KR20240102196A - 계면활성제를 포함하는 광변색성 소자 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
계면활성제를 포함하는 광변색성 소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 상기 광변색성 소자가 계면활성제를 포함함으로써 우수한 물리적 특성 및 변색특성을 가지는 것에 특징이 있다.
Description
본 발명은 계면활성제를 포함하는 광변색성 소자 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 상기 광변색성 소자가 계면활성제를 포함함으로써 우수한 물리적 특성 및 변색특성을 가지는 것에 특징이 있다.
광변색성 물질은 특정한 파장의 빛 에너지를 흡수하여 분자구조의 변화가 일어나며, 이 상태에서 외부에 나타내는 색상이 변화하는 화합물로 이 물질에 가해지는 에너지가 중단되면 이전의 분자구조로 가역적으로 돌아가는 성질을 가지고 있다.
상기와 같은 광변색성 물질이 금속산화물, 알칼리토금속, 수은 화합물, 전이금속 화합물 등 무기물로 구성되어 있는 경우 자외선, 산소, 용매 등의 외부 환경에 매우 안정하나, 가공이 매우 까다롭기 때문에 활용하기 어렵다는 문제점이 있었다. 반면, 벤조피란, 나프토피란, 스피로피란, 스피로 옥사진, 펄지미드, 디아릴에텐, 아조 화합물 등의 유기 광변색 염료는 용매에 용해시키거나 분말화하여 활용하기는 용이하나, 빛이나 산소, 산, 유기용매 등에 의해서 불안정해져 내구성이 부족하다는 문제점이 있었다.
광변색 염료의 단점은 앞서 서술했듯이 외부 환경 인자에 의해서 화학적인 분자 구조가 파괴되어 빛에 의한 변색성이 사라져 버리는 부반응이 상대적으로 쉽게 진행된다는 점이다. 이러한 부반응의 원인은 자유라디칼 또는 활성 산소에 의한 산화 반응 등이 단독 또는 동시에 진행되어 염료 구조를 파괴하는 것으로 알려져 있다.
한편, 스피로피란은 가장 일반적인 광변색 염료로서 UV에 반응하여 색이 청색으로 변하는 성질을 가지고 있으며, 이로 인해 다양한 고분자에 스피로피란을 첨가하는 연구가 진행되고 있다.
이와 관련하여, 가장 일반적으로 사용되는 고분자는 폴리디메틸실록산(PDMS)으로서, 상기 폴리디메틸실록산(PDMS)에 스피로피란을 혼합하는 경우 광변색이 가능하며, 유연한 소자를 제조할 수 있다는 장점이 있다. 다만, 상기 폴리디메틸실록산(PDMS)은 자체적인 신율이 좋지 않기 때문에 신축성(stretchable) 있는 소자를 제조하는데 어려움이 있어왔다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 연구하던 중, 광변색성 소자를 제조하는데 계면활성제를 추가로 포함시킬 경우, 상기 광변색성 소자가 유연성이 높으면서 신율이 개선됨을 물론, 변색특성 또한 우수함을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.
이와 관련하여, 한국공개특허 제10-2017-0014594호는 형광 공액화 고분자와 광변색 염료를 이용한 유기 박막, 이의 제조 방법 및 상기 유기 박막을 이용한 광응답성 형광 패터닝 방법을 개시하고 있다.
본 발명은 계면활성제를 포함하는 광변색성 소자의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 계면활성제를 포함하는 광변색성 소자를 제공한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면은,
고분자 수지 및 경화제를 혼합시키는 단계; 상기 혼합물에 광변색성 염료를 첨가시키는 단계; 및 상기 광변색성 염료가 첨가된 혼합물에 계면활성제를 첨가시키는 단계;를 포함하는 광변색 소자의 제조방법을 제공한다.
상기 고분자 수지는 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄, 폴리아크릴, 폴리에폭시, 폴리에스테르, 폴리스티렌(PS), 폴리아크릴레이트(PA) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 수지를 포함하는 것일 수 있다.
상기 경화제는 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이소시아네이트 (polyisocyanate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (Hexamethylene Diisocyanate), 에틸렌이민 (Ethylenimine), 프로필렌이민 (Propylenimine), 폴리에틸렌글라이콜 다이메타크릴레이트 (Poly(ethylene glycol dimethacrylate)(PEGDMA)), 폴리에틸렌글라이콜 다이아크릴레이트 (Poly(ethylene glycol diactylate)(PEGDMA)), 과산화 디큐밀(dicumyl peroxide), 과산화 벤조일(Dibenzoyl peroxide), 터어셔리-부틸큐밀퍼옥사이드(tert-Butylcumylperoxide), 실가드 184 경화제(SYLGARD 184 ELASTOMER CURING AGENT) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
상기 광변색성 염료는 스피로피란, 스피로옥사진, 나프토피란, 펄지미드, 아조벤진 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
상기 계면활성제는 트리톤 X-100(상표명), 미리스틸트리메틸암모늄 브로마이드(myristyltrimethylammonium bromide), N-도데실-N,N'-디메틸-3-아미노-1-프로판술포네이트(N-Dodecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate), 3-(데실디메틸암모니오)프로판술포네이트 인너 솔트 쯔비터이온성 계면활성제(3- (decyldimethylammonio)propanesulfonate inner salt zwitterionic detergent), 3-(N,N-디메틸미리스틸암모니오)프로판술포네이트(3-(N,N-dimethylmyristylammonio)propansulfonate), Thesit(등록상표명), n-도데실 β-D-말토시드(n-Dodecyl β-D-maltoside), 옥틸 β-D-글루코피라노시드(Octyl β-D-glucopyranoside) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있다.
상기 경화제의 함량은 상기 고분자 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 30 중량부인 것일 수 있다.
상기 광변색성 염료의 함량은 상기 고분자 수지 및 경화제를 포함하는 혼합물 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 10 중량부인 것일 수 있다.
상기 계면활성제의 함량은 상기 고분자 수지 및 경화제를 포함하는 혼합물 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 2 중량부인 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은,
고분자 수지, 경화제, 광변색성 염료 및 계면활성제를 포함하는 광변색성 소자를 제공한다.
상기 광변색성 소자의 변색은 1 분 이내에 수행되는 것일 수 있다.
상기 광변색성 소자의 소색은 10 분 이내에 수행되는 것일 수 있다.
상기 광변색성 소자는 변색 시 593 nm 파장의 빛에서 45% 내지 75%의 투과도(transmittance)를 나타내는 것일 수 있다.
상기 광변색성 소자는 변색 시 593 nm 파장의 빛에서 변색 전 대비 30% 이상의 투과도(transmittance) 변화를 나타내는 것일 수 있다.
상기 광변색성 소자는 인장강도(tensile strength) 1 MPa 기준, 350% 이상의 인장변형(tensile strain)을 나타내는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 일 측면은,
상기 광변색성 소자를 포함하는 인공피부를 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 광변색성 소자는 계면활성제를 포함함으로써 유연성 및 신율과 같은 물리적 특성이 개선되는 것일 수 있다.
또한, 상기 광변색성 소자는 우수한 변색특성 및 소색특성을 가지는 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스피로피란의 합성과정을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광변색성 소자의 파장에 따른 흡광도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광변색성 소자의 변색 및 소색을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광변색성 소자의 투과도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광변색성 소자의 응력-변형률 선도(stress-strain curve)를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광변색성 소자의 파장에 따른 흡광도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광변색성 소자의 변색 및 소색을 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광변색성 소자의 투과도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광변색성 소자의 응력-변형률 선도(stress-strain curve)를 나타낸다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 의해 정의될 뿐이다.
덧붙여, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본원의 제 1 측면은,
고분자 수지 및 경화제를 혼합시키는 단계; 상기 혼합물에 광변색성 염료를 첨가시키는 단계; 및 상기 광변색성 염료가 첨가된 혼합물에 계면활성제를 첨가시키는 단계;를 포함하는 광변색성 소자의 제조방법을 제공한다.
이하, 본원의 제 1 측면에 따른 광변색성 소자의 제조방법을 단계 별로 상세히 설명하도록 한다.
우선, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광변색성 소자의 제조방법은 고분자 수지 및 경화제를 혼합시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 수지는 광변색성 소자의 베이스(base)가 되는 물질로서 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄, 폴리아크릴, 폴리에폭시, 폴리에스테르, 폴리스티렌(PS), 폴리아크릴레이트(PA) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 수지를 포함하는 것일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 폴리디메틸실록산(PDMS)이 사용되는 것일 수 있다.
이때, 상기 폴리디메틸실록산(PDMS)은 하기 화학식 1로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 1]
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 경화제는 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이소시아네이트 (polyisocyanate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (Hexamethylene Diisocyanate), 에틸렌이민 (Ethylenimine), 프로필렌이민 (Propylenimine), 폴리에틸렌글라이콜 다이메타크릴레이트 (Poly(ethylene glycol dimethacrylate)(PEGDMA)), 폴리에틸렌글라이콜 다이아크릴레이트 (Poly(ethylene glycol diactylate)(PEGDMA)), 과산화 디큐밀(dicumyl peroxide), 과산화 벤조일(Dibenzoyl peroxide), 터어셔리-부틸큐밀퍼옥사이드(tert-Butylcumylperoxide), 실가드 184 경화제(SYLGARD 184 ELASTOMER CURING AGENT) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으며, 이의 종류는 크게 제한이 없으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 폴리디메틸실록산 경화제(PDMS curing agent) 및 실가드 184 경화제(SYLGARD 184 ELASTOMER CURING AGENT)가 사용되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 경화제의 함량은 상기 고분자 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 30 중량부인 것일 수 있으며, 바람직하게는 5 중량부 내지 15 중량부인 것일 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따르면 약 10 중량부인 것일 수 있다.
다음으로, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광변색성 소자의 제조방법은 상기 혼합물에 광변색성 염료를 첨가시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광변색성 염료는 스피로피란, 스피로옥사진, 나프토피란, 펄지미드, 아조벤진 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 스피로피란이 사용되는 것일 수 있다. 이때, 상기 스피로피란은 UV에 반응하여 색이 청색으로 변하는 성질을 가지는 것일 수 있으며, 도 1에 나타낸 합성방법을 이용하여 합성되는 것일 수 있다. 한편, 상기 스피로피란은 하기 화학식 2로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 2]
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광변색성 염료의 함량은 상기 고분자 수지 및 경화제를 포함하는 혼합물 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 10 중량부인 것일 수 있으며, 바람직하게 0.1 중량부 내지 5 중량부인 것일 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따르면 약 2 중량부인 것일 수 있다. 한편, 상기 광변색성 염료의 함량이 상기 고분자 수지 및 경화제를 포함하는 혼합물 100 중량부 대비 0.1 중량부 미만일 경우 광변색성 염료의 함량이 너무 적어 변색성능이 저하되는 것일 수 있으며, 10 중량부 초과일 경우 광변색성 염료의 함량이 너무 많아 고분자 수지로의 분산 안정성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광변색성 소자의 제조방법은 상기 광변색성 염료가 첨가된 혼합물에 계면활성제를 첨가시키는 단계;를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광변색성 소자는 계면활성제가 추가로 첨가됨으로써 유연성 및 신축성과 같은 물리적 특성이 개선되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 계면활성제는 트리톤 X-100(상표명), 미리스틸트리메틸암모늄 브로마이드(myristyltrimethylammonium bromide), N-도데실-N,N'-디메틸-3-아미노-1-프로판술포네이트(N-Dodecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate), 3-(데실디메틸암모니오)프로판술포네이트 인너 솔트 쯔비터이온성 계면활성제(3- (decyldimethylammonio)propanesulfonate inner salt zwitterionic detergent), 3-(N,N-디메틸미리스틸암모니오)프로판술포네이트(3-(N,N-dimethylmyristylammonio)propansulfonate), Thesit(등록상표명), n-도데실 β-D-말토시드(n-Dodecyl β-D-maltoside), 옥틸 β-D-글루코피라노시드(Octyl β-D-glucopyranoside) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 트리톤 X-100가 사용되는 것일 수 있다.
이때, 상기 트리톤 X-100는 하기 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있다.
[화학식 3]
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 계면활성제의 함량은 상기 고분자 수지 및 경화제를 포함하는 혼합물 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 2 중량부인 것일 수 있으며, 바람직하게 0.01 중량부 내지 1 중량부인 것일 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따르면 0.1 중량부 내지 0.5 중량부인 것일 수 있다. 이때, 상기 계면활성제의 함량이 상기 고분자 수지 및 경화제를 포함하는 혼합물 100 중량부 대비 0.01 중량부 미만일 경우 계면활성제의 함량이 너무 적어 광변색성 소자의 물리적 특성 개선 효과가 미미한 것일 수 있으며, 2 중량부 초과일 경우 이미 계면활성제로 인한 물리적 특성 개선 효과를 나타내는 함량을 초과하기 때문에 비경제적인 것일 수 있다.
본원의 제 2 측면은,
고분자 수지, 경화제, 광변색성 염료 및 계면활성제를 포함하는 광변색성 소자 및 이를 포함하는 인공피부를 제공한다.
본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 본원의 제 1 측면에 대해 설명한 내용은 제 2 측면에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.
이하, 본원의 제 2 측면에 따른 상기 광변색성 소자 및 인공피부를 상세히 설명하도록 한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고분자 수지는 광변색성 소자의 베이스(base)가 되는 물질로서 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄, 폴리아크릴, 폴리에폭시, 폴리에스테르, 폴리스티렌(PS), 폴리아크릴레이트(PA) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 수지를 포함하는 것일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 폴리디메틸실록산(PDMS)이 사용되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 경화제는 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이소시아네이트 (polyisocyanate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (Hexamethylene Diisocyanate), 에틸렌이민 (Ethylenimine), 프로필렌이민 (Propylenimine), 폴리에틸렌글라이콜 다이메타크릴레이트 (Poly(ethylene glycol dimethacrylate)(PEGDMA)), 폴리에틸렌글라이콜 다이아크릴레이트 (Poly(ethylene glycol diactylate)(PEGDMA)), 과산화 디큐밀(dicumyl peroxide), 과산화 벤조일(Dibenzoyl peroxide), 터어셔리-부틸큐밀퍼옥사이드(tert-Butylcumylperoxide), 실가드 184 경화제(SYLGARD 184 ELASTOMER CURING AGENT) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으며, 이의 종류는 크게 제한이 없으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면 폴리디메틸실록산 경화제(PDMS curing agent) 및 실가드 184 경화제(SYLGARD 184 ELASTOMER CURING AGENT)가 사용되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광변색성 염료는 스피로피란, 스피로옥사진, 나프토피란, 펄지미드, 아조벤진 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 스피로피란이 사용되는 것일 수 있다. 이때, 상기 스피로피란은 UV에 반응하여 색이 청색으로 변하는 성질을 가지는 것일 수 있으며, 도 1에 나타낸 합성방법을 이용하여 합성되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 계면활성제는 트리톤 X-100(상표명), 미리스틸트리메틸암모늄 브로마이드(myristyltrimethylammonium bromide), N-도데실-N,N'-디메틸-3-아미노-1-프로판술포네이트(N-Dodecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate), 3-(데실디메틸암모니오)프로판술포네이트 인너 솔트 쯔비터이온성 계면활성제(3- (decyldimethylammonio)propanesulfonate inner salt zwitterionic detergent), 3-(N,N-디메틸미리스틸암모니오)프로판술포네이트(3-(N,N-dimethylmyristylammonio)propansulfonate), Thesit(등록상표명), n-도데실 β-D-말토시드(n-Dodecyl β-D-maltoside), 옥틸 β-D-글루코피라노시드(Octyl β-D-glucopyranoside) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면 트리톤 X-100가 사용되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 경화제의 함량은 상기 고분자 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 30 중량부인 것일 수 있으며, 바람직하게는 5 중량부 내지 15 중량부인 것일 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따르면 약 10 중량부인 것일 수 있다. 또한, 상기 광변색성 염료의 함량은 상기 고분자 수지 및 경화제의 총 중량 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 10 중량부인 것일 수 있으며, 바람직하게 0.1 중량부 내지 5 중량부인 것일 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따르면 약 2 중량부인 것일 수 있다. 한편, 상기 광변색성 염료의 함량이 상기 고분자 수지 및 경화제를 포함하는 혼합물 100 중량부 대비 0.1 중량부 미만일 경우 광변색성 염료의 함량이 너무 적어 변색성능이 저하되는 것일 수 있으며, 10 중량부 초과일 경우 광변색성 염료의 함량이 너무 많아 고분자 수지로의 분산 안정성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 아울러, 상기 계면활성제의 함량은 상기 고분자 수지 및 경화제의 총 중량 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 2 중량부인 것일 수 있으며, 바람직하게 0.01 중량부 내지 1 중량부인 것일 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따르면 0.1 중량부 내지 0.5 중량부인 것일 수 있다. 이때, 상기 계면활성제의 함량이 상기 고분자 수지 및 경화제를 포함하는 혼합물 100 중량부 대비 0.01 중량부 미만일 경우 계면활성제의 함량이 너무 적어 광변색성 소자의 물리적 특성 개선 효과가 미미한 것일 수 있으며, 2 중량부 초과일 경우 이미 계면활성제로 인한 물리적 특성 개선 효과를 나타내는 함량을 초과하기 때문에 비경제적인 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광변색성 소자의 변색은 1 분 이내에 수행되는 것이고, 소색은 10 분 이내에 수행되는 것일 수 있으며, 바람직하게 변색은 약 30 초 내에 수행되는 것이고, 소색은 약 5 분 이내에 수행되는 것일 수 있다. 이때, 상기 변색은 UV를 조사하였을 때 수행되는 것일 수 있으며, 상기 소색은 조사되는 UV를 끊었을 때 수행되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광변색성 소자는 변색 시 593 nm 파장의 빛에서 45% 내지 75%의 투과도(transmittance)를 나타내는 것일 수 있으며, 상기 투과도는 UV가 조사되는 시간이 경과할수록 낮아지는 것일 수 있다. 한편, 상기 광변색성 소자는 변색 시 593 nm 파장의 빛에서 변색 전 대비 30% 이상의 투과도(transmittance) 변화를 나타내는 것일 수 있으며, 바람직하게는 50% 이상의 투과도 변화를 나타내는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 광변색성 소자는 인장강도(tensile strength) 1 MPa 기준, 350% 이상의 인장변형(tensile strain)을 나타내는 것일 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 광변색성 소자는 계면활성제를 추가로 포함하기 때문에 상기와 같은 우수한 물리적 특성을 가지는 것일 수 있으며, 유연성 및 신축성이 우수하기 때문에 인공피부로서 적합하게 사용 가능한 것일 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
실시예 1. 광변색성 소자의 제조(Triton X 0.1 wt%)
우선, 폴리디메틸실록산(PDMS) 및 경화제로서 폴리디메틸실록산 경화제(PDMS curing agent) SYLGARD 184 ELASTOMER CURING AGENT를 10:1의 중량비율로 혼합시켜 주었다.
이후, 상기 혼합물에 도 1의 방법으로 합성된 스피로피란(spiropyran)을 2 wt% 첨가시켜 주었으며, 물리적 특성을 개선시키기 위해 계면활성제로서 트리톤 X-100를 0.1 wt% 만큼 더 첨가시켜 줌으로써 겔 형태의 광변색성 소자를 제조하였다.
실시예 2. 광변색성 소자의 제조(Triton X 0.3 wt%)
상기 실시예 1에서 계면활성제로서 트리톤 X-100의 함량을 0.3 wt%로 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법을 이용하여 광변색성 소자를 제조하였다.
실시예 3. 광변색성 소자의 제조(Triton X 0.5 wt%)
상기 실시예 1에서 계면활성제로서 트리톤 X-100의 함량을 0.5 wt%로 변경한 것을 제외하고는 동일한 방법을 이용하여 광변색성 소자를 제조하였다.
비교예. 광변색성 소자의 제조(Triton X 0 wt%)
상기 실시예 1에서 계면활성제로서 트리톤 X-100를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법을 이용하여 광변색성 소자를 제조하였다.
실험예 1. 광변색성 소자의 변색 성능 측정
상기 실시예 1에서 제조한 광변색성 소자의 UV 흡광도를 측정하여 이의 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 593 nm 파장에서 높은 흡광도를 나타내었으며, 이는 도 3에 나타낸 바와 같이 광변색성 소자가 청색으로 변한 것으로도 확인할 수 있었다. 한편, 도 3에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조한 광변색성 소자는 30 초 만에 변색이 완료되었으며, 이후 5 분 만에 소색이 완료되었음을 확인할 수 있었다.
또한, 상기 실시예 1에서 제조한 광변색성 소자의 시간에 따른 투과도(transmittance)를 측정하여 이의 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 광변색성 소자는 UV 조사 후 30 초가 지난 시점에서 53% 이상의 투과도 변화를 나타내었으며, UV 조사를 끊은 다음 5 분만에 투명하게 소색되었음을 확인할 수 있었다.
실험예 2. 광변색성 소자의 물리적 특성 측정
상기 실시예 1 내지 3 및 비교예에서 제조한 광변색성 소자의 물리적 특성을 UTM을 활용하여 측정하였으며, 이의 결과를 도 5(응력-변형률 선도(stress-strain curve))에 나타내었다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 제조한 광변색성 소자는 비교예에 따른 광변색성 소자에 비해 3 배 이상 낮은 인장강도(tensile strength)에서 2 배 이상의 인장변형(tensile strain)을 나타냄을 확인할 수 있었다.
이를 통해, 본 발명의 실시예에 따라 제조한 광변색성 소자는 인공피부에 적합한 유연성 및 신축성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
이상, 도면을 참조하여 바람직한 실시예와 함께 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이러한 도면과 실시예로 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형예 또는 균등한 범위의 실시예가 존재할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 기술적 사상의 권리범위는 청구범위에 의해 해석되어야 하고, 이와 동등하거나 균등한 범위 내의 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (15)
- 고분자 수지 및 경화제를 혼합시키는 단계;
상기 혼합물에 광변색성 염료를 첨가시키는 단계; 및
상기 광변색성 염료가 첨가된 혼합물에 계면활성제를 첨가시키는 단계;
를 포함하는 광변색성 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 고분자 수지는 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리우레탄, 폴리아크릴, 폴리에폭시, 폴리에스테르, 폴리스티렌(PS), 폴리아크릴레이트(PA) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 고분자 수지를 포함하는 것인 광변색성 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 경화제는 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이소시아네이트 (polyisocyanate), 헥사메틸렌 디이소시아네이트 (Hexamethylene Diisocyanate), 에틸렌이민 (Ethylenimine), 프로필렌이민 (Propylenimine), 폴리에틸렌글라이콜 다이메타크릴레이트 (Poly(ethylene glycol dimethacrylate)(PEGDMA)), 폴리에틸렌글라이콜 다이아크릴레이트 (Poly(ethylene glycol diactylate)(PEGDMA)), 과산화 디큐밀(dicumyl peroxide), 과산화 벤조일(Dibenzoyl peroxide), 터어셔리-부틸큐밀퍼옥사이드(tert-Butylcumylperoxide), 실가드 184 경화제(SYLGARD 184 ELASTOMER CURING AGENT) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 광변색성 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 광변색성 염료는 스피로피란, 스피로옥사진, 나프토피란, 펄지미드, 아조벤진 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 광변색성 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 계면활성제는 트리톤 X-100(상표명), 미리스틸트리메틸암모늄 브로마이드(myristyltrimethylammonium bromide), N-도데실-N,N'-디메틸-3-아미노-1-프로판술포네이트(N-Dodecyl-N,N-dimethyl-3-ammonio-1-propanesulfonate), 3-(데실디메틸암모니오)프로판술포네이트 인너 솔트 쯔비터이온성 계면활성제(3- (decyldimethylammonio)propanesulfonate inner salt zwitterionic detergent), 3-(N,N-디메틸미리스틸암모니오)프로판술포네이트(3-(N,N-dimethylmyristylammonio)propansulfonate), Thesit(등록상표명), n-도데실 β-D-말토시드(n-Dodecyl β-D-maltoside), 옥틸 β-D-글루코피라노시드(Octyl β-D-glucopyranoside) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것인 광변색성 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 경화제의 함량은 상기 고분자 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 30 중량부인 것인 광변색성 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 광변색성 염료의 함량은 상기 고분자 수지 및 경화제를 포함하는 혼합물 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 10 중량부인 것인 광변색성 소자의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 계면활성제의 함량은 상기 고분자 수지 및 경화제를 포함하는 혼합물 100 중량부 대비 0.01 중량부 내지 2 중량부인 것인 광변색성 소자의 제조방법.
- 고분자 수지, 경화제, 광변색성 염료 및 계면활성제를 포함하는 광변색성 소자.
- 제9항에 있어서,
상기 광변색성 소자의 변색은 1 분 이내에 수행되는 것인 광변색성 소자.
- 제9항에 있어서,
상기 광변색성 소자의 소색은 10 분 이내에 수행되는 것인 광변색성 소자.
- 제9항에 있어서,
상기 광변색성 소자는 변색 시 593 nm 파장의 빛에서 45% 내지 75%의 투과도(transmittance)를 나타내는 것인 광변색성 소자.
- 제9항에 있어서,
상기 광변색성 소자는 변색 시 593 nm 파장의 빛에서 변색 전 대비 30% 이상의 투과도(transmittance) 변화를 나타내는 것인 광변색성 소자.
- 제9항에 있어서,
상기 광변색성 소자는 인장강도(tensile strength) 1 MPa 기준, 350% 이상의 인장변형(tensile strain)을 나타내는 것인 광변색성 소자.
- 제9항에 따른 광변색성 소자를 포함하는 인공피부.
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