KR20230063027A - Cnt/gnf 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액 - Google Patents
Cnt/gnf 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230063027A KR20230063027A KR1020210147835A KR20210147835A KR20230063027A KR 20230063027 A KR20230063027 A KR 20230063027A KR 1020210147835 A KR1020210147835 A KR 1020210147835A KR 20210147835 A KR20210147835 A KR 20210147835A KR 20230063027 A KR20230063027 A KR 20230063027A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- electric heating
- heating element
- coating solution
- gnf
- cnt
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 78
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 77
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 75
- 238000002156 mixing Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 title claims description 38
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 title description 37
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 title description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 title description 2
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 title 1
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims abstract description 64
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 27
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 27
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims abstract description 19
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 8
- 229920005569 poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) Polymers 0.000 claims description 18
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 14
- 239000011157 advanced composite material Substances 0.000 claims description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004299 exfoliation Methods 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 17
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 11
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000000306 component Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000011162 core material Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 239000006258 conductive agent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000131 polyvinylidene Polymers 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000009987 spinning Methods 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
- C09D5/24—Electrically-conducting paints
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
- C08K3/041—Carbon nanotubes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
- C08K3/042—Graphene or derivatives, e.g. graphene oxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/02—Elements
- C08K3/04—Carbon
- C08K3/046—Carbon nanorods, nanowires, nanoplatelets or nanofibres
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D11/00—Inks
- C09D11/52—Electrically conductive inks
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D127/00—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers
- C09D127/02—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C09D127/12—Coating compositions based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Coating compositions based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
- C09D127/16—Homopolymers or copolymers of vinylidene fluoride
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
- C09D7/00—Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
- C09D7/40—Additives
- C09D7/60—Additives non-macromolecular
- C09D7/61—Additives non-macromolecular inorganic
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
Abstract
본 발명은 CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PVDF계 공중합물 용액과, 그래핀과, CNT와, GNF를 배합하여 전기 발열체 코팅액을 제조할 수 있는, CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액에 관한 것이다.
본 발명은 15wt% PVDF계 공중합물 용액과, 15wt% 내지 45wt% 그래핀과, 15wt% 내지 45wt% CNT와, 10wt% 내지 30wt% GNF를 배합하고, 자력 교반기에 의해 교반하여, 전기 발열체 코팅액을 제조하는, CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액을 제공할 수 있다.
본 발명은 15wt% PVDF계 공중합물 용액과, 15wt% 내지 45wt% 그래핀과, 15wt% 내지 45wt% CNT와, 10wt% 내지 30wt% GNF를 배합하고, 자력 교반기에 의해 교반하여, 전기 발열체 코팅액을 제조하는, CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PVDF계 공중합물 용액과, 그래핀과, CNT와, GNF를 배합하여 전기 발열체 코팅액을 제조할 수 있는, CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액에 관한 것이다.
최근, 스마트 의류로 분류되는 기술로 IT, NT, BT, ET 등 신기술을 결합해 전통적 섬유나 의복의 개념을 벗어난 새로운 개념의 미래형 의류가 개발되고 있으며, 기능성 섬유 소재의 의복에 디지털 센서나 GPS 및 초소형 통신기기와 소형 MP3플레이어 등을 내장하는 것이 대표적이며, 섬유나 의복에 내장이 가능한 반도체칩이나 센서 그리고 디지털 기기들의 초소형화 초경량화가 필수적으로 수반되고 있다.
또한, 스마트 의류 핵심 소재인 텍스트로닉스에 대한 기대가 임계점을 돌파하면서 경쟁적인 연구개발 및 사업화 투자가 이루어졌음 센서 입출력 단말장치 등 소자 부품 시장과 헬스케어 피트니스 의류 등 고부가가치 전문시장으로 분할되었으며, 초연결 및 고령화 사회로 변화가 가속화됨에 따라 텍스트로닉스 시장이 급속히 성장하고 있다.
이와 같이, 섬유와 IT기술의 융합이 가속화되면서 전기 신호를 전달할 수 있는 전도성이 매우 뛰어난 섬유 소재들이 개발되고, 이러한 섬유로 트랜지스터와 전자회로까지 구성할 수 있는 단계까지 진화하였다.
특히, 스마트 섬유는 편의성, 내구성, 안정성, 내열성 등이 강화되어야 하고, 융합형 의류 제품을 생산하기 위한 소재개발 기술도 필요하다.
이와 관련하여, 나노탄소 복합 소재를 이용한 플렉서블 면상 발열 소재의 조성 및 발열체 제조 기술로 웨어러블 디바이스, 차량 윈도우, 난방 히터 등에 적용 가능한 핵심 기술에 대한 수요가 증가하고 있다.
예컨대, 면상 발열체는 에너지 소비 효율이 높고 부피가 크지 않아 다양한 난방 용도로 응용 사용되고 있는 제품이며, 시공이 간편하고, 원료의 형태에 따라 단열제, 판넬 등과 접합하여 사용 가능하기 때문에 활용 용도가 다양해지고 있어 수요가 증가하고 있다.
또한, 면상 발열체는 스마트 의류 시장에도 적용이 가능하여 의복의 기능성과 ICT와의 융합을 통한 다양하고 편리한 기능의 스마트 의류 제품군 출시가 증가하고 있다.
스마트 의류와 관련한 선행기술로서, 한국 등록특허공보 제10-058336호가 개시되어 있는데, 종래의 도전성이 우수한 복합섬유의 제조방법은 열가소성 고분자에 도전제로 카본나노튜브를 분산시킨 조성물의 도전성분을 심성분으로 하고, 비도전성 섬유형성성분을 초성분으로 하여 편심형 단면을 갖도록 복합 방사한 뒤 열연신하여 전도성이 우수한 도전사를 제조하지만, 카본나노튜브를 단순 분산시켜 제조하는 것으로 접착성, 내구성 및 코팅성을 보장하기 어려운 측면이 있다.
또한, 한국 공개특허공보 제2006-0077982호가 개시되어 있는데, 종래의 탄소 나노튜브 섬유의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 섬유는, 기계적물성 및 전자파 차폐효율이 우수한 탄소 나노튜브 섬유를 제조하는데 제한되어 있다.
또한, 한국 등록특허공보 제10-2116546호가 개시되어 있는데, 종래의 그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴이 형성된 텍스타일이 적용된 전기발열 장갑은 그래핀을 포함한 전도성 잉크를 이용하여 우수한 유연성 및 전기전도성을 나타내도록 하여 회로패턴을 형성하는데, 그래핀과 PVDF-HFP의 배합만으로는 보다 양호한 접착성, 내구성 및 코팅성을 구현하는데 한계가 있다.
이에, 전자 섬유를 제조하기 위해 양호한 전기적 특성, 열전도성, 압전성, 점도, 접착성, 내구성 및 코팅성을 갖는 전도성 잉크를 제공할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 PVDF계 공중합물 용액과, 그래핀과, CNT와, GNF를 배합하여 전기 발열체 코팅액을 제조할 수 있는 CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액에 있어서, 15wt% PVDF계 공중합물 용액과, 15wt% 내지 45wt% 그래핀과, 15wt% 내지 45wt% CNT와, 10wt% 내지 30wt% GNF를 배합하고, 자력 교반기에 의해 교반하여, 전기 발열체 코팅액을 제조한다.
이때, 상기 PVDF계 공중합물 용액은, 아세톤 100ml에 1.78g/cm3의 밀도를 가지는 PVDF-HFP 칩 15g을 투입하고 25℃에서 24시간 동안 교반하여 15wt%의 PVDF-HFP 용액을 제조하여 형성하는 것을 특징으로 하며, 상기 그래핀은 화학적 박리법에 의해 제조되되, 3 내지 10 레이어 구조로 이루어지고, 탄소 순도는 99% 이상이고, 두께는 3nm 내지 6nm인 것을 특징으로 하며, 상기 CNT는 직경이 5nm 내지 20nm이고, 길이는 5㎛ 내지 10㎛이고, 탄소 순도를 90% 이상이고, 부피밀도는 0.04g/㎤ 내지 0.08g/㎤인 것을 특징으로 하며, 상기 GNF는 직경이 50nm 내지 300nm이고, 길이는 10㎛ 내지 20㎛이고, 탄소 순도는 95% 이상이고, 부피밀도는 0.03g/㎤ 내지 0.08g/㎤인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기 발열체 코팅액은, 15wt% PVDF-HFP 용액과, 30wt% 그래핀과, 30wt% CNT와, 10wt% GNF를 배합하여 제조되는 것을 특징으로 하며, 상기 PVDF-HFP 용액과, 상기 그래핀과, 상기 CNT와, 상기 GNF를 인싸이투 중합법 또는 용액 혼합법 또는 직접 혼합법에 의해 배합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기 발열체 코팅액은 전도성 잉크로 사용되는 것을 특징으로 하며, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법에 의해 전기 발열체 코팅액이 제조된다.
본 발명은 PVDF계 공중합물 용액과, 그래핀과, CNT, GNF를 배합하여 전기 발열체 코팅액을 제조하여서, 체온유지를 위한 전자 섬유를 제조하기 위해 양호한 전기적 특성, 열전도성, 압전성, 점도, 접착성, 내구성 및 코팅성을 갖는 전도성 잉크를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법의 개략적인 순서도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 전기 발열체 코팅액 제조방법에 적용되는 PVDF-HFP 칩과 CNT를 예시한 것이다.
도 3은 도 1의 전기 발열체 코팅액 제조방법의 교반과정을 예시한 것이다.
도 4는 대조군의 GNF 함유량에 따른 점도와 저항과 상승 온도와 크랙을 그래프로 각각 예시한 것이다.
도 2는 도 1의 전기 발열체 코팅액 제조방법에 적용되는 PVDF-HFP 칩과 CNT를 예시한 것이다.
도 3은 도 1의 전기 발열체 코팅액 제조방법의 교반과정을 예시한 것이다.
도 4는 대조군의 GNF 함유량에 따른 점도와 저항과 상승 온도와 크랙을 그래프로 각각 예시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 의한 CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법은, 15wt% PVDF계 공중합물 용액과, 15wt% 내지 45wt% 그래핀과, 15wt% 내지 45wt% CNT와, 10wt% 내지 30wt% GNF를 배합하고, 자력 교반기에 의해 교반하여, 전기 발열체 코팅액을 제조하여서, 체온유지를 위한 전자 섬유를 제조하기 위해 양호한 전기적 특성, 열전도성, 압전성, 점도, 접착성, 내구성 및 코팅성을 갖는 전도성 잉크를 제공하는 것을 요지로 한다.
이하, 도 1 내지 도 4를 참조하여 전술한 구성의 CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법을 구체적으로 상술하면 다음과 같다.
우선, PVDF계 공중합물 용액(copolymerized solution)(도 2의 (a)을 준비한다(S110). 예컨대, PVDF계 공중합물 용액은, 아세톤(acetone) 100ml에 1.78g/cm3의 밀도를 가지는 PVDF-HFP(poly vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) 칩 15g을 투입하고 25℃에서 24시간 동안 교반하여 15wt%의 PVDF-HFP 용액을 제조하여 형성할 수 있다.
여기서, PVDF-HFP 용액은 전기 발열체 코팅액의 접착력과 코팅력과 압전성(piezoelectricity)을 향상시키는 고정체 역할을 하는 고분자이다.
참고로, PVDF-HFP 성분은 비결정 영역의 성질을 보여서, 유기용매에 잘 용해되며, 유리전이온도가 낮으며, 결정화도도 낮아, PVDF에 비해 성형성이 양호하여서 박막과 필름과 섬유 상으로 제조하여 다양하게 응용되고 있고, 리튬 배터리에 사용되기도 한다.
다음, 제1발열소재로서, 15wt% 내지 45wt% 그래핀(GNP;graphene)을 준비한다(S120).
여기서, 그래핀은 화학적 박리법(chemical exfoliation proprietary method)에 의해 제조되되, 3 내지 10 레이어의 다층 구조로 이루어지고, 5㎛ 내지 10㎛의 길이를 가지고, 탄소 순도는 99% 이상이고, 두께는 3nm 내지 6nm일 수 있다.
다음, 제2발열소재로서, 15wt% 내지 45wt% CNT(carbon nanotube)(도 2의 (b) 참조)를 준비한다(S130).
여기서, CNT는 화학적 박리법에 의해 제조된 다중 레이어 월(multi layer wall) 구조로서, 직경이 5nm 내지 20nm이고, 길이는 5㎛ 내지 10㎛이고, 종횡비(aspect Ratio)는 500 이상이고, 탄소 순도를 90% 이상이고, BET에 의한 표면측정 분석값(surface area analysis)은 130㎡/g 내지 160㎡/g이고, 부피밀도(bulk density)는 0.04g/㎤ 내지 0.08g/㎤일 수 있다.
참고로, CNT는 구리에 비해 100배 이상의 열전도성과 낮은 저항성을 갖는 발열소재로서 코팅방식에 의한 면상 발열체 제조에 폭넓게 활용되고 있다.
이후, 제3발열소재로서, 10wt% 내지 30wt% GNF(graphite nanifuber)를 준비한다(S140).
여기서, GNF는 화학적 박리법에 의해 제조된 스택 배열 세그먼트(stacking arrangement segment type) 구조로서, 직경이 5nm 내지 20nm이고, 길이는 5㎛ 내지 10㎛이고, 탄소 순도는 90% 이상이고, 부피밀도(bulk density)는 0.04g/㎤ 내지 0.08g/㎤일 수 있다.
참고로, GNF는 표면적이 넓어 전기전도도가 높을 수 있으나 실제 적용시 발열 성능이 다소 저하된다는 단점이 있으나, GNF의 코팅각도와 소결 온도 등 공정방법을 달리할 경우 상기한 단점을 극복할 수 있다.
따라서, GNF를 배합할 경우, 전기적 특성, 산화에 대한 저항성, 열전도성, 압전성, 점도, 접착성 및 코팅성이 향상된 전기 발열체 코팅액을 제조할 수 있다.
다음, 앞서 준비된, 15wt% PVDF계 공중합물 용액과, 15wt% 내지 45wt% 그래핀과, 15wt% 내지 45wt% CNT와, 10wt% 내지 30wt% GNF를 전술한 배합비율에 의해 배합하고(S150), 도 3에 예시된 바와 같이, 자력 교반기(magnetic stirrer)에 의해 교반하여(S160), 전기 발열체 코팅액을 제조한다.
이와 같이 제조된 전기 발열체 코팅액을 직물에 전도성 잉크로서 딥코팅(dip-coating) 또는 열압착(hot-press)에 의해 코팅하여 면상 발열체를 구현할 수 있다.
또한, PVDF-HFP 용액과, 그래핀과, CNT와 GNF를 인싸이투(in situ) 중합법 또는 용액 혼합법 또는 직접 혼합법에 의해 배합할 수 있다.
한편, PVDF계 공중합물 용액과 그래핀으로 배합된 전기 발열체 코팅액의 대조군과, 앞서 제시된 PVDF계 공중합물 용액과 그래핀과 CNT와 GNF의 배합비율에 배합된 전기 발열체 코팅액의 실험군의 성능을 비교 실험하였다.
이의 비교 실험조건으로서, 자력 교반기의 교반속도 80rpm, 교반시간 12시간, 건조시간 24시간으로 고정한 후 전기 발열체 코팅액 소재의 함량별 평가를 비교 실시하고, 대조군의 비교 실험 결과는 다음의 [표 1] 및 도 4에 정리하였다.
| 기준 | 구성 | 점도 | 코팅각도 ( º ) | 저항 (Resistance) (Ω) |
3V, 발열온도±0.5(℃) | 5회 테스트 동안 전기적 성질 발현 유무 | 10㎠ 당 크랙수 (개) |
내구성 |
| PVDF-HFP(15wt%) + GNP(15wt%) + CNT(30wt%) |
A:GNF(10wt%) | 2895 |
15 | 3.54 | 34.9 | 합 | 1 | 합 |
| 30 | 3.67 | 35.4 | 합 | 0 | 합 | |||
| 45 | 3.73 | 35.8 | 합 | 2 | 합 | |||
| B:GNF(15wt%) | 3254 |
15 | 4.07 | 37.1 | 합 | 3 | 합 | |
| 30 | 4.11 | 37.5 | 합 | 2 | 합 | |||
| 45 | 4.25 | 37.9 | 합 | 4 | 합 | |||
| C:GNF(20wt%) | 4685 |
15 | 4.39 | 38.4 | 합 | 3 | 합 | |
| 30 | 4.58 | 39.2 | 합 | 1 | 합 | |||
| 45 | 4.64 | 39.9 | 합 | 5 | 합 | |||
| D:GNF(25wt%) | 5821 |
15 | 4.89 | 42.8 | 합 | 5 | 합 | |
| 30 | 4.96 | 43.7 | 합 | 3 | 합 | |||
| 45 | 4.99 | 44.2 | 불 | 6 | 합 | |||
| E:GNF(30wt%) | 7564 |
15 | 6.48 | 43.1 | 합 | 4 | 합 | |
| 30 | 6.57 | 43.8 | 불 | 2 | 합 | |||
| 45 | 6.62 | 44.1 | 불 | 5 | 합 |
여기서, 점도(viscosity) 측정방법은 점도계를 이용하여 측정하고 5회 측정을 통한 평균값을 결과값으로 정리하였고, 저항(resistance)을 측정하기 위한 방법으로는 가로*세로 10cm*10cm 면상발열체를 제작한 후 멀티테스터기를 이용해 5회 반복 측정해 결과값을 나타내었다.위의 대조군 실험 결과를 살펴보면, 점도는 GNF의 함량이 증가할수록 증가하는 방향으로 경향성을 나타낸다.
한편, 전기 발열체 코팅액이 코팅된 발열체의 양산에 초점을 두어야 하므로, 제조의 작업성 및 양산성의 용이성이 가장 중요한 요소로 작용하는데, [표 1]의 5회 테스트 동안 전기적 성질 발현 유무 항목을 보면 부적합 결과(불)가 도출되는 문제점이 있고, 작업성의 완성도를 높이기 위해서는, 코팅 각도별 평가를 통해 양산화 제품의 완성도, 즉 내구성을 향상 시킬수 있는 방법이 제시되어야 한다.
앞서 대조군 실험 결과와 대비하여, 본 실시예의 CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법에 의해 제조된 전기 발열체 코팅액 대조군의 비교 실험 결과를 살펴보면, GNF가 10wt% 이상 배합되면, 5회 테스트 동안 전기적 성질 발현 유무에서 적합하다.
또한, GNF가 10wt% 이상 배합되면, 내구성에 있어 적합한 것으로 나타났다.
이에, 바람직하게는, 전기 발열체 코팅액은, 15wt% PVDF-HFP 용액과, 30wt% 그래핀과, 30wt% CNT와, 10wt% GNF를 배합하여 제조될 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 코팅각도가 15°, 30°, 45°로 증가하면, 저항이 증가하고, 발열온도가 증가함을 알 수도 있다.
한편, 본 발명은, 앞서 언급한 CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법에 의해 제조된 전기 발열체 코팅액을 제공할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법에 의해, PVDF계 공중합물 용액과, 그래핀과, CNT와, GNF를 배합하여 전기 발열체 코팅액을 제조하여서, 체온유지를 위한 전자 섬유를 제조하기 위해 양호한 전기적 특성, 열전도성, 압전성, 점도, 접착성, 내구성 및 코팅성을 갖는 전도성 잉크를 제공할 수 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
S110 : PVDF계 공중합물 용액 준비 단계
S120 : 그래핀 준비 단계
S130 : CNT 준비 단계
S140 : GNF 준비 단계
S150 : 배합 단계
S160 : 교반 단계
S170 : 전기 발열체 코팅액 제조 단계
S120 : 그래핀 준비 단계
S130 : CNT 준비 단계
S140 : GNF 준비 단계
S150 : 배합 단계
S160 : 교반 단계
S170 : 전기 발열체 코팅액 제조 단계
Claims (9)
15wt% PVDF계 공중합물 용액과, 15wt% 내지 45wt% 그래핀과, 15wt% 내지 45wt% CNT와, 10wt% 내지 30wt% GNF를 배합하고, 자력 교반기에 의해 교반하여, 전기 발열체 코팅액을 제조하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
제1항에 있어서,
상기 PVDF계 공중합물 용액은, 아세톤 100ml에 1.78g/cm3의 밀도를 가지는 PVDF-HFP 칩 15g을 투입하고 25℃에서 24시간 동안 교반하여 15wt%의 PVDF-HFP 용액을 제조하여 형성하는 것을 특징으로 하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
상기 PVDF계 공중합물 용액은, 아세톤 100ml에 1.78g/cm3의 밀도를 가지는 PVDF-HFP 칩 15g을 투입하고 25℃에서 24시간 동안 교반하여 15wt%의 PVDF-HFP 용액을 제조하여 형성하는 것을 특징으로 하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
제1항에 있어서,
상기 그래핀은 화학적 박리법에 의해 제조되되, 3 내지 10 레이어 구조로 이루어지고, 탄소 순도는 99% 이상이고, 두께는 3nm 내지 6nm인 것을 특징으로 하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
상기 그래핀은 화학적 박리법에 의해 제조되되, 3 내지 10 레이어 구조로 이루어지고, 탄소 순도는 99% 이상이고, 두께는 3nm 내지 6nm인 것을 특징으로 하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
제1항에 있어서,
상기 CNT는 직경이 5nm 내지 20nm이고, 길이는 5㎛ 내지 10㎛이고, 탄소 순도를 90% 이상이고, 부피밀도는 0.04g/㎤ 내지 0.08g/㎤인 것을 특징으로 하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
상기 CNT는 직경이 5nm 내지 20nm이고, 길이는 5㎛ 내지 10㎛이고, 탄소 순도를 90% 이상이고, 부피밀도는 0.04g/㎤ 내지 0.08g/㎤인 것을 특징으로 하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
제1항에 있어서,
상기 GNF는 직경이 50nm 내지 300nm이고, 길이는 10㎛ 내지 20㎛이고, 탄소 순도는 95% 이상이고, 부피밀도는 0.03g/㎤ 내지 0.08g/㎤인 것을 특징으로 하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
상기 GNF는 직경이 50nm 내지 300nm이고, 길이는 10㎛ 내지 20㎛이고, 탄소 순도는 95% 이상이고, 부피밀도는 0.03g/㎤ 내지 0.08g/㎤인 것을 특징으로 하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
제2항에 있어서,
상기 전기 발열체 코팅액은, 15wt% PVDF-HFP 용액과, 30wt% 그래핀과, 30wt% CNT와, 10wt% GNF를 배합하여 제조되는 것을 특징으로 하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
상기 전기 발열체 코팅액은, 15wt% PVDF-HFP 용액과, 30wt% 그래핀과, 30wt% CNT와, 10wt% GNF를 배합하여 제조되는 것을 특징으로 하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
제2항에 있어서,
상기 PVDF-HFP 용액과, 상기 그래핀과, 상기 CNT와, 상기 GNF를 인싸이투 중합법 또는 용액 혼합법 또는 직접 혼합법에 의해 배합하는 것을 특징으로 하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
상기 PVDF-HFP 용액과, 상기 그래핀과, 상기 CNT와, 상기 GNF를 인싸이투 중합법 또는 용액 혼합법 또는 직접 혼합법에 의해 배합하는 것을 특징으로 하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
제1항에 있어서,
상기 전기 발열체 코팅액은 전도성 잉크로 사용되는 것을 특징으로 하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
상기 전기 발열체 코팅액은 전도성 잉크로 사용되는 것을 특징으로 하는,
CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 CNT/GNF 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법에 의해 제조된 전기 발열체 코팅액.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210147835A KR20230063027A (ko) | 2021-11-01 | 2021-11-01 | Cnt/gnf 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210147835A KR20230063027A (ko) | 2021-11-01 | 2021-11-01 | Cnt/gnf 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230063027A true KR20230063027A (ko) | 2023-05-09 |
Family
ID=86409367
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210147835A KR20230063027A (ko) | 2021-11-01 | 2021-11-01 | Cnt/gnf 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230063027A (ko) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100583360B1 (ko) | 1997-12-29 | 2006-05-25 | 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 워드식 인터리빙 및 오류보호에 의한 다중워드 정보의 인코딩방법, 정보의 디코딩방법, 정보의 인코딩 디코딩 장치, 정보가설치된 기록매체 |
| KR20060077982A (ko) | 2004-12-30 | 2006-07-05 | 주식회사 효성 | 탄소 나노튜브 섬유의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된섬유 |
-
2021
- 2021-11-01 KR KR1020210147835A patent/KR20230063027A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100583360B1 (ko) | 1997-12-29 | 2006-05-25 | 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. | 워드식 인터리빙 및 오류보호에 의한 다중워드 정보의 인코딩방법, 정보의 디코딩방법, 정보의 인코딩 디코딩 장치, 정보가설치된 기록매체 |
| KR20060077982A (ko) | 2004-12-30 | 2006-07-05 | 주식회사 효성 | 탄소 나노튜브 섬유의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된섬유 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 한국 등록특허공보 제10-2116546호 (그래핀/PVDF-HFP 복합체를 이용한 회로 패턴이 형성된 텍스타일이 적용된 전기발열 장갑, 2020.05.28) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liu et al. | Ultrastrong and highly conductive MXene‐based films for high‐performance electromagnetic interference shielding | |
| Feng et al. | Core/shell-structured hyperbranched aromatic polyamide functionalized graphene nanosheets-poly (p-phenylene benzobisoxazole) nanocomposite films with improved dielectric properties and thermostability | |
| KR101307378B1 (ko) | 전자파 차폐 특성이 우수한 열가소성 수지 조성물 | |
| Zhu et al. | Improved dielectric properties and energy storage density of poly (vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene-co-chlorotrifluoroethylene) composite films with aromatic polythiourea | |
| US8519530B2 (en) | Method for treating nanofiber material and composition of nanofiber material | |
| CN114391030B (zh) | 化学上相容的含氟聚合物共混物 | |
| JP2016062954A (ja) | 電子回路基板用積層体および電子回路基板 | |
| WO2018016527A1 (ja) | 有機絶縁体、金属張積層板および配線基板 | |
| TW201634580A (zh) | 樹脂組合物及其應用 | |
| TWI608643B (zh) | 導電性透明電極及其製造方法 | |
| CN108192136A (zh) | 导热填料组合物、高导热绝缘复合材料及其制备方法 | |
| Lerond et al. | Enhancing the performance of transparent and highly stretchable organic electrochemical transistors by acid treatment and copolymer blending of electrospun PEDOT: PSS fibers | |
| Harami et al. | Mixed Matrix Membranes for Sustainable Electrical Energy‐Saving Applications | |
| KR20150066552A (ko) | 투명 전극 및 관련 제조 방법 | |
| KR20170001340A (ko) | 전기전도성 폴리에테르이미드 나노섬유 및 그 제조방법 | |
| KR20230063027A (ko) | Cnt/gnf 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액 | |
| KR20220057855A (ko) | 그래핀/cnt 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체로 구성된 전기 발열체 코팅액 직물 코팅방법 | |
| CN111849003B (zh) | 一种用于金属基板槽孔填孔胶片的制备方法 | |
| KR20220057849A (ko) | 그래핀/cnt 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체를 이용한 전기 발열체 코팅액 제조방법 및 이에 의한 전기 발열체 코팅액 | |
| JP2020024977A (ja) | 電磁波シールドフィルム及びその製造方法、並びに電磁波シールドフィルム付きプリント配線板及びその製造方法 | |
| KR20170032910A (ko) | 유전성 조성물 및 이를 포함하는 전자 소자 | |
| Li et al. | Aligned wave-like elastomer fibers with robust conductive layers via electroless deposition for stretchable electrode applications | |
| KR20230063023A (ko) | Cnt/gnf 블렌딩 배합 기술 적용 첨단 복합체로 구성된 전기 발열체 코팅액 직물 코팅방법 | |
| US10568211B2 (en) | Resin composition and uses of the same | |
| WO2019142570A1 (ja) | 有機絶縁体、金属張積層板および配線基板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |