KR101638411B1 - 유-유 분리 또는 유-수 분리를 위한 마이크로-나노 복합 기공을 가진 방직 천 표면의 제조방법 - Google Patents

유-유 분리 또는 유-수 분리를 위한 마이크로-나노 복합 기공을 가진 방직 천 표면의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명은 선택적 친유 혹은 소수성을 갖는 고분자 방직 천(woven fabric) 표면의 제조방법과 이러한 표면을 이용하여 제조된 유-유 분리 및 유-수 분리 필터에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 선택적 소유 혹은 소수 표면의 제조방법은, 마이크로 기공이 형성된 고분자 방직 천 표면에 건식 식각을 통하여 나노미터 크기를 갖는 기공을 형성하는 단계; 및 나노미터 크기의 기공 상에 선택적 소유 혹은 소수성 박막을 형성하는 단계를 포함한다. 기공의 크기나 박막의 재료 혹은 두께에 따라서, 소수/소유 특성을 조절할 수 있으며, 이러한 복합 기공을 가진 고분자 표면은 액체 혼합물, 특히 오일-오일 혼합물과 물-오일 혼합물의 선택적 분리가 가능한 자동차용 오일 필터, 공장 폐오일 처리, 해양 기름유출 사고 처리, 원유정제의 전처리 등의 다양한 분야에 사용될 수 있다.

Description

유-유 분리 또는 유-수 분리를 위한 마이크로-나노 복합 기공을 가진 방직 천 표면의 제조방법{Method of Preparing Micro/nano Hybrid Woven Fabric Surfaces for Oil-Oil Filtration or Oil-Water Filtration}
본 발명은 나노/마이크로 크기의 복합 기공이 형성된 소수성/소유성 고분자 방직 천(woven fabric) 표면의 제조방법 및 이 방법에 의하여 제조된 소수성/소유성 표면체에 관한 것이다.
보다 구체적으로 본 발명은, 고분자 방직 천 표면의 젖음성(wettability)이 현저히 낮을 뿐만 아니라 기름에 대한 접촉각이 다양하게 변화 될 수 있고, 순수(pure water)의 접촉각(contact angle)이 큰 마이크로/나노 복합 기공을 가진 표면을 인공적으로 제조하는 방법 및 이에 의하여 제조된 소수성 방직 천 표면에 관한 것이다.
　
일반적으로 고체 표면의 젖음성은 표면의 화학적 특성에 의존하지만, 고체의 표면에 미세한 패턴을 만들어 주면 젖음성이 현저히 증가하거나 감소하여 친수성 혹은 소수성이 향상되는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 동일한 화학적 조성을 갖는 평탄한 표면에 미세한 돌기구조나 기공(pore)구조를 형성한 표면은 순수와의 접촉각(contact angle, 액체가 고체표면 위에서 유체역학적으로 평형을 이룰 때 유체와 고체가 이루는 각)이 평면에서 90도 이하인 경우 더 낮게, 90도 이상인 경우 더 높아지는 경향을 보인다. 따라서, 소수성(접촉각이 90도 이상)의 경우 기존 150도의 경우 170도 정도로 커져서 초소수성의 성질이 나타나기도 한다. 이에 따라, 고체 표면의 젖음성은 현저히 낮아진다.
소수성 표면에 미세한 돌기(pillar)나 기공(pore)이 형성된 표면, 즉 거칠기(roughness)를 갖는 표면에서의 물방울, 순수(pure water)의 접촉각에 대한 이론으로는 두 가지 모델이 알려져 있다. Wenzel[R.N. Wenzel, Ind. Eng. Chem. 28(1936)988]은 물방울 아래의 면적이 완전히 젖어 있는 모델을 가정하였는데, 표면의 거칠기는 고체와 물방울(유체)사이의 접촉면적을 증가시킴으로써 결과적으로 겉보기 접촉각이 커지게 된다는 이론이다. 다른 하나의 이론으로서 Cassie-Baxter [A.B.D. Cassie, S. Baxter, S. Trans, Faraday Soc. 40(1944)546]의 이론은 이러한 거친 표면과 물방울 사이에 공기가 잡히게(trapped)되고, 공기 위에 물방울이 올려져 있는 모양이므로 접촉각을 증가시킨다고 제안하였다.　
따라서 소수성 혹은 초소수성 표면을 제작하기 위해서는 화학적으로 표면에너지가 낮은 표면층이 형성되어야 하고 동시에 표면 거칠기가 존재하여야 한다. 표면 거칠기의 경우 미세한 돌기나 기공의 크기 분포가 상당히 중요한 역할을 하게 됨을 알 수 있다. 특히 마이크로 크기의 거칠기 상에 나노크기의 거칠기가 동시에 존재하는 연잎과 같은 구조가 제안되고 있다. 연잎에는 마이크로 스케일의 기둥(bump)와 나노미터 스케일의 기둥(nanopillar)가 존재함이 보고 되고 있으며, 동시에 표면에 왁스(wax)와 비슷한 표면에너지가 낮은 화학물질이 분포되어 초소수성을 유지한다고 알려져 있다. 또한 이러한 돌출된 형상의 거칠기뿐 아니라, 함몰된 형태의 기공과 같은 구조 역시 비슷한 특성을 보여주고 있다. 특히 기공이 나노와 마이크로 크기가 복합적으로 존재하게 되고 표면 화학조성이 조절된다면 소수성 표면, 더 나아가서는 초소수성 표면이 형성될 수 있다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
미국 등록특허공보 제4,663,222호
일반적인 필터의 경우, 기공의 사이즈, 표면에너지, 다공도 (porosity), 굴곡도(tortuosity)에 따라 정제되는 유량이 결정되는데, 기공의 사이즈와 표면 에너지에 따라 투과될 수 있는 용액이 결정된다. 방직 천 필터의 경우, 일정한 크기의 기공과 섬유의 표면에너지에 따라 투과될 수 있는 용액이 결정 되는데, 본 발명자들은 앞서 기술한 나노 구조로 인한 소수성/친수성을 조절하면, 같은 물질, 같은 기공 사이즈에서도 나노 구조의 유/무만으로 투과성이 변할 수 있다는 사실을 밝혀내었다.
따라서, 본 발명의 목적은, 마이크로 기공이 형성된 방직 천 필터에 나노 구조를 부여하여, 선택적 소수성/소유성을 부여하여 유-수 분리는 물론, 특정한 물질에 대한 유-유 분리가 가능한 방직 천 필터 표면의 제조방법 및 필터 자체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점은 마이크로 크기의 기공을 가진 방직 천 표면 상에 플라즈마 식각하여 나노미터 크기의 기공을 형성하여 마이크로-나노 복합 기공구조를 형성하는 단계; 및 상기 형성된 마이크로-나노 복합 기공 구조 위에 소수성 박막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 기공을 가진 소수성 또는 초소수성 방직 천 표면의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 방법에 사용되는 천은 방직 천(woven fabric)인 것을 특징으로 한다.
방직 천(woven fabric)의 경우 공극의 간격이 커서 액적이 잘 젖고 투과되어 버리기 때문에, 그 동안에는 주로 방사법으로 제조된 Non-woven fabric의 틈이 촘촘한 방사천 내지 부직포를 이용한 유수분리 필터에 대한 연구가 대부분이었다.
하지만, 본 발명자들은 촘촘하게 짜여진 부직포의 경우 적당한 크기의 공극과 원하는 크기보다 작은 크기의 공극이 혼재함으로 인하여(공극이 일정하지 않아서), 파울링이 발생하기 쉽고 오염수 처리 시 막힘 현상이 발행하며 처리 가능 유량이 적고, 촘촘하지 않게 짜여진 부직포의 경우는 원하는 크기보다 큰 기공의 혼재로 인하여 필터 성능이 현저하게 저하된다는 사실을 발견하였다.
이러한 상황하에서, 본원 발명자들은 본래 공극의 간격이 커서 액적이 잘 통과해 버리는 방직 천(woven fabric)의 표면에 균일한 나노구조를 줄 수 있고, 코팅 시 표면에너지를 조절하는 경우, 방직 천의 커다란 공극에도 불구하고 유수분리가 가능하다는 것을 밝혀내었을 뿐만 아니라, 오히려 방직 천의 균일한 공극율로 인하여 부직포가 갖지 못하는 효과, 즉 분리하고자 하는 혼합액에 따라 공극의 크기 조절을 통한 필터 성능의 최적화 달성으로 인하여, 다량의 유량으로 유-수 분리뿐만 아니라 특정한 물질에 대한 유-유 분리 효과까지 달성할 수 있다는 것을 밝혀내어 본 발명을 완성하게 되었다.
또한, 기존에는 방사천이나 부직포 형태의 필터막에 표면처리를 한데 비하여, 본 발명은 폴리머 성분의 인조 섬유뿐만 아니라, 면, 실크 등의 자연 섬유를 포함하는 다양한 방직천에 응용이 가능하기 때문에, 각종 의류, 기저귀, 생리대, 필터 등에 직접적인 응용이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 방법에 사용될 수 있는 방직 천에는 PP(polypropylene), 나일론 6, 나일론 66, PC(polycarbonate), PI(polyimide), PS(polystyrene), PE(polyethylene), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PDMS(Polydimethylsiloxane), PLGA(poly(lactic-co-glycolic) acid), PET(polyethylene terephthalate), PC/ABS(polycarbonate/acrylonitrile butadiene styrene), PC/SAN(polycarbonate/styrene acrylonitrile) 및 PC/PBT(polycarbonate/polybutylene terephthalate)로부터 선택되는 적어도 하나 이상으로 이루어진 것이 포함되나 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 방법에 있어서, 식각은 O2가스를 사용한 플라즈마 식각을 통하여 수행될 수 있다.
또한, 식각은 1Pa 내지 10Pa의 식각 압력 및 -100Vb 내지 -1000Vb의 전압 조건에서 수행될 수 있다.
상기 식각에 의하여 형성된 나노 기공의 크기는 1 내지 1000 nm의 지름을 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 방법에 있어서, 마이크로-나노 복합 기공 구조 위에 형성되는 소수성 박막은 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방법을 통하여 형성된 규소 및 산소함유 비정질 탄소(a-C:H:Si:O) 박막을 포함할 수 있다.
그리고, 소수성 박막을 형성하는 단계는 헥사메틸다이실록세인(HMDSO)을 포함하는 가스를 이용하거나, 또는 산소 가스의 분율이 10% 내지 30%인 헥사메틸다이실록세인(HMDSO)을 포함하는 혼합가스를 이용하여, 2Pa 내지 10Pa의 압력에서 수행될 수 있다.
상기 소수성 박막은 헥사메틸다이실록세인(HMDSO)과 산소의 비율을 조절하여, 선택적 오일 흡수도를 갖도록 표면에너지를 조절할 수 있다.
또한 상기 나노 기공의 크기 및 형상은, 플라즈마 식각 시 플라즈마의 조사시간 및 가속 전압의 크기 중에서 선택되는 적어도 하나를 변경하여 조절할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 방법에 의하여 제조한 초소수성 표면은 바람직하게는 순수에 대한 접촉각이 150도 이상이다.
본 발명의 다른 목적은, 본 발명의 방법에 따라, 마이크로 크기의 기공을 가진 고분자 방직 천 표면상에 형성된 나노미터 크기의 기공이 형성된 것과 고분자 표면에 형성된 마이크로/나노 크기의 기공들을 덮는 소수성 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 소수성 혹은 초소수성 표면체에 의하여 달성된다.
상기 나노미터 크기의 기공의 지름은 1 nm 내지 1000 nm의 지름을 가질 수 있다.
그리고, 소수성 박막은 1 nm 내지 100 nm의 두께를 갖는 규소 및 산소함유 비정질 탄소(a-C:H:Si:O) 박막일 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 과제를 해결하기 위한 수단으로서 소수성 표면의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 소수성 표면체에 대하여 설명하도록 한다.
본 발명은 폴리에틸렌(Polyethylene terephthalate, PET)과 같은 고분자로 이루어진, 수십에서 수백 마이크로미터(㎛)의 기공을 가진 고분자 필터 표면에 나노미터(nm) 크기를 갖는 기공을 형성하고, 나노/마이크로 미터 크기를 갖는 복합 기공 표면 상에 소수성 박막을 형성함으로써 순수(Pure water)와 같은 유체와의 접촉각이 150도 이상인 소수성/초소수성 표면을 형성하는 기술 및 이에 의하여 제조된 초소수성 표면체에 관한 것이다.　
구체적으로, 도1에 도시된 바와 같이, 마이크로 미터 크기의 기공을 가진 방직 천, 예컨대 PET 필터 표면에 플라즈마 식각을 이용하여 나노미터 크기의 기공을 형성한다. 여기서 사용되는 식각은 O2만을 가스로서 사용하는 플라즈마 식각(plasma etching)일 수 있다. 이에 따라, 기존에 마이크로 미터 크기의 기공이 형성되어 있는 방직 천 표면 상에 나노 미터 크기의 기공이 형성됨으로써 마이크로/나노 복합 기공이 형성된 표면이 제작된다. 이러한 표면은 표면 처리 전에는 투과시킬 수 있던 용액을 나노 구조로 인해 투과를 막기 때문에, 도 1e처럼, 선택적 분리가 가능하게 된다.
여기서, 플라즈마 식각을 통하여 마이크로 기공을 가진 고분자 방직 천 표면을 식각하는 경우, 식각된 마이크로 구조 부분을 확대하여 보면 나노미터 크기(nano size)의 수많은 기공들이 형성되어 있는 것을 알 수 있다(도 2b).
그 후, 마이크로/나노 복합 기공을 가진 고분자 표면에 소수성 박막을 형성한다. 소수성 박막은 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)방법을 통하여 형성되는 규소 및 산소 함유 비정질 탄소(a-C:H:Si:O) 박막일 수 있다.
이와 같은 공정에 의하여 소수성 혹은 초소수성의 표면을 갖는 물체(초소수성 표면체)가 완성된다. 이렇게 제작된 초소수성의 표면은 접촉각이 150도 이상이다.
따라서 본 발명의 방직 천 필터는, 방직 천의 사이즈와 방직사의 재질, 나노구조의 유무를 통하여, 선택적 초소수/초소유 표면을 조절하여, 원하는 혼합물의 분리를 효과적으로 수행 할 수 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 접촉각이 큰 초소수성 고분자 방직 천 필터 표면의 제조방법이 제공된다.
이와 같이 제작된 필터는 특수한 기름에 대한 선택적 친유성을 가질 수 있기 때문에, 유-수 분리 필터뿐만 아니라, 유-유 분리 필터, 해수 담수화 필터, 원유 정제의 전처리 등 다양한 분야에 사용될 수 있다. 소수성의 정도는 마이크로 기공의 사이즈나, 나노구조의 유무, 표면 코팅 막의 조성에 따라 조절할 수 있는데, 이를 통하여 선택적 친유성을 부과 할 수 있다.
도 1a는 마이크로 사이즈의 기공을 갖는 방직 천 필터(woven fabric filters)의 개략도이다.
도 1b는 표면에 나노구조와 소수/소유 처리를 하지 않은 필터의 어떠한 용액에 대한 투과도를 개략적으로 표현한 것이다.
도 1c는 기존에 투과시키던 그 어떠한 용액이 나노구조와 수수/소유 처리를 한 후에는 투과가 되지 않는 것을 표현한 개략도이다.
도 1d는 도1c의 방직 천 필터가 또 다른 용액에 대해서는 투과가 될 수 있음을 표현한 개략도이다.
도 1e는 도 1c 및 1d에서 예시된 두 용액의 혼합물의 경우, 나노구조와 소수/소유 처리가 된 방직 천 필터를 사용하여 유-유 분리가 가능해 짐을 표현한 개략도이다.
도 2a와 도 2b는 각각 본 발명의 일 구현예에 따르는 복합 기공을 가진 표면을 설명하기 위한 방직 천 표면의 나노구조 및 소수/소유 처리 전후의 주사전자 현미경 사진(SEM)이다(도 2a: 100수 처리전, 도 2b: 50수 처리후).
도 3a는 플라즈마 식각 전의 마이크로 기공을 가진 폴리에틸렌 표면을 촬영한 것이고, 도 3b는 전압이 -400Vb상에서 O2 플라즈마를 이용하여 식각한 표면을 촬영한 것이다.
도 4는 HMDSO/O2의 분율을 달리하여 측정한 순수에 대한 접촉각 변화로, 표면에 소수/소유성을 선택적으로 조절이 가능함을 알려준다.
도 5a는 마이크로 기공을 가진 폴리에틸렌 방직 천 표면에 소수성 코팅을 한 후 촬영한 표면 그림과 그 표면 위에서의 물방울의 접촉 상태를 촬영한 것이다.
도 5b는 마이크로 기공을 가진 폴리에틸렌 방직 천 표면에 소수성 코팅을 한 후 촬영한 표면 그림과 그 표면 위에서의 에틸렌 글리콜의 접촉 상태를 촬영한 것이다.
도 5c는 마이크로 기공을 가진 폴리에틸렌 방직 천 표면에 소수성 코팅을 한 후 촬영한 표면 그림과 그 표면 위에서의 실리콘 오일의 접촉 상태를 촬영한 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예
<본 발명의 실시예 >
나노/마이크로 복합 기공구조 상에 소수성 박막이 형성된 소수성 또는 초소수성 표면체의 제조
(1) 직물의 마이크로 표면 및 기공 사이에 나노 기공 형성
먼저, 마이크로 미터 크기의 기공을 가진 표면에 다음과 같은 방법으로 나노 기공을 형성시켰다.
우선 1내지 100마이크로 미터 정도의 기공을 가진 폴리에틸렌(Polyethylene terephthalate, PET) 방직 천을 준비하였다. 플라즈마 식각 전의 표면의 형상은 도 2a에 나타내었다.
먼저, r.f. PECVD를 이용한 O2 플라즈마 식각을 통하여 마이크로 미터 크기의 기공을 가진 폴리에틸렌 표면을 식각하였다. 이때, O2만을 가스로 사용하였고, 식각 압력이 1Pa 내지 10Pa이었으며, r.f. 전압이 -100Vb 내지 -1000Vb인 조건에서 폴리에틸렌을 O2 플라즈마 식각하였다. 이에 따라, 도 2b에 나타난 바와 같이, 마이크로 기공 표면 및 마이크로 기공 사이에 50nm정도의 지름을 갖는 복수의 나노 기공이 형성되었다.
(2) 소수성 박막 형성
마이크로/나노 복합 기공이 형성된 폴리에틸렌 상에 소수성 박막을 형성하는 방법에 대하여 설명한다. 소수성 박막은 PECVD 방법을 통하여, 규소 및 산소함유 비정질 탄소(a-C:H:Si:O) 박막을 형성시켰다. 이러한 소수성 박막은 13.56Mhz r. f. PACVD에 의하여HMDSO (hexamethyldisiloxane)와 산소(O2) 가스를 이용하여 증착시켰다. 이 때, r.f. 전원은 -400Vb로 고정하였다. 소수성 박막의 두께는 약 10 nm, 50 nm, 100 nm로 증착하였으며, 사용된 압력은 20 mTorr이었다. 이렇게 제작된 소수성 박막의 표면특성은 r.f. 전원과 선구가스 내의 산소(O2) 분율에 의존함을 확인하였다. 그러므로, r.f. 전원과 선구가스 내의 산소(O2) 분율을 적절히 조절하여 소수성이 향상된 박막을 증착할 수 있다.
한편, 공정조건의 변화 및 원하는 소수성 박막의 표면특성을 얻기 위하여 산소(O2) 가스의 분율은 변화될 수 있다.
이에 의하여, 나노/마이크로 복합 기공구조 상에 소수성 박막이 형성된 소수성 혹은 초소수성 표면을 갖는 물체(초소수성 표면체)가 완성되었다.
상술한 제조방법에서 설명한 바와 같이, 나노 기공의 지름은 1nm내지 1000nm의 지름을 가지는 것으로 확인되었다.
상기 제조한 소수성 또는 초소수성 표면체의 물성 측정
이하, 이렇게 제작된 복합 기공을 가진 표면체의 소수성 특성 측정방법 및 그 결과에 대하여 구체적으로 살펴보도록 한다.
접촉각의 측정은 Goniometer(Data Physics instrument Gmbh, OCA 20L)를 이용하여 수행하였다. 이 장비는 표면의 고착된 물방울(sessile droplet)의 광학적 이미지와 접촉각을 측정 가능하게 해준다. 정적 접촉각 (static contact angle)은 표면에 5ml 물방울을 조심스럽게 위치(gentle landing)함으로써 측정하였다.
도 5a는 본 발명의 실시예에서 제작한 복합 기공과 소수성 박막이 형성된 폴리에틸렌 방직 천 표면상의 순수에 대한 접촉각 이미지를 나타낸 것이다. 정접촉각(static contact angle)은 약 150도 정도로 측정되었다.
도 5b는 본 발명의 실시예에서 제작한 복합 기공과 소수성 박막이 형성된 폴리에틸렌 방직 천 표면상의 에틸렌 글리콜을 촬영한 사진으로서, 접촉각은 약 140도 정도로 나타났다.
도 5c는 본 발명의 실시예에서 제작한 복합 기공과 소수성 박막이 형성된 폴리에틸렌 방직 천 표면상의 실리콘 오일의 이미지이다. 마이크로 기공을 가진 폴리에틸렌 필터 표면에 건식 식각 후 형성된 나노 구조에 소수성 박막(a-C:H:Si:O 박막)이 코팅된 경우, 방직천 사이로 용액이 모두 흡수되는 것을 알 수 있다.
상술한 실험예(도 5)를 통하여 알 수 있는 결과는 다음과 같다. 순수에 대한 접촉각은 소수성 박막이 코팅된 마이크로 기공을 가진 표면에서보다는 마이크로/나노크기의 복합 기공 또는 거칠기(roughness)를 가진 표면위에서 크게 측정됨을 알 수 있다. 또한 실리콘 오일은 상기 표면에 흡수되는 반면 에틸렌 글리콜은 흡수되지 않고 표면에 머물러 있는 것으로 확인되었다. 이처럼 오일에 대한 접촉각은 소수성 박막의 재질 (산소와 HMDSO의 분율)에 따라 달라지는바, 이를 통하여 선택적 친유/소유 특징을 갖는 유-유 분리막 제작이 가능함을 알 수 있었다(도 4). 도 5는 본 발명에서 제조한 나노/마이크로 복합 기공구조 상에 소수성 박막이 형성된 소수성 또는 초소수성 표면체가, 에틸렌 글리콜과 실리콘 오일 혹은 물과 실리콘 오일이 섞여있는 혼합액 분리에 사용 가능한 방직천 필터로 사용될 수 있음을 보여준다.
< 비교실시예 >
비교실시예 1
폴리에틸렌 방직 천 대신 방사법으로 제조된 부직포를 사용한 것을 제외하고는 상기 본 발명의 실시예에서 기술한 바와 같이 부직포의 표면에 나노 기공을 형성시키고, 그 다음HMDSO(hexamethyldisiloxane)/O2 가스를 이용한 증착법에 의하여 증착 소수성 박막을 형성시킨 다음, 물, 에틸렌 글리콜 오일 및 실리콘 오일에 대한 젖음 실험(wetting experiment)을 수행하였다.
실험 결과, 촘촘하지 않은 부직포를 사용한 경우 필터의 성능이 현저하게 떨어져서 유-수 분리 및 유-유 분리 기능을 수행하지 못하는 것으로 나타났다. 이는 부직포의 일정하지 않은 공극으로 인하여 원하는 크기보다 더 큰 공극이 혼재하기 때문인 것으로 여겨진다.
반면에 촘촘하게 짜여진 부직포를 사용하는 경우에는 원하는 크기보다 작은 크기의 공극이 혼재함으로 인하여(공극이 일정하지 않아서), 처리 유량의 저하가 현저하였고, 오염수 처리 시 막힘 현상이 발생하는 것으로 관찰되었다.
비교실시예 2
폴리에틸렌 방직 천의 마이크로 표면 및 기공 사이에 나노 기공 형성함에 있어, 아르곤 가스 분위기 하에서 플라즈마 식각을 통하여 마이크로 미터 크기의 기공을 가진 폴리에틸렌 표면을 식각하였다.
상기 기공이 식각된 폴리에틸렌 상에 소수성 박막을 형성함에 있어, HMDSO/O2 대신에 C2F6와 CH4를 1:1의 비율로 혼합한 혼합가스를 사용하여 소수성 막을 증착시킨 다음, 물, 에틸렌 글리콜 오일 및 실리콘 오일에 대한 젖음 실험(wetting experiment)을 수행하였다.
실험 결과, 상기 제조된 표면체는 물 분자는 침투시키지 않고 에틸렌 글리콜 오일과 실리콜 오일을 투과시키는 것으로 확인되어 유-수 분리 필터로서의 기능을 가지는 것으로 확인되었으나, 에틸렌 글리콜 오일과 실리콘 오일을 분리하지는 못하여 유-유 분리 필터로서는 사용이 불가능하였다.

Claims (12)

  1. 복합 기공을 가진 소수성 또는 초소수성 방직 천 표면의 제조방법으로서,
    균일한 마이크로 크기의 기공을 가진 방직 천(woven fabric) 표면 상에 플라즈마 식각하여 나노미터 크기의 기공을 형성하여 마이크로-나노 복합 기공구조를 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 마이크로-나노 복합 기공 구조 위에 소수성 박막을 형성하는 단계
    를 포함하고
    상기 플라즈마 식각은 O2 가스를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 복합 기공을 가진 소수성 또는 초소수성 방직 천 표면의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 식각은 1 Pa 내지 10 Pa의 식각 압력 및 -100 Vb 내지 -1000 Vb의 전압 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 나노 기공의 크기는 1 내지 1000 nm의 지름을 가지는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소수성 박막은 PECVD(Plasma-enhanced chemical vapor deposition) 방법을 통하여 형성된 규소 및 산소함유 비정질 탄소(a-C:H:Si:O) 박막인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 소수성 박막을 형성하는 단계는 헥사메틸다이실록세인(hexamethyldisiloxane)을 포함하는 가스를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 소수성 박막을 형성하는 단계는 산소 가스의 분율이 0 부피% 내지 30 부피%인 헥사메틸다이실록세인(hexamethyldisiloxane)과 산소(O2)를 포함하는 혼합가스를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  8. 제5항에 있어서 상기 소수성 박막을 형성하는 단계는 1 내지 10 Pa의 압력에서 수행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 소수성 박막은 헥사메틸다이실록세인(hexamethyldisiloxane)과 산소의 비율을 조절하여, 선택적 오일 흡수도를 갖도록 표면에너지를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 소수성 또는 초소수성 방직 천 표면은 그 접촉각이 150도 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 나노 기공의 크기 및 형상은, 플라즈마 식각 시 플라즈마의 조사시간 및 가속 전압의 크기 중에서 선택되는 적어도 하나를 변경하여 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 방직 천은 PP(polypropylene), 나일론 6, 나일론 66, PC(polycarbonate), PI(polyimide), PS(polystyrene), PE(polyethylene), PMMA(Poly(methyl methacrylate)), PDMS(Polydimethylsiloxane), PLGA(poly(lactic-co-glycolic) acid), PET(polyethylene terephthalate), PC/ABS(polycarbonate/acrylonitrile butadiene styrene), PC/SAN(polycarbonate/styrene acrylonitrile) 및 PC/PBT(polycarbonate/polybutylene terephthalate)로부터 선택되는 적어도 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 제조방법.
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