WO2019221422A1 - 유해화학물질 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법 및 이를 통해 제조된 코팅 조성물 - Google Patents

유해화학물질 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법 및 이를 통해 제조된 코팅 조성물 Download PDF

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    • G01N27/308—Electrodes, e.g. test electrodes; Half-cells at least partially made of carbon

Definitions

  • the present invention relates to a method for preparing a coating composition for a hazardous chemical detection sensor and a coating composition prepared through the same, and to a coating composition having an excellent detection effect of an organic compound.
  • Gas sensors are used throughout the society, and in the industry, it is possible to prevent large accidents or doll damage by early detection of harmful gas leaks through the hazardous environment gas alarm, and it is used as an air pollution meter or indoor air quality meter in close proximity to real life. It plays a role of providing a pleasant environment by monitoring the overall air quality of living space.
  • Gas sensors have been used in a wide range of fields, including chemistry, pharmaceuticals, the environment, and medicine, and are expected to be further researched in the future.
  • the performance and specifications required for gas sensors are also being advanced.
  • the gas sensor is not only poor selectivity to volatile organic compounds, but also has a problem of low sensitivity in high humidity and strong acidic or basic environments.
  • the inventors of the present invention to overcome this problem and to develop a gas sensor with excellent sensor detection performance, when manufacturing a gas sensor coating composition using a graphene-metal oxide composite material and a specific polymer resin, excellent gas detection performance It was found that the coating performance and the present invention was completed.
  • an embodiment of the present invention provides a method for producing a coating composition for an organic compound detection sensor.
  • an embodiment of the present invention provides a coating composition for an organic compound detection sensor.
  • one aspect of the present invention is a step of mixing a solvent, a graphene-metal oxide composite material and a polypropylene glycol (PPG) resin, the mixture by stirring the primary dispersion Coating, adding a binder, a dispersant and a thickener to the first dispersed mixture, and secondly dispersing the mixture to which the binder, the dispersant and the thickener are added using a high pressure disperser.
  • PPG polypropylene glycol
  • the primary dispersion may be performed for 1 to 2 hours at a stirring speed of 5000 to 7000 rpm.
  • the secondary dispersion may be performed for 5 to 15 minutes under a pressure of 300 to 350 bar.
  • the content of the graphene-metal oxide composite material may be 10 to 30 wt% based on the weight of the solvent.
  • the content of the polypropylene glycol (PPG) resin may be 10 to 30wt based on the weight of the solvent.
  • the binder is ethylcellulose, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl butyral, polymethyl methacrylate, polyurethane It may be one or more selected from the group consisting of (polyurethane) and polyester (polyester).
  • the solvent is at least one selected from the group consisting of 2-ethoxyethanol, ethanol, methanol, toluene, xylene and methyl ethyl ketone. It may be.
  • the graphene-metal oxide composite material is prepared by reacting graphite, an oxidizing agent and an acid solution to prepare monolayer graphene oxide, filtering the monolayer graphene oxide filter, and washing the monolayer graphene oxide and the metal oxide precursor.
  • Reaction in a solvent may be prepared by a manufacturing method comprising the step of preparing a graphene-metal oxide complex.
  • the graphene-metal oxide composite material may be a graphene-iron oxide composite material.
  • the graphene-metal oxide composite material may be that of the metal oxide content of 35 to 55wt%.
  • another aspect of the present invention provides a coating composition for an organic compound detection sensor comprising a solvent, a graphene-metal oxide composite, a polypropylene glycol (PPG) resin, a binder, a dispersant, and a thickener.
  • a coating composition for an organic compound detection sensor comprising a solvent, a graphene-metal oxide composite, a polypropylene glycol (PPG) resin, a binder, a dispersant, and a thickener.
  • PPG polypropylene glycol
  • Coating composition for an organic compound detection sensor is excellent in the performance of detecting the leaked organic compound by distinguishing the water vapor and the organic compound, it can also detect the outflow of the fine organic compound.
  • the coating composition for an organic compound detection sensor according to an embodiment of the present invention can be usefully used in the manufacture of the organic compound detection sensor because the coating property is excellent.
  • Figure 1 (a) is a photograph when coating the coating composition of Example 1
  • Figure 1 (b) is a photograph when coating the coating composition of Comparative Example 1.
  • 2 to 4 is a graph measuring the resistance change rate of each component of the organic compound detection sensor manufactured using the coating composition prepared in Example 1.
  • 5 to 7 is a graph measuring the resistance change rate of each component of the organic compound detection sensor prepared using the coating composition prepared in Example 2.
  • 8 to 10 are graphs of the resistance change rate of each component of the organic compound detection sensor manufactured using the coating composition prepared in Example 3.
  • a coating composition for an organic compound detection sensor according to an aspect of the present invention was prepared.
  • the monolayer graphene oxide washed in a round flask was added, and then FeFe 2 aqueous solution and 2FeCl 3 aqueous solution were added as an iron oxide precursor, and ammonium hydroxide (NH 4 OH) was added. To react for 3 hours under a nitrogen atmosphere.
  • NH 4 OH ammonium hydroxide
  • the graphene-metal oxide complex was added to an ethanol solvent, centrifuged and washed at 4000 rpm, and the washed graphene-metal oxide complex was frozen at a pressure of 5 torr at a temperature of -80 ° C or lower.
  • the graphene-metal oxide composite material for an organic compound sensor was prepared by drying.
  • a coating composition for an organic compound detection sensor was prepared in the same manner as in Example 1 except that 20 g of polypropylene glycol resin was added.
  • a coating composition for an organic compound detection sensor was prepared in the same manner as in Example 1 except that 10 g of polypropylene glycol resin was added.
  • a coating composition for an organic compound detection sensor was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dispersion was carried out under a pressure condition of 350 bar during the second dispersion.
  • a coating composition for an organic compound detection sensor was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dispersion was performed for 7 minutes during the second dispersion.
  • a coating composition for an organic compound detection sensor was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dispersion was carried out for 10 minutes during the second dispersion.
  • the coating composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dispersion was performed at a stirring speed of 1000 rpm, 2000 rpm, 3000 rpm, and 4000 rpm, respectively.
  • the coating composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the pressure conditions during the second dispersion were performed at 100 bar, 150 bar, 200 bar, and 250 bar, respectively.
  • the coating composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the dispersion time in the second dispersion was performed in 1 minute, 3 minutes, and 15 minutes, respectively.
  • Table 1 summarizes the PPG content, the primary dispersion conditions and the secondary dispersion conditions of the coating compositions prepared in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 11.
  • Example 1 Classification PPG Content (g) Primary dispersion Secondary dispersion Stirring Speed (rpm) Pressure (bar) Time (min) Example 1 30 5000 300 5 Example 2 20 5000 300 5 Example 3 10 5000 300 5 Example 4 30 5000 350 5 Example 5 30 5000 300 7 Example 6 30 5000 300 10 Comparative Example 1 30 1000 300 5 Comparative Example 2 30 2000 300 5 Comparative Example 3 30 3000 300 5 Comparative Example 4 30 4000 300 5 Comparative Example 5 30 5000 100 5 Comparative Example 6 30 5000 150 5 Comparative Example 7 30 5000 200 5 Comparative Example 8 30 5000 250 5 Comparative Example 9 30 5000 350 One Comparative Example 10 30 5000 350 3 Comparative Example 11 30 5000 350 15
  • Example 2 The coating composition prepared in Example 1, Examples 4 to 6, Comparative Examples 1 to 11 of the acrylic primer (acryl primer) treated PET, corona treated PET, PI film, or one of the copper foil film The coating on the substrate was confirmed whether each coating, the results are summarized in Table 2 below.
  • Example 1 Classification PPG Content (g) Primary dispersion Secondary dispersion Coated or not Stirring Speed (rpm) Pressure (bar) Time (min)
  • Example 1 30 5000 300 5 O Example 4 30 5000 350 5 O Example 5 30 5000 300 7 O Example 6
  • 30 5000 300 10 O Comparative Example 1 30 1000 300 5 x Comparative Example 2 30 2000 300 5 x Comparative Example 3 30 3000 300 5 x Comparative Example 4 30 4000 300 5 x Comparative Example 5 30 5000 100 5 x Comparative Example 6 30 5000 150 5 x Comparative Example 7 30 5000 200 5 x Comparative Example 8 30 5000 250 5 x Comparative Example 9 30 5000 350 One x Comparative Example 10 30 5000 350 3 x Comparative Example 11 30 5000 350 15 x
  • Figure 1 (a) is a photograph when coating the coating composition of Example 1
  • Figure 1 (b) is a photograph when coating the coating composition of Comparative Example 1.
  • the coating composition for the organic compound detection sensor is manufactured using the method for preparing the coating composition for the organic compound detection sensor according to an aspect of the present invention, excellent coating properties can be ensured, which is useful for manufacturing the organic compound detection sensor. Can be used.
  • an organic compound detection sensor was manufactured using the coating composition prepared in Examples 1 to 3.
  • 2 to 4 is a graph measuring the resistance change rate of each component of the organic compound detection sensor manufactured using the coating composition prepared in Example 1.
  • 5 to 7 is a graph measuring the resistance change rate of each component of the organic compound detection sensor prepared using the coating composition prepared in Example 2.
  • 8 to 10 are graphs of the resistance change rate of each component of the organic compound detection sensor manufactured using the coating composition prepared in Example 3.
  • the resistance value does not change in water, but resistance to organic compounds other than water It can be seen that the value changes.
  • Example 1 having the highest content of PPG, it can be seen that the rate of change of resistance between the water and the organic compound is significantly different.
  • the coating composition for an organic compound sensor according to an aspect of the present invention can be usefully used in the manufacture of an organic compound sensor because it exhibits excellent detection performance of distinguishing organic compounds.
  • One aspect of the present invention comprises the steps of mixing a solvent, a graphene-metal oxide composite material and a polypropylene glycol (PPG) resin, stirring the mixture to the first dispersion, binder in the first dispersed mixture, It provides a method for producing a coating composition for an organic compound detection sensor comprising the step of adding a dispersant and a thickener and the second dispersion of the mixture, the binder, dispersant and thickener is added using a high pressure disperser.
  • PPG polypropylene glycol
  • the step of mixing the solvent, graphene-metal oxide composite material and polypropylene glycol (PPG) resin is a graphene-metal oxide composite material and polypropylene glycol (PPG) that can exhibit an organic compound detection effect ) Mixing the resin in a solvent.
  • the graphene-metal oxide composite material refers to a graphene-metal oxide composite in which a metal oxide is formed on a single layer graphene oxide, wherein the graphene-metal oxide composite material is preferably a graphene-iron oxide composite material.
  • the graphene-metal oxide composite material is preferably a metal oxide content of 35 to 55wt%.
  • the graphene-metal oxide composite material serves to discriminate and detect organic compounds in the atmosphere by changing the electrical resistance characteristic value of the graphene-metal oxide composite material by combining metal oxides with organic compound molecules in the atmosphere.
  • the graphene-metal oxide composite material reacts graphite, oxidizing agent and acid solution to produce monolayer graphene oxide, washing the monolayer graphene oxide filter, and washing the monolayer graphene oxide and metal oxide washed.
  • the precursor may be prepared by a method for producing a graphene-metal oxide composite material for an organic compound sensor, including the step of reacting a graphene-metal oxide composite under a solvent.
  • the graphite may be a graphite having a specific surface area of 450 to 550 m 2 / g.
  • the specific surface area of the single layer graphene oxide may be the same as the specific surface area of the graphite, it is possible to manufacture a single layer graphene oxide having a high specific surface area by preparing a single layer graphene oxide having a specific surface area equal to the specific surface area of the graphite. .
  • the step of preparing the single layer graphene oxide may be preferably carried out using a Kuet-Taylor reactor.
  • the stirring speed of the Cuet-Taylor reactor may be 400 to 1200 rpm, preferably 400 to 600 rpm or 1000 to 1200 rpm, more Preferably it may be 400 rpm or 1000 to 1200 rpm.
  • the oxidation rate of the graphite is changed according to the stirring speed, and by performing the reaction at a stirring speed of 400 to 1200rpm, it is possible to produce graphene oxide having a high oxidation rate of about 35wt% or more.
  • the oxygen ratio of the single layer graphene oxide may be 35 to 55 wt%, preferably 40 to 55 wt%, and more preferably 45 to 50 wt%.
  • graphene-metal oxide having a high metal oxide content can be prepared by manufacturing single layer graphene oxide having an oxygen ratio of 35wt% or more, and a sensor having excellent detection performance of organic compounds due to high metal oxide content is manufactured. can do.
  • the method of manufacturing the graphene-metal oxide composite material for the organic compound sensor has an advantage of producing a single layer graphene oxide having a high oxygen content on the surface of graphene by using a filter washing method instead of centrifugal washing.
  • the metal oxide is preferably iron oxide (Fe 3 O 4 ).
  • the amount of the metal oxide precursor added may be 10 to 30 wt%, preferably 15 to 25 wt%, and more preferably 20 to 25 wt%, based on the total weight of the single layer graphene oxide.
  • iron hydrates such as ferric chloride (FeCl 2 ⁇ 4H 2 O), FeCl 3 ⁇ 6H 2 O, and FeSO 4 ⁇ 7H 2 O can be used.
  • the step of preparing the graphene-metal oxide composite is preferably carried out under a nitrogen atmosphere at pH 8 to 10 conditions.
  • the graphene oxide and the metal oxide form a graphene-metal oxide complex through a sol-gel reaction as shown in Scheme 1 below.
  • the graphene-metal oxide composite is added to an ethanol solvent and centrifuged at 3000 to 5000 rpm after the step of preparing the graphene-metal oxide composite. Separation washing step and lyophilized the washed graphene-metal oxide complex at a temperature of 4.5 to 5.5 torr at a temperature of -80 °C or less.
  • the content of the graphene-metal oxide composite may be 10 to 30 wt% based on the weight of the solvent, preferably 15 to 25 wt%, and more preferably about 20 wt%. .
  • the content of the graphene-metal oxide composite material is less than 10 wt%, it may be difficult to properly detect an organic compound due to the graphene content that is too low.
  • the content of the graphene-metal oxide composite material is greater than 30 wt%, the resistance value of the sensor manufactured due to the high graphene content This can make the detection of organic compounds difficult.
  • the solvent is used as a solvent that can be mixed and coated with a graphene-metal oxide composite material and a polypropylene glycol resin that can act as a sensor by reacting with the organic compound.
  • 2-epoxyethanol, ethanol, methanol, toluene, xylene or methyl ethyl ketone may be used as the solvent. .
  • the polypropylene glycol resin serves to detect the organic compound by increasing the resistance value of the organic compound detection sensor by reacting with the organic compound.
  • the polypropylene glycol resin reacts with an organic compound, the volume is expanded by causing a sol-gel reaction, and the resistance value of the coating composition for a sensor for detecting the organic compound coated is increased due to the volume expansion of the polypropylene glycol resin. It is possible to detect the organic compound in the atmosphere by changing the resistance value.
  • the content of the polypropylene glycol (PPG) resin may be 10 to 30wt, based on the weight of the solvent, preferably 15 to 25wt%, more preferably 20 wt% Can be.
  • the content of the polypropylene glycol resin is less than 10 wt%, the volume expansion ratio of the resin may be low after coating due to the resin content that is too low, so that proper detection of the organic compound may be difficult, and the coating property of the prepared composition may be low to detect the organic compound. Coating of the composition can be difficult in the manufacture of the sensor.
  • the content of the polypropylene glycol resin is more than 30wt%, the content of the resin is too high to increase the resistance value of the sensor to be produced, it may be difficult to detect the appropriate organic compound.
  • the first dispersion by stirring the mixture is a step of dispersing in the solvent by stirring the graphene-metal oxide composite material and polypropylene glycol resin added to the solvent.
  • the primary dispersion may be carried out at a stirring speed of 5000rpm or more, preferably at a stirring speed of 5000 to 7000rpm.
  • the graphene-metal oxide composite material and the polypropylene glycol resin may not be properly dispersed in a solvent, thereby lowering the coating property of the composition.
  • the first dispersion may be carried out through a conventional stirrer, preferably through a homo-mixer.
  • stirring time of the first dispersion step is preferably performed for 1 to 2 hours.
  • the step of adding a binder, a dispersant and a thickener to the primary dispersed mixture is a step of mixing the additives to increase the coating property of the mixture, the primary dispersion is completed.
  • the binder is ethylcellulose, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl butyral, polymethyl methacrylate, poly Urethane (polyurethane) or polyester (polyester) and the like can be used.
  • the content of the binder may be 1 to 10 wt%, preferably 3 to 8 wt%, based on the weight of the solvent.
  • Chart53 D535.1 may be used as the dispersant.
  • the content of the dispersant may be 0.1 to 2 wt% based on the weight of the solvent, preferably 1 to 1.5 wt%.
  • a conventional thickener may be used within a range that does not impair the effects of the present invention, and the content of the thickener is preferably 0.01 to 0.05 wt.
  • the step of secondly dispersing the mixture to which the binder, dispersant and thickener is added using a high pressure disperser is to improve the coating property of the coating composition for an organic compound detection sensor by dispersing the final mixture at a high pressure.
  • the secondary dispersion may be performed for 5 to 10 minutes under a pressure of preferably 300 to 350bar.
  • the pressure condition of the secondary dispersion is less than 300bar or the execution time is less than 5 minutes may not be appropriate dispersion can be reduced coating properties of the final coating composition, if the pressure condition is more than 350bar or the dispersion execution time is more than 10 minutes The composition may be over-dispersed, resulting in low coatability.
  • Another aspect of the present invention provides a coating composition for an organic compound detection sensor comprising a solvent, a graphene-metal oxide composite, a polypropylene glycol (PPG) resin, a binder, a dispersant, and a thickener.
  • a coating composition for an organic compound detection sensor comprising a solvent, a graphene-metal oxide composite, a polypropylene glycol (PPG) resin, a binder, a dispersant, and a thickener.
  • PPG polypropylene glycol
  • the coating composition for the organic compound detection sensor may be prepared by the same method as the manufacturing method of the coating composition for the organic compound detection sensor described above.
  • the coating composition for the organic compound detection sensor is manufactured through a first dispersion and a second dispersion process, and thus has a high dispersibility of the composition, and thus has excellent coating properties. High reactivity can result in excellent organic compound detection performance.
  • the graphene-metal oxide composite material in the coating layer reacts with the organic compound to increase the electrical resistance of the graphene.
  • the polypropylene glycol resin reacts with the organic compound to cause a sol-gel reaction, and due to this sol-gel reaction, the polypropylene glycol resin is expanded to increase the electrical resistance of the coating layer.
  • the coating composition for an organic compound detection sensor according to an aspect of the present invention can be usefully used as a coating composition for producing an organic compound detection sensor because it shows a significant increase in electrical resistance value when contacted with the organic compound.
  • the viscosity of the coating composition is a material of 100 cP or more
  • the electrical conductivity is 1 ⁇ 10 2 S / cm2
  • the zeta potential (zeta potential) measured value of -30 kPa or more may be a material having a high uniformity of dispersion.
  • the thickness of the coating body may be 10 ⁇ 100 ⁇ m.
  • Coating composition for an organic compound detection sensor is excellent in the performance of detecting the leaked organic compound by distinguishing the water vapor and the organic compound, it can also detect the outflow of the fine organic compound.
  • the coating composition for an organic compound detection sensor according to an embodiment of the present invention can be usefully used in the manufacture of the organic compound detection sensor because the coating property is excellent.

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Abstract

용매, 그래핀-금속산화물 복합소재 및 폴리프로필렌글라이콜(PPG) 수지를 혼합하는 단계, 상기 혼합물을 교반하여 1차 분산시키는 단계, 상기 1차 분산된 혼합물에 바인더, 분산제 및 증점제를 첨가하는 단계 및 상기 바인더, 분산제 및 증점제가 첨가된 혼합물을 고압분산기를 사용하여 2차 분산시키는 단계를 포함하는 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물은 수증기와 유기화합물을 구분하여 누출된 유기화합물을 감지하는 성능이 우수하므로, 미세한 유기화합물의 유출도 감지할 수 있으며, 조성물의 코팅성이 우수하므로 유기화합물 검출 센서의 제조시 유용하게 사용될 수 있다.

Description

유해화학물질 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법 및 이를 통해 제조된 코팅 조성물
본 발명은 유해화학물질 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법 및 이를 통해 제조된 코팅 조성물에 관한 것으로, 유기화합물의 검출 효과가 우수한 코팅 조성물에 관한 것이다.
가스 센서는 사회전반에 걸쳐 사용되고 있으며 산업체에서는 유해환경 가스 경보기를 통하여 유해 가스의 누출을 조기에 판단함으로써 큰 사고나 인형피해를 예방할 수 있고, 실생활과 가깝게는 대기오염도 측정기 혹은 실내 공기질 측정기로 사용되어 생활공간의 전반적인 공기질 모니터를 통해 쾌적한 환경을 제공해 주는 역할을 수행하고 있다.
가스 센서는 화학, 제약, 환경, 의료 등 광범위한 분야에서 사용되어 왔고 미래에는 더욱 많은 연구가 될 것으로 예측되고 있다. 또한, 환경보전 및 안전관리 등의 사회적 요청이 증가함으로써 가스 센서에 요구되는 성능 및 사양도 고도화되고 있다. 그러나 일반적으로 가스 센서는 휘발성 유기화합물에 대한 선택성이 떨어질 뿐만 아니라, 높은 습도 및 강한 산성 또는 염기성 환경에서 감도가 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명자들은 이러한 문제점을 극복하고 센서 감지 성능이 우수한 가스 센서를 개발하기 위해 연구하던 중, 그래핀-금속산화물 복합소재와 특정 고분자 수지를 이용하여 가스 센서 코팅 조성물을 제조할 경우, 우수한 가스 감지 성능과 코팅성능을 나타냄을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명은 전술한 문제를 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 일 실시예는 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물을 제공한다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 한정되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면은 용매, 그래핀-금속산화물 복합소재 및 폴리프로필렌글라이콜(PPG) 수지를 혼합하는 단계, 상기 혼합물을 교반하여 1차 분산시키는 단계, 상기 1차 분산된 혼합물에 바인더, 분산제 및 증점제를 첨가하는 단계 및 상기 바인더, 분산제 및 증점제가 첨가된 혼합물을 고압분산기를 사용하여 2차 분산시키는 단계를 포함하는 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 1차 분산은 5000 내지 7000rpm의 교반속도로 1 내지 2시간 동안 수행되는 것일 수 있다.
상기 2차 분산은 300 내지 350bar의 압력하에서 5 내지 15분 동안 수행되는 것일 수 있다.
상기 그래핀-금속산화물 복합소재의 함량은 상기 용매의 중량을 기준으로 10 내지 30 wt%일 수 있다.
상기 폴리프로필렌 글라이콜(PPG) 수지의 함량은 상기 용매의 중량을 기준으로 10 내지 30wt일 수 있다.
상기 바인더는 에틸셀룰로오스(ethylcellulose), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl metacrylate)), 폴리우레탄(polyurethane) 및 폴리에스터(polyester)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.
상기 용매는 2-에폭시에탄올(2-ethoxyethanol), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene) 및 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것일 수 있다.
상기 그래핀-금속산화물 복합소재는 그라파이트, 산화제 및 산용액을 반응시켜 단층 산화 그래핀을 제조하는 단계, 상기 단층 산화 그래핀을 필터세척하는 단계 및 상기 세척된 단층 산화 그래핀과 금속산화물 전구체를 용매하에서 반응시켜 그래핀-금속산화물 복합체를 제조하는 단계를 포함하는 제조방법에 의해 제조되는 것일 수 있다.
상기 그래핀-금속산화물 복합소재는 그래핀-철산화물 복합소재인 것일 수 있다.
상기 그래핀-금속산화물 복합소재는 금속산화물의 함량이 35 내지 55wt%인 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일측면은 용매, 그래핀-금속산화물 복합소재, 폴리프로필렌 글라이콜(PPG) 수지, 바인더, 분산제 및 증점제를 포함하는 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물은 수증기와 유기화합물을 구분하여 누출된 유기화합물을 감지하는 성능이 우수하므로, 미세한 유기화합물의 유출도 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물은 코팅성이 우수하므로 유기화합물 검출 센서의 제조시 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1(a)는 실시예 1의 코팅 조성물을 코팅 했을 때의 사진이고, 도 1(b)는 비교예 1의 코팅 조성물을 코팅했을 때의 사진이다.
도 2 내지 4는 실시예 1에서 제조된 코팅 조성물을 사용하여 제조된 유기화합물 검출 센서의 각 성분별 저항변화율을 측정한 그래프이다.
도 5 내지 7는 실시예 2에서 제조된 코팅 조성물을 사용하여 제조된 유기화합물 검출 센서의 각 성분별 저항변화율을 측정한 그래프이다.
도 8 내지 10는 실시예 3에서 제조된 코팅 조성물을 사용하여 제조된 유기화합물 검출 센서의 각 성분별 저항변화율을 측정한 그래프이다.
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: 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조 1
본 발명의 일측면에 따른 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물을 제조하였다.
먼저, 그래핀-금속산화물 복합소재를 제조하기 위해 쿠에스-테일러 반응기에 그라파이트(50μm, 2g, Bay carbon社), NaNO3(1.52g), KMnO4(9g) 및 H2SO4(67.6mL)를 투입한 후 교반속도 400rpm으로 1시간 동안 반응시켜 단층 산화 그래핀을 제조하였다.
상기 제조된 단층 산화 그래핀을 필터세척한 후, 둥근 플라스크에 세척된 단층 산화 그래핀을 투입한 뒤, 산화철 전구체로 FeCl2 수용액 및 2FeCl3 수용액을 첨가하고, 수산화 암모늄(NH4OH)을 첨가하여 질소 분위기 하에서 3시간 동안 반응시켰다.
반응이 종료된 후 제조된 그래핀-금속산화물 복합체를 에탄올 용매에 첨가하여 4000rpm으로 원심분리 및 세척하고, 세척된 그래핀-금속산화물 복합체를 -80℃이하의 온도에서 5 torr의 압력조건으로 동결건조시킴으로써 유기화합물 센서용 그래핀-금속산화물 복합소재를 제조하였다.
다음으로, 2-ethoxyethanol 용매 100g에 상기 그래핀-금속산화물 복합소재 20g 및 폴리프로필렌글라이콜 수지 30g을 혼합한 뒤, 호모믹서를 사용하여 5000rpm의 교반속도로 1시간 동안 교반하여 1차 분산시켰다.
마지막으로, 상기 1차 분산이 완료된 혼합물에 Ethylcellulose Standard 4 바인더 5.4g, Chartwell사의 D535.1 분산제 1.2g 및 증점제 0.025g을 첨가한 뒤, 고압 분산기를 사용하여 300bar의 압력으로 5분 동안 2차 분산시킴으로써 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 2: 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조 2
폴리프로필렌글라이콜 수지를 20g 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 3: 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조 3
폴리프로필렌글라이콜 수지를 10g 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 4: 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조 4
2차 분산시 350bar의 압력조건으로 분산시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 5: 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조 5
2차 분산시 7분 동안 분산시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 6: 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조 6
2차 분산시 10분 동안 분산시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물을 제조하였다.
비교예 1 ~ 비교예 4: 코팅 조성물의 제조 1
1차 분산시 각각 1000rpm, 2000rpm, 3000rpm 및 4000rpm의 교반속도로 분산시키는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
비교예 5 ~ 비교예 8: 코팅조성물의 제조 2
2차 분산시 압력 조건을 각각 100bar, 150bar, 200bar 및 250bar로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
비교예 9 ~ 비교예 11: 코팅 조성물의 제조 3
2차 분산시 분산 시간을 각각 1분, 3분 및 15분으로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 코팅 조성물을 제조하였다.
하기 표 1에 상기 실시예 1 내지 6, 비교예 1 내지 11에서 제조된 코팅 조성물의 PPG함량, 1차 분산 조건 및 2차 분산 조건을 정리하여 나타내었다.
분류 PPG 함량 (g) 1차 분산 2차 분산
교반 속도 (rpm) 압력 (bar) 시간 (분)
실시예 1 30 5000 300 5
실시예 2 20 5000 300 5
실시예 3 10 5000 300 5
실시예 4 30 5000 350 5
실시예 5 30 5000 300 7
실시예 6 30 5000 300 10
비교예 1 30 1000 300 5
비교예 2 30 2000 300 5
비교예 3 30 3000 300 5
비교예 4 30 4000 300 5
비교예 5 30 5000 100 5
비교예 6 30 5000 150 5
비교예 7 30 5000 200 5
비교예 8 30 5000 250 5
비교예 9 30 5000 350 1
비교예 10 30 5000 350 3
비교예 11 30 5000 350 15
실험예 1: 코팅 조성물의 코팅성 측정 실험
상기 실시예 1, 실시예 4 내지 실시예 6, 비교예 1 내지 비교예 11에서 제조된 코팅 조성물을 아크릴 프라이머(acryl primer) 처리된 PET, 코로나 처리된 PET, PI필름, 또는 동박 필름 중 하나의 기재에 코팅하여 각각의 코팅 여부를 확인하였고, 그 결과를 하기 표 2에 정리하여 나타내었다.
분류 PPG 함량 (g) 1차 분산 2차 분산 코팅 여부
교반 속도(rpm) 압력 (bar) 시간 (분)
실시예 1 30 5000 300 5 O
실시예 4 30 5000 350 5 O
실시예 5 30 5000 300 7 O
실시예 6 30 5000 300 10 O
비교예 1 30 1000 300 5 x
비교예 2 30 2000 300 5 x
비교예 3 30 3000 300 5 x
비교예 4 30 4000 300 5 x
비교예 5 30 5000 100 5 x
비교예 6 30 5000 150 5 x
비교예 7 30 5000 200 5 x
비교예 8 30 5000 250 5 x
비교예 9 30 5000 350 1 x
비교예 10 30 5000 350 3 x
비교예 11 30 5000 350 15 x
도 1(a)는 실시예 1의 코팅 조성물을 코팅 했을 때의 사진이고, 도 1(b)는 비교예 1의 코팅 조성물을 코팅했을 때의 사진이다.
도 1과 상기 표 1에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 일측면에 따른 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물 제조방법의 1차 분산 및 2차 분산 조건을 벗어나 코팅 조성물을 제조할 경우, 조성물의 코팅성이 현저히 감소하는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일측면에 따른 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물 제조방법을 사용하여 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물을 제조할 경우 우수한 코팅성을 확보할 수 있으므로 유기화합물 검출 센서를 제조하는 데 유용하게 사용될 수 있다.
실험예 2: 코팅 조성물의 유기화합물 검출성능 측정 실험
본 발명의 일측면에 따른 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 유기화합물 검출성능을 측정하기 위해 실시예 1 내지 실시예 3에서 제조된 코팅 조성물을 사용하여 유기화합물 검출 센서를 제조하였다.
제조된 유기화합물 검출 센서를 사용하여 물, 휘발유, 등유, 경유, 메틸피롤리돈(NMP), 에탄올, 디메틸포름아마이드(DMF), 메탄올, 아세톤, 2-에톡시에탄올(Ethyl cellosolve), 스티렌 단량체, 자일렌, 이소프로필알콜(IPA), 부탄-2-온(MEK), 에틸 아세테이트, 톨루엔, 헥산 및 사이클로헥산 각각의 화합물에 대한 저항 변화율을 측정하였고, 그 결과를 도 2 내지 도 10에 나타내었다.
도 2 내지 4는 실시예 1에서 제조된 코팅 조성물을 사용하여 제조된 유기화합물 검출 센서의 각 성분별 저항변화율을 측정한 그래프이다.
도 5 내지 7는 실시예 2에서 제조된 코팅 조성물을 사용하여 제조된 유기화합물 검출 센서의 각 성분별 저항변화율을 측정한 그래프이다.
도 8 내지 10는 실시예 3에서 제조된 코팅 조성물을 사용하여 제조된 유기화합물 검출 센서의 각 성분별 저항변화율을 측정한 그래프이다.
도 2 내지 도 10에서 확인할 수 있듯이, 본 발명의 일측면에 따라 제조된 코팅 조성물을 사용하여 유기화합물 검출용 센서를 제조할 경우, 물에는 저항값이 변하지 않지만, 물 이외의 유기화합물에 대해서는 저항값이 변화함을 알 수 있다.
특히, PPG의 함량이 가장 높은 실시예 1의 경우 물과 유기화합물의 저항값 변화율이 현저히 차이나는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일측면에 따른 유기화합물 센서용 코팅 조성물은 우수한 유기화합물 구별 감지성능을 나타내므로 유기화합물 센서의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
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 청구범위에 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.
본 발명의 일측면은 용매, 그래핀-금속산화물 복합소재 및 폴리프로필렌글라이콜(PPG) 수지를 혼합하는 단계, 상기 혼합물을 교반하여 1차 분산시키는 단계, 상기 1차 분산된 혼합물에 바인더, 분산제 및 증점제를 첨가하는 단계 및 상기 바인더, 분산제 및 증점제가 첨가된 혼합물을 고압분산기를 사용하여 2차 분산시키는 단계를 포함하는 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법을 제공한다.
이하, 상기 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, 상기 용매, 그래핀-금속산화물 복합소재 및 폴리프로필렌글라이콜(PPG) 수지를 혼합하는 단계는 유기화합물 검출 효과를 나타낼 수 있는 그래핀-금속산화물 복합소재와 폴리프로필렌글라이콜(PPG) 수지를 용매하에 혼합하는 단계이다.
상기 그래핀-금속산화물 복합소재는 단층 산화그래핀에 금속산화물이 형성된 그래핀-금속산화물 복합체를 의미하며, 이때 상기 그래핀-금속산화물 복합소재는 그래핀-철산화물 복합소재인 것이 바람직하다. 또한, 상기 그래핀-금속산화물 복합소재는 금속산화물의 함량이 35 내지 55wt%인 것이 바람직하다. 상기 그래핀-금속산화물 복합소재는 금속산화물이 대기 중의 유기화합물 분자와 결합하여 그래핀-금속산화물 복합 소재의 전기 저항 특성 값을 변화시킴으로써 대기중의 유기화합물을 구별 감지하는 역할을 수행한다.
또한, 상기 그래핀-금속산화물 복합소재는 그라파이트, 산화제 및 산용액을 반응시켜 단층 산화 그래핀을 제조하는 단계, 상기 단층 산화 그래핀을 필터세척하는 단계 및 상기 세척된 단층 산화 그래핀과 금속산화물 전구체를 용매하에서 반응시켜 그래핀-금속산화물 복합체를 제조하는 단계를 포함하는 유기화합물 센서용 그래핀-금속산화물 복합소재의 제조방법에 의해 제조된 것일 수 있다.
이때, 상기 그라파이트는 비표면적 450 내지 550 m2/g의 그라파이트를 사용할 수 있다. 상기 단층 산화 그래핀의 비표면적은 상기 그라파이트의 비표면적과 동일한 것일 수 있으며, 그라파이트의 비표면적과 동일한 비표면적을 가지는 단층 산화 그래핀을 제조함으로써 비표면적이 높은 단층 산화 그래핀을 제조할 수 있다.
또한, 상기 단층 산화 그래핀을 제조하는 단계는 바람직하게는 쿠에트-테일러 반응기를 이용하여 수행되는 것일 수 있다. 쿠에트-테일러 반응기를 이용하여 단층 산화 그래핀을 제조할 경우, 쿠에트-테일러 반응기의 교반속도는 400 내지 1200rpm일 수 있으며, 바람직하게는 400 내지 600 rpm 또는 1000 내지 1200 rpm일 수 있고, 더 바람직하게는 400rpm 또는 1000 내지 1200rpm일 수 있다. 이때, 상기 교반 속도에 따라 그라파이트의 산화율이 달라지게 되며 400 내지 1200rpm의 교반속도로 반응을 수행함으로써 산소 비율이 약 35wt% 이상의 높은 산화율을 가지는 산화 그래핀을 생성할 수 있다. 또한, 교반 속도가 400 내지 600 rpm 또는 1000 내지 1200 rpm일 경우 약 40wt% 이상의 높은 산화율을 가지는 산화 그래핀을 생성할 수 있으며, 나아가 교반 속도가 400rpm 또는 1000 내지 1200rpm일 경우 45wt% 이상의 현저히 높은 산화율을 가지는 산화 그래핀을 생성할 수 있다.
나아가, 상기 단층 산화 그래핀의 산소 비율은 35 내지 55wt%인 것일 수 있으며, 바람직하게는 40 내지 55 wt%인 것일 수 있고, 더 바람직하게는 45 내지 50 wt%인 것일 수 있다. 상술한 바와 같이 산소 비율이 35wt% 이상인 단층 산화 그래핀을 제조함으로써 금속 산화물의 함량이 높은 그래핀-금속 산화물을 제조할 수 있으며, 높은 금속 산화물 함량으로 인해 유기화합물의 감지 성능이 우수한 센서를 제조할 수 있다.
상기 유기화합물 센서용 그래핀-금속산화물 복합소재의 제조방법은 원심분리 세척인 아닌 필터세척 방법을 사용함으로써 그래핀의 표면에 산소 함량이 높은 단층 산화그래핀을 제조할 수 있다는 장점이 있다.
이때, 상기 금속산화물은 산화철(Fe3O4)인 것이 바람직하다.
상기 금속산화물 전구체의 첨가량은 상기 단층 산화 그래핀의 총중량을 기준으로 10 내지 30 wt%일 수 있으며, 바람직하게는 15 내지 25 wt%일 수 있고, 더 바람직하게는 20 내지 25wt%일 수 있다. 상기 금속산화물 전구체의 종류로 바람직하게는 염화제2철(FeCl2ㆍ4H2O), FeCl3ㆍ6H2O 및 FeSO4ㆍ7H2O 등의 철 수화물을 사용할 수 있다.
상기 그래핀-금속 산화물 복합체를 제조하는 단계는 질소 분위기 하에서 pH 8 내지 10의 조건으로 수행되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 산화 그래핀과 금속산화물은 하기 반응식 1에 나타난 바와 같은 졸-겔 반응을 통해 그래핀-금속산화물 복합체를 형성하게 된다.
[반응식 1]
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나아가, 상기 유기화합물 센서용 그래핀-금속산화물 복합소재의 제조방법은 상기 그래핀-금속산화물 복합체를 제조하는 단계 이후에, 상기 그래핀-금속산화물 복합체를 에탄올 용매에 첨가하여 3000 내지 5000rpm으로 원심분리 세척하는 단계 및 상기 세척된 그래핀-금속산화물 복합체를 -80℃ 이하의 온도에서 4.5 내지 5.5 torr의 압력조건으로 동결건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 그래핀-금속산화물 복합소재의 함량은 상기 용매의 중량을 기준으로 10 내지 30 wt%일 수 있고, 바람직하게는 15 내지 25 wt%일 수 있고, 더 바람직하게는 20 wt% 내외일 수 있다.
상기 그래핀-금속산화물 복합소재의 함량이 10 wt% 미만일 경우 너무 낮은 그래핀 함량으로 인해 유기화합물의 적절한 검출이 어려울 수 있고, 30wt% 초과일 경우 그래핀의 함량이 높아 제조되는 센서의 저항값이 높아져 유기화합물의 검출이 어려울 수 있다.
한편, 상기 용매는 유기화합물과 반응하여 센서의 역할을 할 수 있는 그래핀-금속산화물 복합소재와 폴리프로필렌글라이콜 수지가 혼합되어 코팅될 수 있도록 하는 용매로 사용된다. 이때, 상기 용매로는 2-에폭시에탄올(2-ethoxyethanol), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene) 또는 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone)등이 사용될 수 있다.
상기 폴리프로필렌글라이콜 수지는 유기화합물과 반응함으로써 유기화합물 감지 센서의 저항값을 높여 유기화합물을 검출할 수 있게 하는 역할을 수행한다. 폴리프로필렌글라이콜 수지는 유기화합물과 반응할 때 졸겔 반응을 일으킴으로써 부피가 팽창하게 되고, 이러한 폴리프로필렌글라이콜 수지의 부피팽창으로 인해 코팅된 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 저항값이 높아져 저항값의 변화를 통한 대기중의 유기화합물의 검출을 가능하게 할 수 있다.
이때, 상기 폴리프로필렌글라이콜(PPG) 수지의 함량은 상기 용매의 중량을 기준으로 10 내지 30wt일 수 있고, 바람직하게는 15 내지 25 wt%일 수 있고, 더 바람직하게는 20 wt% 내외일 수 있다.
상기 폴리프로필렌글라이콜 수지의 함량이 10 wt% 미만일 경우 너무 낮은 수지 함량으로 인해 코팅 후 수지의 부피팽창율이 낮아져 유기화합물의 적절한 검출이 어려울 수 있고, 제조되는 조성물의 코팅성이 낮아져 유기화합물 검출 센서의 제조시 조성물의 코팅이 어려울 수 있다. 또한, 폴리프로필렌글라이콜 수지의 함량이 30wt% 초과일 경우 수지의 함량이 너무 높아 제조되는 센서의 저항값이 높아져 적절한 유기화합물의 검출이 어려울 수 있다.
다음으로, 상기 혼합물을 교반하여 1차 분산시키는 단계는 용매에 첨가된 그래핀-금속산화물 복합소재 및 폴리프로필렌글라이콜 수지를 교반시킴으로써 용매내에서 분산시키는 단계이다.
이때, 상기 1차 분산은 5000rpm 이상의 교반속도로 수행될 수 있고, 바람직하게는 5000 내지 7000rpm의 교반속도로 수행될 수 있다.
상기 1차 분산의 교반속도가 5000rpm 미만일 경우, 그래핀-금속산화물 복합소재와 폴리프로필렌글라이콜 수지가 용매에 적절히 분산되지 않아 조성물의 코팅성이 낮아질 수 있다.
상기 1차 분산을 통상적인 교반기를 통해 수행될 수 있으며, 바람직하게는 호모믹서(homo-mixer)를 통해 수행될 수 있다.
또한, 상기 1차 분산 단계의 교반시간은 1 내지 2시간 동안 수행되는 것이 바람직하다.
다음으로, 상기 1차 분산된 혼합물에 바인더, 분산제 및 증점제를 첨가하는 단계는 상기 1차 분산이 완료된 혼합물의 코팅성을 높이기 위한 첨가물을 혼합하는 단계이다.
상기 바인더로는 에틸셀룰로오스(ethylcellulose), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl metacrylate)), 폴리우레탄(polyurethane) 또는 폴리에스터(polyester) 등이 사용될 수 있다. 이때, 상기 바인더의 함량은 용매의 중량을 기준으로 1 내지 10 wt%일 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 8 wt%일 수 있다.
또한, 상기 분산제로는 Chartwell사의 D535.1 등이 사용될 수 있다. 상기 분산제의 함량은 용매의 중량을 기준으로 0.1 내지 2 wt%일 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 1.5 wt%일 수 있다.
나아가, 상기 증점제로는 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위 내에서 통상적인 증점제를 사용할 수 있으며, 증점제의 함량은 0.01 내지 0.05wt인 것이 바람직하다.
마지막으로, 상기 바인더, 분산제 및 증점제가 첨가된 혼합물을 고압분산기를 사용하여 2차 분산시키는 단계는 고압상태로 최종혼합물을 분산시킴으로써 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 코팅성을 높이는 단계이다.
이때, 상기 2차 분산은 바람직하게는 300 내지 350bar의 압력하에서 5 내지 10분 동안 수행될 수 있다.
상기 2차 분산의 압력조건이 300bar 미만이거나 수행시간이 5분 미만일 경우 적절한 분산이 이루어지지 않아 최종 코팅 조성물의 코팅성이 낮아질 수 있으며, 압력조건이 350bar 초과이거나 분산 수행시간이 10분 초과일 경우 조성물이 과분산되어 코팅성이 낮아질 수 있다.
본 발명의 다른 일측면은 용매, 그래핀-금속산화물 복합소재, 폴리프로필렌 글라이콜(PPG) 수지, 바인더, 분산제 및 증점제를 포함하는 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물을 제공한다.
이때, 상기 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물은 상술한 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법과 동일한 방법으로 제조된 것일 수 있다.
상기 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물은 1차 분산 및 2차 분산 공정을 통해 제조됨으로써 조성물의 분산성이 높아 코팅성이 우수하며, 그래핀-금속산화물과 폴리프로필렌글라이콜 수지의 유기화합물과의 높은 반응성을 통해 우수한 유기화합물 검출 성능을 나타낼 수 있다.
구체적으로, 상기 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물이 코팅된 후에 유기화합물과 접촉할 경우, 코팅층 내의 그래핀-금속산화물 복합소재가 유기화합물과 반응하여 그래핀의 전기 저항을 높이게된다. 또한, 폴리프로필렌글라이콜 수지는 유기화합물과 반응하여 졸겔 반응을 일으키게되고, 이러한 졸겔반응으로 인해 폴리프로필렌글라이콜 수지가 팽창함으로써 코팅층의 전기 저항을 높이게 된다. 결국 그래핀-금속산화물의 저항값 상승과 폴리프로필렌글라이콜 수지의 팽창으로 인한 저항상승 효과가 함께 시너지효과를 이루게 되어 유기화합물이 접촉될 경우 코팅층의 현저한 전기 저항 값 상승을 야기하게 된다.
이에 따라, 본 발명의 일측면에 따른 유기화합물 검출센서용 코팅 조성물은 유기화합물과 접촉할 때 현저한 전기저항 수치 상승 효과를 나타내므로 유기화합물 검출 센서의 제조용 코팅 조성물로 유용하게 사용될 수 있다.
또한, 코팅 조성물의 점도는 100cP이상의 물질로서 전기 전도도는 1·102 S/㎠이고, 제타 전위(zeta potential) 측정 값은 -30㎷ 이상인 물질로 분산의 균일도가 높은 물질일 수 있다. 한편, 코팅 체의 두께는 10~100 μm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물은 수증기와 유기화합물을 구분하여 누출된 유기화합물을 감지하는 성능이 우수하므로, 미세한 유기화합물의 유출도 감지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물은 코팅성이 우수하므로 유기화합물 검출 센서의 제조시 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (11)

  1. 용매, 그래핀-금속산화물 복합소재 및 폴리프로필렌글라이콜(PPG) 수지를 혼합하는 단계;
    상기 혼합물을 교반하여 1차 분산시키는 단계;
    상기 1차 분산된 혼합물에 바인더, 분산제 및 증점제를 첨가하는 단계; 및
    상기 바인더, 분산제 및 증점제가 첨가된 혼합물을 고압분산기를 사용하여 2차 분산시키는 단계
    를 포함하는 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 1차 분산은 5000 내지 7000rpm의 교반속도로 1 내지 2시간 동안 수행되는 것인 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 2차 분산은 300 내지 350bar의 압력하에서 5 내지 15분 동안 수행되는 것인 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀-금속산화물 복합소재의 함량은 상기 용매의 중량을 기준으로 10 내지 30 wt%인 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 폴리프로필렌 글라이콜(PPG) 수지의 함량은 상기 용매의 중량을 기준으로 10 내지 30wt인 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 바인더는 에틸셀룰로오스(ethylcellulose), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐부티랄(polyvinyl butyral), 폴리메틸메타크릴레이트(poly(methyl metacrylate)), 폴리우레탄(polyurethane) 및 폴리에스터(polyester)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것인 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 용매는 2-에폭시에탄올(2-ethoxyethanol), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol), 톨루엔(toluene), 자일렌(xylene) 및 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것인 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀-금속산화물 복합소재는
    그라파이트, 산화제 및 산용액을 반응시켜 단층 산화 그래핀을 제조하는 단계;
    상기 단층 산화 그래핀을 필터세척하는 단계; 및
    상기 세척된 단층 산화 그래핀과 금속산화물 전구체를 용매하에서 반응시켜 그래핀-금속산화물 복합체를 제조하는 단계
    를 포함하는 제조방법에 의해 제조되는 것인 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀-금속산화물 복합소재는 그래핀-철산화물 복합소재인 것인 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀-금속산화물 복합소재는 금속산화물의 함량이 35 내지 55wt%인 것인 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물의 제조방법.
  11. 용매, 그래핀-금속산화물 복합소재, 폴리프로필렌 글라이콜(PPG) 수지, 바인더, 분산제 및 증점제를 포함하는 유기화합물 검출 센서용 코팅 조성물.
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