 400nm UV 영역에서 광경화되거나, 100 내지 150℃에서 열경화되어 코팅막을 형성하는 것을 특징으로 하는, 광전기 변색 소자의 광전기 변색층용 유무기 하이브리드 바인더.Under an acid or base catalyst, a trivalent alkoxy silane having a photocurable or thermocurable functional group and at least one organic silane having a polar group of 1 to 4 are reacted at room temperature and reflux at 70 to 80 ° C. An organic-inorganic hybrid binder having a siloxane structure is formed by mixing an initiator after replacing alcohol with a solvent different from the alcohol,
The organic-inorganic hybrid binder is mixed with a photoelectric discoloration material and applied on an electrode, and then photocured in a 300 to 400 nm UV region or thermally cured at 100 to 150 ° C to form a coating film. Organic-inorganic hybrid binder for photoelectrochromic layer.
상기 제1전극과 대향하는 제2전극;
상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에 배치되는 전해질층;
상기 제1전극과 상기 전해질층 사이에 배치되는 제1광전기 변색층; 및
상기 제2전극과 상기 전해질층 사이에 배치되는 제2광전기 변색층;을 포함하되,
상기 제1광전기 변색층 및 제2광전기 변색층은,
산 또는 염기 촉매 하에서, 광경화 또는 열경화 가능한 관능기를 갖는 3가 알콕시 실란과, 극성기를 갖는 1 내지 4가 중 하나 이상의 유기 실란을 상온에서 반응 및 70 내지 80℃에서 리플럭스 반응을 통해 생성된 알코올을, 상기 알코올과 종류가 다른 용매로 교체된 후 개시제의 혼합으로 형성되는 실록산 구조의 유무기 하이브리드 바인더; 및
광전기 변색 물질;을 혼합하여 형성되어,
300 내지 400nm UV 영역에서 광경화되거나, 100 내지 150℃에서 열경화되는 것을 특징으로 하는, 광전기 변색 소자.a first electrode;
a second electrode facing the first electrode;
an electrolyte layer disposed between the first electrode and the second electrode;
a first photoelectric color change layer disposed between the first electrode and the electrolyte layer; and
Including; a second photoelectric color change layer disposed between the second electrode and the electrolyte layer,
The first photoelectric color change layer and the second photoelectric color change layer,
Under an acid or base catalyst, a trivalent alkoxy silane having a photocurable or thermocurable functional group and at least one organic silane having a polar group of 1 to 4 are reacted at room temperature and produced through a reflux reaction at 70 to 80 ° C. an organic-inorganic hybrid binder having a siloxane structure formed by replacing alcohol with a solvent different from the alcohol and then mixing an initiator; and
Photoelectrochromic material; formed by mixing,
Photo-curing in the 300 to 400 nm UV region or thermally curing at 100 to 150 ° C., a photoelectric discoloration element.
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