KR101392335B1 - 접합력이 우수한 초소수성 코팅층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 초소수성 코팅층 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초소수성 코팅층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 초소수성 코팅층에 관한 것으로서, 상세하게는, 세라믹 전구체와 용매를 혼합하여 세라믹 전구체 용액을 제조하는 단계(단계 1); 상기 단계 1에서 제조된 세라믹 전구체 용액을 전기분무법을 이용하여 모재 위에 도포하여 세라믹 코팅층을 형성하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 형성된 세라믹 코팅층을 열처리하여 입자 간 네킹을 형성하는 단계(단계 3); 및 상기 단계 3에서 네킹이 형성된 세라믹 코팅층을 불소화처리 하는 단계(단계 4);를 포함하는 초소수성 코팅층의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따라 제조되어 네킹이 형성된 초소수성 코팅층은 표면 거칠기를 유지하면서 우수한 접합력을 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 초소수성 코팅층은 자동차용 유리, 헤드램프, 와이퍼 등의 부품에 적용될 수 있으며, 이를 통해 비나 눈 혹은 김서림 등의 다양한 외부 환경 요인에 적절히 대응할 수 있는 기능성을 증대시킬 수 있다. 나아가, 태양전지 패널이나 건물 외벽 등으로 적용되는 경우, 비나 미세 먼지 등으로 인한 오염을 예방할 수 있는 효과가 있다.

Description

접합력이 우수한 초소수성 코팅층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 초소수성 코팅층{Fabrication method of superhydrophobic coating layer with excellent adhesion strength and fabric and the superhydrophobic coating layer thereby}
본 발명은 접합력이 우수한 초소수성 코팅층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 초소수성 코팅층에 관한 것으로, 상세하게는 접합성능이 향상된 초소수성 코팅층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 초소수성 코팅층에 관한 것이다.
소수성(hydrophobicity)은 물에 친화력을 가지지 않는 특성을 의미하며, 친수성(hydrophilicity)은 물에 친화력을 갖는 특성을 의미한다. 고체 표면의 친/소수 특성을 규명하는 방법의 하나로 접촉각 측정을 들 수 있다. 일반적으로, 고체 표면 위에 물을 떨어뜨렸을 때, 표면 위에 형성되는 물과 표면의 접촉각이 90°보다 작은 경우에는 친수성 표면, 90°보다 큰 경우에는 소수성 표면이라고 칭한다. 특히, 상기 접촉각이 10°보다 작은각을 이루며 넓게 퍼진 경우에는 초친수성(superhydrophilicity), 상기 접촉각이 150° 이상의 큰 각을 이루며 접촉각 이력 혹은 경사각도(sliding angle, 또는 rolling angle)가 10° 이하로 표면에 동그랗게 맺혀있는 경우에는 초소수성(superhydrophobicity)이라고 한다.
이러한 친/소수성은 두가지 요인에 의해서 결정된다.
그 중 첫 번째는 화학적 요인으로서, 고체의 표면 에너지나 액체 방울의 표면장력에 의해서 결정된다. 고체의 표면 에너지가 낮으면 소수성을 나타내고, 반대로 표면 에너지가 큰 경우 친수성을 나타낸다.
두 번째는 물리적 요인으로서, 고체 표면의 거칠기(roughness), 즉 표면의 거친 정도에 따라서 친/소수성이 변한다. 고체 표면에 있어 상기 두 가지 요인을 적절히 제어하면 접촉각이 180°에 가까운 초소수성 표면이나 접촉각이 0°에 가까운 초친수성 표면을 형성하는 것이 가능하다.
한편, 초소수성 표면을 갖는 물질이나 재료는 유기물의 오염이 문제가 되는 전자제품의 외장재 또는 습도나 이물질 오염 예방이 필수적인 건축자재에 폭넓게 적용이 가능하다. 예를 들어, 이러한 초소수성 표면을 갖는 물질이나 재료는 핸드폰, DMB, 네비게이션 등의 모바일 어플리케이션, 노트북, PC 등의 전자기기, TV, 오디오 등의 고급 가전제품, 주방 용품, 엘리베이터 내장재, 인테리어용 건물 내외장재, 간판, 화장실 또는 욕실의 자재, 자동차 강판 또는 자동차 유리, 또는 전자제품 소자의 분리막 등으로서 적용 가능하다.
이러한 초소수성 표면을 제조하는 방법 중 전기분무법(electrospray)은 전기분무를 통한 단일(one-step) 공정에 의해 낮은 표면 에너지를 갖는 소수성 세라믹 코팅층의 제조가 가능하며, 이에 따라 간단한 공정으로 짧은 시간 내에 대면적의 소수성 세라믹 코팅층을 제조할 수 있다. 그러나, 전기분무로 형성된 코팅층은 단순히 입자들의 집합체(agglomeration) 상태로서 결합력이 반데르발스 힘(van der Waals force) 정도로 서로 응집되어 있다. 따라서 외부의 약한 응력에도 쉽게 마모되는 단점이 있다.
일례로서, 대한민국 등록특허 제 10-1122253호에서는 초친수성 및 초소수성 실리카 코팅층 제조방법을 제시하고 있으며, 구체적으로는 고분자 및 실리카 전구체 용액을 혼합하여 제조된 방사용액을 전기방사하여 모재 위에 도포한 후 하소처리 함으로써 얻어지는 실리카 코팅층 제조방법이 개시된 바 있다. 그러나, 상기 제조방법을 통해 제조되는 실리카 코팅층은 결합력이 약한 입자들의 응집상태이므로 외부 응력에 취약하여 이의 응용이 제한적일 수 있다.
또한, 대한민국 공개특허 제 10-2012-0111664호에서는 소수성 실리카 코팅층, 및 그의 제조방법을 개시하고 있으며, 구체적으로는 실리카 전구체 및 불소-함유 화합물을 포함하는 코팅 용액을 기판상에 전기분무하여 실리카 코팅층을 형성하는 것을 포함하는 소수성 실리카 코팅층의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 소수성 실리카 코팅층이 개시된 바 있다. 그러나, 상기 실리카 코팅층 역시 결합력이 약한 입자들의 응집상태이므로 외부 응력에 취약하여 제한적으로 응용될 수밖에 없는 문제가 있다.
이에 본 발명자들은 전기분무법으로 형성된 코팅층의 접합성능을 향상시킬 수 있는 방법을 연구하던 중 코팅층의 열처리를 통해 응집입자들의 네킹(necking)을 유도함으로써 표면 거칠기를 유지하면서 우수한 접합력을 갖는 초소수성 코팅층을 제조할 수 있는 제조방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
KR 10-1122253 B KR 10-2012-0111664 A
본 발명의 목적은 접합력이 우수한 초소수성 코팅층의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 초소수성 코팅층을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
세라믹 전구체와 용매를 혼합하여 세라믹 전구체 용액을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 세라믹 전구체 용액을 전기분무법을 이용하여 모재 위에 도포하여 세라믹 코팅층을 형성하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 세라믹 코팅층을 열처리하여 입자 간 네킹을 형성하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 네킹이 형성된 세라믹 코팅층을 불소화처리 하는 단계(단계 4);를 포함하는 초소수성 코팅층의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
상기 제조방법에 따라 제조되는 초소수성 코팅층을 제공한다.
본 발명에 따른 초소수성 코팅층의 제조방법은 열처리를 통해 네킹(necking)을 형성시킨 초소수성 코팅층을 제조할 수 있다. 본 발명에 따라 제조되어 네킹이 형성된 초소수성 코팅층은 표면 거칠기를 유지하면서 우수한 접합력을 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 초소수성 코팅층은 자동차용 유리, 헤드램프, 와이퍼 등의 부품에 적용될 수 있으며, 이를 통해 비나 눈 혹은 김서림 등의 다양한 외부 환경 요인에 적절히 대응할 수 있는 기능성을 증대시킬 수 있다. 나아가, 태양전지 패널이나 건물 외벽 등으로 적용되는 경우, 비나 미세 먼지 등으로 인한 오염을 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 초소수성 코팅층 제조방법의 일례를 개략적으로 도시한 모식도이고;
도 2는 본 발명의 실시예 1 내지 8에서 제조된 초소수성 코팅층의 미세구조를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 3은 본 발명의 실시예 1 내지 8에서 제조된 초소수성 코팅층과 비교예 1의 코팅층의 물에 대한 접촉각을 분석한 사진이고;
도 4는 본 실시예 1 내지 8에서 제조된 초소수성 코팅층과 비교예 1의 코팅층의 표면 박리 정도를 나타낸 사진이다.
본 발명은
세라믹 전구체와 용매를 혼합하여 세라믹 전구체 용액을 제조하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 제조된 세라믹 전구체 용액을 전기분무법을 이용하여 모재 위에 도포하여 세라믹 코팅층을 형성하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 세라믹 코팅층을 열처리하여 입자 간 네킹을 형성하는 단계(단계 3); 및
상기 단계 3에서 네킹이 형성된 세라믹 코팅층을 불소화처리 하는 단계(단계 4);를 포함하는 초소수성 코팅층의 제조방법을 제공한다.
이때, 본 발명에 따른 초소수성 코팅층 제조방법의 일례를 도 1의 모식도를 통해 개략적으로 나타내었으며,
이하, 도 1의 모식도를 참고하여 본 발명에 따른 초소수성 코팅층의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 초소수성 코팅층 제조방법에 있어서, 단계 1은 세라믹 전구체와 용매를 혼합하여 세라믹 전구체 용액을 제조하는 단계이다.
상기 단계 1의 세라믹 전구체는 실리카, 알루미나, 마그네시아, 산화아연, 티타니아, 지르코니아 등인 세라믹 물질의 전구체이며, 상기 단계 1의 세라믹 전구체로는 이들 세라믹물질의 전구체들을 1종, 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 단계 1의 세라믹 전구체 용액은 세라믹 전구체와 용매를 혼합하여 제조될 수 있다. 또한, 상기 세라믹 전구체 용액과 혼합되는 용매는 특별히 제한되지 않지만 바람직하게는 에탄올, 메탄올, 물, 디메틸 포름아마이드, 클로로포름 등을 사용할 수 있다.
한편, 일례로서, 상기 세라믹 전구체가 실리카 전구체인 경우 실리카 전구체 용액으로는 테트라에톡시실란(TEOS, tetraethoxysilane), 메틸트리에톡시실란(MTES, methyltriethoxysilane), 테트라메톡시실란(TMOS, tetramethoxysilane), 메틸트리메톡시실란(MTMS, methyltrimethoxysilane) 등인 실리카 전구체를 1종, 또는 2종 이상 사용할 수 있으며, 바람직하게는 TEOS와 MTES를 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 상기 단계 1의 세라믹 전구체 용액의 농도는 0.01 내지 100 몰농도 범위인 세라믹 전구체 용액을 사용할 수 있다. 상기 세라믹 전구체 용액의 농도가 0.01 몰농도 미만인 경우에는 세라믹 전구체 용액의 투명도가 떨어지거나 겔화시간이 길어지며, 코팅층의 품질 감소와 코팅층의 두께가 얇아지는 것과 같은 문제점이 있고, 100 몰농도 초과인 경우에도 마찬가지로 세라믹카 전구체 용액의 투명도, 겔화시간과 코팅층의 품질 감소, 코팅층의 두께가 두꺼워지는 지는 것과 같은 문제점이 있다.
또한, 상기 단계 1의 세라믹 전구체 용액은 고분자를 더 포함할 수 있다. 고분자는 분무물질의 점도 조절 역할을 하는 것으로 고분자의 종류는 특별히 제한되지는 않지만, 바람직하게는 사용되는 용매의 종류에 따라 적합한 고분자를 사용하는 것이 좋다. 예를 들어, 디메틸포름아마이드(Dimethyl formamide)가 용매로 사용되는 경우 사용가능한 고분자는 폴리우레탄(PU), 폴리카보에이트(PC), 폴리아크릴로나이트릴(PAN), 폴리락틱산(PLA), 폴리메타크릴레이트(PMMA), 폴리아크릴산-폴리피렌메타놀(PAA-PM) 등이 적합하며, 클로로포름(Chloroform)이 용매로 사용되는 경우에는 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리아닐린(PANI), 폴리스티렌(PS), 폴리메타크릴레이트(PMMA), 폴리카프로락톤(PCL), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리카보에이트(PC) 등의 고분자가 사용될 수 있다.
그러나, 상기 세라믹 전구체 용액의 점도 조절이 요구되는 경우가 아니라면, 상기 고분자 물질이 반드시 세라믹 전구체 용액에 포함되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 초소수성 코팅층 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1의 세라믹 전구체 용액을 전기분무법을 이용하여 모재 위에 도포하여 세라믹 코팅층을 형성하는 단계이다.
상기 단계 2의 전기분무법을 통해 모재 위에 세라믹 코팅층을 형성시킬 수 있으며, 세라믹 전구체 용액에 포함되어 있는 용매 성분이 휘발하면서 세라믹 전구체가 산화물을 형성함에 따라 세라믹 코팅층이 형성된다.
한편, 상기 단계 2의 전기분무를 통해 형성된 세라믹 코팅층은 200 내지 400℃의 온도로 열처리 될 수 있다. 이를 통해, 세라믹 코팅층에 잔류하는 용매 혹은 고분자 전구체 성분을 제거할 수 있다. 그러나, 본 발명의 제조방법이 상기 온도 범위의 열처리를 반드시 포함하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 초소수성 코팅층 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 형성된 세라믹 코팅층을 열처리하여 입자 간 네킹을 형성하는 단계이다.
저표면에너지를 가지는 화학물질로 기능화를 시킨 세라믹코팅층은 물에 대하여 초소수성의 특성을 나타낼 수 있는 것으로 알려져 있으며, 일례로 전기분무법을 통해 모재 표면에 형성될 수 있다. 그러나, 종래 기술에 따르면 전기분무법으로 제조된 세라믹 코팅층은 접합력이 부족하여 표면이 쉽게 박리 되는 문제점이 있다.
이에, 본 발명의 제조 방법에서는 이러한 문제를 해결하고 접합력이 우수한 초소수성 코팅층을 제공하기 위하여, 단계 3에서는 상기 단계 2에서 형성된 세라믹 코팅층을 열처리하여 입자 간 네킹(necking)을 형성한다.
전기분무 후 열처리는 필수적인 과정으로 종래 기술에서도 전기분무 후 코팅층을 열처리하는 공정이 개시된 바 있으나, 종래기술에서의 열처리는 약 400 ℃의 온도에서 수행되어 잔류용매 및 고분자 물질 등을 제거하기 위한 것일 뿐, 코팅층의 접합력 향상 효과는 나타낼 수 없었다. 반면, 본 발명의 상기 단계 3에서는 세라믹 코팅층을 입자 간 네킹이 형성될 수 있는 온도범위에서 열처리하여 모재 위에 코팅된 세라믹 입자와 모재의 접착력을 높이며 유기물들을 제거할 수 있고, 특히 입자간의 접합력이 향상된 초소수성 코팅층을 형성한다.
상기 단계 3의 열처리는 세라믹 코팅층의 입자들이 네킹을 형성하는 온도에서 수행할 수 있다.
한편, 일례로서, 상기 세라믹 코팅층이 실리카 코팅층일 경우, 상기 단계 3의 열처리는 1100 내지 1300 ℃의 온도에서 수행할 수 있다. 실리카 코팅층의 열처리를 1100 ℃의 온도 미만에서 수행할 경우에는 세라믹 입자 간의 네킹(necking)이 형성되지 않기 때문에 접합력의 향상을 기대할 수 없고, 1300 ℃의 온도를 초과할 경우에는 세라믹 입자들이 완전히 결합하는 거동을 보여 표면 거칠기의 감소를 가져오고, 이에 따라 저표면에너지를 가지는 화학물질로 기능화 처리를 하더라도, 물에 대한 접촉각이 150° 이하로 떨어져 초소수성을 나타내지 않게 된다. 따라서, 세라믹 코팅층의 세라믹 입자 간의 네킹을 형성하고자 하는 경우, 사용되는 세라믹의 종류에 따라서 적절한 열처리가 요구되며,
이에, 세라믹 종류에 따라 상기 열처리가 수행되는 온도는 적절한 범위로 변경될 수 있다.
이때, 상기 단계 3의 열처리는 진공, 공기 또는 질소 분위기 등에서 수행할 수 있으며, 바람직하게는 진공이나 질소 분위기에서 수행될 수 있으나, 상기 열처리 조건이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 단계 3에서 열처리가 수행되는 경우, 도 1의 그림을 통해 나타내었듯이 세라믹 입자 간의 네킹이 발생하여 입자들이 서로 강하게 응집하는 거동이 나타난다. 즉, 열처리 됨에 따라 세라믹 입자들 간의 강한 결합을 유도함으로써, 세라믹 코팅층이 종래보다 더욱 향상된 접합력을 나타낼 수 있다.
본 발명에 따른 초소수성 코팅층 제조방법에 있어서, 단계 4는 상기 단계 3에서 네킹이 형성된 세라믹 코팅층을 불소화처리 하는 단계이다.
상기 단계 4의 불소화 처리는 세라믹 코팅층의 초소수성을 더욱 향상시키기 위한 것으로서, 상기 단계 4의 불소화처리는 일례로 단계 3의 네킹이 형성된 세라믹 코팅층을 불소 화합물 용액으로 2 내지 15분간 침지시켜 수행될 수 있다. 그러나, 상기 불소화처리가 이에 제한되는 것은 아니며, 세라믹 코팅층으로 불소화처리할 수 있는 수단 또는 방법을 적절히 선택하여 수행할 수 있다.
이때, 상기 불소화처리를 위한 불소 화합물로는, 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸)실란{trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooctyl)silane}, 트리클로로(3,3,3-트리플루오로프로필)실란{trichloro(3,3,3-trifluoropropyl)silane}, 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실)실란{trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorodecyl)silane}, 트리플루오로프로필-트리메톡시실란(trifluoropropyl-trimethoxysilane), 트리플루오로프로필-트리에톡시실란(trifluoropropyl-triethoxysilane), 트리데카플루오로옥틸-트리메톡시실란(tridecafluorooctyl-trimethoxysilane), 트리데카플루오로옥틸-트리에톡시실란(tridecafluorooctyl-triethoxysilane), 헵타데카플루오로데실-트리메톡시실란(heptadecafluorodecyl-trimethoxysilane), 및 헵타데카플루오로데실-트리에톡시실란(heptadecafluorodecyl-triethoxysilane)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 또한, 불소 화합물은 불화알킬실란일 수 있으며, 예를 들어, 하나 이상의 불소 원자를 가지고 1 내지 12의 탄소수를 가지는 불화알킬실란일 수 있으나, 상기 불소 화합물이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 불소 화합물 용액은 불소 화합물을 용매에 용해시킨 것으로서, 상기 용매는 극성 용매, 비극성 용매, 또는 이들의 조합일 수 있으며, 예를 들어, 물; 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 등의 알코올; 염산, 황산 또는 아세트산 등의 산; 메틸에틸케톤 또는 메틸이소부틸케톤 등의 케톤; 벤젠; 톨루엔; 클로로포름; 디메틸포름아미드; 및 테트라하이드로푸란;으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것일 수 있으나, 상기 용매가 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 단계 4의 불소화처리가 수행됨에 따라 세라믹 코팅층의 표면에는 -CF2 기, -CF3 기 등이 형성될 수 있다. 상기 -CF2 기, -CF3 기 등은 상기 불소 화합물로부터 유래 된 것으로서, 세라믹 코팅층의 표면에 상기 -CF2 기, -CF3 기 등이 형성됨에 의해 세라믹 코팅층의 표면 에너지가 낮아지고, 이에 따라 상기 세라믹 코팅층이 더욱 강한 초소수성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명은
상기 제조방법에 따라 제조되는 초소수성 코팅층을 제공한다.
본 발명에 따른 초소수성 코팅층은 상기 제조방법을 통해 열처리하여 입자 간 네킹(necking)을 형성한 초소수성 코팅층으로써, 세라믹 입자 간 네킹으로 인해 강한 결합이 이루어짐에 따라, 표면 거칠기를 유지하면서 우수한 접합성능을 나타낼 수 있다.
아울러, 본 발명에 따른 초소수성 코팅층은 접합력이 우수할 뿐만 아니라, 표면장력이 72.3 mN/m인 물에 대하여, 150° 이상의 접촉각을 나타낼 수 있는바, 우수한 접합력 및 초소수성 특성을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 초소수성 코팅층은 불소화처리로 인하여, 표면에 -CF2 기, -CF3 기 등이 존재하며, 이로 인하여 더욱 우수한 초소수성 특성을 나타낼 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 초소수성 코팅층의 경우 방오염성 및 자기세정력이 뛰어나기 때문에 자동차 내·외장재, 건물 내·외장재, 전자제품 내·외장재 등에 유용하게 사용될 수 있으며, 그외에도 태양전지 패널이나 건물 외벽 등으로 적용되어 비나 미세 먼지 등으로 인한 오염을 예방하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 초소수성 코팅층 제조 1
단계 1: TEOS, MTES, 에탄올, 물 및 염산을 1:1:6:9:0.03의 몰비로 혼합한 후 졸겔방법으로 실리카 전구체 용액을 제조하였다.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 분무용액을 팁 내경 25 Gage, 20 mL 주사기에 넣어 기포를 완전히 제거한 후 KDS 200(KD Scientific Inc.)을 이용하여 용액 공급 속도를 조절하였다. 고전압 장치로 SHV120(ConverTech Co., Ltd.)를 사용하였으며, 분무전압 15 kV, 분무거리 10 cm, 분무속도 0.05 ml/시간으로 전기분무하여 실리카 코팅층을 제조하였다.
단계 3: 상기 단계 2에서 제조된 코팅층을 1100 ℃의 온도에서 열처리를 하였다.
단계 4: 상기 단계 3에서 제조된 코팅층을 불소 화합물로서 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸)실란(PFOS, Aldrich)를 사용하여 10분 동안 침지시킨다. 그 후, 공기 중에서 건조한 뒤 100 ℃에서 1시간 동안 열처리하여 코팅층의 표면에 불소화처리를 하였다.
<실시예 2> 초소수성 코팅층 제조 2
상기 실시예 1의 단계 3에 있어서, 열처리를 1150 ℃의 온도로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 초소수성 코팅층을 제조하였다.
<실시예 3> 초소수성 코팅층 제조 3
상기 실시예 1의 단계 3에 있어서, 열처리를 1200 ℃의 온도로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 초소수성 코팅층을 제조하였다.
<실시예 4> 초소수성 코팅층 제조 4
상기 실시예 1의 단계 3에 있어서, 열처리를 1210 ℃의 온도로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 초소수성 코팅층을 제조하였다.
<실시예 5> 초소수성 코팅층 제조 5
상기 실시예 1의 단계 3에 있어서, 열처리를 1220 ℃의 온도로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 초소수성 코팅층을 제조하였다.
<실시예 6> 초소수성 코팅층 제조 6
상기 실시예 1의 단계 3에 있어서, 열처리를 1230 ℃의 온도로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 초소수성 코팅층을 제조하였다.
<실시예 7> 초소수성 코팅층 제조 7
상기 실시예 1의 단계 3에 있어서, 열처리를 1240 ℃의 온도로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 초소수성 코팅층을 제조하였다.
<실시예 8> 초소수성 코팅층 제조 8
상기 실시예 1의 단계 3에 있어서, 열처리를 1250 ℃의 온도로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 초소수성 코팅층을 제조하였다.
<비교예 1> 초소수성 코팅층 제조 9
상기 실시예 1의 단계 3에 있어서, 열처리를 400 ℃의 온도로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 초소수성 코팅층을 제조하였다.
<실험예 1> 주사전자현미경 관찰
상기 실시예 1 내지 8에 따라 제조된 초소수성 코팅층의 표면 형상을 주사전자현미경(SEM, S-4300SE)을 이용하여 관찰하고, 그 결과를 도 2에 도시하였다.
도 2에서 나타낸 바와 같이, 각각의 초소수성 코팅층 표면에는 구형 나노입자가 형성되어 있음을 알 수 있다. 또한, 열처리 온도가 1250 ℃(실시예 8)에 이르면 실리카 입자들이 서로 응집되어 완전히 결합 되는 거동을 나타내는 것을 알 수 있다.
<실험예 2> 초소수성 코팅층의 물에 대한 접촉각 측정
상기 실시예 1 내지 8 및 비교예 1에 따라 제조된 초소수성 코팅층의 물에 대한 접촉각을 측정하기 위하여, 초소수성 코팅층 표면에 물방울을 떨어뜨린 후, 이를 접촉각측정기(DFK61AUCO2, IMAGINGSOURCE) 카메라로 촬영하여 사진상에서 물방울과 코팅층이 이루는 각도를 측정하였으며, 그 결과를 도 3에 도시하였다.
도 3에서 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 8의 초소수성 코팅층은 모두 물에 대한 접촉각이 150° 이상의 초소수성 코팅층인 것을 확인하였으며, 열처리 온도가 1100 ℃인 경우(실시예 1), 167°로 물에 대하여 가장 높은 접촉각을 나타내는 것을 알 수 있다.
<실험예 3> 초소수성 코팅층의 접합성능 분석
상기 실시예 1 내지 8 및 비교예 1에 따라 제조된 초소수성 코팅층의 접합력을 평가하기 위하여, 코팅층의 표면을 면봉으로 5번 왕복하며 문지른 후 코팅층의 표면이 박리되는 정도를 사진으로 촬영하여 코팅층의 접합성능을 평가하였으며, 그 결과를 도 4에 도시하였다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 열처리 온도가 400 ℃인 경우(비교예 1)에는 초소수성 코팅층이 모재로부터 박리되어 모재인 실리콘 기판이 노출되는 것을 확인할 수 있다.
반면, 열처리 온도가 1100 ℃인 경우(실시예 1), 코팅층이 쉽게 박리 되지 않는 것을 알 수 있고, 열처리 온도가 1150 내지 1250 ℃인 경우(실시예 2 내지 8)에는 거의 코팅층이 박리 되지 않는 것을 알 수 있다.
이를 통해 본 발명에 따른 제조방법의 일례로서, 실리카 코팅층의 경우 1100 내지 1300 ℃의 온도로 열처리를 수행함에 따라 접합력이 향상된 초소수성 코팅층을 제조할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 세라믹 전구체와 용매를 혼합하여 세라믹 전구체 용액을 제조하는 단계(단계 1);
    상기 단계 1에서 제조된 세라믹 전구체 용액을 전기분무법을 이용하여 모재 위에 도포하여 세라믹 코팅층을 형성하는 단계(단계 2);
    상기 단계 2에서 형성된 세라믹 코팅층을 열처리하여 입자 간 네킹을 형성하는 단계(단계 3); 및
    상기 단계 3에서 네킹이 형성된 세라믹 코팅층을 불소화처리 하는 단계(단계 4);를 포함하는 초소수성 코팅층의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 세라믹은 실리카, 알루미나, 마그네시아, 산화아연, 티타니아 및 지르코니아로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 초소수성 코팅층 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 세라믹 전구체 용액은 테트라에틸오르소실리케이트, 메틸트리에톡시실란, 테트라메톡시실란 및 메틸트리메톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 실리카 전구체 용액인 것을 특징으로 하는 초소수성 코팅층 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 세라믹 전구체 용액의 농도는 0.01 내지 100 몰농도인 것을 특징으로 하는 초소수성 코팅층 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계 3의 열처리는 세라믹 코팅층의 입자들이 네킹을 형성하는 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 초소수성 코팅층 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 단계 3의 열처리는 1100 내지 1300 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 초소수성 코팅층 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 단계 4의 불소화 처리는 불소 화합물로 세라믹 코팅층을 2 내지 15분 동안 침지시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 초소수성 코팅층 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 불소 화합물은 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸)실란, 트리클로로(3,3,3-트리플루오로프로필)실란, 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실)실란, 트리플루오로프로필-트리메톡시실란, 트리플루오로프로필-트리에톡시실란, 트리데카플루오로옥틸-트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸-트리에톡시실란, 헵타데카플루오로데실-트리메톡시실란 및 헵타데카플루오로데실-트리에톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 초소수성 코팅층 제조방법.
  9. 제1항의 제조방법에 따라 제조되는 초소수성 코팅층.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 세라믹 입자 간 네킹을 형성한 초소수성 코팅층의 표면은 -CF2기, -CF3기 및 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소수성 코팅층.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 초소수성 코팅층은 물에 대한 접촉각이 150°이상인 것을 특징으로 하는 초소수성 코팅층.
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