기능성 소재 및 이의 제조방법
Preparation method and Device for functional materials
특허 요약
본 발명은 항균기능이나 방수기능 등과 같은 다양한 기능성을 가진 소재를 제조하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기능성 소재의 제조방법은 나노 또는 마이크로 단위의 크기를 가진 미세물질의 전하를 이용하여 전도성 또는 비전도성의 소재 표면에 코팅을 함으로써 소재 고유의 특성을 유지함과 동시에 기능성을 부여할 수 있다. 또한, 전도성 또는 비전도성의 소재 표면에 기능성 물질을 코팅하는 공정을 반복함으로써, 소재에 원하는 복수의 기능성을 부여할 수 있음은 물론이고, 아울러 기능성 소재의 두께 조절도 용이한 효과가 있으며, 본 발명에 따른 기능성 소재의 제조방법은 단순화된 공정으로 일반 소재에 단시간 내 대면적/대용량의 생산이 가능한 효과가 있다.
청구항
번호청구항
1

피코팅대상인 소재 - 상기 소재는 전도성이거나, 또는 전도성의 기질(substrate) 위에 마련된 비전도성임 - 를 마련하는 단계;상기 소재를 전하를 띈 고분자 현탁액에 침지하여 상기 소재의 표면에 제1 코팅층을 형성하는 단계; 및상기 소재를 기능성을 가진 미세입자가 분산된 전해질에 침지하고, 상기 전도성의 소재 또는 상기 전도성의 기질을 제1 전극으로 하고, 상기 전해질 내 상기 제1 전극의 반대전극인 제2 전극으로 하여 전원을 인가함으로써, 상기 제1 코팅층 위에 제2 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하고,상기 제2 코팅층을 형성하는 단계는, 서로 다른 기능성을 가진 상기 미세입자를 전기영동법(Electrophoretic Deposition)을 이용하여 제1 및 제2 기능성코팅층을 형성하되, 상기 제1 및 제2 기능성코팅층을 형성하기 위해 인가되는 전원의 전극은 서로 반대인 것을 특징으로 하며,상기 비전도성의 소재가 직물인 경우, 상기 제2 코팅층을 형성하는 단계는, 먼저 항균성을 가진 제1 미세입자가 분산된 상기 전해질에 침지하여 상기 제1 기능성코팅을 형성하는 단계와, 그 다음에 소수성을 가진 제2 미세입자가 분산된 상기 전해질에 침지하여 상기 제2 기능성코팅을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고,상기 제1 기능성코팅층을 형성하는 단계는, 상기 전해질에 상기 제1 미세입자가 높은 표면 전하를 갖도록 PEI(Polyethylenimine)용액을 분산제로 사용하는 것을 특징으로 하는 기능성 소재의 제조방법.

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제 1 항에 있어서,상기 비전도성의 소재는, 상기 전해질을 흡수하는 소재이거나 다공성 구조를 가진 소재인 것을 특징으로 하는 기능성 소재의 제조방법.

3

제 1 항에 있어서,상기 제1 코팅층을 형성하는 단계는, 층상자기조립법(layer-by-layer)으로 둘 이상의 층을 형성하되, 인접하여 증착되는 층들은 서로 반대의 전하를 띈 고분자 현탁액에 의해 침지되어 형성되는 것을 특징으로 하는 기능성 소재의 제조방법.

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제 3 항에 있어서,상기 제1 코팅층을 형성하는 단계는,양전하의 표면을 띠는 상기 소재를, 음전하를 띠는 PSS(Poly(sodium 4-styrene sulfonate))용액에 침지하여 제1 고분자코팅층을 형성하는 단계; 및상기 제1 고분자코팅층이 형성된 상기 소재를, 양전하를 띠는 PDDA(Poly(diallyl dimethyl diammonium chloride))용액에 침지하여 제2 고분자코팅층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 소재의 제조방법.

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제 4 항에 있어서,상기 제1 고분자코팅층을 형성하는 단계와 상기 제2 고분자코팅층을 형성하는 단계를 반복적으로 수행하여 여러 층의 고분자코팅층을 형성시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 소재의 제조방법.

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제 1 항에 있어서,상기 제1 미세입자는,산화아연(ZnO), 은(Ag), 금(Au), 산화구리(CuO), 산화티타늄(TiO2) 및 산화마그네슘(MgO)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 기능성 소재의 제조방법.

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제 1 항에 있어서,상기 제2 미세입자는,이산화규소(SiO2), 산화아연(ZnO), 산화티타늄(TiO2), 황화카드뮴(CdS) 및 티탄산 스트론튬(SrTiO3)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 기능성 소재의 제조방법.

12

제 1 항에 있어서,상기 제2 코팅층을 형성하는 단계 이후에, 상기 소재에 열을 가하여 열처리하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 소재의 제조방법.

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제 12 항에 있어서,상기 제1 코팅층은, 열경화성 고분자가 분산된 상기 현탁액에 상기 소재를 침지하여 형성된 열경화성고분자층을 포함하되,상기 열경화성 고분자는, 폴리아마이드(Polyamide) 또는 이소불화비닐(Polyvinylidene fluoride)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 소재의 제조방법.

14

제 12 항에 있어서,상기 제2 코팅층을 형성하는 단계는,열경화성 고분자가 분산된 상기 전해질에 상기 소재를 침지하는 것을 특징으로 하고,상기 열경화성 고분자는, 폴리아마이드(Polyamide) 또는 이소불화비닐(Polyvinylidene fluoride)을 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 소재의 제조방법.

15

전도성이거나, 또는 전도성의 기질(substrate) 위에 마련된 비전도성인 피코팅대상인 소재; 및상기 소재의 표면에 순차로 형성된 제1 및 제2 코팅층;을 포함하며,상기 제1 코팅층은, 상기 소재를 전하를 띈 고분자 현탁액에 침지하여 형성되고,상기 제2 코팅층은, 상기 제1 코팅층이 형성된 상기 소재를, 기능성을 가진 미세입자가 분산된 전해질에 침지한 이후, 상기 전도성의 소재 또는 상기 전도성의 기질을 제1 전극으로 하고, 상기 전해질 내 제1 전극의 반대전극인 제2 전극으로 하여 전원을 인가함으로써, 상기 제1 코팅층 위에 상기 제2 코팅층을 형성하며,상기 제2 코팅층은, 서로 다른 기능성을 가진 상기 미세입자를 전기영동법(Electrophoretic Deposition)을 이용하여 제1 및 제2 기능성코팅층을 형성하되, 상기 제1 및 제2 기능성코팅층을 형성하기 위해 인가되는 전원의 전극은 서로 반대인 것을 특징으로 하고,상기 비전도성의 소재가 직물인 경우, 상기 제2 코팅층은, 먼저 항균성을 가진 제1 미세입자가 분산된 상기 전해질에 침지하여 상기 제1 기능성코팅을 형성하는 단계와, 그 다음에 소수성을 가진 제2 미세입자가 분산된 상기 전해질에 침지하여 상기 제2 기능성코팅을 형성하는 단계에 의해 형성되며,상기 제1 기능성코팅층을 형성하는 단계는, 상기 전해질에 상기 제1 미세입자가 중성 pH 범위에서 높은 표면 전하를 갖도록 PEI(Polyethylenimine)용액을 분산제로 사용하는 것을 특징으로 하는 기능성 소재.