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알루미늄 호일 만큼 좋은 보호 나....

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글쓴이 최고관리자 등록일 14-01-14 17:45
조회 4,329
     
    나노기술로 개발된 매우 우수한 특성을 가진 새로운 플라스틱 박막                    
     
    A*STAR 재료연구소(A*STAR’s Institute of Materials Research and Engineering)와 TBF(Tera-Barrier Films) 사의 연구진은 혁신적인 나노 프로세스를 이용해서 새로운 플라스틱 박막을 개발했다. 이 프로세스는 플라스틱을 더 얇게 만들 수 있게 하고, 공기와 습기를 막는데 알루미늄 호일만큼 효과적이다. 이번 연구진이 개발한 신축성을 가진 플라스틱은 제약과 식품의 저장 수명을 연장하는데 사용될 수 있다. 이번 연구진에 의해서 개발된 새로운 플라스틱은 가장 낮은 수증기 투과율을 가지고, 공기와 습기가 이 층을 침투하는 것을 예방한다. 플라스틱은 투명 산화물 배리어보다 약 10배 정도 더 나은 공기 및 습도 차단 특성을 가진다. 투명 산화물 배리어는 독특한 나노입자 층을 가지고 있기 때문에 식품 및 제약을 포장하는데 현재 사용되고 있다.

    이번 연구진의 캡슐화된 나노입자 배리어 필름(barrier film)은 인간 머리카락보다 더 얇고, 높은 투명성을 가지고 있고, 신축성을 가지고 있다. 무기물 배리어 박막은 높은 투과성을 가지지만 낮은 차단 특성을 가지며 신축성이 없다. 이번 연구진의 박막은 하이-엔드 전자장치에서부터 부패하기 쉬운 식품까지 다양한 제품의 저장 수명을 증가시킨다. 신축성은 단순 포장 공정을 용이하게 할 수 있는 또 다른 매력적인 기능이다.

    알루미늄은 매우 높은 산소 및 습기 차단 특성을 가지고 있지만, 알루미늄 기반의 포장은 더 높은 처리 비용이 필요하고 불투명하고 신축성을 가지지 않고 전자장치에 영향을 끼치기 때문에, 이것은 RFID 장치와 같은 구성요소를 결합시키기가 어렵다. 이번 연구진의 새로운 박막은 비용 효율적이고 투명하며 알루미늄 호일과 유사한 차단 특성을 가진다.

    이번 연구진의 방법은 식품, 의료, 제약, 전자제품 등의 틈새 시장에 적용될 수 있는 새로운 포장 구조를 생성할 수 있게 하고, 알루미늄 호일과 투명한 산화물 박막 사이의 격차를 해소할 수 있게 한다. 이번 연구진이 개발한 방법의 비밀은 폴리머 껍질 속에 캡슐화된 나노입자 층을 생성시키는 것이다.

    기존의 다층 차단 플라스틱은 공기와 습도의 불투과성을 향상시키기 위해서 플라스틱 차단 박막으로 구성된 연속 층들을 가진다. 이번 연구진의 박막은 캡슐화된 나노입자가 나노입자의 충전밀도(packing density)를 증가시키기 때문에 최소한의 층을 사용할 수 있게 한다. 또한 이것은 물과 산소 분자들이 박막을 지극히 통과하기 어렵게 만든다. 캡슐화된 나노입자들은 물과 산소 분자를 흡수하고 반응한다. 이것은 박막을 통과하는 습기와 공기의 양을 추가적으로 낮춘다.

    도쿄 대학(University of Tokyo)의 연구진은 배리어 필름의 성능을 확인했다. 이것은 식품 및 의약 포장에서부터 하이-엔드 PV, 조명 및 디스플레이 분야까지 다양한 분야에 적용될 수 있을 것이다. 이번 연구진은 배리어 산화물 층 속에 결함을 삽입하는데 나노입자를 사용함으로써 배리어 필름의 성능을 향상시키고 필요한 배리어 층의 수를 감소시킬 수 있었다. 이번 연구진은 기존의 배리어 필름 기술과 비교했을 때 배리어 층의 수와 제조비용을 상당히 낮출 수 있었다. 이 독특한 기술은 양자점 컬러 필터, 진공 단열 패널(Vacuum Insulated Panel)과 같은 새로운 분야에 적용될 수 있다. 또한 이 연구결과는 배리어 필름을 다양한 분야에 적용할 수 있는 새로운 길을 열어준다.

    PET 위에 코팅된 캡슐화된 나노입자 층은 40°C & 100% RH에서 5 x 10-2g/m2day의 수증기 전달 속도를 달성했다. 습기 차단 성능은 투명한 산화물 배리어에 비해서 10배 더 나았는데, 이것은 식품 및 제약 포장 분야에 매우 유용하게 적용될 수 있게 한다. 또한 700nm의 나노입자 층들은 신축성을 가지고 있고 높은 투명성을 가진다. 그에 비해서 대부분의 무기 배리어 박막들은 신축성을 가지지 않는다.

    캡슐화된 나노입자 층은 자기 조립 방법에 의해서 캡슐화된 유기 나노입자들로 구성된다. 나노입자는 중량으로 따지면 70% ~ 80%으로 매우 높았다. 따라서 캡슐화된 나노입자 층은 높은 충전밀도를 가지고, 캡슐화된 유기 재료 때문에 입자와 기판 사이에 강한 결합을 가진다. 유기 종과 나노입자의 비율은 바람직한 투과율에 중요한 역할을 한다. 이번 연구는 유기 종의 두께를 최소화하는데 초점을 맞추었다. 유기 종의 두께는 몇 나노미터 이하이고, 이것은 캡슐화를 부분적 또는 완벽하게 하는데 충분한 역할을 한다.

    폴리머 기판 위에 코팅된 나노입자 층은 두 개의 수단에 의해서 배리어 특성을 향상시킨다. 첫 번째로, 나노입자의 높은 충전밀도는 습기와 산소 확산을 위한 비선형 경로를 생성시킨다. 이것은 캡슐화된 재료를 통한 가스 확산에 더 긴 경로를 제공한다. 그 후에, 캡슐화된 나노입자는 습기와 산소를 흡수하고 반응한다. 따라서 캡슐화된 나노입자를 통한 전체 투과는 최소화된다.

    알루미늄은 매우 낮은 수증기 투과율 및 산소 투과율을 가지지만, 이것은 비용이 많이 들고, 불투명하고, 신축성을 가지지 않고, 금속 검출을 방해한다. 무기 산화물 배리어 코팅은 비용 효율적이고 투명하지만, 알루미늄 호일에 비해서 열등한 수증기 투과율과 산소 투과율을 가진다. 이번 연구진이 개발한 캡슐화된 나노입자 층은 무기 산화물 배리어 필름에 비교해서 더 높은 가스 배리어 특성을 가진다. 그리고 이것은 더 높은 투과율, 낮은 비용, 신축성(5% 이상)을 가진다. 
     

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