KR101793864B1 - 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제 및 이를 이용한 pet 섬유의 초발수성 표면 처리방법 - Google Patents

안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제 및 이를 이용한 pet 섬유의 초발수성 표면 처리방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제 및 이를 이용한 PET 섬유의 초발수성 표면 처리방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반응기에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate; 이하 'PET'), 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제, 및 불소계 용제를 투입하는 단계(제1단계); 상기 반응기를 가열하여 초발수성 표면 처리제의 염색반응을 통해 PET 표면을 초발수성 표면 처리하는 단계(제2단계); 및 상기 초발수성 표면 처리된 PET 표면을 세척 및 건조시키는 단계(제3단계);를 포함하는, PET 섬유의 초발수성 표면 처리방법을 제공한다.
본 발명에 따른 생체·환경 친화적인 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제로 PET 섬유 표면을 처리함으로써 직물의 통기성과 물리적인 특성에 손상을 주지 않으면서 우수한 초발수성, 초기 초발수성이 다시 회복되는 재생성, 산업화 및 대면화의 이점을 가지며, 또한 초발수성 표면 처리제가 처리된 PET 섬유를 기능성 의류, 의료용 소재 및 유수 분리막 등 다양한 산업에 적용할 수 있다.

Description

안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제 및 이를 이용한 PET 섬유의 초발수성 표면 처리방법{Superhydrophobic surface treatment based on anthracene-perfluoropolyether and method for treating the surface of superhydrophobic of PET fiber using the same}
본 발명은 초발수성 뿐만 아니라, 초기 초발수성이 다시 회복되는 재생성이 구비된 환경 친화적인 안트라센-퍼플루오르폴리에테르(이하 'Anthracene-PFPE') 기반의 초발수성 표면 처리제 및 이를 이용한 PPET 섬유의 초발수성 표면 처리방법에 관한 것이다.
초발수성(superhydrophobicity) 표면은 물에 대한 접촉각(water contact angle)이 150˚ 이상이며 미끄럼각(tilt angle)이 매우 작은 표면을 말한다. 이러한 초발수성 표면에서는 물이 스며들지 않아 표면이 잘 젖지 않고 오히려 물을 튕겨 내거나 표면에서 물방울들이 굴러다니는 특성을 보인다.
연꽃잎, 나비의 날개 등의 자연에서도 쉽게 볼 수 있으며 연꽃잎 효과(lotus effect)로도 잘 알려져 있는 초발수성은 표면의 미세 구조와 낮은 표면 에너지를 지니는 소수성 물질에 의해 나타나는 특수한 성질이다.
점차 이러한 초발수성에 대한 관심이 증가하면서 이를 이용한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 구체적으로 전자 기기의 발수 코팅, 수 (水)처리용 정밀 여과막, 의료용 소재, 방오 및 보호 특성을 지닌 기능성 의류, 유수(油水) 분리막 등 다양한 산업 분야에 응용되고 있다.
특히, 최근에는 땀은 외부로 배출하는 동시에 물에 대한 발수성을 갖는 고어텍스(gore-tex)와 물, 커피와 같은 외부 오염원에 대한 오염 방지 기능이 있는 셔츠 등 초발수성이 응용된 고 기능성 의류 제품들이 개발되고 상용화되고 있다.
이러한 스마트·다 기능성 섬유 소재는 통기성이 유지되어 의류의 착용감은 유지하면서도 오염물이 붙더라도 쉽게 세척이 가능한 오염 방지(stain release; 이하 'SR') 기능을 가져 스포츠·레져용 및 의료용 섬유 소재 등 다양한 직물 산업에 이용되고 있다.
가장 보편적으로 사용되는 섬유 소재로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate; 이하 'PET') 섬유가 있다. PET 섬유는 대표적인 합성 섬유로 저렴한 가격과 생산의 용이함으로 다양한 분야에서 널리 이용되는 소재이다.
하지만, PET 섬유는 소수성이며 섬유의 조직이 매우 치밀하여 염색 및 가공이 쉽지 않은 단점이 있다. 따라서 PET 섬유는 분산염료를 통한 염색 기법과 같은 특수한 염색 방법을 사용하거나 플라즈마(plasma) 처리, 화학적 에칭(etching) 등과 같은 전처리 과정을 이용하여 가공의 용이성을 높이는 방법을 사용한다.
또한, 섬유 표면에 초발수성을 부여하기 위해, 일반적으로 섬유의 표면을 물리·화학적으로 처리한 후 졸-겔 프로세싱, 화학 기상 증착 (CVD), 자기조립 및 layer-by-layer (LBL) 법을 통해 표면 에너지가 낮은 불소 물질의 도입하거나 불소 물질로 개질된 무기 입자를 섬유 표면에 코팅하는 방식을 이용한다.
하지만, 이러한 방식은 직물 표면에 형성된 소수성 층에 의해 직물 자체의 통기성 및 물리적 성질의 손실이 불가피하다. 또한 실제 산업에서 대면적으로 사용하기에는 기반시설, 처리 비용 등의 한계가 존재하며, 특히 마모에 의해 초발수성이 저하 되었을 때 그 효과를 다시 회복시키기가 어려운 한계를 지니고 있다. 따라서 이러한 연구 결과들이 보다 일상적인·산업적인 다양한 응용처에 적용되기에는 아직 해결해야 될 문제들이 많이 존재한다.
또한 2000년대 이후 표면 처리용 불소 물질에 함유 되어있는 퍼플루오르옥탄술폰산(perfluorooctane sulfonates; 이하 'PFOS'), 퍼플루오로옥탄산 (perfluorooctanoic acid; 이하 'PFOA') 등의 인체 및 환경에 대한 유독성 문제가 대두되면서, 미국의 환경보호국(Environmental Protection Agency; 이하 'EPA') 등 다양한 나라의 정부 기간에서 PFOS와 PFOA를 규제하기 시작하였다.
따라서, 현재 전 세계적으로 이를 대체할 생체·환경 친화적인 초발수성 표면 처리제에 대한 연구를 활발히 진행하고 있는 상황이다.
대한민국 등록특허 제1374095호
본 발명의 목적은 분산염료를 통한 PET 섬유의 염색공정을 원용하여, 분산염료의 모체와 유사한 안트라센과 고불소계 퍼플루오르폴리에테르 고분자를 이용함으로써 생체·환경 친화적인 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제를 합성할 수 있고, 이를 이용하여 PET 섬유의 표면을 처리함으로써 우수한 초발수성, 및 초발수성이 회복되는 재생성을 가질 수 있는 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제 및 이를 이용한 직물 자체의 통기성과 물리적 성질에 영향을 주지 않으면서 초발수성의 재생성, 산업화, 대면적화가 용이한 초발수성 PET 섬유의 표면 처리방법을 제공하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 복합체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112017023152791-pat00001
상기 화학식 1에서,
R은 수소 또는
Figure 112017023152791-pat00002
에서 선택되고,
m은 0 내지 50의 정수이고,
n은 0 내지 88의 정수이며,
m+n은 7 내지 88의 정수임.
또한 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 복합체를 포함하는, 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112017023152791-pat00003
상기 화학식 1에서,
R은 수소 또는
Figure 112017023152791-pat00004
에서 선택되고,
m은 0 내지 50의 정수이고,
n은 0 내지 88의 정수이며,
m+n은 7 내지 88의 정수임.
또한 본 발명은 반응기에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate; 이하 'PET'), 상기 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제, 및 불소계 용제를 투입하는 단계(제1단계); 상기 반응기를 가열하여 초발수성 표면 처리제의 염색반응을 통해 PET 표면을 초발수성 표면 처리하는 단계(제2단계); 및 상기 초발수성 표면 처리된 PET 표면을 세척 및 건조시키는 단계(제3단계);를 포함하는, PET 섬유의 초발수성 표면 처리방법을 제공한다.
본 발명에 따른 생체·환경 친화적인 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제로 PET 섬유 표면을 처리함으로써 직물의 통기성과 물리적인 특성에 손상을 주지 않으면서 우수한 초발수성, 초기 초발수성이 다시 회복되는 재생성, 산업화 및 대면화의 이점을 가지며, 또한 초발수성 표면 처리제가 처리된 PET 섬유를 기능성 의류, 의료용 소재 및 유수 분리막 등 다양한 산업에 적용할 수 있다.
도 1은 안트라센-퍼플루오르폴리에테르(이하 'Anthracene-PFPE') 기반의 초발수성 표면 처리제(이하 'An-D4000')의 합성 과정을 나타낸 도면;
도 2는 실시예 1에 의해 합성된 An-D4000 및 D4000의 형광 특성 비교를 나타낸 도면;
도 3은 실시예 1에 의해 합성된 An-D4000의 1H-NMR 분석결과를 나타낸 도면;
도 4는 실시예 1에 의해 합성된 An-D4000의 FT-IR 분석결과를 나타낸 도면;
도 5는 PET 단일 섬유(일반)/원단(a), PET 단일 섬유(일반)/0.1 g An-D4000(b), PET 단일 섬유(일반)/0.5 g An-D4000(c), PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)/원단(d), PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)/0.1 g An-D4000(e), 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)/0.5 g An-D4000(f)의 EDS 분석 결과를 나타낸 도면;
도 6은 초발수성 표면 처리제(An-D4000)가 처리된 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 젖음 특성 변화(a), 물을 튕겨내는 모습(b), 공기 트랩(c), 다양한 액체에 대한 발수 특성(d), 다양한 PET 섬유의 처리 모습(PET 단일 섬유(일반, 100% 폴리에스터), PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사, 70% 폴리에스터와 30% 나일론의 혼방) 1, PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사, 70% 폴리에스터와 30% 나일론의 혼방)2, 및 폴리에스터-면 혼방 섬유(T/C, 50% 폴리에스터와 50% 면의 혼방) 순서로 배열)(e), 섬유 표면에 물방울이 붙지 않는 캡쳐 이미지(f), 섬유 표면에서 물방울이 밀리는 캡쳐 이미지 (g)을 나타낸 도면;
도 7은 초발수성 표면 처리제(An-D4000)가 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 인장 강도 측정 결과(a), PET 단일 섬유(일반)의 An-D4000 처리 전·후 SEM 이미지(좌: 원단, 우: 0.1 g의 An-D4000 처리)(b), 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 An-D4000 처리 전·후 SEM 이미지(좌: 원단, 우: 0.1 g의 An-D4000 처리)(c)를 나타낸 도면;
도 8은 초발수성 표면 처리제(An-D4000)가 처리된 PET 단일 섬유(일반)(a) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)(b)의 EDS 분석결과를 나타낸 도면;
도 9는 5000 싸이클 마모 후 초발수성 표면 처리제(An-D4000)가 처리된 PET 단일 섬유(일반)(a) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)(b)의 표면 SEM 이미지를 나타낸 도면;
도 10은 초발수성 표면 처리제(An-D4000)가 처리된 PET 단일 섬유(일반)의 5000 싸이클 마모(a), 10000 싸이클 마모(b), 15000 싸이클 마모(c), 5000 싸이클 마모 후 재처리(d), 10000 싸이클 마모 후 재처리(e), 및 15000 싸이클 마모 후 재처리(f) 후 EDS 분석결과를 나타낸 도면;
도 11은 초발수성 표면 처리제(An-D4000)가 처리된 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 5000 싸이클 마모(a), 10000 싸이클 마모(b), 15000 싸이클 마모(c), 5000 싸이클 마모 후 재처리(d), 10000 싸이클 마모 후 재처리(e), 및 15000 싸이클 마모 후 재처리(f) 후 EDS 분석결과를 나타낸 도면;
도 12는 안트라센-9-카르복실산(anthracene-9-carboxylic acid), 실시예 1에 의해 합성된 An-D4000, 및 D4000에 대한 세포 독성 테스트 결과를 나타낸 도면;
도 13은 실시예 2에 따라 초발수성 표면 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 물방울에 의한 자가 세정 능력(a), 오염 방지 능력(좌: 세척 전, 우: 세척 후)(b), 및 실시예 2에 따라 초발수성 표면 처리된 실제 셔츠 (30% 폴리에스터와 70% 면의 혼방 섬유로 제작, 주머니만 처리)의 오염 방지 능력을 나타낸 도면;
도 14는 실시예 2에 따라 초발수성 표면 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 세포 독성 테스트 결과를 나타낸 도면; 및
도 15는 실시예 2에 따라 초발수성 표면 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 물-오일 분리 실험(파란: 물, 투명: CHCl3)결과를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명인 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제 및 이를 이용한 PET 섬유의 초발수성 표면 처리방법을 보다 상세하게 설명한다.
본 발명의 발명자들은 PET 섬유의 염색에 사용하는 분산염료의 분자 구조적 특징에서 착안하여 분산염료의 모체와 유사한 안트라센과 고불소계 퍼플루오르폴리에테르 고분자를 이용하여 합성한 생체·환경 친화적인 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제를 PET 섬유에 초발수성 표면 처리 할 경우, 직물의 통기성과 물리적 특성에 손실을 주지 않으면서 우수한 초발수성, 초기 초발수성이 다시 회복되는 재생성을 가지며, 또한 산업화 및 대면적화가 용이하여 초발수성 표면 처리제가 처리된 PET 섬유를 기능성 의류, 의료용 소재 및 유수 분리막 등 다양한 산업에 적용할 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 복합체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112017023152791-pat00005
상기 화학식 1에서,
R은 수소 또는
Figure 112017023152791-pat00006
에서 선택되고,
m은 0 내지 50의 정수이고,
n은 0 내지 88의 정수이며,
m+n은 7 내지 88의 정수임.
상기 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 복합체는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 2]
Figure 112017023152791-pat00007
상기 화학식 2에서,
o는 0 내지 33의 정수이고,
p은 0 내지 58의 정수이며,
o+p는 15 내지 58의 정수임.
또한 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 복합체를 포함하는, 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112017023152791-pat00008
상기 화학식 1에서,
R은 수소 또는
Figure 112017023152791-pat00009
에서 선택되고,
m은 0 내지 50의 정수이고,
n은 0 내지 88의 정수이며,
m+n은 7 내지 88의 정수임.
상기 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 복합체는 하기 화학식 2로 표시되는 화합물일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
[화학식 2]
Figure 112017023152791-pat00010
상기 화학식 2에서,
o는 0 내지 33의 정수이고,
p은 0 내지 58의 정수이며,
o+p는 15 내지 58의 정수임.
또한 본 발명은 반응기에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate; 이하 'PET'), 상기 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제, 및 불소계 용제를 투입하는 단계(제1단계); 상기 반응기를 가열하여 초발수성 표면 처리제의 염색반응을 통해 PET 표면을 초발수성 표면 처리하는 단계(제2단계); 및 상기 초발수성 표면 처리된 PET 표면을 세척 및 건조시키는 단계(제3단계);를 포함하는, PET 섬유의 초발수성 표면 처리방법을 제공한다.
상기 제2단계는 반응기를 110 내지 150℃로 가열하여 2 내지 4시간 동안 반응시킨 것 일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 하기 실시예에 의해 본 발명인 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제 및 이를 이용한 PET 섬유의 초발수성 표면 처리방법을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> PFPE 기반의 초발수성 표면 처리제 합성(An-D4000)
도 1을 참조하면, 안트라센-퍼플루오르폴리에테르(이하 'Anthracene-PFPE') 기반의 초발수성 표면 처리제를 합성하기 위하여 다음과 같은 반응을 진행하였다. 100 cm3 둥근바닥 플라스크에 안트라센-9-카르복실산(anthracene-9-carboxylic acid) 1 g, 트리메틸아민(trimethylamine) 0.59 g, 및 무수 디클로로메탄(anhydrous dichloromethane) 21 cm3을 투입한 후 25℃에서 10분 동안 교반시켜 반응용액을 준비하였다.
이후 디페닐포스포릴 아자이드(diphenylphosphoryl azide) 1.36 g을 반응 용액 속에 천천히 첨가한 후 25℃에서 30분간 반응을 진행하여 반응 용액을 농축시켰다.
농축시킨 반응 용액에 무수 테트라하이드로퓨란(anhydrous tetrahydrofuran) 9 cm3을 첨가한 후, 하기 화합물 1(FLUOROLINK D4000, 제조사: 솔베이 이하 'D4000') 1.76 g이 녹아있는 아사히클린 AK225G 21 cm3 및 디부틸주석 디라우레이트(dibutyltin dilaurate) 0.11 g을 첨가하였다. 이후 55℃에서 16시간 동안 반응시켰다.
[화합물 1]
HO-CH2-CF2O{(CF2O)o(CF2CF2O)p}-CF2CH2-OH
반응이 모두 끝나면 불소계 용제인 FC-770(3M)으로 생성물을 추출하였고, 10% Na2CO3 수용액과 디클로로메탄(dichloromethane)으로 수차례 세척하였다.
세척한 후, 생성물이 포함된 불소 용매층을 황산마그네슘(MgSO4)을 이용하여 건조시키고, 아사히클린 AK225G를 이용하여 필터링 한 후 농축시킴으로써 Anthracene-PFPE 기반의 초발수성 표면 처리제(이하 'An-D4000')를 얻었다(고체, 연 노란색, 수득: 1.56 g).
<실시예 2> An-D4000을 이용한 PET 섬유의 초발수성 표면 처리
PET 섬유의 표면에 초발수성 표면 처리제를 도입하기 위해 다음과 같은 과정을 진행하였다. 100 cm3 둥근바닥 플라스크에 PET 원단, 0.1 g의 An-D4000, 및 불소계 용제인 FC-40 10 cm3을 투입하였다.
이후 130℃로 가열하여 An-D4000의 염색반응을 통해 3시간 동안 PET 원단(PET 단일 섬유(일반, 100% 폴리에스터), PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사, 70% 폴리에스터와 30% 나일론의 혼방), PET 섬유를 포함한 폴리에스터-면 혼방 섬유(T/C, 50% 폴리에스터와 50% 면의 혼방, 및 30% 폴리에스터와 70% 면의 혼방)) 의 초발수성 표면 처리 반응을 진행하였다. 반응 시간 이후 An-D4000이 처리된 PET 원단을 FC-770(3M)과 아세톤을 이용하여 세척한 후 상온에서 건조함으로써 An-D4000으로 PET 섬유의 표면을 처리하였다.
<실시예 3> An-D4000을 이용한 PET 섬유의 초발수성 표면 처리
0.05 g의 An-D4000을 이용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 조건으로 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 표면을 처리하였다.
<실시예 4> An-D4000을 이용한 PET 섬유의 초발수성 표면 처리
0.3 g의 An-D4000을 이용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 조건으로 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 표면을 처리하였다.
<실시예 5> An-D4000을 이용한 PET 섬유의 초발수성 표면 처리
0.5 g의 An-D4000을 이용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 조건으로 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 표면을 처리하였다.
<비교예 1> D4000을 이용한 PET 섬유의 초발수성 표면 처리
0.1 g의 D4000을 이용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 조건으로 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 표면을 처리하였다.
<실험예 1> An-D4000의 합성 확인
초발수성 표면 처리제인 An-D4000의 합성은 안트라센-9-카르복실산(anthracene-9-carboxylic acid)와 양 말단에 하이드록시기(hydroxyl group)를 가지고 있는 고불소계 PFPE인 D4000을 이용하여 진행하였다.
보다 효과적인 합성을 위해 안트라센-9-카르복실산(anthracene-9-carboxylic acid)의 작용기를 이소시아네이트(isocyanate)로 전환하였으며, 촉매 조건 하에서 D4000의 하이드록시기와 반응을 진행하였다. 합성 여부는 물질의 형광 특성, 1H-NMR 및 FT-IR 결과를 이용하여 확인하였다.
An-D4000에 포함된 안트라센은 UV에 의해 특유의 형광 특성을 보이는 물질로 잘 알려져 있다. 실시예 1에 의해 합성된 An-D4000을 불소 용제인 아사히클린 AK225G에 녹여 형광 특성을 확인해 본 결과, D4000과는 다르게 안트라센 특유의 형광이 나타나는 것을 확인 할 수 있었다(도 2 참조).
또한 1H-NMR(400Mhz, CDCl3와 1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane의 혼합 용액)을 통해 안트라센과 D4000의 양성자(proton) 피크를 확인 할 수 있었고, 특히 이소시아네이트와 하이드록시기 간의 반응에 의해 생성된 우레탄 결합의 N-H 피크가 나타나는 것을 확인할 수 있었다(도 3 참조).
FT-IR(KBr pellet)의 결과에서도 N-H 결합과 C=O 결합의 신축성 흡수(stretching absorption) 피크를 통하여 우레탄 결합이 형성되었음을 알 수 있었다(도 4 참조).
위의 형광 특성, 1H-NMR 및 FT-IR의 결과를 통해 성공적으로 An-D4000이 합성되었음을 확인 하였다.
<실험예 2> PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)에 초발수성 표면 처리제(An-D4000) 도입여부 확인
PET 섬유의 초발수성 표면 처리법은 이미 산업에서 사용되고 있는 PET 섬유의 분산염료를 이용한 염색법을 응용한 방법으로 수행하였다.
단순히 합성된 An-D4000과 PET 단일 섬유(일반) 또는 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)을 불소 용제에 넣고 130℃의 고온에서 3시간 동안 가열하는 단순한 처리만으로 발수 처리가 가능하다.
PET 섬유의 초발수성 표면 처리는 실시예 2 내지 실시예 5에 따라 An-D4000의 양(0.05 g, 0.1 g, 0.3 g, 0.5 g)을 달리하며 진행하였으며, 이때 사용된 섬유 원단(PET 단일 섬유(일반), PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사))의 크기는 모두 3 cm × 3 cm로 동일하게 고정하여 사용하였다.
[표 1]
Figure 112017023152791-pat00011
상기 표 1은 PET 단일 섬유(일반)와 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 초발수성 표면 처리에 사용된 An-D4000의 양과 처리 전/후 섬유의 질량 증가율(처리시간: 3시간, 처리온도: 130℃)을 나타낸 것으로서, An-D4000으로 PET 섬유의 표면을 처리한 후, PET 섬유의 표면에 An-D4000이 도입됨에 따라 섬유의 질량이 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 질량 증가율은 초발수성 표면 처리에 사용한 An-D4000의 양이 증가할수록 커지는 경향을 나타냈다.
이러한 질량 증가가 초발수성 표면 처리제의 도입에 따른 결과인지 확인하기 위해, 에너지분산형 분광분석법(Energy-dispersive X-ray spectroscopy; 이하 'EDS ') 분석을 이용하여 처리된 PET 섬유 표면의 원소를 분석하였다.
그 결과, An-D4000이 도입된 PET 섬유의 표면에서 An-D4000의 F 원소가 검출되는 것을 볼 수 있었으며, 특히 An-D4000의 양이 증가함에 따라 검출되는 F 원소의 양이 증가하는 경향성을 확인 할 수 있었다(도 5 참조).
처리된 PET 섬유의 질량 증가와 EDS 분석 결과를 통해 초발수성 표면 처리제인 An-D4000은 실시예 2 내지 실시예 5에 따라 PET 섬유 표면 상으로 효과적으로 도입된다는 것을 확인할 수 있었다.
PET 섬유의 표면에 고불소계 초발수성 표면 처리제인 An-D4000이 도입됨에 따라 섬유 표면의 표면 에너지가 감소하게 되고, 직조에 의해 생성된 거친 표면에 의해 물과 PET 섬유 표면 사이에 공기 트랩(air trap)이 형성되면서 보다 강력한 발수 효과를 보이게 된다.
이러한 초발수성 효과는 다양한 표면 특성 실험을 통해 확인 할 수 있었다. 특히 실시예 2 내지 실시예 5의 An-D4000을 이용한 PET 섬유의 초발수성 표면 처리는 PET 단일 섬유(일반, 100% 폴리에스터) 이외에도 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사, 70% 폴리에스터와 30% 나일론의 혼방), 폴리에스터-면 혼방 섬유(T/C, 50% 폴리에스터와 50% 면의 혼방, 및 30% 폴리에스터와 70% 면의 혼방) 등 혼방된 섬유와 그 비율에 상관없이 다양한 혼방 섬유에도 광범위하게 적용이 가능하여 그 처리의 적용 범위가 매우 넓음을 알 수 있다(도 6, 및 도 13(c) 참조).
<실험예 3> 초발수성 표면 처리제 (An-D4000)가 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 물에 대한 접촉각(Water contact angle) 측정
실시예 2 내지 실시예 5 및 비교예 1에 따라 초발수성 표면 처리된 PET 섬유의 발수 효과를 확인하기 위해 물에 대한 접촉각을 측정하였다.
측정은 Phoenix 300(SEO, Surface Electro Optics)을 사용하였고, 상온 조건에서 3 μL의 물을 이용하여 접촉각을 측정하였으며, 측정한 이미지는 Image J를 이용해 분석하였다. 샘플당 5 군데의 접촉각을 측정하였고, 측정값들의 평균을 최종적인 접촉각으로 하였다.
실시예 2 내지 실시예 5에 따라 An-D4000으로 초발수성 표면 처리된 PET 섬유의 초발수성 성능을 평가하기 위해 물에 대한 접촉각(contact angle)을 측정하였다. 비교를 위해 비교예 1에 따라 D4000으로 초발수성 표면 처리된 PET 섬유도 함께 물접촉각을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
Figure 112017023152791-pat00012
상기 표 2는 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 An-D4000의 처리양에 따른 물접촉각 측정 결과를 나타낸 것이다.
실제 측정과정에서 아무런 처리가 되지 않은 PET 원단의 경우에는 물이 바로 스며들어 측정이 불가능하였다. 실시예 2 내지 실시예 5에 따라 An-D4000을 이용하여 초발수성 표면 처리를 진행한 PET 섬유의 경우, PET 섬유 표면에 초발수성 표면 처리제가 도입됨에 따라 물을 밀어내는 발수 효과가 발생하는 것을 볼 수 있었다.
구체적으로, 실시예 1에 따라 합성된 An-D4000으로 초발수성 표면 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)에서 전반적으로 150˚ 이상의 높은 접촉각을 보였으며, 측정 후 시간이 지나도 물이 섬유에 스며들지 않고 발수 성질이 유지되는 것을 볼 수 있었다.
또한, 초발수성 표면 처리에 사용한 An-D4000의 양이 많을수록 접촉각이 약간 높아지는 경향을 보였지만 실질적으로 양에 따른 접촉각의 변화는 크게 나타나지 않았다. 특히, PET 단일 섬유(일반)보다 섬유의 굵기가 얇아 더 미세하고 많은 공기 트랩을 형성할 수 있는 표면을 가진 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)에서 더 높은 접촉각이 측정되는 것을 볼 수 있었다.
비교예 1에 따라 D4000 0.1 g으로 처리한 PET 섬유의 경우, 역시 접촉각이 측정되었다. 하지만 접촉각을 측정하는 도중에 섬유로 점차 물이 스며들면서 젖는 현상이 발생하였다.
즉, 비교예 1에 따라 PET 섬유의 표면을 처리한 후 세척과정에서 남은 극미량의 D4000에 의해 표면 에너지가 처리 전 PET 원단보다 낮아져 물이 스며드는 것이 지연되어 발생한 접촉각으로 여겨지며 실질적으로 An-D4000을 처리한 섬유에서 보인 발수 효과와는 다소 차이가 있었다.
<실험예 4> 초발수성 표면 처리제 (An-D4000)가 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 물에 대한 흐름각(Water shedding angle) 측정
초발수성 표면 처리에 의한 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 발수 성질을 확인하기 위해 물에 대한 흐름각 (water shedding angle)을 측정하였다. 측정은 'Zimmermann et al, Text. Res. J. 2009, 79, 1565' 에 제시된 방식을 인용하였다.
직접 제작한 틸팅(tilting) 기구에 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)를 올려놓고 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)로부터 1 cm 위에 물방울을 떨어트릴 주사기를 설치하였다. 틸팅 기구의 각도는 20˚부터 1˚ 씩 줄여가며 측정하였으며, 매 각도마다 PET 섬유 위로 물방울을 떨어트려 물방울이 떨어진 지점으로부터 2 cm 이상 물방울이 굴러 떨어지는지 최소각을 측정하였다.
이때 두 종류의 주사바늘을 이용하였으며 부피가 각각 5.4 ± 0.06 μL(26 G, 내경: 241 μm, Kovax-Needle, ㈜ 한국백신)와 8.2 ± 0.10 μL(23 G, 내경: 318 μm, Kovax-Needle, ㈜ 한국백신)인 물방울에 대하여 측정을 진행하였고, 그 결과는 하기 표 3에 나타내었다.
[표 3]
Figure 112017023152791-pat00013
표 3은 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 An-D4000의 처리양에 따른 흐름각 측정 결과를 나타낸 것으로서, 물에 대한 흐름각(shedding angle)의 측정에서는 처리에 사용된 물질의 양, 섬유의 종류, 사용한 물의 부피에 따라 다양 결과가 나타났다.
구체적으로, 비교예 1에 따라 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)에서는 물방울이 굴러 떨어지지 않았지만, 실시예 2 내지 실시예 5에 따라 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 경우 15˚ 이하의 흐름각을 가졌다.
또한, 초발수성 표면 처리에 사용된 물질의 양이 증가 할수록 흐름각이 점차 작아지는 경향을 보였으며, 특히 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)에서는 전체적으로 10˚ 이하의 낮은 흐름각을 갖는 것을 볼 수 있었다.
<실험예 5> 초발수성 표면 처리제 (An-D4000)가 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 인장강도(Tensile strength) 측정
고온의 초발수성 표면 처리 조건에서 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 물리적 강도 변화를 확인하기 위해 인장강도를 측정하였다. 인장강도 측정에는 만능 시험기(Universal Testing Machine, AG-X, Shimadzu Corp., Kyoto, Japan)를 사용하였으며, ASTM D 5034에 맞춰 개량된 그래브법 시험(modified grab test)의 방식으로 진행하였다.
샘플은 크기가 90 mm × 150 mm 인 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 중앙부를 25 mm을 제외하고 양쪽 부분을 길이방향으로 잘라 준비하였다. 이후 샘플을 300 mm/min의 인장 속도로 완전히 파단이 일어날 때까지 실험을 진행하였으며, 이때 측정된 최대 힘(N)을 이용하여 최대 응력(Maxium stress)을 산출하였다. 측정은 5 회씩 진행하였으며 이렇게 얻은 결과를 평균내어 최종적인 결과값으로 사용하였다.
130℃의 매우 가혹한 초발수성 표면 처리 조건이 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 물리적 강도에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 인장강도 측정 실험을 실시하였다(도 7 참조).
인장 강도 측정 결과, PET 단일 섬유(일반)는 처리 후 오히려 섬유의 강도가 증가하였으며 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)는 강도의 변화가 거의 나타나지 않았다.
즉, 섬유의 종류에 따라 결과의 양상은 다소 차이가 있었으나, 매우 고온의 가혹한 초발수성 표면 처리 조건에서 섬유의 손상이나 물리적 강도의 저하 등과 같은 문제가 발생하지 않는다는 것을 알 수 있었다(도 7(a) 참조).
또한 실시예 2 내지 실시예 5에 따라 An-D4000의 처리 전·후의 SEM 이미지를 참조하면, 처리 전·후의 PET 단일 섬유(일반)는 처리 후 오히려 섬유의 강도가 증가하였으며 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 상태에 큰 차이가 없는 것을 통하여 본 발명의 An-D4000의 초발수성 표면 처리 방법이 PET 섬유에 물리적인 영향을 미치지 않는 것을 알 수 있었다(도 7(b), 및 도 7(c) 참조).
<실험예 6> 초발수성 표면 처리제(An-D4000)가 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 발수 효과의 재생성 분석
마모 등과 같은 물리적인 손상 후 발수 효과의 재생성을 평가하기 위해 마모 후 재처리된 섬유에 대하여 물에 대한 접촉각(contact angle)과 흐름각(shedding angle)을 측정하였다.
마모는 마틴데일 마모 시험기(martindale abrasion tester, James H. Heal & Co. Ltd.)를 이용하여 ASTM D 4966-2012의 규격에 맞춰 진행하였다. 0.1 g의 An-D4000을 이용하여 처리한 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)에 대하여 9 kpa 하중으로 5000, 10000, 및 15000 싸이클(cycles)씩 섬유의 표면을 인위적으로 마모 시켰으며, 마모 후 동일한 초발수성 표면 처리 조건으로 다시 처리해주었다. 접촉각 및 흐름각 측정은 상기 실험예 3 및 실험예 4와 동일하게 진행하였고, 그 결과는 하기 표 4 및 표 5에 나타내었다.
[표 4]
Figure 112017023152791-pat00014
[표 5]
Figure 112017023152791-pat00015
상기 표 4는 마모 및 재처리에 따른 접촉각 변화를 나타낸 것이고, 표 5는 마모 및 재처리에 따른 흐름각 변화를 나타낸 것이다.
구체적으로, 마모에 의해 초발수성 표면 처리제인 An-D4000이 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 표면에서 초발수성 표면 처리제의 손실이 발생하였으며(도 8, 도 10, 및 도 11 참조), 섬유 간의 간격이 넓어지면서(도 9 참조) 초발수성 효과가 감소하였다.
따라서 물에 대한 접촉각이 마모 전보다 감소하였으며 섬유의 표면에서 물방울이 굴러 떨어지는 현상이 발생하지 않았다. 이후 동일 조건의 재처리를 통해 표면에 초발수 표면 처리제가 다시 도입되면서 초발수 성질이 회복 되는 것을 확인 할 수 있었다 (도 10, 및 도 11 참조). 접촉각이 마모 전보다 감소하였지만 동일 조건의 재처리를 통해 표면에 접촉각이 다시 증가하는 것을 확인할 수 있었다(표 4 참조).
특히, 흐름각의 측정 결과에서는 마모 후 물방울이 굴러 떨어지지 않아 측정이 불가하였던 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)가 재처리 후 효과가 회복되면서 다시 물방울이 굴러 떨어지는 것을 볼 수 있었다.
상기 결과를 통하여 물리적인 손상에 의해 PET 섬유의 발수 성질이 떨어졌을 때 단순한 재처리만으로도 손쉽게 발수 효과의 재생이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
<실험예 7> 초발수성 표면 처리제(An-D4000)가 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 세포 독성 (Cytotoxicity) 테스트
상기 실시예 1에 의해 합성된 초발수성 표면 처리제인 An-D4000과, 실시예 2 내지 실시예 5에 따라 초발수성 표면 처리제인 An-D4000가 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)에 대하여 세포 독성 (cytotoxicity) 테스트를 진행하였다.
독성 용출은 ISO 10993-12 규격에 맞춰 37℃ 조건 하에서 72시간 동안 진행하였고, 용출된 용출물을 이용하여 ISO 10993-5 규격에 맞춰 WST-1 assay 방식으로 37℃ 조건하에서 24 시간 동안 세포 독성 시험을 실시하였다.
세포 독성 여부는 검체 용출물의 최고 농도에 대하여 상대적 세포 생존율이 대조군의 70% 이상인 경우 그 검체는 세포 독성이 없다고 평가하였다.
도 12를 참조하면, 세포 독성 테스트 결과, 안트라센-9-카르복실산(anthracene-9-carboxylic acid)의 경우 세포 독성이 나타난 것에 반해, 실시예 1에 따라 합성된 An-D4000는 세포 생존율이 70% 이상으로 높게 나타났다. 특히, D4000 보다 더 높은 세포 생존율을 보였으며, 이를 통해 An-D4000의 생체에 대한 유해성이 없는 것을 확인할 수 있었다.
<실험예 8> 기능성 의류, 의료용 소재 및 유수 분리막의 적용 여부 확인
초발수성 표면 처리제(An-D4000)가 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 발수 능력을 평가하기 위해 발수도 측정을 진행하였다. 측정은 AATCC 22-2014(스프레이법)에 맞춰 진행하였다. 총 3회의 측정을 진행하였으며 그 결과는 등급으로 나타내었다.
초발수성 표면 처리제(An-D4000)가 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 투습 능력을 확인하기 위해 투습도 측정 실험을 진행하였다. 측정은 ASTM E 96/E96M-2015, B(워터법)을 이용하여 진행하였다. 실험은 온도가 23 ± 1℃ 이고, 습도가 50 ± 2 % R.H.인 챔버내에서 진행하였으며 총 3회의 실험을 진행하여 측정 결과를 평균값을 내었다.
PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 표면에 실시예 1에 따라 합성된 An-D4000가 도입되면서 강력한 발수 효과가 나타나는 것을 확인 할 수 있었다.
구체적으로, 실제 발수 능력 평가에서 원단의 경우 물을 흡수하여 등급이 0으로 평가되었지만, 실시예 2에 따라 초발수성 표면 처리된 PET 단일 섬유(일반)는 60 등급, PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)는 70 ~ 75 등급의 발수도가 나타나는 것을 볼 수 있었다(표 6 참조).
투습도의 경우 초발수성 표면 처리에 의해 물을 튕겨내는 발수능력이 생겼음에도 불구하고 원단 대비 실시예 2에 따라 초발수성 표면 처리된 PET 단일 섬유(일반)는 60 등급, PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 투습 능력이 크게 변화하지 않았다(표 6 참조).
이는 표면을 발수 물질로 코팅하는 일반적인 발수 표면 처리법과는 다르게 염색공정을 이용한 초발수성 표면 처리법이므로 고불소계 초발수성 표면 처리제가 섬유 표면에 흡착한 후 섬유 내부로 확산되어 PET 섬유에 직접 도입됨으로써 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 기공 등에 영향을 주지 않기 때문이다.
[표 6]
Figure 112017023152791-pat00016
또한, 실시예 2에 따라 초발수성 표면 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 표면 에너지가 감소하면서 각종 오염 물질에 대하여 자가세정(self-cleaning) 기능과 오염 방지(stain release) 능력이 나타나는 것을 볼 수 있었다(도 13(a) 및 도 13(b) 참조). 실제 셔츠(30% 폴리에스터와 70% 면의 혼방 섬유로 제작)를 실시예 2에 따라 처리를 한 결과 커피 및 잉크와 같은 일반적인 오염 물질에 대하여 동일하게 오염 방지(stain release) 능력이 나타나는 것을 볼 수 있었다(도 13(c) 참조).
또한, 초발수성 표면 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)에 대한 세포 독성 테스트는 초발수성 표면 처리제인 An-D4000의 세포 독성 테스트와 동일한 방식으로 진행되었다.
실시예 2에 따라 초발수성 표면 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)에 대한 세포 독성 테스트 결과에서도 An-D4000의 결과와 마찬가지로 70% 이상의 세포 생존율을 보였으며, 오히려 원단의 경우보다 세포수가 증가하는 결과를 확인하였다(도 14 참조).
상기 결과들을 통하여 본 발명인 고불소계 초발수성 표면 처리제를 이용한 초발수성 표면 처리법은 혼방된 섬유의 종류와 그 비율에 관계없이 적용이 가능하며 기능성 의류, 의료용 가운 및 의료용 소재의 초발수성 표면 처리 등에 다양한 산업에 광범위한 적용이 가능한 것으로 판단된다.
또한, 최근에는 초발수성 섬유를 이용하여 공업용수, 기름 유출에 의한 오염 등 기름이 혼합되어 오염된 물을 정화하기 위해 물과 오일을 분리하는 유수 분리막에 대한 연구들이 활발히 진행되고 있다.
구체적으로, 실시예 2에 따라 초발수성 표면 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)에 대하여 유수 분리막으로써의 적용 가능성을 확인하기 위해, 물과 CHCl3의 혼합 용액에 대한 분리 실험을 진행하였다.
그 결과, 발수 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)에 의해 물은 통과되지 못하는데 반해 CHCl3은 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)을 통과하여 물과 CHCl3이 서로 분리가 되는 것을 확인할 수 있었다(도 15 참조).
상기 결과를 토대로 실시예 2에 따라 초발수성 표면 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)는 유수 분리막으로의 활용 또한 가능함을 알 수 있었다.
위의 다양한 실험 결과들을 통하여, 실시예 1에 따라 합성된 고불수계 초발수성 표면 처리제인 An-D4000이 초발수성 표면 처리 조건 하에서 PET 섬유의 표면에 효과적으로 도입되었으며 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)의 표면에 발수 성질이 나타나는 것을 확인하였다.
본 발명의 PET 섬유 초발수성 표면 처리방법은 PET 섬유의 염색법에서 착안된 초발수성 표면 처리법으로 이미 산업 기반이 갖춰진 섬유의 염색 공정에 그대로 접목할 수 있다는 점에서 대면적화 및 산업 적용이 매우 용이하다고 할 수 있다.
실시예 1에 따라 합성된 초발수성 표면 처리제 및 초발수성 표면 처리된 PET 단일 섬유(일반) 및 PET 섬유를 포함한 폴리에스터-나일론 혼방 섬유(극세사)에 대하여 진행한 세포 독성 테스트를 통해 생체 유해성이 없는 생체·환경 친화적인 처리법임을 알 수 있다.
특히, 실시예 1에 따라 합성된 An-D4000으로 발수 처리 후 물리적인 손상에 의해 발수 성질이 떨어지더라도 단순한 재처리만으로 손쉽게 발수 효과를 회복시킬 수 있어 효과의 지속력 및 재생성 또한 우수한 초발수성 표면 처리법이라고 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (6)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 복합체:
    [화학식 1]
    Figure 112017023152791-pat00017

    상기 화학식 1에서,
    R은 수소 또는
    Figure 112017023152791-pat00018
    에서 선택되고,
    m은 0 내지 50의 정수이고,
    n은 0 내지 88의 정수이며,
    m+n은 7 내지 88의 정수임.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 복합체는,
    하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는, 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 복합체:
    [화학식 2]
    Figure 112017023152791-pat00019

    상기 화학식 2에서,
    o는 0 내지 33의 정수이고,
    p은 0 내지 58의 정수이며,
    o+p는 15 내지 58의 정수임.
  3. 하기 화학식 1로 표시되는 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 복합체를 포함하는, 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제:
    [화학식 1]
    Figure 112017023152791-pat00020

    상기 화학식 1에서,
    R은 수소 또는
    Figure 112017023152791-pat00021
    에서 선택되고,
    m은 0 내지 50의 정수이고,
    n은 0 내지 88의 정수이며,
    m+n은 7 내지 88의 정수임.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 복합체는,
    하기 화학식 2로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는, 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제:
    [화학식 2]
    Figure 112017023152791-pat00022

    상기 화학식 2에서,
    o는 0 내지 33의 정수이고,
    p은 0 내지 58의 정수이며,
    o+p는 15 내지 58의 정수임.
  5. 반응기에 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (polyethylene terephthalate; 이하 'PET'), 청구항 3에 따른 안트라센-퍼플루오르폴리에테르 기반의 초발수성 표면 처리제, 및 불소계 용제를 투입하는 단계(제1단계);
    상기 반응기를 가열하여 초발수성 표면 처리제의 염색반응을 통해 PET 표면을 초발수성 표면 처리하는 단계(제2단계); 및
    상기 초발수성 표면 처리된 PET 표면을 세척 및 건조시키는 단계(제3단계);
    를 포함하는, PET 섬유의 초발수성 표면 처리방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제2단계는,
    반응기를 110 내지 150℃로 가열하여 2 내지 4시간 동안 반응시키는 것을 특징으로 하는, PET 섬유의 초발수성 표면 처리방법.
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