KR101416302B1 - 발수성 표면 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

발수성 표면 제조 방법이 개시된다. 금속 파우더, 발수성 폴리머 및 휘발성 솔벤트를 혼합하여 혼합 용액을 생성하는 단계; 상기 혼합 용액을 소정의 플레이트가 수용된 용기에 붓는 단계; 상기 혼합 용액이 든 용기에서 상기 휘발성 솔벤트를 증발시키는 단계; 및 상기 금속 파우더와 발수성 폴리머가 코팅된 상기 플레이트를 상기 용기에서 꺼내는 단계를 포함하는 발수성 표면 제조 방법은 금속, 폴리머 및 솔벤트를 이용하여 간편하게 플레이트에 발수성 표면을 제조하는 효과가 있다.

Description

발수성 표면 제조 방법{Method for manufacturing hydrophobic surface}
본 발명은 발수성 표면 제조 방법에 관한 것이다.
고체 표면의 친수성 또는 발수성은 산업, 환경, 그리고 생물학적 응용에서 재료의 중요한 특성이다. 표면의 친수성 또는 발수성은 표면 에너지와 표면 거칠기에 의해 제어되고, 표면 거칠기는 발수성 특성과 친수성 특성을 모두 증가시킨다. 발수성 표면과 친수성 표면은 자기세정(self-cleaning), 흐림 방지, 수분 수집의 응용에 있어 중요하다.
발수성 표면과 친수성 표면을 만들기 위한 기존의 제조 방법이 많지만 그 중에서도 스프레이 방법은 고분자를 솔벤트에 용해한 뒤 시트 글라스(sheet glass)에 스프레이하고 건조하여 제조한다. 또한, 다른 종래기술에 따르면, 임프린팅 기술을 이용하여 50℃, 2시간동안 PDMS를 경화시키고 연꽃잎의 표면을 모사하여 초소수성 표면을 제작한다.
또한, 대한민국등록특허 제0605613호에는 소수성 표면을 갖는 고분자 기재 제조용 몰드의 제조 방법이 개시된다. 이러한 선행기술은 소수성을 지닌 식물 잎의 표면 구조가 전사되어 있어 식물 잎과 거의 같은 형상을 지닌 소수성 표면을 갖는 고분자 기재를 쉽게 제조할 수 있다.
하지만 종래 기술의 제조 방법에 따라 제조된 표면은 마모 특성에 대해 좋지 않은 결과를 나타내는 문제점이 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
본 발명은 금속, 폴리머 및 솔벤트를 이용하여 간편하게 플레이트에 발수성 표면을 제조하는 발수성 표면 제조 방법을 제공한다.
본 발명이 제시하는 이외의 기술적 과제들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 금속 파우더, 발수성 폴리머 및 휘발성 솔벤트를 혼합하여 혼합 용액을 생성하는 단계; 상기 혼합 용액을 소정의 플레이트가 수용된 용기에 붓는 단계; 상기 혼합 용액이 든 용기에서 상기 휘발성 솔벤트를 증발시키는 단계; 및 상기 금속 파우더와 발수성 폴리머가 코팅된 상기 플레이트를 상기 용기에서 꺼내는 단계를 포함하는 발수성 표면 제조 방법이 제공된다.
여기서, 상기 금속 파우더는 상기 휘발성 솔벤트에 용해되지 않는 재료로 형성될 수 있으며, 상기 금속 파우더는 마이크로 스케일 입자 또는 나노 스케일 입자가 될 수 있다.
또한, 상기 발수성 폴리머는 발수성 고분자가 될 수 있으며, 상기 금속 파우더가 알루미늄(Al)인 경우 상기 휘발성 솔벤트는 테트라히드로푸란(THF : tetrahydrofuran)이 될 수 있다.
또한, 상기 플레이트는 상기 휘발성 솔벤트에 용해되지 않는 재료로 형성될 수 있으며, 이 경우 상기 플레이트는 유리, 금속, 폴리머 중 어느 하나가 될 수 있다.
또한, 상기 금속 파우더는 상기 발수성 폴리머 보다 중량퍼센트로 2배 내지 5배만큼 많이 상기 혼합 용액에 혼합될 수 있으며, 상기 휘발성 솔벤트를 증발시키는 단계는, 상기 혼합 용액이 든 용기를 상온에 12시간 내지 36시간 동안 놓아 상기 휘발성 솔벤트를 증발시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 발수성 표면 제조 방법에 의해 제조된 발수성 표면을 가진 플레이트가 제공된다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명에 따른 발수성 표면 제조 방법은 금속, 폴리머 및 솔벤트를 이용하여 간편하게 플레이트에 발수성 표면을 제조하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발수성 표면 제조 방법의 흐름도.
도 2와 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 발수성 표면 제조 방법을 실험 기구로 도시한 도면.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발수성 표면 제조 방법에 따라 제작된 플레이트 표면의 전자현미경 사진.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 발수성 표면 제조 방법에 따라 제작된 플레이트 표면의 접촉각을 도시한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 발수성 표면 제조 방법의 흐름도이다. 이하에서는 실험 기구를 이용하여 해당 방법을 나타낸 도 2와 도 3도 같이 참조하여 설명한다.
본 실시예는 금속, 폴리머 및 솔벤트를 이용하여 간편하게 플레이트에 발수성 표면을 제조하는 특징이 있다. 구체적으로 금속 파우더 및 발수성 폴리머가 플레이트의 표면에 도포되어 소정의 조도가 생성되고 이러한 조도에 의해 표면이 발수성인 플레이트를 제조할 수 있다.
단계 S110에서, 금속 파우더(130), 발수성 폴리머(120) 및 휘발성 솔벤트(110)를 혼합하여 혼합 용액(150)을 생성한다.
여기서, 금속 파우더(130)는 휘발성 솔벤트(110)에 용해되지 않는 금속의 파우더가 될 수 있다. 예를 들면, 솔벤트(110)가 테트라히드로푸란(THF : tetrahydrofuran)인 경우 금속 파우더(130)는 알루미늄(Al)이 될 수 있다.
또한, 금속 파우더(130)의 입자 크기는 평균 직경이 마이크로 스케일 또는 나노 스케일이 될 수 있다. 구체적으로 금속 파우더(130)의 평균 직경은 1 내지 50㎛ 또는 10 내지 1,000㎚가 될 수 있다.
또한, 발수성 폴리머(120)는 발수 성질을 갖는 고분자이며, 예를 들면, PMMA(Polymethly methacrylate), PS(polystyrene), PC(polycarbonate), ABS(acrylonitrile butadiene styrene copolymer) 중 어느 하나가 될 수 있다. 표면이 발수 성질을 갖는 고분자는 일반적으로 물의 접촉각(CA)이 80 내지 90도가 되는 고분자가 될 수 있다.
여기서, 금속 파우더(130)는 발수성 폴리머(120) 보다 중량퍼센트로 2배 내지 5배만큼 많이 휘발성 솔벤트(110)가 수용된 제1 용기(115)에 넣어 혼합 용액(150)에 혼합될 수 있다. 이러한 혼합 비율에 의해서 본 실시예에 따라 제작된 발수성 표면은 초발수성이 될 수 있다.
또한, 혼합 용액(150)을 제조하기 위해서 금속 파우더(130), 발수성 폴리머(120) 및 휘발성 솔벤트(110)가 담긴 제1 용기(115)를 교반기(140)에 놓고 소정의 시간, 예를 들면, 12시간 내지 36시간 동안 내용물을 섞어 줄 수 있다.
단계 S120에서, 혼합 용액(150)을 소정의 플레이트가 수용된 제2 용기(160)에 붓는다. 플레이트는 평판이거나 또는 소정의 곡면이 형성된 판이 될 수 있다. 본 실시예의 방법에 따르면, 플레이트의 표면은 발수성으로 변한다. 즉, 금속 파우더(130)와 발수성 폴리머(120)가 플레이트의 표면에 코팅되어 플레이트의 표면은 초발수성이 될 수 있다.
여기서, 플레이트는 휘발성 솔벤트(110)에 용해되지 않는 재료로 형성될 수 있다. 이 경우 플레이트는 유리, 금속, 폴리머 중 어느 하나가 될 수 있다.
단계 S130에서, 혼합 용액(150)이 든 제2 용기(160)에서 휘발성 솔벤트(110)를 증발시킨다. 여기서, 휘발성 솔벤트(110)를 증발시키기 위해서 혼합 용액(150)이 든 제2 용기(160)를 상온에 12시간 내지 36시간 동안 방치할 수 있다.
또한, 다른 실시예에 따르면, 발수성 폴리머(120), 금속 파우더(130) 및 플레이트의 녹는점보다 낮은 온도로 제2 용기(160)를 가열하여 휘발성 솔벤트(110)를 증발시킬 수도 있다.
단계 S140에서, 금속 파우더(130)와 발수성 폴리머(120)가 코팅된 플레이트를 제2 용기(160)에서 꺼낸다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 발수성 표면 제조 방법에 따라 제작된 플레이트의 표면에 대한 전자현미경 사진과 초발수성을 확인하기 위한 접촉각을 측정한 결과 사진을 설명한다. 이하에서의 결과물은 PS(polystyrene)와 알루미늄 파우더를 테트라히드로푸란(THF)에 혼합한 후 교반기(140)를 이용하여 24시간동안 섞은 혼합 용액(150)을 준비된 제2 용기(160)에 부은 후 상온에서 24시간동안 놓아 테트라히드로푸란(THF)을 건조시킨 후 발수성 표면을 제작하였다.
도 4와 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 발수성 표면 제조 방법에 따라 제작된 표면의 전자현미경 사진이다.
도 4는 스케일이 500㎛인 사진이며, 도 5는 스케일이 100㎛인 사진이다. 도 4와 도 5를 참조하면, 소정의 플레이트의 표면에 발수성 폴리머(120)와 금속 파우더(130)가 코팅되어 조도(roughness)가 형성됨으로써, 플레이트의 표면은 초발수성이 될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 발수성 표면 제조 방법에 따라 제작된 표면의 접촉각(contact angle)을 도시한 도면이다. 접촉각은 기체나 진공상태에서 액체와 고체간 접촉되는 면의 각이며, 본 실시예에서는 액적을 이용하여 접촉각을 측정하였다. 도시된 바와 같이 초발수성이 된 플레이트의 표면과 그 위에 놓인 액적이 서로 형성하는 각(θ)은 140도 이상으로서, 본 실시예에 따라 제조된 플레이트의 표면은 발수성의 성질이 강한 특징을 가진다.
그 외 본 발명의 실시예에 따른 발수성 표면 제조 방법에 대한 구체적인 온도 조건, 습도 조건, 기타 실험실 조건 등에 대한 구체적인 설명은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이므로 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 발수성 표면 제조 방법은 소정의 실험 기구와 연동하는 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 즉, 기록 매체는 컴퓨터에 상술한 각 단계를 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체가 될 수 있다.
상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합한 형태로 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(Magnetic Media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(Optical Media), 플롭티컬 디스크(Floptical Disk)와 같은 자기-광 매체(Magneto-Optical Media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다.
상기한 바에서, 본 발명의 실시예에 따른 발수성 표면 제조 방법은 폴리머, 금속, 솔벤트 및 플레이트의 구성을 일 실시예에 따라 기술하였으나, 반드시 이에 한정될 필요는 없고, 상기 구성요소 중 어느 하나를 다른 물질로 대체하더라도 전체적인 작용 및 효과에는 차이가 없다면 이러한 다른 구성은 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있으며, 각 실시예에서 설명한 각 구성요소 및/또는 기능은 서로 복합적으로 결합하여 구현될 수 있다.
해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 휘발성 솔벤트 115 : 제1 용기
120 : 발수성 폴리머 130 : 금속 파우더
140 : 교반기 150 : 혼합 용액
160 : 제2 용기

Claims (10)

  1. 금속 파우더, 발수성 폴리머 및 휘발성 솔벤트를 혼합하여 혼합 용액을 생성하는 단계;
    상기 혼합 용액을 소정의 플레이트가 수용된 용기에 붓는 단계;
    상기 혼합 용액이 든 용기에서 상기 휘발성 솔벤트를 증발시키는 단계; 및
    상기 금속 파우더와 발수성 폴리머가 코팅된 상기 플레이트를 상기 용기에서 꺼내는 단계를 포함하되,
    상기 금속 파우더는 상기 발수성 폴리머 보다 중량퍼센트로 2배 내지 5배만큼 많이 상기 혼합 용액에 혼합되는 것을 특징으로 하는 발수성 표면(hydrophobic surface) 제조 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 파우더는 상기 휘발성 솔벤트에 용해되지 않는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 발수성 표면 제조 방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 금속 파우더는 마이크로 스케일 입자 또는 나노 스케일 입자인 것을 특징으로 하는 발수성 표면 제조 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 발수성 폴리머는 발수성 고분자인 것을 특징으로 하는 발수성 표면 제조 방법
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속 파우더가 알루미늄(Al)인 경우 상기 휘발성 솔벤트는 테트라히드로푸란(THF : tetrahydrofuran)인 것을 특징으로 하는 발수성 표면 제조 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 플레이트는 상기 휘발성 솔벤트에 용해되지 않는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 발수성 표면 제조 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 플레이트는 유리, 금속, 폴리머 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 발수성 표면 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 휘발성 솔벤트를 증발시키는 단계는,
    상기 혼합 용액이 든 용기를 상온에 12시간 내지 36시간 동안 놓아 상기 휘발성 솔벤트를 증발시키는 것을 특징으로 하는 발수성 표면 제조 방법.
  10. 청구항 1 내지 청구항 7, 청구항 9 중 어느 하나의 청구항에 따른 발수성 표면 제조 방법에 의해 제조된 발수성 표면을 가진 플레이트.
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