NanoChem과 Chen Li 박사, 제빙 필름 및 코어-쉘 캡슐화 문제 논의

코팅 및 필름의 수명에 있어 주요 기술적 난관은 물질 이동이 아닌 광유도 전자 전달(PET)로 확인되었습니다. 이 효과는 UV 흡수제와 아민 및 하이드록실과 같은 전자 공여 그룹의 존재로 인해 크게 악화되며, 이는 활성 코어 물질의 분해를 유발합니다. PET를 해결하는 것은 개발 중인 첨단 물질의 내구성과 성능을 향상시키는 데 중요합니다.

연구팀은 최근 퀴노인다졸린(QDI)을 수정하여 흡수 최대치를 780나노미터에서 약 760나노미터로 이동시켰습니다. 브롬 치환을 통해 달성된 이 조정은 특정 광 파장과의 물질 상호 작용을 최적화하는 것을 목표로 합니다. 이러한 개선에도 불구하고 강한 형광은 여전히 문제로 남아 있으며, 이는 전반적인 효율성에 영향을 미치는 바람직하지 않은 에너지 손실로 이어집니다.

실외 내구성을 확보하기 위해 코어-쉘 구조는 활성 코어 물질에 대한 필수적인 보호 메커니즘으로 제안됩니다. UV 흡수제와 항산화제는 벌크 폴리머를 보호하면서 의도치 않게 광유도 전자 전달(PET)을 유발하여 코어 물질의 분해를 초래합니다. 이 전자 공격을 효과적으로 차단하고 활성 성분을 보호하기 위해 약 1나노미터 두께의 쉘이 필요한 것으로 간주됩니다. 이전 화장품 응용 분야의 시도는 낮은 농도 요구 사항으로 인해 한계에 직면했으며, 이는 실제 사용에서 강력한 캡슐화의 필요성을 강조합니다.

필름의 필요 수명은 UV 흡수제의 농도에 크게 영향을 미칩니다. 예를 들어, 농업용 온실 필름은 3년에서 7년의 내구성을 요구하며, 이는 더 높은 UV 흡수제 수준을 필요로 합니다. 그러나 UV 흡수제 농도를 높이는 것은 폴리머의 수명을 연장하지만 내부 활성 물질에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 반대로 1년과 같이 수명이 짧은 응용 분야는 UV 흡수제 함량을 줄여 안정성 절충을 완화하고 특정 사용 사례에 대한 물질 성능을 최적화할 수 있습니다.

협력자들은 제빙 기술에 대한 특허 출원 단계에서 Andreas를 전략적으로 참여시키기로 결정했으며, 초기 개발 단계에서는 참여시키지 않기로 했습니다. 이 접근 방식은 현재 개발을 간소화하는 동시에 미래의 지적 재산권 보호를 보장하는 것을 목표로 합니다. 또한, 신기술의 시장 침투 및 운영 효율성을 최적화하기 위해 대륙별로 상업적 영역을 분할하는 사업 전략에 합의했습니다.

팀은 제빙 필름 생산을 위한 선호 방법으로 사출 성형보다 압출을 선택했습니다. 압출은 제조 공정에서 중요한 중간 단계인 마스터 배치를 만드는 데 특히 필수적인 것으로 간주됩니다. 최종 필름 제품의 목표 두께는 100마이크로미터로 설정되어 의도된 응용 분야에 대한 최적의 성능 특성을 보장합니다.

소규모 테스트의 경우 IR 염료의 목표 농도는 50~100ppm으로 표준화되었습니다. 이는 테스트 샘플에서 1% 농도를 달성하는 데 약 40밀리그램의 염료가 필요하다는 계산으로 이어집니다. 1그램의 순수 염료가 이러한 실험 요구에 충분하여 물질 특성의 일관되고 재현 가능한 테스트를 가능하게 한다는 것이 확인되었습니다.

농업용 필름 개발은 빛 산란을 최소화하는 1 미만의 목표 헤이즈 값으로 높은 투명도를 우선시합니다. 동시에 열 보존 및 기타 광열 특성을 최적화하기 위해 700에서 2,500나노미터까지 전체 근적외선 영역을 포괄하는 넓은 흡수 범위가 필요합니다. 이 응용 분야에는 무기 흡수제가 응집 가능성과 그로 인한 흐림으로 인해 거부되었으며, 이는 원하는 투명도를 손상시킬 수 있습니다.

진행 중인 재료 선택 과정에서 B6는 전통적인 유기 염료에 대한 보다 친환경적인 대안으로 고려되고 있습니다. 생태학적 이점 외에도 B6는 원료로서 훨씬 저렴하여 상당한 비용 이점을 제공합니다. 현재 B6 분말의 시장 가격은 약 300으로, 대규모 생산을 위한 경제적으로 매력적인 옵션입니다.

B6 재료의 분쇄 과정은 주로 습식 분쇄 중 산화를 통한 수소 가스 발생으로 인해 상당한 안전 문제를 야기합니다. B6 생산의 이러한 내재된 위험은 특정 제품 및 공정의 중단으로 이어졌습니다. 팀은 이러한 위험을 인정하고 B6의 이점을 계속 활용하면서 위험을 완화하기 위한 더 안전한 제조 대안을 모색하고 있습니다.

다음 단계로 Chen Li 박사의 학생들은 특정 프로젝트 요청에 따라 캡슐화 기술에 집중할 것입니다. 팀은 다양한 제형 가능성을 테스트하고 안정성을 평가하는 데 필요한 재료를 제공할 것입니다. 트리에탄올아민은 캡슐화된 재료의 보호 특성을 최적화하는 것을 목표로 하는 이러한 안정성 테스트를 위한 안전한 첨가제로 특별히 권장되었습니다.

이 협력은 내년 1월을 목표로 한랭 기후에서 결빙 방지 필름 현장 테스트를 시작할 예정이며, 이는 프로젝트의 중요한 이정표가 될 것입니다. 이러한 시험에 앞서 양 팀의 학생들은 필요한 재료와 포괄적인 문서를 교환할 것입니다. 이러한 사후 테스트 결과는 후속 연구 개발 단계에 영향을 미치면서 협력 노력의 미래 범위와 방향을 결정하는 데 중요할 것입니다.

Chen Li 박사는 현재 제품을 판매하는 동시에 최소 100만 유로를 목표로 2단계 자금 조달에 공동 신청할 전략적 파트너를 적극적으로 찾고 있습니다. 이 상용화 전략은 연구 성과를 시장성 있는 솔루션으로 전환하는 것을 목표로 합니다. 현재 노력은 산업 규모 화학, 섬유 관련 응용 분야 및 농업용 온실을 위한 혁신적인 솔루션 개발에 중점을 두고 있으며, 이는 제품 개발 및 시장 침투에 대한 광범위한 접근 방식을 반영합니다.

Chen Li 박사는 3D 프린팅에 적합한 PMMA 과립 및 필라멘트를 만드는 공정을 보여주면서 반응 압출에 대한 기술 시연을 제공했습니다. 이 프레젠테이션은 재료 무결성 및 성능 유지에 중요한 염료 응집을 방지하는 데 있어 극성과 캡슐화의 중요한 역할을 강조했습니다. 논의는 최종 필름의 형광 안정성을 크게 향상시키는 수단으로서 코어-쉘 구조의 중요성을 더욱 강조하여 장기적인 효과를 보장했습니다.

실리콘 캡슐화 시험은 대체로 성공적이지 못했으며, 매우 낮은 결과를 산출하여 팀은 이 특정 접근 방식을 포기했습니다. 상당한 문제는 염료 응집 문제로 남아 있으며, 이는 필름 투명도와 전반적인 효율성을 심각하게 손상시킵니다. 현재 진행 중인 연구는 활성 물질의 개선된 고정화 및 더 나은 성능을 위한 잠재적인 해결책으로 하이드록시 기능화 모노머를 탐색하고 있습니다.

Chen Li 박사는 한 달 이내에 부산에서 Andreas와 만나 현재 진행 중인 협력 및 프로젝트 개발에 대해 추가 논의할 예정입니다. 이 회의는 향후 연구 노력을 조율하고 연구 자료 및 결과의 원활한 교환을 보장하는 중요한 플랫폼 역할을 할 것입니다. 추가 기술 문의를 용이하게 하고 프로젝트 추진력을 유지하기 위해 문서도 발송될 것입니다.