KR101928175B1

KR101928175B1 - 고성능 스키 왁스 조성물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101928175B1
Application number: KR1020170039870A
Authority: KR
Inventors: 김호영; 윤창호; 김동조
Original assignee: 서울대학교산학협력단
Priority date: 2017-03-29
Filing date: 2017-03-29
Publication date: 2018-12-11
Also published as: US20190106598A1; EP3604469A4; US10604679B2; KR20180110697A; WO2018182087A1; EP3604469A1

Abstract

본 발명은 초소수성 탄소 나노 입자를 포함하는 스키 왁스 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 왁스 및 초소수성 탄소 나노 입자(superhydrophobic carbon nano particle)를 포함하는 스키 왁스 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이며, 본 발명의 초소수성 탄소 나노 입자를 포함하는 스키 왁스 조성물 및 그 제조방법에 따르면, 왁스의 소수성 및 그 유지력을 증가시키고, 이를 통해 빙면 또는 설면에서 스키 왁스에 의한 마찰 감소 성능을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 생산이 용이한 초소수성 탄소 나노 입자를 이용함으로써 생산성을 향상시킴과 동시에 우수한 마찰 감소 효과를 나타낼 수 있으며, 간단한 음파처리를 통해 왁스 내에 산포되므로 계면활성제 첨가에 의한 문제점을 해소할 수 있는바, 스키 등의 동계 스포츠 관련 제품 제조 산업 분야 등에서 널리 활용될 수 있다.

Description

고성능 스키 왁스 조성물 및 그 제조방법{HIGH PERFORMANCE GLIDING SKI WAX COMPOSITION AND A METHOD FOR PREPARING THEREOF}

본 발명은 초소수성 탄소 나노 입자를 포함하는 스키 왁스 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 왁스 및 초소수성 탄소 나노 입자(superhydrophobic carbon nano particle)를 포함하는 스키 왁스 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

스키는 대표적인 동계 스포츠의 일종으로, 전세계적으로 보편화되고 있으며, 스키를 즐기는 인구가 크게 증가되고 있는 추세이다. 빙면 또는 설면에서 마찰력을 감소시켜 주행속도를 상승시키기 위하여 스키 왁스가 사용되고 있다. 빙면 또는 설면에서 낮은 마찰력을 가지도록, 스키 왁스는 소수성을 가지도록 개발되어 왔다. 표면 거칠기가 거칠수록 소수성이 증가하고, 빙면 또는 설면에서 마찰력 역시 감소한다는 것이 알려져 있다.

PTFE 등의 불소수지, 이황화몰리브덴, 갈륨, 인듐, 산화티타늄, 풀러렌 또는 다이아몬드 나노 입자와 같은 탄소 나노 입자를 혼합하여 소수성이 증가된 스키 왁스를 제조하는 방법이 사용되어 왔으나(일본 공개특허공보 제2013-117016호), 풀러렌 또는 다이아몬드 나노 입자는 생산이 비교적 어렵고, 뭉침현상이 발생되어 왁스 내에 산포시키기가 어려우므로, 아이소프로필 알코올 등과 같은 별도의 계면활성제의 첨가가 불가피하다. 그러나 함께 첨가된 계면활성제가 왁스 표면의 소수성을 감소시키므로 전체적인 성능이 저감될 수 밖에 없는 문제점이 있다.

이에, 본 발명자들은 소수성을 극대화시켜 마찰 감소 성능이 뛰어나면서 생산성이 향상된 스키 왁스 조성물을 개발하고자 예의 노력한 결과, 초소수성 탄소 나노 입자를 첨가하는 경우 생산성이 향상될 뿐만 아니라 현저히 우수한 마찰 감소 성능을 가진다는 것을 확인하여, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 왁스 및 초소수성 탄소 나노 입자(superhydrophobic carbon nano particle)를 포함하는 스키 왁스 조성물을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 (a) 왁스에 초소수성 탄소 나노 입자(superhydrophobic carbon nano particle)를 첨가하는 단계; 및 (b) 음파처리(sonication)하는 단계를 포함하는 스키 왁스 조성물의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 왁스 및 초소수성 탄소 나노 입자(superhydrophobic carbon nano particle)를 포함하는 스키 왁스 조성물을 제공한다.

본 발명은 또한, (a) 왁스에 초소수성 탄소 나노 입자(superhydrophobic carbon nano particle)를 첨가하는 단계; 및 (b) 음파처리(sonication)하는 단계를 포함하는 스키 왁스 조성물의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 초소수성 탄소 나노 입자를 포함하는 스키 왁스 조성물 및 그 제조방법에 따르면, 왁스의 소수성 및 그 유지력을 증가시키고, 이를 통해 빙면 또는 설면에서 스키 왁스에 의한 마찰 감소 성능을 극대화시킬 수 있을 뿐만 아니라, 생산이 용이한 초소수성 탄소 나노 입자를 이용함으로써 생산성을 향상시킴과 동시에 우수한 마찰 감소 효과를 나타낼 수 있으며, 간단한 음파처리를 통해 왁스 내에 산포되므로 계면활성제 첨가에 의한 문제점을 해소할 수 있는바, 스키 등의 동계 스포츠 관련 제품 제조 산업 분야 등에서 널리 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 스키 왁스 조성물의 마찰 감소 성능을 도식화하여 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 스키 왁스 조성물에 포함되는 왁스 및 왁스 첨가제의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 스키 왁스 조성물의 마찰 감소 성능을 상용왁스와 비교하여 나타낸 것이다.
도 4는 첨가된 DLC 나노 입자의 질량비(mass fraction)에 따른 마찰 감소 성능을 나타낸 것이다.
도 5는 DLC 나노 입자가 첨가된 파라핀 왁스의 사진이다.
도 6은 상용왁스와 본 발명의 스키 왁스 조성물의 AFM 사진을 비교하여 나타낸 것이다.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.

본 발명은 왁스에 초소수성 탄소 나노 입자(superhydrophobic carbon nano particle)를 첨가하여, 왁스의 소수성 및 그 유지력을 증가시킴으로써, 빙면 또는 설면에서 스키 왁스에 의한 마찰 감소 성능을 극대화한 스키 왁스 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다(도 1).

본 발명에서 사용된 "초소수성 탄소 나노 입자(superhydrophobic carbon nano particle)"는 구체적으로는 초소수성을 갖는 탄소 내지 탄화수소 입자로서, 바람직하게는 다이아몬드 유사 탄소 나노 입자(diamond like carbon nano particle; DLC 나노 입자)일 수 있으며, 이는 C₂H₂를 고압에서 글로방전하여 제조된 것으로, 그 지름이 30 내지 50 nm이고, 접촉각이 대략 128°이다(Dai, Wei, et al., "Porous carbon nanoparticle networks with tunable absorbabiligy.", Scientific reports 3 (2013): 2524).

본 발명은 일 관점에서, 왁스 및 초소수성 탄소 나노 입자(diamond like carbon nano particle)를 포함하는 스키 왁스 조성물에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 왁스 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 초소수성 탄소 나노 입자를 바람직하게는 0.5 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 2.5 중량% 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 초소수성 탄소 나노 입자를 0.5 중량% 미만으로 포함할 경우, 마찰감소 효과가 미비하며, 10 중량% 초과로 포함할 경우, 마찰감소 효과의 변화가 크게 보이지 않으므로, 가성비가 떨어진다는 문제점이 있다.

본 발명에 있어서, 상기 왁스는 상온에서 고체인 알칸(alkane)인 것을 특징으로 할 수 있고, 바람직하게는 탄소수 20 내지 60의 알칸일 수 있으며, 상기 왁스 첨가제는 플루오로알칸(fluoroalkane) 또는 퍼플루오로알칸(perfluoroalkane)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다(도 2).

본 발명은 다른 관점에서, (a) 왁스에 초소수성 탄소 나노 입자(diamond like carbon nano particle)를 첨가하는 단계; 및 (b) 음파처리(sonication)하는 단계를 포함하는 스키 왁스 조성물의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 왁스 첨가제를 더 첨가하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계는 상기 초소수성 탄소 나노 입자를 바람직하게는 0.5 내지 10 중량%, 더욱 바람직하게는 2.5 중량% 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 초소수성 탄소 나노 입자를 0.5 중량% 미만으로 포함할 경우, 마찰감소 효과가 미비하며, 10 중량% 초과로 포함할 경우, 마찰감소 효과의 변화가 크게 보이지 않으므로, 가성비가 떨어진다는 문제점이 있다.

본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계의 왁스는 상온에서 고체인 알칸(alkane)인 것을 특징으로 할 수 있고, 바람직하게는 탄소수 20 내지 60의 알칸일 수 있으며, 상기 (a) 단계의 왁스 첨가제는 플루오로알칸(fluoroalkane) 또는 퍼플루오로알칸(perfluoroalkane)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다(도 2).

[실시예]

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

실시예 1: 스키 왁스 조성물의 제조

상용왁스(Racing mix wet, Holmenkol)를 베이스로 하여, DLC 나노입자(Dai, Wei, et al., "Porous carbon nanoparticle networks with tunable absorbabiligy.", Scientific reports 3 (2013): 2524)를 0.5 내지 10 중량% 첨가하여, 스키 왁스 조성물을 제조하였다.

상용왁스와 DLC 나노 입자를 용기에 같이 넣고 밀봉한 후, 물 중탕 또는 섭씨 120도의 오븐에서 왁스를 녹여 DLC 입자가 왁스에 젖게 한 다음, 소니케이터 내에 끓은 물을 채우고, 왁스를 물 또는 오븐에서 꺼내어 바로 소니케이터에 넣고 1분간 음파처리하였다. 상용왁스의 종류에 따라 물 중탕 또는 오븐에 녹여 음파처리하는 과정을 한 두 번 반복하였다. 이를 식혀 용기에서 꺼내어 스키 왁스 조성물을 완성하였다.

실시예 2: 스키 왁스 조성물의 마찰 감소 성능 효과 분석

실시예 1에서 제조된 스키 왁스 조성물의 마찰 감소 성능 효과를 확인하기 위하여, 상용왁스 2종(Main wax HF, Vola 및 Racing mix wet, Holmenkol)과 실시예 1에서 제조된 스키 왁스 조성물의 마찰 감소 성능을 비교하여 분석하였다.

회전형 마찰측정기(서울대학교, 마이크로유체역학실험실)로 마찰 계수를 측정한 결과, 실시예 1에서 제조된 스키 왁스 조성물 중 DLC 나노 입자를 5 중량% 첨가한 스키 왁스 조성물의 경우, 상용왁스에 비해 마찰이 약 20% 정도 저감된 것을 확인할 수 있다(도 3). 또한, 첨가된 DLC 나노 입자의 질량비에 따른 마찰 계수를 측정한 결과, 첨가된 DLC 나노 입자의 질량비가 2.5 중량%인 경우 마찰 감소 효과가 가장 큰 것을 확인할 수 있었다(도 4).

또한, 파라핀 왁스에 DLC 나노 입자를 실시예 1의 방법으로 0.6, 1.2, 2.5 및 5 중량% 혼합하여 그 외관을 관찰하였다(도 5). 아울러, 파라핀 왁스에 DLC 나노 입자를 실시예 1의 방법으로 5 중량% 혼합한 결과물을 AFM(atomic force microscopy)으로 촬영한 결과, 상용왁스와 달리 표면에 탄소 나노 입자가 돌출되어 더욱 소수성을 갖는 표면이 형성된 것을 확인할 수 있었다(도 6).

결과적으로 표면에 노출된 탄소 나노 입자가 얼음과의 점착력을 줄여 마찰이 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims

왁스 및 다이아몬드 유사 탄소 나노 입자(diamond like carbon nano particle)를 포함하는 스키 왁스 조성물.
제1항에 있어서, 플루오로알칸(fluoroalkane) 또는 퍼플루오로알칸(perfluoroalkane)인 왁스 첨가제를 더 포함하는 스키 왁스 조성물.
제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 유사 탄소 나노 입자를 0.5 내지 10 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 스키 왁스 조성물.
제1항에 있어서, 상기 왁스는 상온에서 고체인 알칸(alkane)인 것을 특징으로 하는 스키 왁스 조성물.
삭제
다음 단계를 포함하는 스키 왁스 조성물의 제조방법:
(a) 왁스에 다이아몬드 유사 탄소 나노 입자(diamond like carbon nano particle)를 첨가하는 단계; 및
(b) 음파처리(sonication)하는 단계.
제6항에 있어서, 상기 (a) 단계는 플루오로알칸(fluoroalkane) 또는 퍼플루오로알칸(perfluoroalkane)인 왁스 첨가제를 더 첨가하는 것을 특징으로 하는 스키 왁스 조성물의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 (a) 단계는 다이아몬드 유사 탄소 나노 입자를 0.5 내지 10 중량% 첨가하는 것을 특징으로 하는 스키 왁스 조성물의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 (a) 단계의 왁스는 상온에서 고체인 알칸(alkane)인 것을 특징으로 하는 스키 왁스 조성물의 제조방법.
삭제