KR101546084B1 - 방오성을 갖는 표면 구조층 - Google Patents

방오성을 갖는 표면 구조층 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기재의 상부에 형성되는 표면층을 포함하며, 상기 표면층은 CF(탄화불소)기 또는 CH(탄화수소)기를 포함하는 실란계 화합물을 포함하는 방오성을 갖는 표면 구조층, 또는 기재의 상부에 형성되는 표면층을 포함하고, 상기 표면층은 CF(탄화불소)기 또는 CH(탄화수소)기를 포함하는 인산계 화합물을 포함하여 형성되는 방오성을 갖는 표면 구조층을 개시한다.

Description

방오성을 갖는 표면 구조층{Surface Structure Layer having Antifouling Property}
본 발명은 방오성을 갖는 표면 구조층에 관한 것이다.
일반적으로 모든 기재의 표면은 각각 고유의 표면 에너지 및 마찰력을 갖고 있다. 표면 에너지와 마찰력이 높을수록 기재상에서 이물질을 분리하기는 쉽지 않다. 또한, 상기 기재는 표면 에너지와 마찰력이 낮을수록 기재상에서 이물질을 분리하기가 용이하여 방오 및 방수의 기능이 향상된다.
방오성은 그 표면에 먼지, 이물질, 유기물 등의 이물질이 부착되기 어렵고, 또 일단 부착되더라도 이물질의 제거가 용이한 기능을 부여한 표면 특성을 의미한다. 또한, 방수성은 그 표면에 오일, 혈액, 소변, 빗물 등의 다양한 액체가 부착 및 흡수되기 어려운 표면 특성을 의미한다.
상기 방오성 및 방수성을 기재의 표면에 부여하기 위한 방법으로는 주로 표면처리제를 코팅 또는 분사하는 방법에 의해 기재상에 표면층을 피복하는 방법이 이용되어 왔다. 그러나 이러한 방법은 일정 시간이 지나면 기재와 피복된 표면층과의 결합력이 약해져 방오성 및 방수성을 유지하기 어려워지고 기재의 수명을 단축시키는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 기재상에 형성되는 실란계 화합물 또는 인산계 화합물을 포함하는 표면층에 의하여 방오성 또는 방수성이 증가되는 방오성을 갖는 표면 구조층을 제공하는데 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 방오성을 갖는 표면 구조층은 기재의 상부에 형성되는 표면층을 포함하며, 상기 표면층은 CF(탄화불소)기 또는 CH(탄화수소)기를 포함하는 실란계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방오성을 갖는 표면 구조층은 상기 기재의 상면과 상기 표면층의 사이에 형성되며, 표면에 수산화기(-OH) 또는 카르복시기(-COOH)가 형성되는 계면층을 더 포함하며, 상기 표면층은 실란기가 상기 수산화기(-OH) 또는 카르복시기(-COOH)와 자기결합되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 표면층은 하기의 구조식(1)으로 표시되는 실란계 화합물을 포함하여 형성될 수 있다.
구조식(1)
Figure 112013098184637-pat00001
또는
Figure 112013098184637-pat00002
(여기서, n은 4 ~ 25이다.)
또한, 상기 계면층은 그래핀, 그래핀옥사이드, 금속 산화물 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 이때, 상기 금속 산화물은 TixOx, FexOy , AlxOy, SixOy, SnxOy, ZnxOy, InxOy, CexOy 및 ZrxOy로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 산화물일 수 있다. 상기 계면층은 디핑 코팅, 스핀 코팅 혹은 스프레이 코팅에 의하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 계면층은 플라즈마 처리 또는 UVO 처리를 통하여 수산화기(-OH) 또는 카르복시기(-COOH)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 기재는 니켈, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 모넬, 인코넬, 텅스텐, 은 티타늄, 몰리브덴, 듀플렉스, 구리 및 철에서 선택되는 어느 하나의 금속 물질 또는 나무, 유리, 플라스틱, 실리콘, 고무, 탄성체, 발포제, 종이, 세라믹, 콘크리트 및 석고보드에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있으며, 상기 금속 물질은 어닐링 처리되어 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 방오성을 갖는 표면 구조층은 기재의 상부에 형성되는 표면층을 포함하고, 상기 표면층은 CF(탄화불소)기 또는 CH(탄화수소)기를 포함하는 인산계 화합물을 포함하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 방오성을 갖는 표면 구조층은 상기 기재의 상면과 상기 표면층의 사이에 형성되며, 표면에 금속기(-M)가 형성되는 계면층을 더 포함하며, 상기 표면층은 상기 인산계 화합물의 인산기가 상기 금속기와 자기결합되어 형성될 수 있다.
상기 표면층이 하기의 구조식(2)으로 나타내어지는 인산계 화합물로 이루어질 수 있다.
구조식(2)
Figure 112013098184637-pat00003
또는
Figure 112013098184637-pat00004
(여기서, n은 4 ~ 25이다.)
또한, 상기 계면층은 금속 산화물로 형성될 수 있다. 또한, 상기 금속 산화물은 TixOx, FexOy , AlxOy, SixOy, SnxOy, ZnxOy, InxOy, CexOy 및 ZrxOy로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 산화물일 수 있다. 또한, 상기 계면층은 플라즈마 처리에 의하여 상기 금속기가 형성될 수 있다.
또한, 상기 기재는 니켈, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 모넬, 인코넬, 텅스텐, 은 티타늄, 몰리브덴, 듀플렉스, 구리 및 철에서 선택되는 어느 하나의 금속 물질 또는 나무, 유리, 플라스틱, 실리콘, 고무, 탄성체, 발포제, 종이, 세라믹, 콘크리트 및 석고보드에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있으며, 상기 금속 물질은 어닐링 처리되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 표면층은 HDF-S, OD-PA, HDF-PA 또는 HDF-S로 형성될 수 있다.
본 발명의 방오성을 갖는 표면 구조층은 기재상에 형성되는 실란계 화합물 또는 인산계 화합물을 포함하는 표면층에 의하여 방오성 또는 방수성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 방오성을 갖는 표면 구조층은 자기결합(self-assembly) 증착에 의해 보다 안정되고 옴니포빅(omniphobic)한 윤활 표면(slippery surface)을 갖는 계면층과 표면층이 형성되어 기재의 방오성 또는 방수성을 증가시키는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 방오성을 갖는 표면 구조층은 기재 표면에 부착된 액상 이물질(물, 오일, 소변, 빗물, 유기물)이 표면층에 대해 작은 접촉각을 갖도록 하여 물이 기재 표면에서 빨리 제거되도록 하여 방수성을 증가시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층의 단면도이다.
도 3a 내지 도 3b는 계면층이 그래핀인 경우에 있어서, 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층에 대한 물방울의 접촉 상태를 나타내는 사진이다.
도 3c는 계면층이 그래핀인 경우에 있어서, 본 발명의 비교예에 따른 방오성을 갖지 않는 표면 구조층에 대한 물방울의 접촉 상태를 나타내는 사진이다.
도 4a 내지 도 4b는 계면층이 TiO2인 경우에 있어서, 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층에 대한 물방울의 접촉 상태를 나타내는 사진이다.
도 4c는 계면층이 그래핀인 경우에 있어서, 본 발명의 비교예에 따른 방오성을 갖지 않는 표면 구조층에 대한 물방울의 접촉 상태를 나타내는 사진이다.
도 5a 내지 도 5b는 계면층이 그래핀 및 TiO2인 경우에 있어서, 본 발명의 일 실시예 및 다른 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층에 대한 물방울의 접촉 상태를 나타내는 사진이다.
도 5c는 계면층이 그래핀인 경우에 있어서, 본 발명의 비교예에 따른 방오성을 갖지 않는 표면 구조층에 대한 물방울의 접촉 상태를 나타내는 사진이다.
도 6a 내지 도 6b는 계면층이 TiO2인 경우에 있어서, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층에서의 물과 우레아의 접촉 상태를 나타내는 사진이다.
이하에서 실시예와 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 방오성을 갖는 표면 구조층에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층의 단면도를 나타낸다.
상기 방오성을 갖는 표면 구조층(100)은, 도 1을 참조하면, 기재(110)와 계면층(120) 및 표면층(130)을 포함하여 형성된다. 여기서 표면 구조층(100)은 기재(110)와, 기재(110)의 상부에 형성되는 계면층(120) 및 표면층(130)을 포함하는 구조층을 의미한다. 또한, 상기 표면 구조층(100)은 계면층(120) 및 표면층(130)이 형성되는 다양한 제품의 표면 구조층을 의미할 수 있다. 또한, 상기 표면 구조층(100)은 기재를 포함하는 제품이 요구하는 특성에 따라 방오성 또는 방수성을 갖게 된다. 여기서, 상기 표면 구조층(130)의 방오성은 표면에 접촉되는 물의 접촉각을 감소시켜 물이 표면으로부터 흘러내리도록 하여 표면에 물기가 남아 있지 않도록 함으로써 표면에 오염 물질이 물과 함께 신속하게 제거되도록 하는 특성을 의미한다. 따라서, 상기 방오성은 표면 구조층(100)의 표면에 접촉되는 물의 접촉각을 감소시켜 물이 표면으로부터 신속하게 흘러내리도록 하는 방수성을 포함할 수 있다.
상기 기재(110)는 나무, 유리, 플라스틱, 실리콘, 고무, 탄성체, 발포제, 종이, 세라믹, 콘크리트 또는 석고보드로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 기재는 전자 부품이 실장된 회로 기판, 또는 전자 부품 자체일 수 있다. 또한, 상기 기재(110)는 니켈, 철, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 모넬, 인코넬, 텅스텐, 은, 티타늄, 몰리브덴, 듀플렉스 및 구리에서 선택되는 어느 하나의 금속 물질 또는 이들의 합금으로 형성될 수 있다. 상기 금속 물질은 기재로 사용되기 전에 사전에 또는 기재로 형성된 후에 어닐링 처리되어 형성될 수 있다. 상기 금속 물질의 어닐링 처리 조건은 각 금속 물질의 재질에 따라 행하여지는 어닐링 처리 조건에 따라 결정될 수 있다. 상기 금속 물질은 어닐링 처리되는 경우에, 기재(110)는 계면층(120) 또는 표면층(130)과의 결합력이 증가될 수 있다. 상기 기재(110)는 방오성 또는 방수성을 필요로 하는 제품을 의미한다. 따라서, 상기 기재(110)는 상기와 같은 재질로 형성되는 다양한 제품의 기재일 수 있다.
상기 계면층(120)은 그래핀, 그래핀옥사이드 또는 금속 산화물로 형성된다. 또한, 상기 계면층(120)은 그래핀, 그래핀옥사이드 또는 금속 산화물의 혼합물로 형성될 수 있다. 상기 금속 산화물은 TixOx, FexOy , AlxOy, SixOy, SnxOy, ZnxOy, InxOy, CexOy 및 ZrxOy로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 산화물 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 상기 계면층(120)은 상기와 같은 물질이 기재의 표면에 전체적으로 코팅되어 형성된다. 상기 계면층(120)은 바람직하게는 나노 두께를 갖는 나노 박막층으로 형성될 수 있다. 상기 계면층(120)은 상기와 같은 물질의 나노 입자가 포함된 코팅액이 디핑 코팅, 스핀 코팅 또는 스프레이 코팅에 의하여 코팅되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 계면층(120)은 기재(110)의 상면에 박막, 나노요철 구조 또는 텍스쳐 구조로 형성될 수 있다. 상기 계면층(120)은 그래핀으로 형성되는 경우에 그래핀막을 별도의 기판에서 성장시킨 후에, 기재(110)의 표면에 이전(transfer)되어 형성된다. 또한, 상기 계면층(120)은 기재(110)의 표면에 금속 씨드(seed)의 박막이 형성된 후 그래핀이 성장되어 형성될 수 있다. 또한, 상기 계면층(120)은 산화물로 형성되는 경우에 스퍼터링, 원자막증착(Atomic Layer Deposition), 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition), 전자빔증착(E-beam Deposition)에 의하여 형성될 수 있다.
상기 계면층(120)은 표면에 다수의 수산화기(-OH) 또는 카르복시기(-COOH)가 형성될 수 있다. 상기 계면층(120)은 O2 플라즈마와 같은 플라즈마를 이용한 플라즈마 처리, UVO 처리와 같은 표면 처리에 의하여 수산화기(-OH) 또는 카르복시기(-COOH)가 형성될 수 있다. 또한, 상기 계면층(120)은 수산화기(-OH) 또는 카르복시기(-COOH)를 포함하는 화학 물질을 계면층(120)의 상면에 분사 또는 도포하는 화학적 처리 방법에 의하여 수산화기(-OH) 또는 카르복시기(-COOH)가 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 계면층(120)이 실리카 나노박막층으로 형성되는 경우에, 실리콘 산화물의 표면에 도포되는 헥사클로로실록산 (hexachlorosiloxane)에 의하여 표면에 다수의 수산화기(-OH)가 형성될 수 있다. 한편, 상기 계면층(120)은 금속 또는 금속 산화물로 형성되는 경우에 표면에 금속기(-M) 또는 산소 이온기(-O)가 별도의 처리를 진행하지 않아도 자연적으로 존재할 수 있다.
상기 계면층(120)은 기재(110)의 표면에 코팅되어, 기재(110)의 표면과 표면층(130)의 결합력을 증가시키며, 표면층(130)이 기재(110)로부터 분리 또는 박리되는 것을 감소시켜 표면층(130)의 수명을 연장시킨다. 또한, 상기 계면층(120)은 자체적으로 방오성 또는 방오성을 갖게 될 수 있다. 한편, 상기 표면층(130)과 기재(110)의 표면과의 결합력이 충분한 경우에 계면층(120)은 생략될 수 있다. 특히, 상기 기재(110)가 금속 물질로 형성되는 경우에 표면층(130)이 기재(110)의 표면과 결합력이 확보될 수 있으므로 계면층(120)이 생략될 수 있다. 또한, 상기 기재(110)가 금속 물질로 형성되고, 금속 물질이 표면층(130)의 코팅 전에 어닐링 처리되는 경우에, 기재(110)는 표면층(130)과의 결합력이 증가되므로 계면층(120)이 생략될 수 있다. 이때, 상기 기재(110)의 금속 물질은 재질에 따른 통상의 어닐링 처리 조건에 따라 어닐링될 수 있다.
상기 표면층(130)은 기재(110)의 표면 또는 계면층(120)의 표면에 코팅되어 형성된다. 상기 표면층(130)은 CF(탄화불소)기 또는 CH(탄화수소)기를 포함하는 실란계 화합물을 포함하여 형성된다. 상기 표면층(130)은 전체가 실란계 화합물로 형성되거나, 일부가 실란계 화합물로 형성될 수 있다. 즉, 상기 표면층(130)은 기재의 특성, 또는 요구되는 방오성 또는 방수성의 정도에 따라 실란계 화합물과 다른 화합물과 혼합되어 형성될 수 있다. 상기 표면층(130)은 실란계 화합물이 무수톨루엔과 같은 용매에 용해되어 기재(110)의 표면 또는 계면층(120)의 상면에 코팅되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 실란계 화합물은 0.1 ∼ 10mM의 농도로 용매에 용해되며, 바람직하게는 1 ~ 3mM의 농도로 용매에 용해된다. 상기 실란계 화합물의 농도가 너무 낮으면 충분한 두께의 표면층(130)이 형성되지 않을 수 있다. 또한, 상기 실란계 화합물의 농도가 너무 높으면 표면층(130)의 두께가 불필요하게 두꺼워지거나 두께 조절이 어려울 수 있다. 상기 실란계 화합물은 하기 구조식(1)으로 표시되는 화합물로 형성될 수 있다. 상기 표면층(130)은 계면층(120)에 코팅되는 경우에 실란계 화합물의 실란기가 계면층(120)의 수산화기(-OH) 또는 카르복시기(-COOH)와 탈수 반응에 의하여 공유결합하는 자기조립(self-assembly) 증착 반응에 의해 자기결합 단분자막으로 형성된다. 또한, 상기 표면층(130)은 계면층(120)에 수산화기 또는 카르복시기가 존재하지 않더라도, 계면층(130)의 표면에 존재할 있는 금속기 또는 산소이온기와 결합되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 표면층(130)은 삼염화 실란 자기결합 단분자막(trichlorosilane SAM) 또는 (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) trichlorosilane (HDF-S)일 수 있다. 한편, 상기 실란계 화합물의 실란기는 대기중에서 반응이 빠르게 진행되므로, 바람직하게는 반응 속도를 제어하기 위하여 질소분위기에서 진행될 수 있다. 상기 표면층(130)은 계면층(120)과 공유 결합으로 결합되므로, 결합력이 양호하게 된다.
구조식(1)
Figure 112013098184637-pat00005
또는
Figure 112013098184637-pat00006
(여기서, n은 4 ~ 25이다.)
본 발명의 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층(100)은 방오성 또는 방수성이 있는 계면층(120)의 상부에 방오성 또는 방수성이 우수한 표면층(130)이 추가로 형성되어 방오성 또는 방수성이 향상될 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층의 단면도를 나타낸다.
상기 방오성을 갖는 표면 구조층(200)은, 도 2를 참조하면, 기재(110)와, 계면층(220) 및 표면층(230)을 포함하여 형성된다.
상기 계면층(220)은 기재(110)의 상부에 형성되며, 표면에 금속기(-M)가 형성된다. 상기 계면층(220)은 금속 산화물로 형성된다. 상기 계면층(220)은 TixOx, FexOy, AlxOy, SixOy, SnxOy, ZnxOy, InxOy, CexOy 및 ZrxOy로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 산화물 또는 이들의 혼합물로 형성될 수 있다. 상기 계면층(220)은 플라즈마 처리와 같은 표면처리를 통하여 표면에 금속기(-M)가 형성될 수 있다. 한편, 상기 계면층(120)은 금속 또는 금속 산화물로 형성되는 경우에 표면에 금속기(-M) 또는 산소 이온기(-O)가 별도의 처리를 진행하지 않아도 자연적으로 존재할 수 있다.
상기 계면층(220)은 기재(110)의 표면에 코팅되어, 기재(110)의 표면과 표면층(230)의 결합력을 증가시키며, 표면층(230)이 기재(110)로부터 분리 또는 박리되는 것을 감소시켜 표면층(230)의 수명을 연장시킨다. 따라서, 상기 표면층(230)과 기재(110)의 표면과의 결합력이 충분한 경우에 계면층(220)은 생략될 수 있다. 특히, 상기 기재(110)가 금속으로 형성되는 경우에 표면층(230)이 기재(110)의 표면과 결합력이 확보될 수 있으므로 계면층(120)이 생략될 수 있다. 또한, 상기 기재(110)가 금속 물질로 형성되고, 금속 물질이 표면층(230)의 코팅 전에 어닐링 처리되는 경우에 표면층(230)과의 결합력이 증가되므로 계면층(220)이 생략될 수 있다. 이때, 상기 기재(110)의 금속 물질은 재질에 따른 통상의 어닐링 처리 조건에 따라 어닐링될 수 있다.
상기 표면층(230)은 CF(탄화불소) 또는 CH(탄화수소)를 포함하는 인산계 화합물을 포함하여 형성된다. 상기 표면층(230)은 전체가 인산계 화합물로 형성되거나, 일부가 인산계 화합물로 형성될 수 있다. 상기 표면층(230)은 인산계 화합물이 에탄올과 같은 알콜 용매에 용해되어 기재(110)의 표면 또는 계면층(220)의 상면에 코팅되어 형성될 수 있다. 이때, 상기 인산계 화합물은 0.1 ∼ 10mM의 농도로 용매에 용해되며, 바람직하게는 1 ~ 3mM의 농도로 용매에 용해된다. 상기 인산계 화합물의 농도가 너무 낮으면 충분한 두께의 표면층(130)이 형성되지 않을 수 있다. 또한, 상기 인산계 화합물의 농도가 너무 높으면 표면층(130)의 두께가 불필요하게 두꺼워지거나 두께 조절이 어려울 수 있다. 상기 인산계 화합물은 하기 구조식(2)으로 표시되는 인산계 화합물로 형성될 수 있다. 상기 표면층(230)은 계면층(220)에 코팅되는 경우에 인산계 화합물의 인산기가 계면층(120)의 금속기(-M)와 자기결합을 통하여 배위결합되는 자기결합 단분자막(self-assembled monolayer)이 형성된다. 또한, 상기 표면층(130)은 계면층(120)에 자연적으로 존재할 수 있는 금속기 또는 산소이온기와 결합되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 표면층(130)은 포스폰산 자기결합 단분자막(phosphonic acid SAMs)으로 형성될 수 있다. 상기 포스폰산 자기결합 단분자막은 Octadecylphosphonic acid (OD-PA) 또는 (1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodec-1-yl) phosphonic acid (HDF-PA)일 수 있다. 상기 인산계 화합물의 인산기는 대기중에서 안정한 상태를 유지하므로 실란계 화합물과 달리 대기중에서 코팅 공정이 진행될 수 있다.
구조식(2)
Figure 112013098184637-pat00007
또는
Figure 112013098184637-pat00008
(여기서, n은 4 ~ 25이다.)
본 발명의 실시예에 의해 형성된 방오성을 갖는 표면 구조층(100 및 200)은 유기물 및 무기물, 특히 복합성 액체(오일, 혈액, 소변, 빗물 등)와 같은 오염물이 부착되지 않거나 쉽게 제거되는 방오성 또는 방수성을 갖는 표면 구조층이다.
상기 방오성을 갖는 표면 구조층은 태양전지의 표면, 건물의 유리창에 적용될 수 있으며, 태양전지의 표면 또는 건물의 유리창이 대기 먼지등과 같은 오염 물질로 오염되더라도 용이하게 오염 물질이 제거되도록 할 수 있다.
또한, 상기 방오성을 갖는 표면 구조층은 자동차의 유리에 적용될 수 있으며, 비가 내리는 경우에 빗물이 빠르게 흘러내리도록 할 수 있다.
또한, 상기 방오성을 갖는 표면 구조층은 비닐하우스의 비닐 표면에 적용될 수 있으며, 특히 겨울에 눈이 내리는 경우에 눈이 쌓이지 않고 바로 미끄러지도록 함으로써 비닐하우스의 붕괴 사고가 감소되도록 할 수 있다.
또한, 상기 방오성을 갖는 표면 구조층은 신장 투석용 호스 또는 소변 배출용 호스와 같은 의료용 호스의 내벽에 적용될 수 있으며, 의료용 호스 내벽에 혈액이나 소변이 잔류하는 것을 최소화하여 이차 감염의 가능성을 감소시킬 수 있다.
또한, 상기 방오성을 갖는 표면 구조층은 음식을 담는 그릇, 음식 보관을 위한 밀폐 용기와 같은 식품 용기의 표면에 적용될 수 있으며, 설거지 과정에서 표면에 묻은 음식물들이 용이하게 제거될 수 있도록 한다.
또한, 상기 방오성을 갖는 표면 구조층은 스마트폰, 노트북, 컴퓨터와 같은 전자 제품에서 기판에 전자 부품이 실장된 상태에서 스프레이 방식 또는 디핑 방식에 의하여 도포되어 형성될 수 있으며, 전자 제품의 사용중에 물이 내부로 물이 침투하는 경우 또는 전자 제품이 물에 빠진 경우에 방수성에 의하여 전자 제품의 내부로 유입되는 물이 전자 부품과 접촉하거나 전자 부품의 내부로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 이때, 상기 방오성을 갖는 표면 구조층은 계면층으로 전기 절연성이 있는 금속 산화물이 코팅되며, 표면층은 실란계 또는 인산계 화합물로 형성될 수 있다.
<실시예>
이어서, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층에 대하여 설명하고, 본 발명에 대한 이해에 제공한다.
(실시예 1a)
기재(110)의 표면에 그래핀으로 계면층(120)을 형성하고, 계면층(120)의 표면에 실란계 화합물로 표면층(130)을 형성함으로써 방오성을 갖는 표면 구조층(100)을 제작하였다. 이때, 상기 표면층(130)은 3 mM농도의 실란계 화합물(CF3-(CF)n-SiCl3)을 무수톨루엔에 용해하여 코팅하였다. 상기 얻어진 방오성을 갖는 표면 구조층(100)에 대한 물방울의 접촉각을 평가하였다.
(실시예1b)
기재(110)의 표면에 TiO2로 계면층(120)을 형성한 점을 제외하고는 실시예 1a와 동일하게 하였다.
(실시예1c)
기재(110)의 표면에 그래핀 및 TiO2로 계면층(120)을 형성한 점을 제외하고는 실시예 1a와 동일하게 하였다.
(실시예2a)
기재(110)의 표면에 그래핀으로 계면층(120)을 형성하고, 이어서 계면층(120)의 표면에 인산계 화합물로 표면층(230)을 형성함으로써 방오성을 갖는 표면 구조층(200)을 제작하였다. 이때, 상기 표면층(230)은 3mM 농도의 인산계 화합물(CF3-(CF)n-PO3)을 알코올에 용해시켜 사용하였다. 상기 얻어진 방오성을 갖는 표면 구조층(200)에 대한 물방울의 접촉각을 평가하였다.
(실시예2b)
기재(110)의 표면에 TiO2로 계면층(120)을 형성한 점을 제외하고는 실시예2a와 동일하게 하였다.
(실시예2c)
기재(110)의 표면에 그래핀 및 TiO2로 계면층(120)을 형성한 점을 제외하고는 실시예2a와 동일하게 하였다.
(비교예 1a)
실시예 1a 또는 실시예 2a에 있어서의 물방울의 접촉 상태와 비교하기 위해 기재(110)의 표면에 그래핀으로 계면층(120)만을 형성하고, 물방울의 접촉각을 평가하였다.
(비교예1b)
실시예1b 또는 실시예 2b에 있어서의 물방울의 접촉 상태와 비교하기 위해 기재(110)의 표면에 TiO2로 계면층(120)만을 형성하고, 물방울의 접촉각을 평가하였다.
(비교예1c)
실시예1c 또는 실시예 2c에 있어서의 물방울의 접촉 상태와 비교하기 위해 기재(110) 상에 그래핀 및 TiO2로 계면층(120)만을 형성하고, 물방울의 접촉각을 평가하였다.
다음은 구체적인 실시예에 따라 형성된 방오성을 갖는 표면 구조층에 대하여 실시한 물방울의 접촉각 평가 결과를 설명한다.
상기 방오성을 갖는 표면 구조층에 대한 방오성 및 방수성에 대한 평가는 방오성을 갖는 표면 구조층 및 방오성을 갖지 않는 표면 구조층에서의 액체(물 및 우레아)의 접촉각을 측정하여 비교함으로써 평가하였다. 일반적으로 물방울과 같은 액체는 표면에 접촉하게 되면 일정 각도의 접촉각을 나타내게 된다. 따라서, 상기 접촉각을 평가함으로써 표면 구조층의 방오성 및 방수성을 확인할 수 있다. 상기 접촉각은 접촉각계(Phoenix 300, SEO)를 사용하여 측정하였다.
도 3a 내지 도 3b는 계면층(120)이 그래핀인 경우에 있어서, 본 발명의 실시예 1a 및 실시예 2a에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층에 대한 물방울의 접촉 상태를 나타낸다. 또한, 도 3c는 계면층(120)이 그래핀인 경우에 있어서, 본 발명의 비교예 1a에 따른 방오성을 갖지 않는 표면 구조층에 대한 물방울의 접촉 상태를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 상기 방오성을 갖는 표면 구조층은 표면에 실란계 화합물 또는 인산계 화합물로 표면층이 형성되므로 물방울의 접촉각이 작게 나타나고 있으며, 실란계 화합물로 표면층이 형성되는 경우에 물방울의 접촉각이 상대적으로 더욱 작아지는 것으로 나타나고 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층은 방오성 및 방수성이 증가되는 것을 알 수 있다.
도 4a 내지 도 4b는 계면층(120)이 TiO2인 경우에 있어서, 본 발명의 실시예1b 및 실시예 2b에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층에 대한 물방울의 접촉 상태를 나타낸다. 또한, 도 4c는 계면층(120)이 TiO2인 경우에 있어서, 본 발명의 비교예 1b에 따른 방오성을 갖지 않는 표면 구조층에 대한 물방울의 접촉 상태를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 상기 방오성을 갖는 표면 구조층은 계면층(120)의 표면에 실란계 화합물 또는 인산계 화합물로 표면층이 추가로 형성되므로 물방울의 접촉각이 작게 나타나고 있으며, 실란계 화합물로 표면층이 형성되는 경우에 물방울의 접촉각이 상대적으로 더욱 작아지는 것으로 나타나고 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층은 방오성 및 방수성이 증가되는 것을 알 수 있다.
도 5a 내지 도 5b는 계면층(120)이 그래핀 및 TiO2인 경우에 있어서, 본 발명의 실시예 1c 및 실시예 2c에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층에 대한 물방울의 접촉 상태를 나타낸다. 또한, 도 5c는 계면층(120)이 그래핀인 경우에 있어서, 본 발명의 비교예 1c에 따른 방오성을 갖지 않는 표면 구조층에 대한 물방울의 접촉 상태를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 상기 방오성을 갖는 표면 구조층은 계면층(120)의 표면에 실란계 화합물 또는 인산계 화합물로 표면층이 추가로 형성되므로 물방울의 접촉각이 작게 나타나고 있으며, 실란계 화합물로 표면층이 형성되는 경우에 물방울의 접촉각이 상대적으로 더욱 작아지는 것으로 나타나고 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층은 방오성 및 방수성이 증가되는 것을 알 수 있다.
본 발명의 방오성을 갖는 표면 구조층은 TiO2로 계면층을 형성하고, 실란계 화합물 또는 인산계 화합물로 표면층을 형성하는 경우에 방오성의 증가에 보다 효과적인 것으로 나타났으며, 이 중에서도 특히 실란계 화합물로 표면층을 형성하는 경우에 더욱 효과적인 것으로 나타났다.
도 6a 내지 도 6b는 계면층(120)이 TiO2인 경우에 있어서, 본 발명의 실시예 1a에 따른 방오성을 갖는 표면 구조층에서의 물과 우레아의 접촉각을 나타낸다.
상기 방오성을 갖는 표면 구조층은, 도 6a 내지 도 6b를 참조하면, 물방울과 이루는 접촉각이 146.5도, 우레아 용액에 의한 접촉각은 140.6도로 물방울의 표면 흡착이 적고, 특히 우레아 용액에 있어서는 그 효과가 더 큰 것으로 나타났다.
100, 200: 표면 구조층
110: 기재
120, 220: 계면층
130, 230: 표면층

Claims (19)

  1. 기재의 상부에 형성되는 표면층을 포함하며,
    상기 표면층은 CF(탄화불소)기 또는 CH(탄화수소)기를 포함하는 실란계 화합물을 포함하며,
    상기 기재의 상면과 상기 표면층의 사이에 형성되며, 표면에 수산화기(-OH) 또는 카르복시기(-COOH)가 형성되는 계면층을 더 포함하며,
    상기 표면층은 상기 실란계 화합물의 실란기가 상기 수산화기(-OH) 또는 카르복시기(-COOH)와 자기결합되어 형성되며,
    상기 계면층은 그래핀, 그래핀옥사이드, 금속 산화물 또는 이들의 혼합물이 디핑 코팅, 스핀 코팅 혹은 스프레이 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 방오성을 갖는 표면 구조층.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면층은 하기의 구조식(1)으로 표시되는 실란계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방오성을 갖는 표면 구조층.
    구조식(1)
    Figure 112013098184637-pat00009
    또는
    Figure 112013098184637-pat00010

    (여기서, n은 4 ~ 25이다.)
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 TixOx, FexOy, AlxOy, SixOy, SnxOy, ZnxOy, InxOy, CexOy 및 ZrxOy로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 산화물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방오성을 갖는 표면 구조층.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 계면층은 플라즈마 처리 또는 UVO 처리를 통하여 수산화기(-OH) 또는 카르복시기(-COOH)가 형성되는 것을 특징으로 하는 방오성을 갖는 표면 구조층.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 기재는 니켈, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 모넬, 인코넬, 텅스텐, 은 티타늄, 몰리브덴, 듀플렉스, 구리 및 철에서 선택되는 어느 하나의 금속 물질 또는 나무, 유리, 플라스틱, 실리콘, 고무, 탄성체, 발포제, 종이, 세라믹, 콘크리트 및 석고보드에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 방오성을 갖는 표면 구조층.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 금속 물질은 어닐링 처리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 방오성을 갖는 표면 구조층.
  10. 기재의 상부에 형성되는 표면층을 포함하고,
    상기 표면층은 CF(탄화불소)기 또는 CH(탄화수소)기를 포함하는 인산계 화합물을 포함하며,
    상기 기재의 상면과 상기 표면층의 사이에 형성되며, 표면에 금속기(-M)가 형성되는 계면층을 더 포함하며,
    상기 표면층은 상기 인산계 화합물의 인산기가 상기 금속기와 자기결합되어 형성되며,
    상기 계면층은 금속 산화물이 디핑 코팅, 스핀 코팅 또는 스프레이 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 방오성을 갖는 표면 구조층.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 기재는 니켈, 알루미늄, 스테인레스 스틸, 모넬, 인코넬, 텅스텐, 은 티타늄, 몰리브덴, 듀플렉스, 구리 및 철에서 선택되는 어느 하나의 금속 물질 또는 나무, 유리, 플라스틱, 실리콘, 고무, 탄성체, 발포제, 종이, 세라믹, 콘크리트, 석고보드에서 선택되는 어느 하나 또는 이들의 혼합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 방오성을 갖는 표면 구조층.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 금속 물질은 어닐링 처리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 방오성을 갖는 표면 구조층.
  14. 삭제
  15. 제 10 항에 있어서,
    상기 금속 산화물은 TixOx, FexOy, AlxOy, SixOy, SnxOy, ZnxOy, InxOy, CexOy 및 ZrxOy로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나의 금속 산화물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방오성을 갖는 표면 구조층.
  16. 삭제
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 계면층은 플라즈마 처리에 의하여 상기 금속기가 형성되는 것을 특징으로 하는 방오성을 갖는 표면 구조층.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 표면층은 하기의 구조식(2)으로 표시되는 인산계 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방오성을 갖는 표면 구조층.
    구조식(2)
    Figure 112013098184637-pat00011
    혹은
    Figure 112013098184637-pat00012

    (여기서, n은 4 ~ 25이다.)
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 표면층은 Octadecylphosphonic acid(OD-PA), (1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodec-1-yl) phosphonic acid(HDF-PA) 또는 (heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl) trichlorosilane(HDF-S)로 형성되는 것을 특징으로 하는 방오성을 갖는 표면 구조층.
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