KR100439580B1 - 소수성 기재의 표면을 친수성으로 개질하는 방법 - Google Patents

소수성 기재의 표면을 친수성으로 개질하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기재 표면에 친수성 코팅층을 형성하기 위한 방법에 관한 것으로서, 기재를 양이온 고분자 수용액에 침지시켜 기재의 표면에 양이온 코팅층을 형성한 후 수세 및 건조하고, 표면에 양이온 코팅층이 형성된 상기 기재를 음이온 고분자 수용액에 침지시켜 상기 양이온 코팅층 위에 음이온 코팅층을 형성한 후 수세 및 건조하는 것을 포함하는, 본 발명의 재료 표면의 친수화 코팅 방법에 따르면, 기재의 크기와 형태에 대한 제약 없이 무기 재료뿐만 아니라 플라스틱, 고무 등의 고분자 재료의 기재에도 친수성 코팅층을 형성할 수 있다.

Description

소수성 기재의 표면을 친수성으로 개질하는 방법{METHOD FOR MODIFYING THE SURFACE OF A HYDROPHOBIC SUBSTRATE TO BE HYDROPHILIC}
본 발명은 소수성 기재의 표면을 친수성으로 개질하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 양이온 고분자층 및 음이온 고분자층을 교대로 형성함으로써 소수성 기재 위에 친수성 코팅층을 형성하는 방법에 관한 것이다.
세라믹 재료나 고분자 재료는 표면이 소수성을 나타낸다. 이러한 소수성을 띠는 소재의 응용 분야를 더욱 넓히기 위한 방법으로, 소수성 표면을 친수성으로 개질시키려는 연구가 진행되고 있다.
이러한 친수성 표면 개질 방법으로, 이(E. H. Lee) 등의 문헌 [J. Mater. Res.6,610, 1991.] 및 고(S. K. Koh) 등의 문헌 [J. Mater. Res.11, 2933, 1996.]에 개시된 바와 같은 이온빔 주입법이나 플라즈마 처리법 등이 이용되고 있다. 이온빔 주입법은 입자가속기에 의해 생성된 이온빔을 고분자 재료에 주입함으로써, 활성화된 반응기를 생성시켜 표면에 친수성을 부여하는 방법이고, 플라즈마 처리법은 활성화된 기체인 플라즈마의 방전에 의해 고분자 표면에 활성화된 반응기를 형성시켜 친수성을 부여하는 방법이다. 그러나 상기의 방법들은 고가의 장비가 요구되고 시료의 면적 또는 형태가 제한적이며 공정이 복잡하다는 문제점이 있었다.
이에 본 발명자들은 기재의 종류, 면적 형태 등의 제한없이 표면을 친수화시킬 수 있으며, 공정을 단순화시킬 수 있고, 비용을 절감시킬 수 있는 친수화 공정을 개발하기에 이른 것이다.
이에 따라, 본 발명의 목적은 양이온 고분자 및 음이온 고분자 수용액에 기재를 교대로 침지시킴으로써, 기재 표면에 친수성 코팅층을 형성하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 기재를 양이온 고분자 수용액에 침지시켜 기재의 표면에 양이온 코팅층을 형성한 후 수세 및 건조하고, 표면에 양이온 코팅층이 형성된 상기 기재를 음이온 고분자 수용액에 침지시켜 상기 양이온 코팅층 위에 음이온 코팅층을 형성한 후 수세 및 건조하는 것을 포함하는, 기재 표면에 친수성 코팅층을 형성하는 방법을 제공한다.
이하 본 발명에 대하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 의한 친수성 코팅층 형성방법은, 양이온 고분자와 음이온 고분자를 교대 적층시킴으로써 이온간 인력에 의한 자기조립법을 이용하여, 소수성을 나타내는 세라믹, 유리, 금속과 같은 무기재료뿐만 아니라 고분자 재료의 표면에 친수화된 코팅막을 형성시킬 수 있다.
본 발명에서 사용될 수 있는 양이온 고분자로는 폴리(알릴아민하이드로클로라이드)(PAH), 폴리아닐린(PAN), 폴리(에틸렌이민)(PEI) 또는 폴리(디알릴디메틸)아민(PADA)이 있으며, 음이온 고분자로는 폴리(아크릴산)(PAA), 폴리(설포네이트스티렌)(SPS), 폴리(메타크릴산)(PMA) 또는 폴리(타이오펜아세트산)(PTAA)이 있다. 이들을 하기 표 1에 나타내었다.
본 발명에서 사용될 수 있는 기재는 종류에 상관없이, 유리, 실리콘웨이퍼 등의 세라믹, 금속과 같은 무기 재료뿐만 아니라 고분자 유기 재료가 사용될 수 있다. 상기 고분자 유기 재료로는 폴리스티렌, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리비닐클로라이드 또는 에틸렌비닐아세테이트 공중합체가 있다.
본 발명의 친수성 코팅층 제조방법에 따라, 양이온 고분자 수용액 및 음이온 고분자 수용액을 이용하여 기재의 표면 위에 양이온 고분자층과 음이온 고분자층을각각 교대적층함에 있어서, 상기 이온성 고분자 수용액의 농도는 0.01 내지 0.1M이고, pH는 1 내지 9, 바람직하게는 2.5이다. 또한 상기 기재는 상기 수용액에서 5분 내지 2시간 동안 침지된 후, 증류수에서 침지 또는 분사에 의해 세척된다. 이러한 양이온 고분자 및 음이온 고분자의 교대적층은 1회 이상 반복될 수 있다.
본 발명에 의한 친수성 코팅층의 제조는, 기재의 종류, 크기 및 형태에 대한 제한 없이 사용될 수 있어, 세라믹, 유리, 금속과 같은 무기 재료뿐만 아니라 플라스틱, 고무와 같은 고분자 재료에까지 친수성 코팅막을 형성시킬 수 있고, 이에 따라 일반적인 산업재로부터 전자부품용 특수소재에까지 적용시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 좀더 상세하게 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 한정하지는 않는다.
실시예
하기 표 1에 나타난 바와 같이, 기재로서, 유리, 실리콘웨이퍼, 폴리스티렌(PS, 알드리치(Aldrich)), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, 알드리치), 폴리에틸렌(PE, 알드리치), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, 알드리치), 폴리비닐클로라이드(PVC, 알드리치) 및 에틸렌비닐아세테이트 공중합체(EVA, 알드리치)를 사용하였으며, 양이온 고분자 및 음이온 고분자로서 각각 폴리알릴아민하이드로클로라이드(PAH; Mw=70,000, 알드리치) 및 폴리아크릴산(PAA; Mw=240,000, 알드리치)를 사용하였다.
상기 기재들을 각각 증류수로 세척한 후, 여과된 압축공기로 1차 건조시키고 90℃의 오븐에서 건조시켰다. 상기 양이온 고분자(PAH) 및 음이온 고분자(PAA)도각각 증류수에 용해시켜 0.01M의 수용액을 제조한 후, 염산을 이용하여 pH 2.5로 조절함으로써 수용액상에서 각각 양전하 및 음전하를 띠는 고분자 전해질 수용액을 제조하였다.
상기 건조된 기재를 상기 양이온 고분자(PAH) 수용액에서 15분간 침지시킨 후 증류수로 세척하고, 질소 또는 여과된 압축공기로 건조시켰다. 이어서 상기 기재를 상기 음이온 고분자(PAA) 수용액에 15분간 침지시킨 후 증류수로 세척하고, 질소 또는 여과된 압축공기로 건조시켰다. 이와 같은 침지, 세척 및 건조 과정을 8회 반복하여 최종 친수성 코팅된 박막[기재/(PAH/PAA)8)]을 형성하였다.
물접촉각 측정에 의한 기재표면의 친수화도 분석
상기 실시예에서 제조된, 양이온 고분자층 및 음이온 고분자층이 교대적층된 친수성 코팅막이 형성된 기재의 친수화도를 평가하기 위하여, 기재표면에 2㎕ 정도의 물방울을 떨어뜨리고 기재와 물방울이 이루는 양쪽의 각도를 각도계(Rame Hart 100-00 NRL Contact Angle Goniometer)를 이용하여 측정하고 평균하였다. 이와 같은 방법으로 서로 다른 부위에서 5회 이상 측정을 반복하여 평균하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
재료 물접촉각(°)
친수성 코팅 전 친수성 코팅 후
실리콘웨이퍼 39 10 이하
유리 34 10 이하
PMMA 68 10 이하
PS 110 10 이하
PVC 91 10 이하
PE 99 10 이하
PET 60 10 이하
EVA 123 10 이하
상기 표 1로부터, 친수성 코팅되지 않은 세라믹 기재(실리콘웨이퍼, 유리)는 물접촉각이 34°이상이고, 친수성 코팅전 고분자 기재(PMMA, PS, PVC, PE, PET, EVA)는 물접촉각이 60°이상으로서 소수성을 나타내지만, 본 발명에 따른 친수성 코팅에 의해 물접촉각이 10°이하로 감소되었으며, 이는 소수성 기재의 표면이 친수성으로 전환되어 친수화도가 증가되었음을 나타낸다.
본 발명에 따른, 양이온 고분자 수용액 및 음이온 고분자 수용액에 침지시킴으로써 기재의 표면에 양이온 고분자층 및 음이온 고분자층을 교대로 형성하는 것을 포함하는, 친수성 코팅층의 제조방법은 기재의 크기 및 형태의 제한이 없고, 코팅층이 투명하여 기재의 원색 및 투명도를 그대로 유지시킬 수 있으며, 또한 수용액상에서의 침지법을 이용하므로 환경 친화적이며, 기재로서 유리, 세라믹, 금속 등의 무기 재료, 및 플라스틱, 고무 등의 범용 고분자 재료가 모두 사용될 수 있으므로 광범위한 산업분야에 유용하게 적용될 수 있다.

Claims (5)

  1. 고분자 기재를 폴리(알릴아민하이드로클로라이드)(PAH), 폴리아닐린(PAN) 및 폴리(디알릴디메틸)아민(PADA) 중에서 선택된 양이온 고분자 수용액에 침지시켜 기재 표면에 양이온 고분자 코팅층을 형성한 후 수세 및 건조하고, 표면에 양이온 고분자 코팅층이 형성된 상기 기재를 폴리(아크릴산)(PAA), 폴리(메타크릴산)(PMA) 및 폴리(타이오펜아세트산)(PTAA) 중에서 선택된 음이온 고분자 수용액에 침지시켜 상기 양이온 고분자 코팅층 위에 음이온 고분자 코팅층을 형성한 후 수세 및 건조하는 단계를 포함하는, 소수성 기재의 표면을 친수성으로 개질하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    고분자 수용액의 농도가 0.01 내지 0.1M이고, pH가 1 내지 9임을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    침지 공정이 5분 내지 2시간 동안 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    양이온 고분자 용액과 음이온 고분자 용액에의 침지, 세척 및 건조 과정을 원하는 두께의 친수성 코팅층이 얻어질 때까지 반복하는 것을 특징으로 하는 방법.
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