KR101974642B1 - 수중 공기층 유지를 위한 초발수 다공성 막 및 그 제조방법 - Google Patents

수중 공기층 유지를 위한 초발수 다공성 막 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초발수 다공성 막 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 미세 기공이 형성된 다공성 막을 지지하며 물이 표면에 부착될 시 닫힌 구조를 형성하여 구조물 내부적으로 공기를 보유할 수 있게 하는 닫힌 셀(closed cell) 볼록 구조 형상을 갖는 다공성 막 구조물, 및 상기 다공성 막 구조물 표면에 초발수성 및 내구성을 향상시키는 코팅층을 포함하는 구조로 이루어져 물에 대한 정접촉각은 150°이상이며, 미끄럼각은 5°이하로써, 수중에서 공기층을 보다 안정적으로 유지할 수 있다.

Description

수중 공기층 유지를 위한 초발수 다공성 막 및 그 제조방법{SUPERHYDROPHOBIC POROUS MEMBRANE STRUCTURE FOR UNDERWATER AIR LAYER HOLDING AND ITS METHOD OF FABRICATION}
본 발명은 초발수 다공성 막 및 그 제조방법에 관한 것으로, 수중에서 공기층을 보다 안정적으로 유지할 수 있는 닫힌 셀(Closed-cell) 볼록 구조 형상이 형성된 수중 공기층 유지를 위한 초발수 다공성 막 및 그 제조방법에 관한 것이다.
미세 구조를 갖는 초발수 표면은 발수성으로 인해 수중에서 표면에 공기층을 형성하여 항력 저감, 오염 방지, 부식 방지, 단열 등의 다양한 분야에 응용되고 있다. 그러나 일반적인 초발수 표면은 물에 장기간 침지되거나 외력을 받을 경우 표면의 공기층을 잃어 효과가 없어지는 문제점이 발생되고 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 한국등록특허 제10-1827095호에서는 탄화규소/실리콘 복합 구조체를 이용하여 물의 침투로 초발성 특성을 읽을 경우 광전기화학적 수소생산으로 공기를 다시 공급하여 초발성 성능을 복구할 수 있는 기술이 개시되어있다.
또한, 한국공개특허 제10-2014-0023245호에서는 마이크로 형상 내에 배치된 가스 생성기를 통해 초발수 표면의 습윤상태가 될 경우 가스를 생성하여 다시 제습상태로 회복하는 방법 및 장치에 대해 개시되어있다.
이와 같은 종래 기술들은 수중에서 공기층을 안정적으로 오랫동안 유지하는데 한계가 있고, 또한 공기층 유지를 위해 별도의 장치를 이용하는 등 복잡한 방법 등이 사용되는 문제점이 있다.
따라서 초발수 표면의 실제 적용을 위해서는 보다 안정적으로 수중에서 공기층을 유지할 수 있는 초발수 표면의 형성이 요구되었다.
한국등록특허 제10-1827095호 한국공개특허 제10-2014-0023245호
상기와 같은 점을 감안한 본 발명은 수중에서 보다 공기층을 안정적으로 유지할 수 있도록 하는 구조로 이루어진 것으로, 수중에서 형성된 공기층을 안정적으로 유지할 수 있는 미세 기공이 형성된 다공성 막과 이러한 다공성 막을 지지하고 공기를 보다 안정적으로 보유할 수 있는 닫힌 셀(Closed-cell) 구조, 그리고 수중 공기층 형성을 위한 초발수성과 내구성을 향상시켜주는 초박막 코팅층으로 구성되는 초발수 다공성 막 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 초발수 다공성 막은 미세 기공이 형성된 닫힌 셀(Closed-cell) 볼록 구조 형상을 갖는 다공성 막 구조물 및 상기 다공성 막 구조물 표면에 형성된 초발수 코팅층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이와 같은 초발수 다공성 막은 물에 대한 정접촉각은 150°이상이며, 미끄럼각은 5°이하인 것을 특징으로 한다.
상기 다공성 막 구조물은, 일 측면이 평면의 형상으로 미세 기공이 형성된 다공성 막을 포함하고, 반대 측면이 상기 다공성 막을 지지하며 단면 형상이 역사다리꼴 구조로 돌출된 부분의 돌기부와 상기 돌기부와 비교할 때 함몰된 부분의 홈부를 포함하는 요철 형상으로 이루어진 닫힌 셀(Closed-cell) 볼록 구조가 형성된다.
또한, 상기 다공성 막 구조물은, 유연성을 갖는 열경화성 폴리머 수지로 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(polydimethylsiloxane, PMMA), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리에스터(polyester), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 및 에폭시 수지(epoxy resin) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 폴리머 수지로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 발수층은, 불소(F)를 포함하는 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실트리메톡시실레인(heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl trimethoxysilane, HDFS), 퍼플루오로데실트리클로로실레인(perfluorodecyltrichlorosilane, PFDTS) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoro ethylene, PTFE) 중에서 선택되는 어느 하나의 이상의 물질로 이루어진다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초발수 다공성 막의 제조방법은, 도 1에 도시된 바와 같이 닫힌 셀(Closed-cell) 블록 구조의 형상에 대응되는 금형을 준비하는 단계, 상기 준비된 금형에 폴리머 수지를 도포하는 단계, 상기 도포된 폴리머 수지를 양생하여 다공성 막이 형성된 다공성 막 구조물을 제조하는 단계, 상기 제조된 다공성 막 구조물을 금형에서 분리하는 단계 및 상기 금형으로부터 분리된 다공성 막 구조물의 표면에 초발수 코팅 용액을 초박막 코팅하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 닫힌 셀(Closed-cell) 블록 구조의 형상은, 앞서 설명한 바와 같이 단면 형상이 역사다리꼴 구조로 일 측면이 돌출된 부분의 돌기부와 상기 돌기부와 비교할 때 함몰된 부분의 홈부를 포함하는 요철부가 형성되어 있는 구조이다.
상기 폴리머 수지로는, 액체상태의 열경화성 폴리머 수지로 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리에스터(polyester), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 및 에폭시 수지(epoxy resin) 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 사용할 수 있다.
상기 다공성 막 구조물을 제조하는 단계는, 상기 금형에 도포된 폴리머 수지 표면 상에 고온 고압의 수증기를 분사하여 양생하여 미세 기공 구조가 형성된 다공성 막을 제조할 수 있다.
일 구체예로 상기 다공성 막 구조물을 제조하는 단계는 폴리머 수지 표면으로부터 5 내지 10 cm 정도의 떨어진 지점에서 100 내지 120℃의 온도와 90 내지 110kPa의 압력을 갖는 수증기를 10분에서 20분 동안 분사할 수 있으며, 반드시 이에 한정되지 않는다.
상기 초발수 코팅 용액은, 불소(F) 계열의 초발수 코팅 용액으로 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실트리메톡시실레인(heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl trimethoxysilane, HDFS), 퍼플루오로데실트리클로로실레인(perfluorodecyltrichlorosilane, PFDTS) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoro ethylene, PTFE) 중에서 선택되는 어느 하나의 이상의 물질을 포함한 것을 사용할 수 있다.
상기 초박막 코팅하는 단계는, 코팅 용액을 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 스프레이코팅(spray coating), 닥터블레이드코팅(Dr. blade coating), 바코팅(bar coating), 및 슬롯다이코팅(slot-die coating) 중 어느 하나의 방법으로 코팅할 수 있으며, 이에 한정된 것이 아니라 본 기술 분야의 통상의 기술자가 사용할 수 있는 용액 코팅 방식들을 사용할 수 있다.
본 발명의 초발수 다공성 막은 미세 기공 구조를 갖는 다공성 표면과 이를 지지하는 닫힌셀(Closed-cell) 볼록 구조, 그리고 초박막 코팅으로 구성되어 종래의 초발성 표면보다 안정적으로 수중에서 공기층을 유지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예 따른 초발수 다공성 막의 제조 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초발수 다공성 막의 제조 방법을 나타내는 모식도이다.
도 3은 본 발명의 초발수 다공성 막의 닫힌셀(Closed-cell) 볼록 구조 지지체 형상을 위한 금형의 설계도이다.
도 4는 본 발명의 본 발명의 일 실시예 따른 초발수 다공성 막의 단면도이다.
도 5 및 도 6는 증기 분사 폴리머 몰딩 기법을 통해 제작된 다공성 막 표면과 닫힌셀(Closed-cell) 볼록 구조 지지체를 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 7은 초박막 코팅을 적용한 초발수 다공성 막의 표면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초발수 다공성 막의 유연성을 보여주는 사진이다.
도 9는 평판 PDMS의 접촉각, 미끄럼각 및 리바운딩 높이를 측정한 결과 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 초발수 다공성 막의 접촉각, 미끄럼각 및 리바운딩 높이를 측정한 결과 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초발수 다공성 막의 수중 공기층 유지 성능을 실험한 결과 사진이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예 따른 초발수 다공성 막의 제조 방법을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 닫힌 셀(Closed-cell) 블록 구조의 형상에 대응되는 금형을 준비하는 단계(S100), 준비된 금형에 폴리머 수지를 도포하는 단계(S200), 상기 도포된 폴리머 수지를 양생하여 다공성 막이 형성된 다공성 막 구조물을 제조하는 단계(S300), 상기 제조된 다공성 막 구조물을 금형에서 분리하는 단계(S400) 및 상기 금형으로부터 분리된 다공성 막의 표면에 초발수 코팅 용액을 초박막 코팅하는 단계(S500)를 포함할 수 있다.
상기 금형을 준비하는 단계(S100)는 제조되는 초발수 다공성 막이 미세 기공이 형성된 다공성 막을 지지하며 물이 표면에 부착시 닫힌 구조를 형성하여 구조물 내부적으로 공기를 보유할 수 있게 하는 닫힌 셀(Closed-cell) 블록 구조의 형상에 대응되는 형상을 갖는 금형을 준비하는 과정이다.
금형을 준비하는 단계(S100)에서는 알루미늄, 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoro ethlyene, PTFE), 폴리락틱애씨드(Polylactic acid, PLA) 등의 금형 재료를 레이저, 컴퓨터수치제어(camputer numerical control, CNC), 3D 프린팅 가공 방법 등의 금형의 가공 방법을 사용하여 금형을 제작할 수 있다.
도 3은 본 발명의 초발수 다공성 막의 닫힌 셀(Closed-cell) 볼록 구조 지지체 형상을 위한 금형의 설계도이며, 도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 닫힌 셀(Closed-cell) 볼록 구조의 역구조를 갖는 금형의 설계도이고, 도 3의 (b)는 닫힌 셀(Closed-cell) 볼록 구조에 대응되는 역구조를 갖는 금형의 실제 모습을 촬영한 사진이며, 도 3의 (b)는 이와 같은 본 발명의 닫힌 셀(Closed-cell) 볼록 구조 역구조 금형의 형상을 공초첨 레이저 주사 현미경(confocal laser scanning microscopy, CLSM)으로 촬영한 이미지이다.
여기서 닫힌 셀(closed cell) 볼록 구조는 도 4에 도시된 바와 같이, 볼록하게 돌출된 부분의 돌기부(21)와 상기 돌기부(21)와 비교할 때 함몰된 부분의 홈부(22)를 일정하게 반복된 요철 형태를 포함하는 닫힌셀(Closed-cell) 볼록 구조 지지체(20)가 형성되어 있는 구조로써 격자 무늬 패턴을 나타내며, 이의 구조에 대응되는 닫힌 셀 볼록 구조의 역구조의 금형을 제조한다.
폴리머 수지를 도포하는 단계(S200)는 상기 S100 단계에서 준비된 금형에 폴러머 수지를 도포하는 과정이다. 이때 도포되는 폴리머 수지의 두께는 크게 한정하지 않는다.
상기 도포되는 폴리머 수지로는, 제작되는 초발성 다공성 막의 곡면 적용을 위해 유연성을 갖는 액체상태의 열경화성 폴리머 수지로써 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리에스터(polyester), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 및 에폭시 수지(epoxy resin) 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 폴리디메틸실록산(PDMS)를 사용한다.
다공성 막 구조물을 제조하는 단계(S300)는 상기 S200 단계를 통해 도포된 폴리머 수지 상에 증기 폴리머 몰딩 기법으로서 증기를 분사하여 양생시켜 요철부(20)가 형성된 측면의 반대 측면에 미세 기공 구조를 갖는 다공성 막(10)이 형성된 다공성 막 구조물을 제조한다.
상기 다공성 막 구조물을 제조하는 단계(S300)는 고온 고압의 증기로 100 내지 120℃의 온도와 90 내지 110kPa의 압력을 갖는 증기를 10분에서 20분 동안 분사 할 수 있다. 또한, 상기 증기는 폴리머 수지 표면으로부터 5 내지 10 cm 정도의 떨어진 거리에서 분사될 수 있다.
예를 들어 1기압에서 100℃ 미만의 온도로 충분한 증기가 생성되지 않는 경우 폴리머 수지 상에 미세 기공 구조가 제대로 생성되지 않고, 이와 반대로 증기가 120℃ 초과의 온도를 갖는 경우는 폴리머 수지 상에 미세 기공이 형성되기 전에 폴리머 수지가 먼저 양생되어 미세 기공이 충분히 생기지 않을 수 있다. 또는, 증기가 110kPa 초과의 압력을 갖는 경우는 액상의 폴리머 수지가 고압 증기 분사에 의해 형태를 유지하지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 여기서 폴리머 수지는 폴리디메틸실록산(PDMS)을 기준으로 기술하였고, 만약 폴리머 수지 성분이 바뀐다면 임계 온도 및 압력 영역은 바뀔 수 있다.
따라서 상기 다공성 막 구조물을 제조하는 단계(S300)에서 제시된 온도 및 압력 범위는 반드시 이에 한정되지 않으며, 증기를 생성하는 장치의 종류 및 성능에 따라 혹은 증기의 압력에 따라 변경되는 끓는점 온도에 따라 목적하고자 하는 미세 기공 구조를 형성할 수 있는 필수적 특징을 변경하지 않는 범위 내에서 온도와 압력 조건은 변동될 수 있다.
이렇게 증기 분사 방법을 이용한 증기 폴리머 몰딩 기법으로 폴리머 수지 상에 미세 기공을 간단하게 제조할 수 있기 때문에 대면적화 및 대량생산이 가능하고 적용이 필요한 폴리머 수지 표면에 간편하고 신속하게 미세 기공을 형성할 수 있다. 이와 같은 다공성 막은 미세 기공 구조를 통해 비표면적을 보다 넓게 하여 공기층을 붙잡으려는 모세관 힘을 증가시켜 수중에서 보다 효과적으로 공기층을 유지시키는 역할을 한다.
도 5 다공성 막 구조물을 제조하는 단계(S300)를 거쳐 형성된 다공성 막 표면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 관찰한 사진이다. 도 5에 도시된 바와 같이 증기를 분사한 폴리머 수지의 표면에는 미세 기공이 형성됨을 확인할 수 있다. 이와 같은 다공성 막의 기공의 직경은 약 1 내지 50 ㎛일 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이렇게 미세 기공의 크기가 상기 제시된 범위를 만족하면 다공성 막 표면의 마찰력을 줄일 수 있고, 또한 물에 대한 표면에너지를 줄일 수 있어, 이와 같은 폴리머 수지의 표면을 초수성의 형태를 갖도록 제조할 수 있다.
그리고 도 6은 다공성 막 구조물을 제조하는 단계(S300)를 거쳐 형성된 다공성 막 구조물에서 상술한 미세 기공 구조가 형성된 다공성 막의 반대 측면에 형성된 닫힌 셀(Closed-cell) 볼록 구조 지지체를 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 6에서처럼, 본 발명의 닫힌 셀(Closed-cell) 볼록 구조 지지체는 폭 100 내지 1000 ㎛, 높이 100 내지 1000 ㎛의 돌기부(21)와 200 내지 2000 ㎛ 폭과 돌기부(21)와 같은 높이의 홈부(22)가 일정하게 반복된 형태로 격자 무늬 패턴이 형성되어 있는 구조이다. 이 때, 돌기부(21) 상부의 폭을 하부의 폭보다 길게 하여 단면 형상이 역사다리꼴 구조가 되도록 할 경우 다공성 막 구조물을 금형에서 분리 할 때 보다 구조의 손상을 막아 줄 수 있다.
이와 같은 형태의 닫힌 셀(Closed-cell) 볼록 구조 지지체는 미세 기공이 형성된 다공성 막의 지지체 역할을 하며 수분이 표면에 부착 시 공기가 내부에 갇혀 옆으로 손실되지 않는 닫힌 구조 형태가 되어 보다 안정적으로 다공성 막 구조물 내부에 공기층을 보유하도록 한다. 특히 상기 기술된 역사다리꼴 구조는 요각(re-entrant) 구조의 기하학적 특성으로 물이 닫힌 셀 안으로 침투해 들어오는 힘을 줄여 그 확률을 더 낮출 수 있다. 또한 공기가 발생되는 표면에 부착할 경우 다공성 막 표면에 형성된 공기층이 박리될 시 공기를 표면에 공급하여 다시 공기층을 형성할 수 있도록 함으로써, 수중에서 형성된 공기층을 안정적으로 유지할 수 있도록 한다.
그리고 S300 단계를 거쳐 제조된 다공성 막 구조물을 금형에서 분리한 후(S400), 그 다음 초발수 코팅 용액을 초박막 코팅하는 단계(S500)에서 금형으로부터 분리된 다공성 막 구조물 표면에 초발수 코팅 용액을 초박막 코팅하여 초발수 코팅층을 형성함으로써, 최종 초발수 다공성 막을 제조한다.
상기 초박막 코팅하는 단계(S500)는, 불소(F) 계열의 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실트리메톡시실레인(heptadecafluoro-1,1,2,2- tetrahydrodecyl trimethoxysilane, HDFS), 퍼플루오로데실트리클로로실레인(perfluorodecyltrichlorosilane, PFDTS) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoro ethylene, PTFE) 중에서 선택되는 어느 하나의 이상의 물질을 포함하는 초발수 코팅 용액을 용액 코팅 방식으로 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 스프레이코팅(spray coating), 닥터블레이드코팅(Dr. blade coating), 바코팅(bar coating), 및 슬롯다이코팅(slot-die coating) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 코팅할 수 있다.
도 7은 초박막 코팅을 적용한 초발수 다공성 막의 표면을 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)으로 관찰한 사진이다.
도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 초발수 코팅 용액은 매우 얇은 두께로 등각(conformal)하게, 다공성 막 구조물 표면상에 코팅되어 다공성 미세 기공 구조 형상을 유지하므로 초발수성과 수중 내구성 및 안정성을 향상시킨다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 초발수 다공성 막의 유연성을 보여주는 사진으로, 도 8에 나타낸 것처럼 본 발명의 초발수 다공성 막은 유연성을 갖는 열경화성 폴리머 수지를 사용함으로써 유연성이 확보됨을 알 수 있고 이는 곡면을 포함하는 비평면 형상을 갖는 부위 등에 다양하게 적용가능한 효과가 있다.
도 9 및 도 10은 각각 평판 PDMS 및 본 발명의 일 실시예에 따른 초발수 다공성 막의 접촉각, 미끄럼각 및 리바운딩 높이를 측정한 결과이다. 여기서 접촉각 측정은 초발수 코팅이 되지 않은 평판 PDMS와 본 발명의 초발수 다공성 막 표면 위에 물방울을 떨어뜨려 정지한 물방울의 접합점에서 물방울 곡선이 끝점과 고체 표면의 접촉점에서 정접촉각(contact angle)을 접촉각 측정기를 사용하여 측정하고, 이와 함께 수평한 바닥면을 기준으로 액체가 흐르기 시작하는 기울기 각도인 미끄럼각(sliding angle)도 측정하였다.
그 결과 도 9에 도시된 바와 같이 초박막 코팅을 적용하지 않은 일반 평판 PDMS에서 정접촉각은 116°내지 120°정도로 나타나고, 미끄럼각은 90°이상이며, 부피 약 8㎕의 물방울을 약 3cm 높이에서 수직 낙하였을 때, 리바운딩 높이(Rebounding height)는 1.9mm 정도로 나타내었다.
그러나 이와 달리 본 발명의 일 실시예에 따라 초박막 코팅을 적용한 본 발명의 초발수 다공성 막은 도 10에 도시된 바와 같이, 정접촉각 150° 내지 154°이고, 미끄럼각은 5°미만으로 나타나며, 부피 약 8㎕의 물방울을 약 3 cm 높이에서 수직 낙하하였을 때 리바운딩 높이(Rebounding height)는 5.2mm로 일반 평판 PDMS에 비해 약 2.7배의 리바운딩 높이를 가지는 바, 우수한 초발수성을 가짐을 확인할 수 있었다.
한편, 본 발명에서 사용하는 용어 '초발수'는 접촉각(contact angle)이 150°이상이며, 미끄럼각(sliding angle)이 10°이하인 발수 특성을 의미하므로, 본 발명의 초발수 다공성 막은 이러한 초발수 특성을 만족한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 초발수 다공성 막의 수중 공기층 유지 성능을 실험한 결과 사진이다.
도 11의 (a)에서 처럼 본 발명의 초발수 다공성 막을 물속에 넣었을 때 표면에 은빛으로 빛나는 공기층을 형성하며, 도 11의 (b)와 (c)에서 처럼 본 발명의 초발수 다공성 막을 수중에서 교반기 프로펠러를 이용하여 600 rpm으로 회전시킨 유동에 노출된 후에도 공기층을 유지하는 우수한 수중 공기층 유지 성능을 가짐을 확인할 수 있었다.
10 : 다공성 막
20 : 닫힌 셀 볼록 구조 지지체
21 : 돌기부
22 : 홈부
30 : 초발수 코팅층
100 : 초발수 다공성 막

Claims (11)

  1. 일 측면이 평면의 형상으로 미세 기공이 형성된 다공성 막을 포함하고, 반대 측면이 상기 다공성 막을 지지하며 단면 형상이 역사다리꼴 구조로 돌출된 부분의 돌기부와 상기 돌기부와 비교할 때 함몰된 부분의 홈부를 포함하는 요철 형상으로 이루어진 닫힌 셀(closed cell) 볼록 구조 형상을 갖는 다공성 막 구조물; 및
    상기 다공성 막 구조물 표면에 형성된 초발수 코팅층;을 포함하며,
    물에 대한 정접촉각은 150°이상이며, 미끄럼각은 5°이하인 것을 특징으로 하는 초발수 다공성 막.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 다공성 막 구조물은, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리에스터(polyester), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate) 및 에폭시 수지(epoxy resin) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 열경화성 폴리머 수지로 이루어진 것으로 특징으로 하는 초발수 다공성 막.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은, 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실트리메톡시실레인(heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl trimethoxysilane), 퍼플루오로데실트리클로로실레인(perfluorodecyltrichlorosilane) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoro ethylene) 중에서 선택되는 어느 하나의 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 초발수 다공성 막.
  5. 닫힌 셀(closed cell) 블록 구조의 형상에 대응되는 금형을 준비하는 단계;
    준비된 금형에 폴리머 수지를 도포하는 단계;
    도포된 상기 폴리머 수지를 양생하여 다공성 막을 형성된 다공성 막 구조물을 제조하는 단계;
    제조된 상기 다공성 막 구조물을 금형에서 분리하는 단계; 및
    금형으로부터 분리된 다공성 막 구조물의 표면에 초발수 코팅 용액을 초박막 코팅하는 단계;를 포함하며,
    상기 닫힌 셀(closed cell) 블록 구조의 형상은, 단면 형상이 역사다리꼴 구조로 일 측면이 돌출된 부분의 돌기부와 상기 돌기부와 비교할 때 함몰된 부분의 홈부를 포함하는 요철부가 형성되어 있는 구조인 것을 특징으로 하는 초발수 다공성 막의 제조방법.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 폴리머 수지는, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리에스터(polyester), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 및 에폭시 수지(epoxy resin) 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 열경화성 폴리머 수지인 것을 특징으로 하는 초발수 다공성 막의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 다공성 막 구조물을 제조하는 단계는, 상기 폴리머 수지 상에 증기를 분사하여 양생하는 것을 특징으로 하는 초발수 다공성 막의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다공성 막 구조물을 제조하는 단계는, 100 내지 120℃ 온도와 90 내지 110kPa의 압력을 갖는 증기를 일정 거리 떨어진 지점에서 분사하는 것을 특징으로 하는 초발수 다공성 막의 제조방법.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 초발수 코팅 용액은, 헵타데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실트리메톡시실레인(heptadecafluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl trimethoxysilane), 퍼플루오로데실트리클로로실레인(perfluorodecyltrichlorosilane) 및 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoro ethylene) 중에서 선택되는 어느 하나의 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 초발수 다공성 막의 제조방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 초박막 코팅하는 단계는,
    코팅 용액을 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 스프레이코팅(spray coating), 닥터블레이드코팅(Dr. blade coating), 바코팅(bar coating), 및 슬롯다이코팅(slot-die coating) 중 어느 하나의 방법으로 코팅하는 것을 특징으로 하는 초발수 다공성 막의 제조방법.
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