KR101437871B1 - 소수성을 가지는 선형구조체와 그 제조방법 및 선형구조체를 이용한 섬유막 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소수성을 가지는 선형구조체와 그 제조방법 및 선형구조체를 이용한 섬유막에 관한 것이다. 본 발명에 따른 선형구조체는 선형으로 이루어져 있으며 신축성을 가진 제1층; 상기 제1층 상에 형성되어 있으며 돌기를 형성하고 있는 제2층; 상기 제2층 상에 형성되어 있으며, 상기 제2층보다 표면에너지가 작은 제3층을 포함한다.

Description

소수성을 가지는 선형구조체와 그 제조방법 및 선형구조체를 이용한 섬유막{Anti-wettable linear structure, method of making the same and fibrous membrane using the same}
본 발명은 신장 상태에서도 높은 소수성을 가지는 선형구조체와 그 제조방법 및 선형구조체를 이용한 섬유막에 관한 것이다.
안정하면서도 높은 소수성을 가진 표면은 표면화학에서 계속 연구되어 오던 분야이다. 일반적으로 소수성은 표면 구조에 크게 의존한다. 기존에 제공되었던 소수성 표면은 표면 변형에 따라 높은 소수성이 사라지거나 현저히 줄어드는 단점을 갖고 있다. 기능성 섬유 제작에 있어, 기계적 변형 하에서도 초소수성을 유지하는 표면이 절실히 필요하나 아직 보고되어 있지 않다.
한국 등록특허 제0933041호는 방수투습 원단과 그 제조방법에 관한 것이다. 이 특허에서는 내측, 중간층 및 외층의 3개 층을 마련하여 기체상태의 수분인 수증기를 통과시킬 수 있으며 방염기능이 개선되도록 하는 구성을 개시하고 있으나, 신장 상태에서의 소수성에 대해서는 언급하고 있지 않다.
한국 등록특허 제1070421호는 나노 섬유가 코팅된 투습방수 섬유구조체 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 이 특허에서는 전기방사를 통해 섬유구조체 표면에 나노섬유 코팅층을 형성하여 투습성과 방수성을 향상시키는 구성을 개시하고 있으나, 신장 상태에서의 소수성에 대해서는 언급하고 있지 않다.
본 발명의 목적은 신장 상태에서도 높은 소수성을 가지는 선형구조체와 그 제조방법 및 선형구조체를 이용한 섬유막을 공급하는 것이다.
상기 목적은 선형으로 이루어져 있으며 신축성을 가진 제1층; 상기 제1층 상에 형성되어 있으며 돌기를 형성하고 있는 제2층; 상기 제2층 상에 형성되어 있으며 상기 제2층보다 표면에너지가 작은 제3층을 포함하는 선형구조체에 의해 달성된다.
상기 제2층은 폴리아닐린으로 이루어져 있을 수 있다.
상기 돌기의 높이는 10nm 내지 200nm일 수 있다.
상기 제2층은 나노파티클을 포함할 수 있다.
상기 제2층은 상기 선형구조체의 인장 시에 크랙구조를 형성할 수 있다.
상기 제1층의 두께는 1㎛ 내지 2㎛일 수 있다.
상기 제3층의 표면에너지는 40mJ/m2보다 작을 수 있다.
상기 제3층은 PTFE를 포함할 수 있다.
상기 제1층은 폴리우레탄, 고무 및 PDMS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 본 발명의 목적은 선형으로 이루어져 있으며 신축성을 가진 제1층을 마련하는 단계; 상기 제1층 상에 돌기를 가지는 제2층을 형성하는 단계; 상기 제2층 상에 상기 제2층보다 표면에너지가 작은 제3층을 형성하는 단계를 포함하는 선형구조체의 제조방법에 의해 달성된다.
상기 제2층은 폴리아닐린으로 이루어져 있으며, 아닐린 모노머의 저온 중합으로 형성될 수 있다.
상기 제2층은 나노파티클을 상기 제1층 상에 코팅하여 형성될 수 있다.
상기 제1층은 폴리우레탄의 전기방사로 형성하며, 상기 제3층은 PTFE의 딥코팅으로 형성할 수 있다.
상기 본 발명의 목적은 그물 구조로 배치되어 있는 복수의 선형구조체를 포함하며, 상기 각 선형구조체는, 선형으로 이루어져 있으며 신축성을 가진 제1층; 상기 제1층 상에 형성되어 있으며 돌기를 형성하고 있는 제2층; 상기 제2층 상에 형성되어 있으며, 상기 제2층보다 표면에너지가 작은 제3층을 포함하는 섬유막에 의해 달성된다.
상기 제2층은 폴리아닐린으로 이루어져 있으며, 상기 돌기의 높이는 10nm 내지 200nm일 수 있다.
상기 제2층은 상기 섬유막의 인장 시에 크랙구조를 형성할 수 있다.
상기 제3층의 표면에너지는 40mJ/m2보다 작을 수 있다.
상기 제3층은 PTFE으로 이루어질 수 있다.
상기 제1층은 폴리우레탄, 고무 및 PDMS 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 섬유막은 다공성일 수 있다.
본 발명에 의해 신장 상태에서도 높은 소수성을 가지는 선형구조체와 그 제조방법 및 선형구조체를 이용한 섬유막이 공급된다.
도 1은 본 발명에서 사용된 전기방사 방법을 나타낸 그림이고,
도 2는 본 발명에 따른 선형 구조체의 층 구조를 나타낸 그림이고,
도 3은 전기방사 방법으로 제조된 선형 폴리우레탄을 나타낸 사진이고,
도 4는 선형 폴리우레탄에 폴리아닐린층을 형성한 구조를 나타낸 사진이고,
도 5는 섬유막에 워터젯을 가한 결과를 보여주는 사진이고,
도 6은 신장율 변화에 따른 섬유막의 소수성 실험 결과를 보여주는 사진이고,
도 7은 섬유막을 신장시켰을 때의 구조변화를 보여주는 사진이고,
도 8a는 신장율에 따른 크랙 간의 거리변화를 나타내는 그래프이고,
도 8b는 신장율에 따른 크랙의 폭 변화를 나타내는 그래프이고,
도 9는 신장율에 따른 접촉각과 접촉각 히스테리시스를 나타내는 그래프이고,
도 10은 신장 반복에 따른 접촉각과 접촉각 히스테리시스 변화를 나타내는 그래프이고,
도 11a 내지 도 11c는 섬유막의 가스투과성을 측정한 결과를 나타내는 사진이고,
도 12는 액적 충돌 결과를 나타내는 사진이고,
도 13는 We 수 및 신장율에 따른 스프래딩 팩터를 나타낸 그래프이고,
도 14는 신장율 및 We 수에 따른 스플래쉬 여부를 나타낸 그래프이다.
본 발명에 따른 선형구조체는 도 2와 같이 3개 층을 포함한다.
제1층은 선형이며 신축성을 가진다. 두께는 0.5㎛ 내지 10㎛ 또는 1㎛ 내지 2㎛일 수 있다. 제1층은 폴리우레탄, 실리콘 고무, 천연고무 및 PDMS(polydimethylsiloxane) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다. 특히, 본 발명에서는 전기방사방법으로 형성된 선형 폴리우레탄을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 다공성 섬유 조직의 각 선형 재료는 신축성만 있다면 제1층으로 사용될 수 있다.
제2층은 제1층을 덮고 있으며, 돌기가 형성되어 있다. 돌기의 높이는 10nm 내지 200nm, 10nm 내지 100nm 또는 10nm 내지 50nm 일 수 있다. 돌기 높이/돌기 하부 두께는 1.0 내지 10 또는 1.5 내지 5일 수 있다. 제2층은 전도성 고분자이며, 뛰어난 기계적, 전기적 성질을 가진 폴리아닐린으로 형성될 수 있다. 또는 실리카 나노 파티클을 제1층 표면에 코팅하여 제2층을 형성할 수도 있다. 제2층의 돌기는 액체와의 접촉면이 최소화하는 역할을 하며, 신장 시에도 소수성을 유지시킨다.
본 명세서의 '돌기'라는 표현은 제2층이 제1층 상에 균일한 두께로 형성되지 않았음을 의미한다. 따라서 제2층이 제1층 상에 균일한 두께로 형성되지 않은 경우는 모두 제2층에 돌기가 형성되어 있는 것이며, 제2층이 제1층 상에 불연속적으로 형성되어 있는 경우도 포함한다.
제3층은 제2층보다 낮은 표면에너지를 가지는 물질로 이루어져 있다. 제3층은 40mJ/m2보다 작은 표면에너지 또는 20mJ/m2보다 작은 표면에너지를 가질 수 있으며, OTS(octadecyltrichlorosilane) 또는 PTFE(polytetrafluoroethylene)로 이루어질 수 있다. 표면 에너지가 작을수록 접촉각이 커져 소수성이 향상된다.
본 발명은 도 2와 달리 제2층이 제1층을 전부 덮지 않고 일부에만 형성되어 있는 구조도 포함한다. 이 경우, 제3층은 제2층이 덮고 있지 않은 제1층과 직접 접촉될 수 있다.
이러한 선형구조체가 모여 얇은 판 내지 막 형상을 이루면 본 발명에 따른 섬유막을 형성한다. 섬유막에 있어 선형 구조체는 그물형상을 이루고 있을 수 있다. 섬유막에서 선형 구조체는 비신장상태에서 방향성이 없게 위치할 수 있다. 섬유막은 선형 구조체 사이에 형성된 마이크로포어로 인해 다공성일 수 있으며, 마이크로포어의 크기는 100nm에서 수십㎛ 까지 다양할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 선형 구조체 및 섬유막의 특성을 설명하며, 섬유막의 특징 대부분은 선형 구조체의 특성에서 유래하는 것이다.
본 발명에 따른 섬유막은 제1층의 신축성에 의해 신축이 가능하며 제3층에 의해 기본적인 소수성을 갖게 된다. 신장 시 제2층은 미세 크랙구조를 형성하면서 액적과 닿는 면적을 최소화할 수 있는 계층구조를 형성한다. 계층구조에 의해 섬유막은 신장 시에도 높은 소수성을 그대로 유지하게 된다.
또한 크랙구조에 의해 표면의 스트레스가 줄어들게 되어 기계적으로 안정된다. 이에 의해 선형구조체 및 섬유막은 신장 반복 시에도 안정적인 구조를 유지할 수 있게 된다.
이러한 크랙 구조는 반복적이고 규칙적으로 생기며 1㎛이하의 미세한 구조로 발생한다. 크랙 간의 간격은 신장율에 따라 증가하나 그 폭은 신장율에 따라 크게 변화하지는 않는다.
섬유막은 150도 이상의 접촉각과 10도 미만의 접촉각 히스테리시스를 가지는데, 이에 의해 높은 자가세정력을 가지게 되어 표면 유지와 관리가 용이하다. 높은 접촉각과 낮은 접촉각 히스테리시스는 300%의 신장율에서도 유지된다. 또한, 1000번의 300% 신장 반복에서도 높은 접촉각과 낮은 접촉각 히스테리시스가 유지되며, 외관도 큰 변화 없이 유지된다.
또한 섬유막은 다공성이므로 우수한 가스투과성 및 수증기 투과성을 가지면서, 물의 침입은 허용하지 않는다. 이러한 가스투과성은 섬유막을 크게 변형시키는 경우에도 유지된다.
섬유막은 신장상태에서 액적 낙하 시 액적의 스플래쉬가 크게 감소하는 특성을 가지고 있다. 따라서 액적과의 접촉 시에도 깨끗한 표면을 유지할 수 있다. 또한 섬유막은 신장상태에서는 액적 낙하 후 다시 튕겨 오르는 높이를 낮추는 특성이 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 선형 구조체 내지 섬유막은 높은 신장율에서도 우수한 소수성을 가진다. 또한 큰 신장율 및 반복 신장 시에도 외관변화가 거의 없다. 높은 접촉각 및 낮은 접촉각 히스테리시스를 가지고 있으며, 이는 큰 신장율 및 반복 신장 시에도 유지되어 우수한 자가세정력을 가진다. 또한 가스투과성도 우수하여 가스 및 수분 배출이 가능하다.
이와 같은 본 발명에 따른 선형 구조체 내지 섬유막은 통풍방수 기능성 섬유, 방수 패키징, 신축성 전자 소자, 가스분리막, 전자기기 방수에 활용할 수 있다.
다음으로는 선형 구조체 및 섬유막의 제조방법이다. 이하의 설명은 섬유구조체와 섬유막이 동시에 제조되는 방법에 관한 것이나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명은 선형 구조체를 별도로 제조하고 제조된 선형 구조체를 이용하여 섬유막을 제조하는 방법도 포함한다.
선형 구조체의 제1층으로 이루어진 막은 전기 방사 방법으로 제조할 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 다른 방식으로 제조된 다공성 섬유 조직은 모두 사용가능할 수 있다. 예를 들어 전기방사 외의 방법으로 제조된 신축성 직물을 사용할 수도 있다.
전기 방사(electrospinning)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 점도성 유체에 고전압을 인가하여 쿨롱힘으로 연속된 섬유 조직, 즉 선형 구조체의 제1층으로 이루어진 막을 제작하는 방법이다. 고전압 소스, 실린지, 콜렉터로 이루어진 간단한 실험 셋업으로 매우 균일하고 품질 높은 미세 섬유를 제작할 수 있는 기법이다. 전기 방사에 의하면 선형 구조체의 제1층이 서로 불규칙하게 연결된 선형 구조체 제1층의 막을 얻게 된다.
점도성 유체에 사용하는 용매는 THF(tetrahydrofuran), DMF(dimethylformamide), 디클로로메탄(dichloromethane) 등이 가능하고 이들을 혼합하여 사용할 수도 있다.
이후 제1층 막 상에 폴리아닐린의 제2층을 형성한다. 제2층은 낮은 아닐린 모노머 농도에서의 저온중합으로 형성할 수 있으나, 식각이나 자가조립과 같이 표면을 거칠게 할 수 있는 방법이라면 다른 방법도 채용 가능하다.
또한 제2층의 제조는 제1층 상에 돌기나 나노구조체를 제작할 수 있는 코팅방법으로도 수행할 수 있다. 예를 들어, 실리카 나노파티클과 같은 나노파티클을 제1층 표면에 코팅하여 제2층을 형성할 수 있다. 실리카 나노파티클을 코팅할 경우 제2층은 제1층 모두 표면에 코팅되지 않을 수 있는데, 이 경우 역시 본 발명의 범위에 속한다.
저온 중합 방법에서는 아닐린 단량체의 농도가 0.1M 이하, 예를 들어 0.01M에서 제1층 막을 침지시키고 중합하게 된다. 중합에 의해 제1층 상에 나노 필러 구조(돌출 구조)의 폴리아닐린 구조체가 형성되어 제2층이 마련된다. 중합 시 온도는 1℃ 내지 4℃ 일 수 있으며, 시간은 10시간 내지 20시간 일 수 있다.
이후 제2층까지 형성된 섬유막 상에 제3층을 코팅형성한다. 제3층의 코팅은 섬유막을 제3층을 이루는 물질의 용액에 딥 코팅하여 수행할 수 있다.
이하, 선형 구조체 및 섬유막의 제조방법과 그 물성을 실시예를 통해 상세히 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이하의 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
선형구조체 및 섬유막의 제조
먼저, 폴리우레탄(Pellethane®2363-80AE, Lubrizol Co., USA)을 THF/DMF 부피비 60:40의 유기용매에 약 13 wt% 정도로 분산시켰다. 상대습도 30% 내지 40%조건에서 8 kV의 고전압을 인가하여 최종적으로 1㎛ 내지 2㎛ 직경의 섬유 조직을 제작하였다.
도 3은 전기방사로 제조된 선형 폴리우레탄의 사진이다. 제조된 선형폴리우레탄은 선형 구조체의 제1층 역할을 하게 된다.
다음으로 선형 폴리우레탄 상에 폴리아닐린 층을 형성한다.
1 M HClO4(Samchun Pure Chemical Co., Korea), 6.7 mM 암모니움 퍼설페이트(APS, Sigma Aldrich Co., USA) 및 10 mM 아닐린 모노머(Sigma Aldrich Co., USA)을 잘 혼합한 후 선형 폴리우레탄 막을 침지하고 0℃ 내지 4℃의 저온에서 약 12시간 중합시켰다.
중합 후 DI워터로 세척하여 잔류 폴리아닐린을 제거하고 질소로 건조한 후 하루 동안 건조기에 건조시켰다. 생성된 폴리아닐린 층은 도 4(스케일 바는 1㎛)와 같이 돌기(필러) 구조를 가지고 있었다. 돌기의 높이는 100nm 내지 200nm였으며, 하부 폭은 약 50nm였다. 폴리아닐린층은 선형 구조체의 제2층 역할을 한다.
마지막으로 PTFE(Teflon® AF601S1-100-6, Dupont, USA)로 코팅하여 선형 구조체 및 섬유막을 완성시켰다. 코팅은 2% PTFE 용액에 딥 코팅하였으며, 희석제로는 FC-75(Acros Organics, Belgium)를 사용하였으며 코팅 후 핫플레이트에서 65℃에서 10분간 건조시켰다.
이상의 실험에서 제조된 최종제품은 섬유막 형태이며 섬유막을 구성하고 있는 각각은 선형구조체가 된다. 이하 얻어진 섬유막에 대한 물성 실험 결과에 대하여 설명한다.
소수성 테스트
도 5는 섬유막에 워터젯을 가한 사진이다. 우측하단의 작은 그림을 보면 워터젯 후에 물방물이 전혀 남지 않았음을 알 수 있는데, 이는 섬유막의 우수한 소수성을 나타내는 것이다.
도 6은 신장율을 300%까지 변화시키면서 물방울의 변화를 관찰한 것이다. 100% 신장율 및 200% 신장율은 물론 300%의 신장율에서도 10㎕크기의 물방울이 안정적으로 유지되고 있다. 따라서 얻어진 섬유막은 높은 신장율에서도 소수성이 유지되고 있음을 확인할 수 있다. 도 6의 스케일 바는 1cm를 나타낸다.
크랙구조 실험
도 7은 섬유막을 신장시켰을 때 구조를 관찰한 것이다. a와 b는 각각 신장시키지 않은 경우와 수평방향으로 200%신장시켰을 때 섬유막의 구조변화를 관찰한 것이다. a와 b의 스케일 바는 10㎛이다. a에서는 선형 구조체가 그물 형상을 이루고 있음을 확인할 수 있다. 200% 신장된 b에서는 대부분의 선형 구조체가 신장방향으로 정렬되고 일부의 선형 구조체가 신장방향과 수직방향으로 정렬되어 있다.
도 7에서 c는 b의 일부분을 확대한 것으로 스케일 바는 1㎛이다. c를 보면 신장방향인 수평방향으로 정렬된 선형 구조체(i)에는 크랙이 발생하였으나, 수직방향으로 배치된 선형 구조체(ii)에는 크랙이 발생하지 않았다.
도 7에서 d와 e는 각각 신장시키지 않은 경우와 수평방향으로 100% 신장시킨 경우 선형구조체의 구조변화를 관찰한 것이다. 도 7의 d와 e는 신장에 따른 크랙을 관찰하기 위해 선형구조체를 정렬상태로 제작하여 관찰한 결과이다. d와 e의 스케일바는 1㎛이다. 신장시키지 않은 경우인 d를 보면 크랙이 발생하지 않았음을 확인할 수 있으며, 100% 수평방향 신장시킨 e를 보면 크랙이 반복적이고 규칙적으로 발생하였음을 알 수 있다.
도 8a와 도 8b는 신장율을 변화시키면서 크랙 간의 거리와 크랙 폭의 변화를 나타낸 것이다. 도 8a와 같이 크랙 간의 거리는 신장율이 커짐에 따라 증가한다. 반면, 도 8b를 보면 신장율이 증가하더라도 크랙 폭은 크게 변화가 없음을 알 수 있다.
젖음성 평가
제작된 섬유막의 젖음성을 접촉각(CA)과 접촉각 히스테리시스(CAH)를 통해 평가 하였다.
도 9의 a는 신장율에 따른 접촉각 변화를 나타낸 것이며, b는 신장율에 다른 접촉각 히스테리시스 변화를 나타낸 것이다. a를 보면 폴리아닐린의 제2층이 있는 섬유막의 경우(네모) 300%의 신장율에서도 150도 이상의 접촉각을 유지하고 있으나, 폴리아닐린의 제2층이 없는 경우(세모)에는 140도 이하의 접촉각을 나타내고 있다. b를 보면 폴리아닐린의 제2층이 있는 섬유막의 경우(네모) 300%의 신장율에서도 10도 이하의 접촉각 히스테리시스를 유지하고 있으나, 폴리아닐린의 제2층이 없는 경우(세모)에는 80도 이상의 접촉각 히스테리시스를 나타내고 있다.
이로부터 폴리아닐린의 제2층이 섬유막에 높은 접촉각과 낮은 접촉각 히스테리시스를 부여하는 것을 확인할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 섬유막은 신장 시에도 표면의 젖음성이 안정적으로 유지됨과 자가세정력 또한 뛰어남을 확인할 수 있다.
도 10은 반복된 신장에 따른 접촉각과 접촉각 히스테리시스를 측정한 결과이다. 신장은 100%와 300%를 반복하여 1000회 실시하였다.
그래프 중간에 신장 실험 전 선형 구조체의 사진과 1000회 신장실험 후 선형 구조체 사진을 나타내었다. 사진에서 스케일 바는 1㎛이다. 1000회 신장 실험 후에도 신장 실험 전과 외견 상 큰 변화가 없음을 확인할 수 있다. 또한 1000회 신장 시에도 접촉각이 150도 이상으로 유지되고 접촉각 히스테리시스는 10도 이하로 유지되고 있다.
이로부터 본 발명에 따른 섬유막은 반복되는 신장 시에도 표면의 젖음성이 안정적으로 유지됨과 자가세정력 또한 뛰어남을 확인할 수 있다.
가스투과성 평가
얻어진 섬유막에 대하여 가스투과성을 평가하였다. 도 11a와 같이 내부에 5ml 암모니아 용액이 있는 바이얼의 입구를 섬유막으로 막았다. 이후 섬유막 상에 페놀프탈레인 용액 방울을 위치시켰다. 수 초 후에 도 11b와 같이 페놀프탈레인이 빨간 색으로 변화하였다. 이로부터 섬유막이 가스투과성이 우수함을 확인할 수 있다.
도 11c는 섬유막을 변형시킨 후 같은 실험을 한 결과를 나타낸 것으로, 변형시에도 우수한 가스투과성이 그대로 유지되었다.
액적충돌 평가
도 12는 섬유막에 액적을 떨어뜨린 후 액적의 변화를 관찰한 것이다. 충돌 시 물방울의 낙하속도는 1.67m/s 이고 Weber(We) 수는 24였다. 도 12의 상부그림은 섬유막을 200% 신장시켰을 경우이고, 도 12의 하부그림은 섬유막을 알루미늄 블록상에 위치시켜 섬유막의 신장(변형)을 억제했을 경우이다. 섬유막을 알루미늄 블록상에 위치시켰을 경우에는 액적과 충돌해도 섬유막이 변형되지 않는다.
도 12를 보면 200% 신장된 경우 액적의 스플래쉬(splash) 현상이 거의 발생하지 않고 다시 튕겨 올라가나, 알루미늄 블록 상에 위치한 경우에는 액적의 스플래쉬가 발생한 후 튕겨 올라가는 것을 확인할 수 있다. 신장된 경우 액적의 스플래쉬가 발생하지 않고 액적이 온전히 보존되므로 항상 깨끗한 표면을 유지할 수 있다. 또한 섬유막의 신장에 의해 다시 튕겨 올라가는 액적의 높이를 낮출 수 있음 역시 확인된다.
도 13은 다양한 We 수 및 신장율에서 스프래딩 계수(D* = Rmax/R0, 여기서, Rmax는 액적충돌 후 최대 반지름, R0는 충돌 전 액적의 반지름)를 나타낸 것이다. 스프래딩 계수는 액적의 운동 에너지가 표면 에너지로 변환되는 정도를 알 수 있는 파라미터로 그 값이 작을수록 표면 에너지로 변환되지 않았음을 의미한다. 실험 결과에 따르면 표면이 탱탱할수록, 즉 신장율이 클수록, 스프래딩 계수가 커지고 커진 표면 에너지로 인해 스플래쉬가 더 잘 발생함을 알 수 있다.
도 14는 다양한 신장율과 We 수에 대해 스플래쉬가 발생하지 않는 영역, 조건부로 발생하는 영역, 스플래쉬가 발생하는 영역을 나타낸 것이다. 기존의 단단한(변형이 되지 않는) 경우에 비해 스플래쉬가 일어나기 시작하는 경계 속도 (threshold We)가 더 높아짐을 알 수 있다. 이는 같은 속도 조건 (We)에서는 신장상태에서 스플래쉬가 덜 일어나게 됨을 의미한다. 따라서 이에 따라 표면의 신장상태에 따라 스플래쉬가 발생할 수 있는 조건부 발생영역 새롭게 생성되었음 알 수 있다.

Claims (20)

  1. 선형으로 이루어져 있으며 신축성을 가진 제1층;
    상기 제1층 상에 형성되어 있으며 돌기를 형성하고 있는 제2층;
    상기 제2층 상에 형성되어 있으며 상기 제2층보다 표면에너지가 작은 제3층을 포함하는 선형구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2층은 폴리아닐린으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 선형구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌기의 높이는 10nm 내지 200nm인 것을 특징으로 하는 선형구조체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2층은 나노파티클을 포함하는 것을 특징으로 하는 선형구조체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2층은 상기 선형구조체의 인장 시에 크랙구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 선형구조체.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1층의 두께는 1㎛ 내지 2㎛인 것을 특징으로 하는 선형구조체.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제3층의 표면에너지는 40mJ/m2보다 작은 것을 특징으로 하는 선형구조체.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3층은 PTFE를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형구조체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1층은 폴리우레탄, 고무 및 PDMS 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 선형구조체.
  10. 선형으로 이루어져 있으며 신축성을 가진 제1층을 마련하는 단계;
    상기 제1층 상에 돌기를 가지는 제2층을 형성하는 단계;
    상기 제2층 상에 상기 제2층보다 표면에너지가 작은 제3층을 형성하는 단계를 포함하는 선형구조체의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2층은 폴리아닐린으로 이루어져 있으며, 아닐린 모노머의 저온 중합으로 형성하는 것을 특징으로 하는 선형구조체의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2층은 나노파티클을 상기 제1층 상에 코팅하여 형성되는 것을 특징으로 하는 선형구조체의 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1층은 폴리우레탄의 전기방사로 형성하며, 상기 제3층은 PTFE의 딥코팅으로 형성하는 것을 특징으로 하는 선형구조체의 제조방법.
  14. 그물 구조로 배치되어 있는 복수의 선형구조체를 포함하며,
    상기 각 선형구조체는,
    선형으로 이루어져 있으며 신축성을 가진 제1층;
    상기 제1층 상에 형성되어 있으며 돌기를 형성하고 있는 제2층;
    상기 제2층 상에 형성되어 있으며, 상기 제2층보다 표면에너지가 작은 제3층을 포함하는 섬유막.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제2층은 폴리아닐린으로 이루어져 있으며, 상기 돌기의 높이는 10nm 내지 200nm인 것을 특징으로 하는 섬유막.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제2층은 상기 섬유막의 인장 시에 크랙구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 섬유막.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제3층의 표면에너지는 40mJ/m2보다 작은 것을 특징으로 하는 섬유막.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제3층은 PTFE으로 이루어진 것을 특징으로 하는 섬유막.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제1층은 폴리우레탄, 고무 및 PDMS 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 섬유막.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 섬유막은 다공성인 것을 특징으로 하는 섬유막.
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