WO2022203483A1

WO2022203483A1 - 자가치유 가능한 유기물표면 접착패드 및 그 제조방법

Info

Publication number: WO2022203483A1
Application number: PCT/KR2022/004346
Authority: WO
Inventors: 신미경; 손동희; 최재혁; 성두환
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2021-03-26
Filing date: 2022-03-28
Publication date: 2022-09-29
Also published as: KR20220134210A; KR102488837B1

Abstract

본 발명의 일 실시예는 점착고분자필름층/제1점탄성고분자필름층/제2탄성고분자필름층을 포함하는, 접착력이 증가된 유기물 표면에 부착하는 접착패드를 제공한다. 알지네이트보론산 고분자를 이용하여 인체에 유해하지 아니하고, 점탄성고분자층과 탄성고분자층을 이용하여 접착력을 증가시킬 수 있다. <대표도> 도1

Description

자가치유 가능한 유기물표면 접착패드 및 그 제조방법

본 발명은 접착능력이 증가된 유기물표면에 부착시키는 접착패드와 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 다중층으로 구성된 접착패드로서, 접착능력이 증가된 유기물표면에 부착시키는 접착패드와 그 제조방법에 관한 것이다.

산업 재해로 인한 사고로 신체 일부분이 손상되거나 절단되는 사례가 연간 9만명 이상 발생하며 매년 3%씩 증가하고 있다. 이렇게 절단 또는 손상된 조직은 외과 수술을 요구하며 신경, 혈관, 힘줄 등의 접합을 목적으로 봉합사가 사용되었다. 그러나 봉합사는 조직에 강한 압력을 주고 수술로 인한 봉합사 및 미세한 상처가 조직의 회복 경로를 막아 신경의 완전한 회복 차단 및 면역반응 등 많은 문제를 유발한다. 더불어 얇은 신경이나 혈관의 봉합을 위해서는 이러한 수술용 현미경을 이용한 정밀한 수술이 요구되며, 수술시간 증가 및 의사와 환자의 피로를 유발하며, 유기조직 내부에서의 유동성에 의해 봉합이 풀리는 경우가 있을 뿐만 아니라, 유기조직 외부에서의 압력에 의해 봉합이 끊기는 경우까지도 발생하였다.

이러한 봉합사의 단점을 보완하고자 생체 조직 접착제가 개발되었으며, 주로 시아노아크릴레이트, 피브린글루, 폴리에틸렌글리콜, 등이 있었다. 그러나 이러한 개발에도 불구하고, 상기 물질들의 높은 독성과 조직 표면에 잔류하는 H2O에 따른 낮은 접착력 및 낮은 물성으로 인해 대부분 체외 조직인 피부의 접합이나 지혈의 용도로만 사용되며, 신경이나 혈관, 심장 등 탄성이 있고 표면에 수분이 있는 유동적인 조직의 움직임에 의한 물리적 자극에 오래 버틸 수 없다는 한계가 있다.

또한, 탄성층과 점탄성층을 사용하여 다중층을 구성하도록 하여 외부충격을 완화하는 종래의 방법이 존재하였더라도, 외부의 충격이 강한 경우 접착패드의 탄성도가 떨어지는 문제점이 있었고, 이에 따른 접착패드의 접착력 감소 역시도 고질적인 문제였다.

<선행기술문헌>

(특허문헌 1) PCT 국제공개번호 제 WO2019-229747호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 표면에 수분이 많은 조직 등에 접착패드를 부착시키는 경우 그 접착력이 증가한 접착패드를 제공함에 있다.

또한, 생체적합성 고분자 접착패드를 제공함에 있다.

또한, 탄성층과 점탄성층의 탄성도의 자가치유를 통해 접착력을 유지하는 접착패드를 제공함에 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예는, 점착고분자필름층과 상기 점착고분자필름층 상에 위치한 제1점탄성고분자필름층과, 상기 제1점탄성고분자필름층 상에 위치한 제2탄성고분자필름층을 포함하는 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드를 제공한다.

또한, 상기 점착고분자필름층은 하이드로겔전구체를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 점착고분자필름층이 접착대상에 접착 시에 점착고분자필름층 내부의 하이드로겔전구체가 접착대상의 수분을 흡수하여 점착하이드로겔층으로 형성되면서 점착되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 하이드로겔전구체는 알지네이트보론산 고분자를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1점탄성고분자필름층이 포함하고 있는 고분자의 영률이 제2탄성고분자필름층이 포함하고 있는 고분자의 영률보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1점탄성고분자필름층이 포함하고 있는 고분자의 영률이 제2탄성고분자필름층이 포함하고 있는 고분자의 영률보다 작아, 제1점탄성고분자필름층 하부면에서 가해지는 외부압력이 제1점탄성고분자필름층 내에서 힘이 분산되어 제2탄성고분자필름층까지 전달되지 아니하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1점탄성고분자필름층이 포함하고 있는 고분자에서, 제1점탄성고분자필름층이 포함하고 있는 고분자의 작용기당 수소결합개수가 제2탄성고분자필름층이 포함하고 있는 고분자의 작용기당 가능한 수소결합개수보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 점착고분자필름층은 알지네이트보론산 고분자를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1점탄성고분자필름층은 이소포론디이소시안산(Isophorone Diisocyanate)을 포함하고, 상기 제2탄성고분자필름층은 제1점탄성고분자필름층의 점탄성고분자의 영률보다 큰 영률을 가지는 탄성고분자를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제2탄성고분자필름층은 이소포론디이소시안산(Isophorone Diisocyanate)을 포함하고, 상기 제1점탄성고분자필름층은 제2탄성고분자필름층의 탄성고분자의 영률보다 작은 영률을 가지는 점탄성고분자를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제2탄성고분자필름층은 페닐 이소시아네이트(4,4'-Methylenebis (Phenyl Isocyanate))를 포함하고, 상기 제1점탄성고분자필름층은 제2탄성고분자필름층의 탄성고분자의 영률보다 작은 영률을 가지는 점탄성고분자를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예는, 제1점탄성고분자필름층과 제2탄성고분자필름층을 준비하는 단계, 제1점탄성고분자필름층 상부면에 제2탄성고분자필름층을 형성하는 단계, 및 상기 제1점탄성고분자필름층 하부면에 점착고분자필름층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 제1점탄성고분자필름층과 제2탄성고분자필름층을 준비하는 단계는, 제1점탄성고분자필름층이 포함하는 점탄성고분자의 영률이 제2탄성고분자필름층에 포함하는 탄성고분자의 영률보다 작게 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1점탄성고분자필름층 하부면에 점착고분자필름층을 형성하는 단계는, 상기 제1점탄성고분자필름층 하부면을 산소플라즈마 처리하여 친수성으로 개질하는 단계 및 상기 친수성으로 개질된 상기 제1점탄성고분자필름층 하부면에 점착고분자 용액을 도포하여 점착고분자필름층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 점착고분자필름층은 알지네이트보론산 고분자를 포함하고, 상기 제1점탄성고분자필름층은 이소포론디이소시안산을 포함하고, 상기 제2탄성고분자필름층은 이소포론디이소시안산 또는 페닐 이소시아네이트를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 생체외부조직, 생체내부조직, 절단조직 등의 유기물 표면에 강한 접착력을 가진 접착패드를 제공할 수 있다.

또한, 생체적합적인 고분자 접착패드를 제공할 수 있다.

또한, 점착고분자필름층 방향의 불균일한 외부압력으로부터도 접착력을 유지할 수 있으며, 제2탄성고분자필름층 방향의 강한 외부압력으로부터도 접착력을 유지하는 접착패드를 제공할 수 있다.

또한, 수소결합을 포함하는 제1점탄성고분자필름층과 제2탄성고분자필름층을 포함하여, 외부압력에 의해 탄성도가 일시적으로 변하더라도, 시간 경과에 따라 자가치유되는 접착패드를 제공할 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.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기물 표면에 부착하는 접착패드의 전체 층구조에 대한 개략도이다.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기물 표면에 부착하는 접착패드의 점착고분자필름층 방향에서의 외부압력에 대한 설명도면이다.

도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기물 표면에 부착하는 접착패드의 제2탄성고분자필름층 방향에서의 외부압력에 대한 설명도면이다.

도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기물 표면에 부착하는 접착패드의 접착패드의 점착고분자필름층 방향에서의 외부압력작용에 대응한 제1점탄성고분자필름층 내부에서의 수소결합의 결합 및 절단에 대한 설명도면이다.

도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기물 표면에 부착하는 접착패드의 3중층 구조의 접착패드의 기계적 물성(중층별 접착력)에 대한 실험결과 도면이다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기물 표면에 부착하는 접착패드의 3중층 구조의 접착패드의 기계적 물성 (중층별 인장강도)에 대한 실험결과 도면이다.

도7은 기존의 상용화된 접착제와 본 발명의 일 실시예에 따른 유기물 표면에 부착하는 접착패드의 접착력 비교 도면이다.

도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유기물 표면에 부착하는 접착패드의 실험예에 대한 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 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 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용하는 용어 “접착패드”는, 점착고분자필름층, 제1점탄성고분자필름층, 제2탄성고분자필름층을 포함하는 접착패드의 일 실시예를 의미한다.

본 명세서에서 사용하는 용어 “고분자필름층”은, 얇게 제조된 필름층만으로 한정되지 아니하며, 고분자 재료를 포함하는 모든 종류의 얇은막, 두꺼운막, 필름, 필름층, 등을 포함하는 의미이다.

본 명세서에서 사용하는 용어 “A/B/C 다층구조”는 A층 상에 B층 및 C층이 차례로 위치하는 구조를 의미한다.

본 명세서에서 사용하는 용어 “수소결합개수”는, 각 탄성고분자필름층 또는 점탄성고분자필름층이 포함하는 고분자의 작용기당 가능한 수소결합의 개수를 의미한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 “점착고분자필름층/제1점탄성고분자필름층 /제2탄성고분자필름층 다중구조”를 포함하는 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드를 설명한다.

도1은 유기물에 부착하는 다중층 접착패드의 전체 층구조에 대한 개략도이다.

도1을 참조하여 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드를 설명한다.

상기 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드는, 점착고분자필름층(100), 제1점탄성고분자필름층(200), 제2탄성고분자필름층(300)을 포함할 수 있다.

상기 점착고분자필름층(100)은 점착고분자를 포함하는 필름층으로, 대상 유기물 표면에 접근 시 유기물 표면과 점착하는 효과를 제공할 수 있다. 상기 제1점탄성고분자필름층(200)은 점성과 탄성을 모두 가지는 고분자를 포함하는 필름층으로, 유기물 표면측에서의 불균일한 또는 균일한 외력이 가해지는 경우 외력을 분산시켜 제2탄성고분자필름층(300)으로 그 외력이 전달되지 아니하도록 하는 효과를 제공할 수 있다. 상기 제2탄성고분자필름층(300)은 탄성을 가지는 고분자를 포함하는 필름층으로, 전체 접착패드 외부에서의 외력이 가해지는 경우 제2탄성고분자필름층이 포함하고 있는 고분자의 탄성력을 기반으로 하여, 전체 접착패드의 형태를 유지함과 동시에 신축성을 부여하는 효과를 제공할 수 있다.

상기 점착고분자필름층(100)은, 하이드로겔전구체를 포함하는 점착고분자필름층(100)으로써, 조직의 표면에 수분이 존재하더라도 접착능력을 유지할 수 있도록 하는 효과를 제공할 수 있다. 이때, 점착고분자필름층(100)이 점착대상에 점착 시에 점착고분자필름층(100) 내부의 하이드로겔전구체가 점착대상의 수분을 흡수하여 점착하이드로겔층으로 형성되면서 점착되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 점착고분자필름층(100)은, 해조류 등으로부터 추출한 알지네이트보론산 유도체를 사용할 수도 있다. 종래의 독성이 존재하는 시아노아크릴레이트, 피브린글루, 폴리에틸렌글리콜 등의 물질과는 달리 생체 유해성을 극복할 수 있게 된다. 알지네이트보론산 유도체를 포함하는 점착고분자필름층은, 하이드로겔전구체를 사용하는 것을 특징으로 하여, 점착고분자필름층(100)이 점착대상과 접촉하는 경우, 점착고분자필름층(100) 내부의 하이드로겔전구체가 점착대상의 수분을 흡수하여 점착하이드로겔층으로 형성되면서 점착되는 효과를 제공할 수 있다. 하이드로겔전구체를 사용하기 때문에, 유기물표면에 부착되기 전까지 접착패드가 끈적거리지 않으므로, 접착패드 사용자가 자신이 목적하는 위치에 접착패드를 보다 더 정확하게 점착시킬 수 있는 효과도 제공될 수 있다.

상기 제1점탄성고분자필름층(200)은 상기 점착고분자필름층(100) 상에 위치할 수 있고, 상기 제2탄성고분자필름층(300)은 상기 제1점탄성고분자필름층(200) 상에 위할 수 있다.

도2와 도3은 각각 점착필름방향(300)에서의 유기물의 불균일 또는 균일한 외력과 제2탄성필름층 방향에서의 외력을 보여주는 도면이다.

도2와 도3을 참고하여 제1점탄성고분자필름층(200)과 제2탄성고분자필름층(300)의 효과를 구체적으로 설명한다.

상기 제1점탄성고분자필름층(200)은 점탄성 있는 고분자를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 도2에서와같이, 점착고분자필름층(100) 방향에서의 점착고분자필름층(100)에 점착고분자필름층의 수평방향으로의 외부응력(외력1 또는 외력2)이 가해지는 경우, 점성의 성질과 탄성의 성질 모두를 가진 제1점탄성고분자필름층(200)은 이 외부압력들을 분산시켜 접착패드의 접착력을 유지하는 효과를 제공할 수 있다.

반대로, 도3에서와같이, 제2탄성고분자필름층(300)은 제2탄성고분자필름층 방향의 외부에서 외력이 작용하더라도, 제2탄성고분자필름층이 포함하고 있는 고분자의 탄성력을 기반으로 전체 접착패드의 접착력이 감소되지 아니하는 효과를 제공할 수 있다. 즉, 제2탄성고분자필름층(300)은 제1점탄성고분자필름층(200)과는 달리 점성은 없지만, 전체 접착패드의 수평방향인 유기물의 조직에서 발생하는 지속적인 외부응력(외력3 또는 외력4)에도 대항할 수 있는 효과를 제공할 수 있다. 이에 따라, 전체 접착패드의 접착력을 유지시킬 수 있다.

이때, 제1점탄성고분자필름층(200)이 포함하고 있는 고분자의 영률이, 제2탄성고분자필름층(300)이 포함하고 있는 고분자의 영률보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다. 제1점탄성고분자필름층(200)이 포함하고 있는 고분자의 영률이 제2탄성고분자필름층(300)이 포함하고 있는 고분자의 영률보다 작아, 제1점탄성고분자필름층(200) 하부면에서 가해지는 외부압력이 제1점탄성고분자필름층(200) 내에서 힘이 분산되어 제2탄성고분자필름층(300)까지 전달되지 아니하는 효과를 제공할 수 있다. 반대로, 상기 제2탄성고분자필름층(300)은, 제1점탄성고분자필름층(200)보다 영률이 큰 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하여, 점착고분자필름층(100) 방향에서의 외부압력이 가해져서 그 압력이 전달되더라도 접착패드의 전체구조가 유지되는 효과를 제공할 수 있다.

즉, 제2탄성고분자필름층(300)의 영률이 제1점탄성고분자필름층(200)의 영률과 비슷하거나 작은 경우에는, 제2탄성고분자필름층(300) 방향에서 가해지는 외부압력에 의해 접착패드의 접착력이 쉽게 감소할 수 있으며, 반대로 점착고분자필름층(100) 방향인 조직측에서 제시되는 불균일한 압력이 강한 경우에는 제2탄성고분자필름층(300)이 그 힘에 대항하지 못하여 접착패드의 접착력이 쉽게 감소할 수 있게 된다. 따라서, 제2탄성고분자필름층(300)이 포함하고 있는 고분자의 영률이 제1점탄성고분자필름층(200)이 포함하고 있는 고분자의 영률보다 크게 되도록 하는 고분자 구성을 포함하여 접착력을 유지하는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 상기 제1점탄성고분자필름층(200)이 포함하고 있는 고분자에서, 제1점탄성고분자필름층(200)이 포함하고 있는 고분자의 작용기당 가능한 수소결합개수가 제2탄성고분자필름층(300)이 포함하고 있는 고분자의 작용기당 가능한 수소결합개수보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.

도4는 불균일한 외력에 의해 제1점탄성고분자필름층(200)의 탄성도가 변하였다가, 시간이 경과함에 따라 회복됨을 보여주는 도면이다. 도4를 참조하여 수소결합에 의해 제1점탄성고분자필름층(200)의 점탄성을 유지하는 방법에 대하여 설명한다.

수소결합은, 분자 사이의 결합으로, 결합과 절단이 가역적인 과정을 통해 진행된다. 수소결합을 이용하여 영률의 차이를 가지게 하면, 일시적으로 고분자 내부에서의 탄성도가 달라지더라도 도4에서와같이, 시간의 경과에 따라 수소결합이 회복되면서 탄성도 역시 자가치유가 가능한 효과를 제공할 수 있다.

또한, 구체적인 실시예로, 상기 제1점탄성고분자필름층(200)은 Isophorone Diisocyanate를 포함하고, 상기 제2탄성고분자필름층(300)은 Isophorone Diisocyanate를 포함하는 고분자의 영률보다 큰 영률을 가지는 고분자를 포함할 수 있으며, 반대로 상기 제2탄성고분자필름층(300)은 Isophorone Diisocyanate 또는 4,4'-Methylenebis(Phenyl isocyanate)를 포함하고, 상기 제1점탄성고분자필름층(200)은 제2탄성고분자필름층(300)이 포함하는 고분자의 영률보다 작은 영률을 가지는 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드일 수 있다.

상기 “점착고분자필름층/제1점탄성고분자필름층 /제2탄성고분자필름층 다중구조”를 포함하는 접착패드는 3중층으로 구성된 접착패드를 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른, “점착고분자필름층/제1점탄성고분자필름층 /제2탄성고분자필름층 다중구조”를 포함하는 접착패드를 제조하는 방법을 설명한다.

상기 접착패드 제조방법에는, 제1점탄성고분자필름층(200)과 제2탄성고분자필름층(300)을 준비하는 단계, 제1점탄성고분자필름층(200) 상부면에 제2탄성고분자필름층(300)을 형성하는 단계 및 상기 제1점탄성고분자필름층(200) 하부면에 점착고분자필름층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드 제조방법일 수 있다.

또한, 상기 제1점탄성고분자필름층(200)과 제2탄성고분자필름층(300)을 준비하는 단계는, 제1점탄성고분자필름층(200)이 포함하는 점탄성고분자의 영률이 제2탄성고분자필름층(300)에 포함하는 탄성고분자의 영률보다 작게 하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1점탄성고분자필름층(200) 하부면에 점착고분자필름층(100)을 형성하는 단계는, 상기 제1점탄성고분자필름층(200) 하부면을 산소플라즈마 처리하여 친수성으로 개질하는 단계와 상기 친수성으로 개질된 상기 제1점탄성고분자필름층(200) 하부면에 점착고분자 용액을 도포하여 점착고분자필름층(100)을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1점탄성고분자필름층(200)은, Isophorone Diisocyanate를 포함하고, 상기 제2탄성고분자필름층(300)은 Isophorone Diisocyanate의 영률보다 큰 영률을 가지는 고분자를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제2탄성고분자필름층(300)은 Isophorone Diisocyanate 또는 4,4'-Methylenebis(Phenyl isocyanate)를 포함하고, 상기 제1점탄성고분자필름층(200)은 제2탄성고분자필름층이 포함하고 있는 고분자의 영률보다 작은 영률을 가지는 고분자를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 개질단계는, 영률이 낮은 방향 표면(제1점탄성고분자필름층(200))에 50W 내지 150W의 파워로 3분 내지 5분간 산소플라즈마 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 점착고분자필름층(100)은 알지네이트보론산 고분자 화합물을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

구체적인 실시예에 있어서, 상기 점착고분자필름층(100)은 알지네이트보론산고분자를 포함하고, 상기 제1점탄성고분자필름층(200)은 Isophorone Diisocyanate를 포함하고, 상기 제2탄성고분자필름층(300)은 Isophorone Diisocyanate 또는 4,4'-Methylenebis(Phenyl isocyanate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드 제조방법일 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실험예, 실시예, 제조예를 상세히 설명하기로 한다.

제조예

본 제조예는 3단계로 이루어진다.

제1단계는 점착고분자필름층고분자(100)층, 제1점탄성고분자필름층(200)과 제2탄성고분자필름층(300)의 제조단계로 구성된다.

제2단계는 적층단계로, 제1점탄성고분자필름층(200)과 제2탄성고분자필름층(300)을 적층하는 제1적층단계, 제1점탄성고분자필름(200)에 산소플라즈마 처리하는 표면개질단계, 개질된 표면상에 점착고분자필름층고분자층(100)을 적층하는 제2적층단계로 구성된다.

제3단계는 점착고분자필름층고분자층을 건조하는 건조단계로 구성된다.

이하에서는 구체적인 반응조건들과 함께 상기 과정들을 설명한다.

1. 고분자필름층의 제조단계

(1) 점착고분자필름층(100)의 제조단계

1) 알지네이트 고분자 1g을 250mL의 0.1M MES 버퍼(pH 5.0)에 녹이는 단계

2) 1-(3-Dimethylaminopropyl)-3-ethylcarbodiimide hydrochloride 700mg과 N-hydroxysuccinimide 100mg을 10mL의 3차 증류수에 녹인 후 1분당 1mL씩 상기 알지네이트 고분자를 용해한 용액에 첨가하는 제1첨가단계

3) 3-Aminopheylboronic acid hydro-chloride 300mg을 10mL의 3차 증류수에 녹인 후 위 제1첨가단계를 마친 용액에 첨가하고, 12시간 반응하는 반응단계

4) 3일간의 투석과정을 통해 미반응 보론산을 제거하는 투석단계

5) 동결건조과정을 통해 건조된 고분자를 제조하는 동결건조단계

를 거쳐 제작된다.

(2) 제1점탄성고분자필름층(200) 제조단계

1) Aminopropyl terminated polydimethyl siloxane 100g과 Chloroform 400mL를 넣고 얼음 수조를 설치하고 질소를 흘려주는 질소환경 생성단계

2) 질소환경 생성단계 이후의 1시간 뒤 Triethylamine 10mL를 넣음 제1점탄성고분자필름층 제조의 제1첨가단계

3) 상기 제1점탄성고분자필름층 제조의 제1첨가단계 1시간 뒤, Isophorone Diisocyanate 4.45g을 Chloroform에 녹여 넣는 제1점탄성고분자필름층 제조의 제2첨가단계

4) 상기 제1점탄성고분자필름층 제조의 제2첨가단계 1시간 뒤, 얼음 수조와 질소공급을 중단하고 서서히 상온으로 반응 온도를 높이며, 4일간 반응시키는 반응단계

5) 상기 반응 단계 이후 4일 뒤, Methanol 15mL를 넣어 반응 종료 및 잔여 활성분자를 제거하는 반응종료단계

6) 상기 반응종료단계 이후, 반응 용액을 회전농축증발기를 이용하여 절반으로 농축하는 제1농축단계

7) 상기 농축단계에 의해 농축된 반응 용액에, Methanol 60mL를 넣고 가만히 놓아둔 뒤 30분 후 상층부의 흰색 물질과 맑은 용액을 제거하는 제1여과단계

8) 상기 여과단계 이후, Chloroform 100 mL를 넣고 용액을 충분히 잘 섞어준 뒤 다시 Methanol 60mL를 첨가한 뒤 30분 후 상층부의 흰색 물질과 맑은 용액을 제거하는 단계를 3회 더 반복하는 제2여과단계

9) 상기 제2여과단계를 마친 용액을 회전농축증발기를 이용해 용매를 제거하는 제2농축단계

10) 제2농축단계 후 테플론 접시에 부어, 약 3일간 건조하여 용매를 제거하여 낮은 영률의 고분자를 제조하는 고분자 제작단계

11) 상기 제조된 고분자 1g을 Chloroform에 녹인 뒤 지름이 10cm인 테플론 접시에 부어 1일 이상 건조하여 낮은 영률의 고분자필름층을 제작하는 고분자필름층 제작단계

를 거쳐 제작된다.

(3) 제2탄성고분자필름층(300) 제조단계

2) 질소환경 생성단계 이후의 1시간 뒤 Triethylamine 10mL를 넣음 제2탄성고분자필름층 제조의 제1첨가단계

3) 상기 제2탄성고분자필름층 제조의 제1첨가단계 1시간 뒤, Isophorone diiso cyanate 2.7g과 Phenyl Isocyanate 2g을 Chloroform에 녹여 넣는 제2탄성고분자필름층 제조의 제2첨가단계

4) 상기 제2탄성고분자필름층 제조의 제2첨가단계 1시간 뒤, 얼음 수조와 질소공급을 중단하고 서서히 상온으로 반응 온도를 높이며, 4일간 반응시키는 반응단계

8) 상기 여과단계 이후, Chloroform 100mL를 넣고 용액을 충분히 잘 섞어준 뒤 다시 Methanol 60mL를 첨가한 뒤 30분 후 상층부의 흰색 물질과 맑은 용액을 제거하는 단계를 3회 더 반복하는 제2여과단계

10) 제2농축단계 후 테플론 접시에 부어, 약 3일간 건조하여 용매를 제거하여 높은 영률의 고분자를 제조하는 고분자 제작 단계

11) 상기 제조된 고분자 1g을 Chloroform에 녹인 뒤 지름이 10cm인 테플론 접시에 부어 1일 이상 건조하여 높은 영률의 고분자필름층을 제작하는 고분자필름층 제작단계

를 거쳐 제작된다.

2. 적층단계

(1) 영률이 상이한 제1점탄성고분자필름층(200)과 제2탄성고분자필름층(300)을 상하로 적층하는 단계

(2) 영률이 낮은 방향 표면(제1점탄성고분자필름층)에 100W의 파워로 3분간 산소플라즈마 처리하여 제1점탄성고분자필름층의 표면을 친수성으로 개질하는 개질단계

(3) 친수성으로 개질된 제1점탄성고분자필름층 표면에 알지네이트보론산 고분자 용액을 도포하는 단계

를 거쳐 제작된다.

3. 건조단계

친수성으로 개질된 제1점탄성고분자필름층 표면에 알지네이트보론산 고분자 용액을 도포한 뒤, 고분자필름층을 건조시켜 얇은 층으로 제조하는 단계이다.

상기 제조예의 고분자필름제조단계, 고분자필름적층단계, 고분자필름건조단계를 거쳐 형성된 다중층 접착패드는, 알지네이트보론산을 포함하는 점착고분자필름층(100), Isophorone Diisocyanate를 포함하는 제1점탄성고분자필름층(200), Isophorone Diisocyanate와 Phenyl Isocyanate를 포함하는 제2탄성고분자필름층(300)을 포함하는 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드이다.

상기 제조예에 의해 제작된 접착패드에 있어서, 제1점탄성고분자필름층의 영률은 0.12MPa, 제2탄성고분자필름층의 영률은 0.62MPa로 나타났다. 즉, 제1점탄성고분자필름층과 제2탄성고분자필름층의 영률은 약 5배 정도의 차이가 나타났다.

상기 제조예에 의해 제조된 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드를 이용하여, 그 증가된 접착력을 증명하는 여러 실험을 진행하였다. 이하 실험예에서 도면을 참조하여 그 실험예를 설명한다.

실험예 1

도5는 3중층 구조의 접착패드의 기계적 물성을 설명하는 도면이다.

“점착고분자필름층/제1점탄성고분자필름층/ 제2탄성고분자필름층 다층구조”로 구성된 접착패드의 큰 접착력을 설명한다. 3중층 구조로 접착력이 향상되는 것을 확인하기 위해, 총 4가지 그룹으로 나눠 분류 및 실험을 진행하였으며, 그 결과인 도5를 정리하면 하기 표1과 같다.

하기 표1은 3중층 구조의 접착패드의 기계적 물성(중층별 접착력)에 대한 것이다.

entry	점착고분자필름층	점탄성고분자필름층	탄성고분자필름층	PDMS	효과(kPa)
1	O	O	O	X	22~23
2	O	X	X	O	2~3
3	O	X	O	X	16~18
4	O	O	X	X	22~23

이들 실험은, 쥐 등의 피부 조직을 사용하였으며, 0.5cm*1cm로 준비하였다. 이후 접착 고분자가 없는 뒷면과 조직에 폴리에스터(PET) 필름(backing film)을 붙인 뒤, 조직과 접착패드를 붙이고 만능재료시험기(universal test machine)을 통해 측정하였다. 10N 로드셀을 이용하고 위로 분당 20mm 속도로 각 그룹당 3개 이상의 표본을 늘려서 접착력을 확인하였다.

상기 entry 1은 점착고분자필름층, 점탄성고분자필름층, 탄성고분자필름층으로 구성된 접착패드이며, 상기 entry 2는 점착고분자필름층과 PDMS로 구성된 접착패드, 상기 entry 3는 점착고분자필름층과 탄성고분자필름층으로 구성된 접착패드, entry 4는 점착고분자필름층과 점탄성고분자필름층으로 구성된 접착패드이다.

상기 entry 1과 entry 4의 점착고분자필름층과 점탄성고분자필름층이 서로 인접한 경우, 접착력이 22kPa 내지 23kPa로 가장 우수한 효과가 나타났다. 반면, entry 2의 PDMS만을 증착하여 실험한 경우 접착력이 가장 낮게 나왔으며, 양자간의 접착력의 차이는 7배 내지 11배이다.

entry 3의 탄성고분자필름층만을 사용한 경우, entry 2의 PDMS를 사용한 경우보다는 비교적 우수한 효과를 나타내고 있으나, entry 1과 entry 4의 점탄성고분자필름층과 점착고분자필름층을 인접하게 둔 경우보다는 그 효과가 낮게 나왔다. 결국, 점착고분자필름층과 점탄성고분자필름층을 인접하게 하는 경우 접착패드의 접착력이 극대화된다.

실험예2

3중층별의 인장강도를 측정하였다.

도6은 3중층 구조의 접착패드의 기계적 물성을 설명하는 도면이다.

각각의 층별 인장강도 측정을 위해 만능재료시험기를 통해 기존 길이의 5배 늘린 뒤 다시 10분 후 늘려 회복된 후의 인장강도를 측정하였다. 실험에 사용한 entry들은 하기 표2에서의 정리된 바와 같다.

하기 표2는 3중층 구조의 접착패드의 기계적 물성 (중층별 인장강도)에 대한 표이다.

entry	고분자필름층의 종류
a	탄성고분자필름층
b	점탄성고분자필름층
c	탄성고분자필름층+점탄성고분자필름층

추가로 각각의 층별 인장강도 측정을 위해 만능재료시험기를 통해 기존 길이의 5배 늘린 뒤 다시 10분 후 늘려 회복된 후의 인장강도를 측정하였다.

상기 entry a는 탄성고분자필름층이며, entry b는 점탄성고분자필름층, entry c는 탄성고분자필름층과 점탄성고분자필름층으로 구성된 필름층이다.

도6에서 알 수 있듯, 탄성고분자필름층만을 사용한 entry a의 경우, 접착패드의 늘어나고 다시 회복되는 정도가 entry c의 경우와 비교할 때 20%가 낮았다. 이는, 탄성층 뒤의 점탄성층이 부하를 다시 안정하게 지지할 수 있도록 함을 나타낸다. 따라서 안정적으로 부착될 수 있도록 힘의 분산 원리를 활용한 3중 층 접착패드를 활용할 수 있게 된다.

실험예3

종래에 시판되고 있었던 본 접착패드와 기존의 상용접착제와의 접착력 비교를 위한 실험도 진행하였다. 종래의 시판되고 있었던 상용 접착제는 하기 표3에서 정리한 바와 같으며, 본 실험의 결과는 도8를 통해 알 수 있다.

하기 표3은 상용화된 접착제와의 접착력을 비교한 실험에 관한 결과를 나타낸 표이다.

entry	실험체	접착력(kPa)
1	3중층 접착패드(본 출원발명)	22 내지 23
2	Kwik-Cast	0.4 내외
3	Kwik-Sil	0.3 내외
4	Greenplast Q	0.5 내외
5	Tisseel	0.2 내외

상용접착제는 사용설명서에 제시된 경화시간을 준수하였으며 조직과 접착면이 없는 뒷면에 폴리에스터 필름을 적용하여 20mm/min 속도로 10N 로드셀을 사용해 측정하였다.

상기 entry 1은 3중층 접착패드이며, entry 2 내지 entry 5는 각각 이미 상용화 된 있는 Kwik-Cast, Kwik-Sil, Greenplast Q, Tisseel 제품들이다.

도4를 통해 알 수 있듯이, 3중층 접착패드는 상용접착제보다 접착력이 40배 이상 높은 것을 확인할 수 있다.

실험예4

추가로 본 접착패드의 범용성을 확인하기 위해 다양한 조직에 적용할 수 있는지 실험을 진행하였다.

본 실험을 위해 쥐의 심장과 소장 그리고 간에 필름을 부착한 뒤 핀셋으로 들어서 확인하였다.

도5를 통해 볼 수 있듯이, 핀셋을 이용하여 접착된 필름을 들어 올리면, 부착된 조직이 접착된 상태를 유지하며 함께 들어 올려질 수 있을 정도로 강한 접착력을 보유함을 알 수 있었다.

최종적으로 본 출원발명은, 단순히 하이드로겔 접착제만을 사용하는 것이 아닌, 하이드로겔전구체를 접착제로 사용하여, 그 접착력은 조직에 접촉시키는 경우에 발생하도록 하였다. 종래의 접착제의 경우에는 접착제를 조직에 부착시키기 전부터 접착력이 발현되어 끈적끈적한 접착패드를 이용하였어야 하기 때문에 사용자가 적절한 위치에 패드를 부착하기 위해서는 접착패드의 가장자리를 만지는 등의 별도 주의를 요구한다는 불편한 점이 있었다. 다만, 본 출원발명의 경우에는 하이드로겔전구체도 포함하는바, 조직에 부착하고 나서야 접착력이 발현되어, 상품의 사용자가 그 접착패드의 부착하는 과정에서 종래에 느꼈던 불편함을 극복할 수 있게 되었다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

<부호의 설명>

100: 점착고분자필름층

200: 제1점탄성고분자필름층

300: 제2탄성고분자필름층

Claims

점착고분자필름층;

상기 점착고분자필름층 상에 위치하는 제1점탄성고분자필름층; 및

상기 제1점탄성고분자필름층 상에 위치하는 제2탄성고분자필름층을 포함하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드.
제1항에 있어서,

상기 점착고분자필름층은 하이드로겔전구체를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드.
제2항에 있어서,

상기 점착고분자필름층이 접착대상에 접착 시에 상기 점착고분자필름층 내부의 하이드로겔전구체가 접착대상의 수분을 흡수하여 점착하이드로겔층으로 형성되면서 점착되는 것을 특징으로 하는 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드.
제2항에 있어서,

상기 하이드로겔전구체는 알지네이트보론산 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드.
제1항에 있어서,

상기 제1점탄성고분자필름층이 포함하고 있는 점탄성고분자의 영률이 상기 제2탄성고분자필름층이 포함하고 있는 탄성고분자의 영률보다 작은 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드.
제1항에 있어서,

상기 제1점탄성고분자필름층이 포함하고 있는 점탄성고분자의 영률이 상기 제2탄성고분자필름층이 포함하고 있는 탄성고분자의 영률보다 작아, 상기 점착고분자필름층 하부면 방향에서 가해지는 외부압력이 상기 제1점탄성고분자필름층 내에서 힘이 분산되어 상기 제2탄성고분자필름층까지 외부압력이 전달되지 아니하는 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드.
제1항에 있어서,

상기 제1점탄성고분자필름층이 포함하고 있는 점탄성고분자는 고분자의 작용기당 가능한 수소결합개수가 상기 제2탄성고분자필름층이 포함하고 있는 탄성고분자의 작용기당 가능한 수소결합개수보다 작은 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드.
제1항에 있어서,

상기 제1점탄성고분자필름층은 이소포론디이소시안산(Isophorone Diisocyanate)을 포함하고, 상기 제2탄성고분자필름층은 제1점탄성고분자필름층의 점탄성고분자의 영률보다 큰 영률을 가지는 탄성고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드.
제1항에 있어서,

상기 제2탄성고분자필름층은 이소포론디이소시안산(Isophorone Diisocyanate)을 포함하고, 상기 제1점탄성고분자필름층은 제2탄성고분자필름층의 탄성고분자의 영률보다 작은 영률을 가지는 점탄성고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드.
제1항에 있어서,

상기 제2탄성고분자필름층은 페닐 이소시아네이트(4,4'-Methylenebis (Phenyl Isocyanate))를 포함하고, 상기 제1점탄성고분자필름층은 제2탄성고분자필름층의 탄성고분자의 영률보다 작은 영률을 가지는 점탄성고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드.
제1점탄성고분자필름층과 제2탄성고분자필름층을 준비하는 단계;

제1점탄성고분자필름층 상부면에 제2탄성고분자필름층을 형성하는 단계; 및

상기 제1점탄성고분자필름층 하부면에 점착고분자필름층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드 제조방법.
제11항에 있어서,

상기 제1점탄성고분자필름층과 제2탄성고분자필름층을 준비하는 단계는,

상기 제1점탄성고분자필름층이 포함하는 점탄성고분자의 영률이 상기 제2탄성고분자필름층에 포함하는 탄성고분자의 영률보다 작은 것을 사용하는 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드 제조방법.
제11항에 있어서,

상기 제1점탄성고분자필름층 하부면에 점착고분자필름층을 형성하는 단계는,

상기 제1점탄성고분자필름층 하부면을 산소플라즈마 처리하여 친수성으로 개질하는 단계; 및

상기 친수성으로 개질된 상기 제1점탄성고분자필름층 하부면에 점착고분자 용액을 도포하여 점착고분자필름층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드 제조방법.
제 11항에 있어서,

상기 제1점탄성고분자필름층은 이소포론디이소시안산(Isophorone Diisocyanate)을 포함하고, 상기 제2탄성고분자필름층은 제1점탄성고분자필름층의 점탄성고분자의 영률보다 큰 영률을 가지는 탄성고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드 제조방법.
제11항에 있어서,

상기 제2탄성고분자필름층은 이소포론디이소시안산(Isophorone Diisocyanate)을 포함하고, 상기 제1점탄성고분자필름층은 제2탄성고분자필름층의 탄성고분자의 영률보다 작은 영률을 가지는 점탄성고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드 제조방법.
제11항에 있어서,

상기 제2탄성고분자필름층은 페닐 이소시아네이트(4,4'-Methylenebis (Phenyl Isocyanate))를 포함하고, 상기 제1점탄성고분자필름층은 제2탄성고분자필름층의 탄성고분자의 영률보다 작은 영률을 가지는 점탄성고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드 제조방법.
제11항에 있어서,

상기 점착고분자필름층은 알지네이트보론산 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드 제조방법.
제11항에 있어서,

상기 점착고분자필름층은 알지네이트보론산 고분자를 포함하고, 상기 제1점탄성고분자필름층은 이소포론디이소시안산(Isophorone Diisocyanate)을 포함하고, 상기 제2탄성고분자필름층은 이소포론디이소시안산(Isophorone Diisocyanate) 또는 페닐 이소시아네이트(4,4'-Methylenebis (Phenyl Isocyanate))을 포함하는 것을 특징으로 하는, 유기물 표면에 부착하는 다중층 접착패드 제조방법.