JP2011520639A - 親水性表面および疎水性表面を有するメンブレインの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、一つのメンブレイン（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）の表面に親水性および疎水性をそれぞれ付与しながらも、設定しようとする位置に親水性または疎水性をそれぞれ付与できるメンブレインの製造方法に関するものである。
【解決手段】本発明は、微細ホールが外面に形成されたテンプレート（ｔｅｍｐｌａｔｅ）を準備するテンプレート段階、テンプレートの外面の予め設定されたパターン領域に高分子物質を塗布する高分子物質塗布段階、テンプレートの外面に親水性フィルムを付着するフィルム付着段階、および親水性フイルムでからテンプレートを分離除去するテンプレート除去段階を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は親水性および疏水性をそれぞれ備えたメンブレインの製造方法に関するものであって、より詳しくは、１つのメンブレイン（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）表面に親水性および疎水性をそれぞれ付与しながらも、設定しようとする位置に親水性または疎水性をそれぞれ付与することができるメンブレインの製造方法に関するものである。

一般に、金属やポリマーなどの固体基材の表面は固有の表面エネルギーを有している。これは任意の液体が固体基材に接触する時、液体と固体間の接触角で現れる。ここで、液体は水または油のような種類を通称するが、以下では液体のうちでも最も代表的な水を言及して説明する。接触角の大きさが９０°より小さい場合には球状の水滴が固体表面でその形態を失って表面をぬらす親水性（ｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃｉｔｙ）の特性を示す。反面、接触角の大きさが９０°より大きい場合には球状の水滴が固体表面で球の形状を維持しながら表面をぬらさず外力によって容易に流れる疎水性（ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ）の特性を示す。その例として、ハスの花葉（ｌｏｔｕｓ ｌｅａｆ）の上に水滴が落ちた場合、ハスの花葉をぬらさず表面を流れる現象がまさに疎水特性を示す。

固体基材の表面が有する固有の接触角は、その表面が微細な凹凸形状を有するように加工するとその値が変化することがある。つまり、接触角が９０°より小さい親水性表面は表面加工によって親水性がさらに大きくなることがあり、接触角が９０°より大きい疎水性表面も表面加工によって疎水性がさらに大きくなることがある。

このような固体表面の形状を変化させて接触角を変化させる技術は、現在まで半導体製造技術を応用したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ ｅｌｅｃｔｒｏ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）工程がある。しかし、このようなＭＥＭＳ工程は半導体技術を機械工学的に応用した先端の技術であって、その製作費用が高いだけでなく、製作段階が複雑で難しいという短所がある。つまり、ＭＥＭＳ工程は固体表面にナノ単位の凹凸を形成しようとする場合に、金属表面の酸化、一定の温度および一定の電圧の印加、特殊な溶液での酸化およびエッチングのような作業を行う。このようなＭＥＭＳ工程は一般的な作業環境で遂行できない作業であるため、特別に製作された清浄室で作業が行われなければならなく、これに必要な専用機械も高価の装備であるためである。このように疎水性表面を形成するＭＥＭＳ工程技術はその工程が非常に複雑で大量生産が難しく、高い製作費用のためにその適用自体が容易ではない。

このようなＭＥＭＳ工程技術以外に他の技術としては、化学的処理方法で固体表面の接触角を変化させる技術がある。しかし、このような化学的処理方法によって製作された疎水性または親水性を有するメンブレインは母材との結合力が低く、摩擦によって被膜が容易に損傷する短所がある。さらに、化学的処理方法は特定の領域にのみ化学処理を行いにくいため、疎水性または親水性を共に付与したり特定の領域にのみ疎水性を付与しにくいという短所がある。

背景技術に記載された事項はただ本発明の背景に関する理解を助けるためのものであり、この国で当業者に公知されている従来の技術に関連しない情報を含むことがある。

本発明は前述のような従来の問題点を解決するために提案されたものであって、従来に比べて相対的に低コストでありながらも単純化された段階で疎水性表面を有するメンブレインの製造方法を提供することにその目的がある。

また、本発明は疎水性表面を有するメンブレインを製造しても、疎水性および親水性を共に付与しながら、特定の領域にのみ疎水性を付与するメンブレインの製造方法を提供することに他の目的がある。

本発明の実施例によるメンブレインの製造方法は、微細ホールが外面に形成されたテンプレート（ｔｅｍｐｌａｔｅ）を準備するテンプレート段階、前記テンプレートの外面の 予め設定されたパターン領域に高分子物質を塗布する高分子物質塗布段階、前記テンプレートの外面に親水性フィルムを付着するフィルム付着段階、および前記親水性フイルムから前記テンプレートを分離除去するテンプレート除去段階を含む。

本発明の実施例による前記テンプレートは、金属基材を陽極酸化処理して前記金属基材の外面に前記微細ホールを有する陽極酸化層が形成される。

本発明の実施例による前記テンプレートは、前記金属基材の表面に微細粒子を噴射させて微細凹凸を形成させた後に前記陽極酸化層が形成される。

本発明の実施例による前記高分子物質塗布段階は、前記テンプレートに前記高分子物質をコーティングし、前記高分子物質の上に予め設定されたパターン形状のマスク（ｍａｓｋ）を位置させ、予め設定されたパターン領域以外の前記高分子物質を除去する。

本発明の実施例は、前記高分子物質に向かって光を照射して前記マスクが遮断しない領域の前記高分子物質を性質変化させ、前記高分子物質をエッチングすることによって予め設定されたパターン領域以外の前記高分子物質を除去する。

本発明の実施例による前記高分子物質塗布段階は、予め設定された太さで前記高分子物質を噴射させる噴射機を利用して、前記噴射機を作動させながら、予め設定されたパターン領域に前記高分子物質を塗布する。

本発明の実施例による前記親水性フィルムは、前記テンプレートにコーティングされた前記高分子物質が付着されるように接着性を有する。

本発明の実施例による前記テンプレート除去段階は、前記テンプレートを化学的なエッチングによって除去する。

本発明の実施例による前記テンプレート除去段階は、前記テンプレートと前記親水性フィルムを外力で直接引っ張る方式で、前記高分子物質が付着された前記親水性フイルムから前記テンプレートを分離する。

本発明の実施例は、前記テンプレートの外面に離形剤をコーティングさせる。

本発明の実施例によるメンブレインの製造方法は、メンブレインの表面に疎水性を付与できながらも、従来のＭＥＭＳ工程で必要とする高価の装備を使用しないのでその製作費用も相対的に安く、その工程も単純であるという長所がある。
また、本発明の実施例によるメンブレインの製造方法は、親水性を有するメンブレインの表面に疎水性を付与することによって、親水性および疎水性を共に備えるという長所がある。
また、本発明の実施例によるメンブレインの製造方法は、メンブレインの表面に疎水性を付与しながらも、予め設定された特定領域にのみ疎水性が付与されるように製造できるという長所がある。

本発明の一実施例による親水性および疎水性を有するメンブレインの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例に使用される金属基材を示す斜視図である。 図２に示された金属基材に微細凹凸を形成させる粒子噴射機を示す概略図である。 図２または図３に示された金属基材を陽極酸化させる陽極酸化装置を示す概略図である。 図３に示された金属基材の表面に微細凹凸が形成された状態を示す拡大図面である。 図５に示された金属基材の表面を陽極酸化処理して微細ホールを有する陽極酸化層が形成された状態を示す拡大図面である。 図２に示された金属基材の表面を陽極酸化処理して微細ホールを有する陽極酸化層が形成された状態を示す拡大図面である。 図１に示されたメンブレインの製造方法を各段階別にイメージ化して示す平面図である。 図１に示されたメンブレインの製造方法を各段階別にイメージ化して示す断面図である。

以下、添付した図面を参考として本発明の実施例について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。本発明はいろいろな相異なる形態に実現でき、ここで説明する実施例に限定されない。

図１は本発明の一実施例による親水性および疎水性を有するメンブレインの製造方法を示すフローチャートである。

図１に示されているように、本発明の実施例によるメンブレインの製造方法は次のような段階を行うことによって、親水性および疎水性を共に備えたメンブレイン（Ｍｅｍｂｒａｎｅ）を製造できながらも、予め設定されたパターン領域にのみ疎水性が付与されるように製造することができる。

本発明の実施例は、微細ホールが外面に形成された金属テンプレート（ｔｅｍｐｌａｔｅ）を準備するテンプレート段階（Ｓ１）を行う。金属テンプレートは、テンプレート段階（Ｓ１）以前に図２に示された金属基材１１０、２１０を利用して、微細粒子噴射段階または陽極酸化段階をそれぞれ行うことによって製造される。

金属基材１１０、２１０は特定の形状構造物に制限されないが、後述する親水性フィルムが付着されるように予め設定された面積以上の表面を有することが好ましい。その一例として、金属基材１１０は図２の（ａ）のような円筒構造物または図２の（ｂ）のような平面プレートが可能である。金属基材１１０、２１０の素材も陽極酸化が可能なようにアルミニウムで製作されたり、アルミニウムが外部にコーティングされた構造物であることが好ましい。

図３は図２に示された金属基材に微細凹凸を形成させる粒子噴射機を示す概略図である。

図２および図３に示されているように、本発明の実施例は微細粒子１１を噴射させて金属基材１１０の外面に微細凹凸を形成させる粒子噴射段階を行う。このために本発明の実施例は粒子噴射機１０を利用する。粒子噴射機１０は微細粒子１１を任意の速度および圧力で金属基材１１０の表面に衝突させる。そうすると、金属基材１１０は微細粒子１１の衝撃エネルギーによって変形が発生しながら、その外面に微細凹凸が形成される。本発明の実施例に使用される粒子噴射機１０は砂粒子を噴射するサンドブラスターであり、砂粒子の代わりに金属球のような微細粒子を噴射する微細粒子噴射機が使用されても関係ない。このような粒子噴射機１０の作動によって、金属基材１１０の外面にはマイクロ（ｍｉｃｒｏ）単位の微細凹凸が形成される。

図４は図２または図３に示された金属基材を陽極酸化させる陽極酸化装置を示す概略図である。

図２乃至図４に示されているように、本発明の実施例は金属基材１１０を陽極酸化加工（ａｎｏｄｉｚｉｎｇ）して金属基材１１０の外面に微細ホール（ｈｏｌｅ）を形成する陽極酸化段階を行う。陽極酸化段階は金属基材１１０を電解質溶液２３に浸漬した後に電極を印加させることによって、金属基材１１０の表面に陽極酸化層を形成する。

このために本発明の実施例は図４に示された陽極酸化装置２０を利用する。陽極酸化装置２０は陽極酸化用本体２１の内部受容空間に電解質溶液２３（一例として０．３Ｍシュウ酸Ｃ_２Ｈ_２Ｏ_４または燐酸）が一定量満たされ、このような電解質溶液２３に金属基材１１０が入れられる。陽極酸化装置２０は電源供給部２５を備え、金属基材１１０は電源供給部２５の陽極または陰極のうちのいずれか一つに連結され、白金素材の他の金属基材２６は電源供給部２５の他の残りの極性に連結される。ここで、他の金属基材２６は電源印加の可能な伝導体であれば、その素材が限定されない。実験条件として、金属基材１１０と他の金属基材２６は予め設定された距離に維持されながら、電源供給部２５は予め設定された定電圧を印加するようになる。この時、電解質溶液２３は一定の温度下で維持され、溶液濃度の局部的な偏向を防止するために撹拌機（ｓｔｉｒｒｅｒ）で攪拌させる。そうすると、金属基材１１０の表面には陽極酸化層としてアルミナが形成される。このように陽極酸化を実施した後には金属基材１１０を電解質溶液２３から取り出して、脱イオン水で洗浄した後、設定された温度のオーブンで一定時間乾燥させる。

本発明の実施例は粒子噴射段階を行うことによって、図５に示されているように金属基材１１０の外面に微細凹凸１１１が形成される。その後に本発明の実施例は前記のように陽極酸化段階を行うことによって、図６に示されているように金属基材１１０の外面に陽極酸化層１２０が形成される。そうすると、金属基材１１０には微細凹凸１１１が形成されただけでなく、微細凹凸１１１よりさらに微細なナノメートル単位の直径を有する微細ホール１２１が陽極酸化層１２０に形成される。
しかし、本発明の実施例は粒子噴射段階を行わず陽極酸化段階のみを行うことによって、図７に示されているように金属基材１１０の外面に陽極酸化層１２０を形成することもできる。

図８は図１に示されたメンブレインの製造方法を各段階別にイメージ化して示す平面図であり、図９は図１に示されたメンブレインの製造方法を各段階別にイメージ化して示す断面図である。

図１、図８、および図９に示されているように、本発明の実施例は平面プレートからなる金属基材２１０に陽極酸化層２２０が形成された金属テンプレートを準備する。その後には金属テンプレートの外面に高分子物質２３０を塗布する高分子物質塗布段階（Ｓ２）を行う。高分子物質塗布段階（Ｓ２）は陽極酸化層２２０の微細ホールに高分子物質２３０が完全に注入されるように塗布し、予め設定された時間の間に高分子物質２３０を凝固させる（図８のｂまたは図９のｂ）。そうすると、高分子物質２３０は陽極酸化層２２０の微細ホールに対応する陰極複製構造物として形成されて、複数個の柱のような形状に形成される。この時、高分子物質塗布段階（Ｓ２）は予め設定されたパターン領域にのみ高分子物質２３０を塗布することによって、陰極複製構造物が一定のパターン形状になるように実現することができる。

高分子物質２３０を塗布する方法としては例として次のような三つの方式がある。

第一に、高分子物質２３０を塗布する第１方法は、一定のパターン形状が加工されたマスク（ｍａｓｋ）を利用して、マスクの設定されたパターン形状にのみ高分子物質２３０が塗布されるようにする。即ち、高分子物質２３０を塗布する第１方法は、先ずフォトレジスト（ＰＲ；Ｐｈｏｔｏ Ｒｅｓｉｓｔ）のような高分子物質を陽極酸化層２２０にスピンコーティング（Ｓｐｉｎ Ｃｏａｔｉｎｇ）させる。フォトレジストのような高分子物質は特定の波長の光に反応して性質が変化する。高分子物質２３０を塗布する第１方法は、光を遮断するマスクをスピンコーティングされた高分子物質２３０の上に置いて、高分子物質２３０に光を照射する。高分子物質２３０は光に露出された領域のみで結合力が緩くなりながら、光に露出された領域がエッチングのような工程によって除去される。このように高分子物質２３０を塗布する第１方法はマスクを利用して、高分子物質２３０を予め設定しようとするパターン領域にのみ塗布することができる。

第二に、高分子物質２３０を塗布する第２方法は、高分子物質２３０を噴射させる噴射機を利用して、高分子物質２３０を設定しようとするパターン領域にのみ塗布する。即ち、高分子物質２３０を塗布する第２方法は一例としてマイクロエキストルダー（Ｍｉｃｒｏ Ｅｘｔｒｕｄｅｒ）のような噴射機を利用し、高分子物質２３０をナノまたはマイクロサイズの太さで噴射させる。そして、噴射機は予め設定された太さで高分子物質２３０を噴射しながら、位置制御プログラムによって設定しようとするパターン形状によって作動することによって高分子物質２３０を設定しようとするパターン領域にのみ塗布することができる。

第三に、高分子物質２３０を塗布する第３方法は、直接手で高分子物質を塗布する。即ち、高分子物質２３０を塗布する第３方法は、パターン形状を正確に実現する必要がなければ、直接手で塗布しても関係ない。

本発明の実施例は高分子物質２３０を塗布し、金属テンプレートの外面に親水性フィルム２４０を付着するフィルム付着段階（Ｓ３）を行う。親水性フィルム２４０は液体との接触角の大きさが小さい素材を利用し、高分子物質２３０が付着されるように接着性があるものが好ましい。
その後に本発明の実施例は親水性フィルム２４０から金属テンプレートを分離除去するテンプレート除去段階（Ｓ４）を行う。

テンプレート除去段階（Ｓ４）は金属テンプレートをエッチングさせることによって、高分子物質２３０が付着された親水性フィルム２４０から金属テンプレートを分離除去することができる。金属テンプレートは、アルミニウム素材からなる金属基材２１０であれば飽和された塩化水銀によってエッチングされることができ、陽極酸化層２２０もクロム酸と燐酸を混合して作った溶液によってエッチングされることができる。

この他にもテンプレート除去段階（Ｓ４）は高分子物質２３０が付着された親水性フィルム２４０を直接引っ張る方式でも、高分子物質２３０が付着された親水性フィルム２４０から金属テンプレートを分離することができる。この時、本発明の実施例は高分子物質２３０を塗布するに先立ち、陽極酸化層２２０に離形剤をコーティングさせることが好ましい。そうすると、高分子物質２３０は金属テンプレートの陽極酸化層２２０から分離される過程で損傷されず、親水性フィルム２４０に付着された状態でより容易に分離することができる。

このように親水性フィルム２４０に付着された高分子物質２３０は陽極酸化層２２０の微細ホールに対応する陰極複製構造物として、ナノサイズの柱２３１が形成される。このようなナノサイズの柱２３１が形成された領域はぬれ性が最小化される疎水性表面であって、液体との接触角が１６０°以上に極度に高くなることがある。

本発明の実施例は親水性フィルム２４０の予め設定されたパターン領域にのみナノサイズの柱２３１を形成することによって、親水性表面だけでなく疎水性表面も形成されたメンブレインを製造することができる。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、特許請求の範囲と発明の詳細な説明および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属することが当然である。

１０ 粒子噴射機
２０ 陽極酸化装置
１１０、２１０ 金属基材
１２０、２２０ 陽極酸化層
２３０ 高分子物質
２４０ 親水性フィルム

Claims (10)

1. 微細ホールが外面に形成されたテンプレート（ｔｅｍｐｌａｔｅ）を準備するテンプレート段階；
   前記テンプレートの外面の予め設定されたパターン領域に高分子物質を塗布する高分子物質塗布段階；
   前記テンプレートの外面に親水性フィルムを付着するフィルム付着段階；および
   前記親水性フイルムから前記テンプレートを分離除去するテンプレート除去段階；を含む親水性および疎水性を有するメンブレインの製造方法。
2. 前記テンプレートは、金属基材を陽極酸化処理して前記金属基材の外面に前記微細ホールを有する陽極酸化層が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の親水性および疎水性を有するメンブレインの製造方法。
3. 前記テンプレートは、前記金属基材の表面に微細粒子を噴射させて微細凹凸を形成させた後に前記陽極酸化層が形成されることを特徴とする、請求項２に記載の親水性および疎水性を有するメンブレインの製造方法。
4. 前記高分子物質塗布段階は、前記テンプレートに前記高分子物質をコーティングし、前記高分子物質の上に予め設定されたパターン形状のマスク（ｍａｓｋ）を位置させ、予め設定されたパターン領域以外の前記高分子物質を除去することを特徴とする、請求項１に記載の親水性および疎水性を有するメンブレインの製造方法。
5. 前記高分子物質に向かって光を照射して前記マスクが遮断しない領域の前記高分子物質を性質変化させ、前記高分子物質をエッチングすることによって予め設定されたパターン領域以外の前記高分子物質を除去することを特徴とする、請求項４に記載の親水性および疎水性を有するメンブレインの製造方法。
6. 前記高分子物質塗布段階は、予め設定された太さで前記高分子物質を噴射させる噴射機を利用して、前記噴射機を作動させながら、予め設定されたパターン領域に前記高分子物質を塗布することを特徴とする、請求項１に記載の親水性および疎水性を有するメンブレインの製造方法。
7. 前記親水性フィルムは、前記テンプレートにコーティングされた前記高分子物質が付着されるように接着性を有することを特徴とする、請求項１に記載の親水性および疎水性を有するメンブレインの製造方法。
8. 前記テンプレート除去段階は、前記テンプレートを化学的なエッチングによって除去することを特徴とする、請求項１に記載の親水性および疎水性を有するメンブレインの製造方法。
9. 前記テンプレート除去段階は、前記テンプレートと前記親水性フィルムを外力で直接引っ張る方式で、前記高分子物質が付着された前記親水性フイルムから前記テンプレートを分離することを特徴とする、請求項１に記載の親水性および疎水性を有するメンブレインの製造方法。
10. 前記テンプレートの外面に離形剤をコーティングさせることを特徴とする、請求項９に記載の親水性および疎水性を有するメンブレインの製造方法。

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