KR101869385B1 - 장쇄 알킬에스터 및 하이드록시에틸기를 가지는 메타아크릴레이트계 고분자를 포함하는 극소수성막 형성용 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장쇄 알킬에스터 및 하이드록시에틸기의 메타아크릴레이트계 고분자를 포함하는 극소수성막 형성용 조성물, 이로부터 제조된 극소수성막, 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 극소수성막 형성용 조성물은 간단한 코팅공정으로 극소수성막을 제조할 수 있고, 필터용 종이에 담지할 경우 144o 이상의 매우 큰 접촉각을 나타내므로, 표면에 코팅하거나 섬유 또는 종이에 담지하여 극소수성을 필요로 하는 다양한 분야에서 유용하게 사용할 수 있다.

Description

장쇄 알킬에스터 및 하이드록시에틸기를 가지는 메타아크릴레이트계 고분자를 포함하는 극소수성막 형성용 조성물{Hydrophobic films forming composition comprising methacrylate polymers having long alkyl ester and hydroxyethyl groups in the side chain}
본 발명은 장쇄 알킬에스터 및 하이드록시에틸기의 메타아크릴레이트계 고분자를 포함하는 극소수성막 형성용 조성물, 이로부터 제조된 극소수성막, 및 이극소수성막을 포함하는 유흡착제에 관한 것이다.
일반적으로 금속이나 고분자 등의 고체 기재의 표면은 고유의 표면 에너지를 가지고 있다. 이는 임의의 액체가 고체 기재에 접촉할 때 액체와 고체 간의 접촉각으로 나타나게 된다. 접촉각의 크기가 90°보다 작은 경우, 구형상의 물방울은 고체 표면에서 그 형태를 잃고 표면을 적시는 친수성을 나타낸다. 또한, 접촉각의 크기가 90°보다 큰 경우, 구형상의 물방울은 고체 표면에서 구의 형상을 유지하면서 표면을 적시지 않고 외부 힘에 따라 쉽게 흐르는 소수성을 나타낸다.
한편, 고체 기재의 표면이 갖는 고유의 접촉각은 그 표면을 미세한 요철형상을 갖도록 가공하게 되면 그 값을 변화시킬 수 있다. 즉, 접촉각이 90°보다 작은 친수성 표면은 표면 가공을 통해 친수성이 더욱 커질 수 있고, 접촉각이 90°보다 큰 소수성 표면도 표면가공을 통해 소수성이 더욱 커질 수 있다. 이러한 고체 기재의 소수성 표면은 다음과 같은 다양한 응용이 가능하다.
구체적으로, 소수성 표면은 공조 시스템의 응축기에 적용하여 응축 효율을 높일 수 있고, 다 마신 음료 캔 내부의 잔여량을 완벽히 제거하여 캔 용기 재활용 공정을 더욱 간단하게 줄일 수 있다. 또한, 겨울철 차량 내부의 유리에 외부와의 온도차이에 의해 김이 서리는 현상을 방지할 수 있고 물과의 저항성이 매우 중요시되는 선박의 표면에 적용하면 동일한 동력으로 보다 높은 추진력을 보일 수 있다. 뿐만 아니라, 겨울철 눈이 쌓여 문제가 되는 접시형 안테나 표면에 적용하면 수분이나 눈이 쌓이지 않게 할 수 있고, 급수 배관에 적용하면 유량과 유속을 증가시킬 수 있다. 또한, 사막과 같이 물이 부족한 지역에서 물의 이동을 수월하게 할 수 있다.
고체 표면의 접촉각을 임의의 용도를 위해 변화시키는 기술은 현재까지는 반도체 제조기술을 응용한 MEMS(Microelectromechanical Systems) 공정에 의존하여 고체 표면의 마이크로 혹은 나노 단위의 미세한 요철을 형성하는 방법이 대부분이었다. 이러한 MEMS 공정은 반도체 기술을 기계공학적으로 응용한 첨단의 기술이지만, 반도체 공정은 상당한 고가의 공정이다.
한편, 일반적으로 오일은 매우 중요한 자원이지만 만일 이것이 누출되면 환경 오염에 큰 원인이 된다. 비록, 오일 누유의 예방이 오일누출을 감소시키는 논리적인 수단이라고는 하나 몇몇 사고들은 아직까지도 발생되고 있으며, 오일 누출의 위협은 가까운 미래에서도 감소시킬 수 없다. 그러나, 해상 누유의 제거를 위한 기술의 계속적인 개선과 대응책들은 누출에서 오는 피해를 또한 감소시킬 수 있을 것이다.
현재까지 해양에 유출된 오일을 제거하는 방법으로는 태워서 없애는 방법, 봉쇄와 방향전환에 의한 방법, 기계적인 제거에 의한 방법, 화학적인 분산제에 의한 방법 및 생분해적인 방법 등이 사용되어 오고 있으며, 특히, 기계적인 제거에 의한 방법(Mechanical removal)으로 유흡착기술에서, 유흡착제는 기름을 흡착 회수하는 물질로서 유출량이 적거나 엷은 유막을 회수할 때 사용한다. 이러한 흡착제는 표면에 기름을 묻히는 종류와 기름을 흡수하는 종류가 있는데, 흡착제는 방제작업 마무리 단계에서 사용하거나, 선박 접근이 곤란한 해역의 엷은 유막 회수에 사용하며, 산란장이나 습지 같은 환경민감 해역에서 다른 방법으로 방제하기 곤란한 경우에 사용하기도 한다.
상술한 유흡착제의 종류로는 석유 고분자체로 만들어져 점도가 낮은 기름에서 고점유도까지 흡수가 가능하게 제조되는 합성물질과 식물섬유, 펄프, 석탄 등을 넷트에 포장하여 사용하는 유기물질, 그리고 글라스울 및 표면처리한 운모, 경석 등의 광물을 사용하여 제조한 무기물질이 있다. 흡착제 형태는 사각형, 롤형, 붐형, 쿠션형, 한 묶음으로 되어 있지 않은 재질로서 기름의 유출 정도나 장소에 따라 적절하게 사용한다.
이에, 본 발명자들은 물과의 접촉각은 크지만 오일과의 접촉각은 작은 극소수성막 및 이를 포함하는 유흡착제를 개발하기 위하여, 장쇄 알킬에스터 및 하이드록시에틸기를 가지는 메타아크릴레이트계 고분자를 단독으로 사용하거나, 이를 범용성 고분자와 혼합하여 간단한 코팅공정으로 제조한 고분자막이 144o 이상의 접촉각을 나타내므로 이를 극소수성막으로 유용하게 사용할 수 있고, 극소수성막을 포함하는 유흡착제는 오일 제거에 유용하게 사용할 수 있는 것을 알아내어 본 발명을 완성하였다.
한국공개특허 2012-0126213
본 발명의 목적은 극소수성막 형성용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 조성물을 도포하여 형성된 극소수성막을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 극소수성막을 포함하는 유흡착제를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 유흡착제의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 메타아크릴레이트계 고분자를 포함하는 극소수성막 형성용 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112015116145244-pat00001
(상기 화학식 1에서,
m 및 n은 0보다 큰 정수이되,
Figure 112018010380117-pat00034
은 0.64 내지 0.75이고;
수평균 분자량은 5000 내지 500000이고; 및
분산도는 1.0 내지 4이다).
또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 메타아크릴레이트계 고분자 10 내지 90 중량%; 및 하기 화학식 2 내지 6으로 표시되는 범용성 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 10 내지 90 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 극소수성막 형성용 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112015116145244-pat00003
(상기 화학식 1에서,
m 및 n은 0보다 큰 정수이되,
Figure 112018010380117-pat00035
은 0.64 내지 0.75이고;
수평균 분자량은 5000 내지 500000이고; 및
분산도는 1.0 내지 4이다).
[화학식 2]
Figure 112015116145244-pat00005
[화학식 3]
Figure 112015116145244-pat00006
,
[화학식 4]
Figure 112015116145244-pat00007
,
[화학식 5]
Figure 112015116145244-pat00008
및
[화학식 6]
Figure 112015116145244-pat00009
.
나아가, 본 발명은 상기 조성물을 도포하여 형성된 극소수성막을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 극소수성막을 포함하는 유흡착제를 제공한다.
나아가, 본 발명은 상기 조성물을 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 제조한 용액을 기재에 코팅하는 단계(단계 2);를 포함하는 상기 유흡착제의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 장쇄 알킬에스터 및 하이드록시 에틸기를 가지고 있는 메타아크릴계 고분자를 포함하는 극소수성막 형성용 조성물은 간단한 코팅공정으로 극소수성막을 제조할 수 있고, 필터용 종이에 담지할 경우 144o 이상의 매우 큰 접촉각을 나타내므로, 표면에 코팅하거나 섬유 또는 종이에 담지하여 극소수성을 필요로 하는 다양한 분야에서 유용하게 사용할 수 있다. 특히, 필터용 종이에 담지할 경우 탄화수소계 용매들로 대표되는 오일은 완전히 흡수되므로 해양 기름 유출시 제거용으로 유용하게 응용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 고분자들을 실리콘 웨이퍼에 코팅한 후 AFM을 통해서 측정한 표면 형상 이미지이다(a: 실시예 1, b: 실시예 2, c: 실시예 3).
도 2는 본 발명에 따른 극소수성막 형성용 조성물이 담지된 필터용 종이의 접촉각 측정 시 촬영한 사진이다(a: 실시예 4, b: 실시예 6, c: 실시예 5, d: 실시예7).
도 3은 실시예 1 내지 3 에서 제조된 고분자의 알킬측쇄치환율(몰%)에 따른 C/O 비율을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 메타아크릴레이트계 고분자를 포함하는 극소수성막 형성용 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112015116145244-pat00010
상기 화학식 1에서,
m 및 n은 0보다 큰 정수이되,
Figure 112018010380117-pat00036
은 0.64 내지 0.75이고;
수평균 분자량은 5000 내지 500000이고; 및
분산도는 1.0 내지 4이다.
본 발명에 따른 극소수성막 형성용 조성물은 화학식 1로 표시되는 장쇄 알킬에스터기 및 하이드록시에틸기를 가지는 메타아크릴레이트계 고분자를 포함한다.
본 발명에 따른 극소수성막 형성용 조성물에 있어서, 상기 화학식 1에서,
Figure 112017075095839-pat00012
은 장쇄 알킬에스터의 몰%을 의미한다. 예를 들어,
Figure 112017075095839-pat00013
가 0.60이면, 장쇄 알킬에스터기 몰%가 60이고, 하이드록시에틸기 몰%가 40인 메타아크릴레이트계 고분자를 의미한다.
본 발명에 따른 극소수성막 형성용 조성물에 있어서, 상기 화학식 1에서,
Figure 112018010380117-pat00014
은 바람직하게는 0.64 내지 0.75이다.
상기 바람직한 범위에서, 장쇄 알킬에스터의 몰%가 클수록 소수성의 장쇄 알킬에스터기가 친수성의 하이드록시에틸기보다 비율이 큰 것을 의미하나, 장쇄 알킬에스터의 몰%가 작더라도 하이드록시 에틸기의 작용에 의해서 나타나는 매우 큰 표면거칠기로 인하여 극소수성막을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 극소수성막 형성용 조성물은 소수성인 장쇄 알킬 측쇄의 비율이 상대적으로 적더라도 하이드록시 에틸기의 작용에 의해서 나타나는 매우 큰 표면거칠기로 인하여 물접촉각이 우수하므로 표면에 코팅하거나 섬유 또는 종이에 담지하여 극소수성을 필요로 하는 다양한 분야에서 유용하게 사용할 수 있다. 특히, 필터용 종이에 담지할 경우, 오일은 완전히 흡수되므로 해양 기름 유출시 제거용으로 유용하게 응용될 수 있다.
또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 메타아크릴레이트계 고분자 10 내지 90 중량%; 및 하기 화학식 2 내지 6으로 표시되는 범용성 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 10 내지 90 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 극소수성막 형성용 조성물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112015116145244-pat00015
(상기 화학식 1에서,
m 및 n은 0보다 큰 정수이되,
Figure 112018010380117-pat00037
은 0.64 내지 0.75이고;
수평균 분자량은 5000 내지 500000이고; 및
분산도는 1.0 내지 4이다).
[화학식 2]
Figure 112015116145244-pat00017
[화학식 3]
Figure 112015116145244-pat00018
,
[화학식 4]
Figure 112015116145244-pat00019
,
[화학식 5]
Figure 112015116145244-pat00020
및
[화학식 6]
Figure 112015116145244-pat00021
.
본 발명에 따른 극소수성막 형성용 조성물은 상기 화학식 1로 표시되는 장쇄 알킬에스터기 및 하이드록시에틸기를 가지는 메타아크릴레이트계 고분자 10 내지 90 중량%;와 범용성 고분자 10 내지 90 중량%를 혼합하여 간단한 코팅공정으로 극소수성막을 제조할 수 있어 극소수성막 형성용 조성물로 유용하게 사용할 수 있다.
나아가, 본 발명은 상기 조성물을 도포하여 형성된 극소수성막을 제공한다.
본 발명에 따른 극소수성막은 표면에 소수성인 장쇄 알킬 측쇄의 비율이 상대적으로 적더라도 하이드록시 에틸기의 작용에 의해서 나타나는 매우 큰 표면거칠기로 인하여 물접촉각이 우수하다. 따라서, 본 발명에 따른 극소수성막은 불소 또는 실리콘을 포함하는 고분자를 사용하지 않고도 극소수성막을 구현하였다는데에 큰 의의가 있으며, 표면의 소수성을 필요로 하는 다양한 분야에서 극소수성막으로 유용하게 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 극소수성막을 포함하는 유흡착제를 제공한다.
본 발명에 따른 극소수성막 형성용 조성물은 144o 이상의 매우 큰 접촉각을 나타내어 우수한 극소수성막을 구현할 수 있으므로, 이러한 극소수성막을 포함하는 기재를 유흡착제로 유용하게 사용할 수 있으며, 특히, 극소수성막이 포함된 필터용 종이는 오일을 완전히 흡수하므로 해양 누수 오일의 제거에 유용하게 사용할 수 있다.
나아가, 본 발명은 상기 조성물을 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 제조한 용액을 기재에 코팅하는 단계(단계 2);를 포함하는 상기 유흡착제의 제조방법을 제공한다.
이하, 상기 제조방법을 단계별로 구체적으로 설명한다.
본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 단계 1은 상기 조성물을 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 단계이다.
이때, 상기 용매는 본 발명에 따른 조성물을 용해시킬 수 있는 통상적인 용매라면 특별한 제한없이 사용가능하나, 클로로포름, 디클로로메탄, 아세톤, 피리딘, 테트라하이드로퓨란, 클로로벤젠, 디클로로벤젠 등을 사용하는 것이 바람직하고, 클로로포름을 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 상기 용액의 농도는 하술하는 단계 2에서 코팅 또는 담지를 수행할 수 있는 농도라면 특별한 제한없이 사용가능하나, 0.1 내지 5 중량%인 것이 바람직하다.
다음으로, 본 발명에 따른 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 제조한 용액을 기재에 코팅하는 단계이다.
이때, 상기 기재는 용도에 따라 소수성 표면을 필요로 하여 본 발명에 따른 극소수성막을 코팅할 수 소재라면 특별한 제한없이 사용가능하나, 종이, 섬유, 필터, 패턴 표면, 유리, 금속, 섬유, 플라스틱, 세라믹 등을 사용하는 것이 바람직하고, 종이, 섬유, 필터, 패턴 표면 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 코팅은 본 발명에 따른 극소수성막을 기재에 코팅할 수 있는 방법이라면 특별한 제한없이 사용가능하나, 스핀 코팅, 딥 코팅, 롤 코팅, 용액 코팅, 스프레이 코팅 등이 바람직하다.
본 발명에 따른 유흡착제의 제조방법은 고분자 용액으로부터 기재를 코팅 하여 제조할 수 있어 제조방법이 용이하고 간단하므로 유용하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
< 비교예 1> 극소수성막의 제조
장쇄 알킬에스터기와 하이드록시 에틸기를 37 : 63의 비율로 지니고 있는 메타아크릴계 고분자(PHEMA17C-37, 수평균 분자량 = 134,000)를 실온에서 클로로포름 용매에 용해시켜 1 중량% 농도의 고분자 용액을 제조하였다. 다음으로, 상기 고분자 용액을 2000 rpm의 회전속도에서 30초 동안 스핀 코팅하고 건조하여 고분자막을 제조하였다.
< 실시예 1> 극소수성막의 제조 1
장쇄 알킬에스터기와 하이드록시 에틸기를 64:36의 비율로 지니고 있는 메타아크릴계 고분자(PHEMA17C-64, 수평균 분자량 = 88,000)를 실온에서 클로로포름 용매에 용해시켜 1 중량% 농도의 고분자 용액을 제조하였다. 다음으로, 상기 고분자 용액을 2000 rpm의 회전속도에서 30초 동안 스핀 코팅하고 건조하여 고분자막을 제조하였다.
< 실시예 2> 극소수성막의 제조 2
장쇄 알킬에스터기와 하이드록시 에틸기를 75:25의 비율로 지니고 있는 메타아크릴계 고분자(PHEMA17C-75, 수평균 분자량 = 131,000)를 실온에서 클로로포름 용매에 용해시켜 1 중량% 농도의 고분자 용액을 제조하였다. 다음으로, 상기 고분자 용액을 2000 rpm의 회전속도에서 30초 동안 스핀 코팅하고 건조하여 고분자막을 제조하였다.
< 실시예 3> 극소수성막의 제조 3
장쇄 알킬에스터기와 하이드록시 에틸기를 92:8의 비율로 지니고 있는 메타아크릴계 고분자(PHEMA17C-92, 수평균 분자량 = 141,000)를 실온에서 클로로포름 용매에 용해시켜 1 중량% 농도의 고분자 용액을 제조하였다. 다음으로, 상기 고분자 용액을 2000 rpm의 회전속도에서 30초 동안 스핀 코팅하고 건조하여 고분자막을 제조하였다.
< 비교예 2> 유흡착제의 제조
장쇄 알킬에스터기와 하이드록시 에틸기를 37 : 63의 비율로 지니고 있는 메타아크릴계 고분자(PHEMA17C-37, 수평균 분자량 = 134,000)를 실온에서 클로로포름 용매에 용해시켜 1 중량% 농도의 고분자 용액을 제조하였다. 다음으로, 상기 고분자 용액에 셀룰로오스 필터 종이(기공크기: 8 μm, WhatmanTM)를 담지하여 충분히 흡수시킨 후 꺼내어 진공에서 약 2 시간 동안 건조하였다.
< 실시예 4> 유흡착제의 제조 1
장쇄 알킬에스터기와 하이드록시 에틸기를 64:36의 비율로 지니고 있는 메타아크릴계 고분자(PHEMA17C-64, 수평균 분자량 = 88,000)를 실온에서 클로로포름 용매에 용해시켜 1 중량% 농도의 고분자 용액을 제조하였다. 다음으로, 상기 고분자 용액에 셀룰로오스 필터 종이(기공크기: 8 μm, WhatmanTM)를 담지하여 충분히 흡수 시킨 후 꺼내어 진공에서 약 2 시간 동안 건조하였다.
< 실시예 5> 유흡착제의 제조 2
장쇄 알킬에스터기와 하이드록시 에틸기를 92:8의 비율로 지니고 있는 메타아크릴계 고분자(PHEMA17C-92, 수평균 분자량 = 141,000)를 실온에서 클로로포름 용매에 용해시켜 1 중량% 농도의 고분자 용액을 제조하였다. 다음으로, 상기 고분자 용액에 셀룰로오스 필터 종이(기공크기: 8 μm, WhatmanTM)를 담지하여 충분히 흡수 시킨 후 꺼내어 진공에서 약 2 시간 동안 건조하였다.
< 실시예 6> 유흡착제의 제조 3
장쇄 알킬에스터기와 하이드록시 에틸기를 64:36의 비율로 지니고 있는 메타아크릴계 고분자(PHEMA17C-64, 수평균 분자량 = 88,000)를 실온에서 클로로포름 용매에 용해시켜 1 중량% 농도의 고분자 용액을 제조하였다. 다음으로, 상기 고분자 용액에 셀룰로오스 필터 종이(기공크기: 2.5 μm, WhatmanTM)를 담지하여 충분히 흡수 시킨 후 꺼내어 진공에서 약 2 시간 동안 건조하였다.
< 실시예 7> 유흡착제의 제조 4
장쇄 알킬에스터기와 하이드록시 에틸기를 92:8의 비율로 지니고 있는 메타아크릴계 고분자(PHEMA17C-92, 수평균 분자량 = 141,000)를 실온에서 클로로포름 용매에 용해시켜 1 중량% 농도의 고분자 용액을 제조하였다. 다음으로, 상기 고분자 용액에 셀룰로오스 필터 종이(기공크기: 2.5 μm, WhatmanTM)를 담지하여 충분히 흡수 시킨 후 꺼내어 진공에서 약 2 시간 동안 건조하였다.
< 실험예 1> 본 발명에 따른 고분자막의 접촉각 및 표면거칠기 평가
1. 접촉각 평가
본 발명에 따른 고분자막 및 필터용 종이의 접촉각을 평가하기 위하여, 상기 실시예 1 내지 3에서 제조된 고분자를 실리콘 웨이퍼에 코팅한 막 및 실시예 4 내지 7에서 제조된 필터용 종이 표면에, 4 μL의 물방울을 떨어뜨린 후, 추가적으로 8 μL의 물을 주입하여 60 초 동안 측정하여 접촉각을 기록하는 동접촉각 측정법으로 Kruss DSA10 (Germany) 접촉각 측정 기기를 사용하여 측정하였고, 그 결과를 표 1 에 나타내었다.
2. 표면거칠기 평가
본 발명에 따른 고분자막의 표면거칠기를 평가하기 위하여, 상기 실시예 1 내지 3에서 제조된 고분자막을 원자간력현미경(AFM; 모델명: SPA 400, 제조사: Seiko Instruments Industry, Co.,Ltd.,Japan)을 사용하여 고분자막의 표면거칠기를 측정하여, 그 결과를 도 1 및 표 1에 나타내었다.
물접촉각 표면거칠기
비교예 1 107.6 45 nm
실시예 1 118.0 163 nm
실시예 2 107.8 1.1 nm
실시예 3 105.1 0.9 nm
비교예 2 134.5

> 1 μm
실시예 4 141.9
실시예 5 134.6
실시예 6 144.7
실시예 7 130.0
도 1은 본 발명의 고분자들을 실리콘 웨이퍼에 코팅한 후 AFM을 통해서 측정한 표면 형상 이미지이다(a: 실시예 1, b: 실시예 2, c: 실시예 3).
표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 극소수성막은 물접촉각이 큰 것을 알 수 있고, 특히, 실시예 1(PHEMA17C-64) 표면의 물접촉각은 118o로 PTFE(Polytetrafluoroethylene)와 비슷한 정도의 값을 보여준다.
또한, 실시예 4 또는 실시예 6(PHEMA17C-64가 담지된 필터용 종이) 표면의 물 접촉각은 실시예 5 또는 실시예 7(PHEMA17C-92가 담지된 필터용 종이) 표면의 물 접촉각보다 약 10o 이상 큰 것을 알 수 있다.
나아가, 도 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1(PHEMA17C-64)의 경우 1-5 μm 크기의 응집체들이 형성되어 있는 것을 발견할 수 있으며, 이에 반해서 실시예 3(PHEMA17C-92)의 경우는 매우 평탄한 표면을 형성하고 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 극소수성막은 소수성인 장쇄 알킬 측쇄의 비율이 상대적으로 적더라도 하이드록시 에틸기의 작용에 의해서 나타나는 매우 큰 표면거칠기로 인하여 물접촉각이 우수한 것으로 사료된다. 즉, 본 발명에 따른소수성막은 불소 또는 실리콘을 포함하는 고분자를 사용하지 않고도 극소수성막을 구현하였다는데에 큰 의의가 있음을 알 수 있다.
< 실험예 2> 본 발명에 따른 극소수성막에 접촉된 물방울의 형상
본 발명에 따른 본 발명에 따른 극소수성막 형성용 조성물이 담지된 필터용 종이에 접촉된 물방울의 형상을 알아보기 위하여, 상기 실험예 1-1에서 본 발명에 따른 실시예 4 내지 7에서 제조된 필터용 종이의 물접촉각을 측정하는 실험 중, 측정 시작 40초 후에 고분자 표면 상의 접촉된 물방울의 형상을 촬영하여 도 2에 나타내었다.
도 2는 본 발명에 따른 극소수성막 형성용 조성물이 담지된 필터용 종이의 접촉각 측정 시 촬영한 사진이다(a: 실시예 4, b: 실시예 6, c: 실시예 5, d: 실시예7).
도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 본 발명에 따른 극소수성막 형성용 조성물이 담지된 필터용 종이는 극소수성막이 형성된 것을 알 수 있다.
< 실험예 3> XPS를 이용한 고분자막의 성분 분석
본 발명에 따른 고분자막의 표면 성분을 분석하기 위하여, 상기 실시예 1 내지 3 에서 제조된 고분자막을 XPS실험(모델명:Thermo Scientific, 제조사: Sigma Probe, U.K.)을 수행하여, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3은 실시예 1 내지 3 에서 제조된 고분자의 알킬측쇄치환율(몰%)에 따른 C/O 비율을 나타낸 그래프이다.
도 3에 나타난 바와 같이, 장쇄 알킬기의 비율이 높은 실시예 3(PHEMA17C-92)는 실시예 1(PHEMA17C-64) 보다 C/O 값이 크고, 이론값과 실험값을 비교하면, 실시예 3(PHEMA17C-92)의 실험값은 이론값보다 상대적으로 크고, 실시예 1(PHEMA17C-64)의 실험값은 이론값보다 작은 것을 알 수 있다.
이로부터, 실시예 3(PHEMA17C-92)의 표면은 장쇄 알킬기가 지배적으로 드러나 있고, 실시예 1(PHEMA17C-64)의 표면은 하이드록시 에틸기가 잘 드러나 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 상기와 같은 표면 성분에도 불구하고, 실시예 1(PHEMA17C-64)의 물접촉각이 실시예 3(PHEMA17C-92)보다 크게 나타나는 것은 매우 큰 거칠기 값으로부터 비롯되는 것으로 사료된다.
따라서, 본 발명에 따른 고분자막은 XPS실험을 통한 표면 성분 분석을 통하여, 소수성이 우수하다는 것을 알 수 있으므로, 표면의 소수성을 필요로 하는 다양한 분야에서 극소수성막으로 유용하게 사용할 수 있다.
< 실험예 4> 본 발명에 따른 유흡착제의 흡수도 평가
본 발명에 따른 유흡착제의 탄화수소계 용매에 대한 흡수도를 평가하기 위하여, 상기 비교예 2 및 실시예 6의 유흡착제의 표면(면적= 1.5 X 1.5 cm2) 에 데칸, 도데칸 또는 헥사데칸을 각각 10 ㎕를 떨어뜨리고 10 초 경과 후, 흡수된 정도를 육안으로 관찰하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
데칸 도데칸 헥사데칸
비교예 2 ○ △ X
실시예 4 ○ ○ ○
실시예 5 ○ ○ △
실시예 6 ○ ○ ○
실시예 7 ○ ○ △
(상기 표 2에서, ○: 완전히 흡수됨, △: 일부 흡수됨, X:흡수되지 않음)
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 유흡착제는 탄화수소계 용매에 대한 흡수도가 우수함을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 극소수성막을 포함하는 기재는 오일 제거, 특히 해양 누유 제거 시 유용하게 사용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 메타아크릴레이트계 고분자를 포함하는 극소수성막 형성용 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112018010380117-pat00022

    (상기 화학식 1에서,
    m 및 n은 0보다 큰 정수이되,
    Figure 112018010380117-pat00023
    은 0.64 내지 0.75이고;
    수평균 분자량은 5000 내지 500000이고; 및
    분산도는 1.0 내지 4이다).
  2. 하기 화학식 1로 표시되는 메타아크릴레이트계 고분자 10 내지 90 중량%; 및
    하기 화학식 2 내지 6으로 표시되는 범용성 고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 10 내지 90 중량%로 포함하는 것을 특징으로 하는 극소수성막 형성용 조성물:
    [화학식 1]
    Figure 112018010380117-pat00024

    (상기 화학식 1에서,
    m 및 n은 0보다 큰 정수이되,
    Figure 112018010380117-pat00038
    은 0.64 내지 0.75이고;
    수평균 분자량은 5000 내지 500000이고; 및
    분산도는 1.0 내지 4이다).
    [화학식 2]
    Figure 112018010380117-pat00026

    [화학식 3]
    Figure 112018010380117-pat00027
    ,
    [화학식 4]
    Figure 112018010380117-pat00028
    ,
    [화학식 5]
    Figure 112018010380117-pat00029
    및
    [화학식 6]
    Figure 112018010380117-pat00030
    .
  3. 제1항 또는 제2항의 조성물을 도포하여 형성된 극소수성막.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 극소수성막은 118° 내지 144°의 접촉각을 갖는 것을 특징으로 하는 극소수성막.
  5. 제3항의 극소수성막을 포함하는 유흡착제.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유흡착제는 유리, 종이, 금속, 섬유, 플라스틱 및 세라믹으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종에 극소수성막이 코팅된 것을 특징으로 하는 유흡착제.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 유흡착제는 해양 누유 제거용인 것을 특징으로 하는 유흡착제.
  8. 제1항 또는 제2항의 조성물을 용매에 용해시켜 용액을 제조하는 단계(단계 1); 및
    상기 단계 1에서 제조한 용액을 기재에 코팅하는 단계(단계 2);를 포함하는 제5항의 유흡착제의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 단계 1의 용매는 클로로포름, 디클로로메탄, 아세톤, 피리딘, 테트라하이드로퓨란, 클로로벤젠 및 디크롤로벤젠으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 유흡착제의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 단계 2의 코팅은 스핀 코팅, 딥 코팅, 롤 코팅, 용액 코팅 및 스프레이 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 유흡착제의 제조방법.
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