KR102210567B1 - Surface treatment method and apparatus for making superhydrophobic and high temperature resistant surface - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고내열성 초발수 표면처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 일 실시예에서, 기재 표면이 소정 범위의 조도를 갖도록 요철을 형성하기 위해 기재 표면에 블라스팅 처리를 행하는 단계; 및 서스펜션 플라즈마 용사 코팅에 의해 코팅용 용액을 기재 표면에 분사하여 초발수 코팅막을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 코팅용 용액은 (i) 불소(F), 질소(N), 탄소(C), 또는 실리콘(Si) 중 하나를 도핑한 금속산화물 미세입자를 용매에 분산시킨 슬러리 용액; 또는 (ii) 금속산화물 미세입자를 용매에 분산시킨 슬러리 용액 및 불소(F), 질소(N), 탄소(C), 또는 실리콘(Si) 중 하나를 도핑한 금속산화물 미세입자를 용매에 분산시킨 슬러리 용액;인 것을 특징으로 하는 고내열성 초발수 표면처리 방법을 개시한다. The present invention relates to a method and apparatus for treating a surface of a highly heat-resistant super water-repellent, in an embodiment, comprising: performing a blasting treatment on a surface of a substrate to form irregularities so that the surface of the substrate has a predetermined range of roughness; And forming a super-water-repellent coating film by spraying a coating solution onto the surface of the substrate by means of suspension plasma spray coating, wherein the coating solution includes (i) fluorine (F), nitrogen (N), and carbon (C). , Or a slurry solution in which fine particles of metal oxide doped with one of silicon (Si) are dispersed in a solvent; Or (ii) a slurry solution in which metal oxide microparticles are dispersed in a solvent and metal oxide microparticles doped with one of fluorine (F), nitrogen (N), carbon (C), or silicon (Si) are dispersed in a solvent. A slurry solution; Disclosed is a high heat-resistant super water-repellent surface treatment method, characterized in that.

Description

고내열성 초발수 표면처리 방법 및 장치 {Surface treatment method and apparatus for making superhydrophobic and high temperature resistant surface} Surface treatment method and apparatus for making superhydrophobic and high temperature resistant surface}

본 발명은 고내열성 초발수 표면처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 금속산화물 기반의 신규한 표면 코팅 방법에 의해 고내열성과 초발수성의 코팅 표면을 갖도록 하는 표면처리 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a highly heat-resistant super-water-repellent surface treatment method, and more particularly, to a surface treatment method to have a highly heat-resistant and super-water-repellent coating surface by a novel surface coating method based on a metal oxide.

표면에서 물과의 접촉을 감소시키는 초발수 특성은 표면에너지가 작은 화학적 특성과 접촉면적이 적은 표면구조에 기인하는 특성으로 가정/생활제품(프라이팬이나 밥솥 등 주방용기의 non-stick 표면, 전자제품의 외장재, 창호의 자기세정 등)부터 산업현장의 운송기/플랜트(자동차, 선박, 항공기의 시인성 강화, 방오, 결빙방지 등)까지 다양한 곳에 적용되는 기술로 많은 연구가 진행 중이다. The super water-repellent property that reduces the contact with water on the surface is due to the chemical property of low surface energy and the surface structure with a small contact area.Home/life products (non-stick surfaces of kitchen containers such as frying pans and rice cookers, electronic products) A lot of research is being conducted as a technology that is applied to a variety of applications, from exterior materials of exterior materials, self-cleaning of windows and doors) to transport aircraft/plants in industrial sites (reinforcement of visibility of automobiles, ships, and aircraft, antifouling, icing prevention, etc.).

하지만 현존하는 대부분의 기술은 불소유기화합물이나 실리콘유기화합물 계열의 물질을 단독 또는 복합으로 코팅하는 방법을 사용하고 있어 장시간 사용과 다양한 환경(고온, 고압 등 포함)에 적용하기에는 내구성 및 안정성에 문제가 있다. 따라서 현재 실질적인 적용에 걸림돌이 되는 내구성, 고온·고압의 안정성이 개선에 대한 필요성이 요구된다. However, most of the existing technologies use a method of coating a fluorine organic compound or silicon organic compound-based material alone or in combination, so durability and stability are difficult to apply to a long time use and various environments (including high temperature and high pressure). have. Therefore, there is a need for improvement in durability and stability of high temperature and high pressure, which are obstacles to practical application at present.

특허문헌1: 한국 공개특허 제2017-0026985호 (2017년 3월 9일 공개)Patent Document 1: Korean Patent Application Publication No. 2017-0026985 (published on March 9, 2017) 특허문헌2: 한국 등록특허 제10-0871877호 (2008년 12월 3일 공고)Patent Document 2: Korean Patent Registration No. 10-0871877 (announced on December 3, 2008)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 여러 환경(실온, 실압은 물론 고온, 고압 등)에 노출되는 다양한 표면에 표면에너지가 낮은 무기물들을 단일공정으로 코팅하여 경제적으로 표면 거칠기와 화학적 표면개질을 동시에 함으로써 다양한 환경에 노출되어도 내구성과 안정성을 가지는 초발수 표면을 형성하는 것을 목적으로 한다. According to an embodiment of the present invention, inorganic materials having low surface energy are coated in a single process on various surfaces exposed to various environments (room temperature, real pressure, as well as high temperature, high pressure, etc.), thereby economically performing surface roughness and chemical surface modification at the same time. It aims to form a super water-repellent surface having durability and stability even when exposed to various environments.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고내열성 초발수 표면을 형성하기 위하여 무기물인 금속산화물을 사용하며, 플라즈마 용사 코팅법으로 표면에 코팅함으로써 코팅과 열처리를 한번에 진행하는 단일공정을 사용한다. 금속산화물은 표면에너지가 낮은 조성을 갖기 위하여 불소(F), 질소(N), 탄소(C), 실리콘(Si) 등이 도핑된 상태로 사용 되어질 수 있으며, 낮은 온도에서 표면에 코팅이 가능하도록 나노입자의 형태를 가질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, an inorganic metal oxide is used to form a highly heat-resistant super water-repellent surface, and a single process of coating and heat treatment is performed at once by coating the surface by a plasma spray coating method. Metal oxides can be used in a state doped with fluorine (F), nitrogen (N), carbon (C), and silicon (Si) in order to have a composition with low surface energy, and nanoparticles can be coated on the surface at low temperatures. It can take the form of particles.

플라즈마 용사코팅은 나노입자 코팅액을 기판 표면에 분사하면서 나노입자의 표면을 녹여 기판에 코팅하는 방법으로 기존의 고온을 사용하는 용사코팅과는 달리 용액기반 코팅액을 사용하여 낮은 온도에서 공정이 가능하도록 하며, 아주 ?湛? 막두께로 코팅막을 형성하여 접착력을 증가시키면서도 표면의 거칠기를 가지도록 하여 초발수 표면을 구현할 수 있다. Plasma thermal spray coating is a method of coating the substrate by melting the surface of the nanoparticles while spraying the nanoparticle coating solution onto the substrate surface. Unlike conventional thermal spray coating, which uses a solution-based coating solution, the process is possible at a low temperature. , Very ?湛? By forming a coating film with a film thickness, it is possible to achieve a super water-repellent surface by increasing the adhesive force and having the roughness of the surface.

본 발명의 일 실시예에 따르면 섭씨 500도 이상에서도 안정성을 갖는 초발수 표면을 형성할 수 있다. 종래 불소계 고분자 유기물이나 탄소복합체를 이용한 초발수 코팅의 경우 100° 이상의 높은 접촉각을 형성할 수 있으나 섭씨 200도 이상의 온도에서는 분해/변성되어 성능 유지가 어려운 단점이 있었다. 그러나 본 발명에 따르면 금속산화물의 고온안정성을 기반으로 섭씨 500도 이상의 온도에서도 초발수 특성을 유지하는 고내열 초발수 코팅을 할 수 있는 이점이 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to form a super-water-repellent surface having stability even at 500 degrees Celsius or higher. In the case of a conventional super water-repellent coating using a fluorine-based polymer organic material or a carbon composite, a high contact angle of 100° or more can be formed, but at a temperature of 200° C. or more, it is decomposed/denatured, making it difficult to maintain performance. However, according to the present invention, there is an advantage in that a high heat-resistant super water-repellent coating can be applied that maintains super water-repellent properties even at a temperature of 500 degrees Celsius or higher based on the high temperature stability of the metal oxide.

본 발명의 일 실시예에 따르면 150° 이상의 접촉각을 가지는 초발수 표면을 형성할 수 있다. 종래에는 발수소재가 갖는 화학적 특성으로 접촉각이 90~110°를 가지는 것이 일반적이었지만 본 발명에 따르면 미세입자를 사용한 슬러리를 코팅함으로써 표면에 거칠기를 만들어 접촉각이 150° 이상인 초발수 특성을 가질 수 있다. According to an embodiment of the present invention, a super water-repellent surface having a contact angle of 150° or more may be formed. Conventionally, as a chemical property of a water-repellent material, it was common to have a contact angle of 90 to 110°, but according to the present invention, the surface may be roughened by coating a slurry using fine particles, and the contact angle may have a super water-repellent property of 150° or more.

본 발명의 일 실시예에 따르면 초발수 코팅 표면이 8H 이상의 내마모성을 가질 수 있다. 기존 기술에서는 초발수 특성을 결정하는 최외각의 코팅면이 작은 긁힘에도 벗겨지고 이랑현상이 발생하기 쉬웠지만, 본 발명에서는 무기물 기반의 코팅 재료로 초발수 코팅 표면을 형성하였으므로 긁힘 및 충격에도 견딜 수 있는 고내마모성을 가진다. According to an embodiment of the present invention, the super water-repellent coating surface may have a wear resistance of 8H or more. In the existing technology, the outermost coating surface, which determines the super-water repellent property, is easily peeled off even with small scratches and ridge phenomenon occurs, but in the present invention, since the super-water-repellent coating surface is formed with an inorganic material-based coating material, it can withstand scratches and impacts. Has high wear resistance.

또한 본 발명의 일 실시예에 따르면 열안정성이 뛰어나 분해가 잘 일어나지 않아 유해물질 배출이 없는 초발수 표면을 제공한다. 기존에는 고온에서 유기물 기반의 불소화합물 성분이나 실리콘 유기화합물이 용출되어 인체와 환경에 유해인자를 발생하였지만 본 발명에 따르면 금속산화물과 도핑원소들의 화학적 결합으로 유해물 용출이 원천적으로 차단된다. In addition, according to an embodiment of the present invention, since it has excellent thermal stability and does not easily decompose, it provides a super water-repellent surface without emission of harmful substances. Conventionally, fluorine compounds based on organic substances or silicon organic compounds were eluted at high temperatures, causing harmful factors to the human body and the environment, but according to the present invention, the elution of harmful substances is fundamentally blocked by the chemical combination of metal oxides and doping elements.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면코팅 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도2는 일 실시예에 따른 표면코팅에 사용되는 서스펜션 플라즈마 코팅 장치의 개략도,
도3 내지 도5는 대안적 실시예에 따른 서스펜션 플라즈마 코팅 장치의 노즐부를 설명하기 위한 도면,
도6은 일 실시예에 따라 기재에 코팅하는 초발수 코팅층의 예시적 구성을 나타내는 도면,
도7은 본 발명의 실시예에 따른 표면코팅의 효과를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a flow chart for explaining a surface coating method according to an embodiment of the present invention,
2 is a schematic diagram of a suspension plasma coating apparatus used for surface coating according to an embodiment;
3 to 5 are views for explaining a nozzle part of a suspension plasma coating apparatus according to an alternative embodiment;
6 is a view showing an exemplary configuration of a super water-repellent coating layer coated on a substrate according to an embodiment;
7 is a view for explaining the effect of the surface coating according to an embodiment of the present invention.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. In the present specification, when a component is referred to as being on another component, it means that it may be formed directly on the other component or that a third component may be interposed between them.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.In the present specification, when terms such as first and second are used to describe components, these components should not be limited by these terms. These terms are only used to distinguish one component from another component. The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, "comprise" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other components.

이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing the specific embodiments below, a number of specific contents have been prepared to explain the invention in more detail and to aid understanding. However, readers who have knowledge in this field to the extent that they can understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific contents. In some cases, it should be mentioned in advance that parts that are commonly known in describing the invention and are not significantly related to the invention are not described in order to avoid confusion in describing the invention.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면코팅 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 1 is a flow chart for explaining a surface coating method according to an embodiment of the present invention.

일 실시예에 따른 표면코팅 방법은 기재 전처리 단계(S10), 블라스팅 처리 단계(S20), 초발수 코팅막 형성 단계(S30), 기재 후처리 단계(S40)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서 기재 전처리 단계(S10), 블라스팅 처리 단계(S20), 및 후처리 단계(S40) 중 적어도 하나의 단계가 생략될 수 있다. The surface coating method according to an embodiment may include a substrate pretreatment step (S10), a blasting treatment step (S20), a super water-repellent coating film formation step (S30), and a substrate post-treatment step (S40). In one embodiment, at least one of the substrate pre-treatment step S10, the blasting treatment step S20, and the post-treatment step S40 may be omitted.

일 실시예에서 전처리 단계(S10)는 초발수 코팅 대상인 기재의 표면을 전처리하는 단계이다. 여기서 '기재'는 초발수 코팅을 형성하는 대상물로서, 예를 들어 프라이팬, 냄비 등 각종 조리용품이나 히터, 선풍기, 냉장고, 다리미 등과 같은 생활용품, 또는 각종 건축자재나 자가용 부품, 플랜트현장의 부품인 산업용품 등 임의의 물품이 될 수 있다. 또한 본 발명에서 기재는 금속, 세라믹 또는 플라스틱 재질일 수 있으며 특별히 한정되지 않는다. In one embodiment, the pre-treatment step (S10) is a step of pre-treating the surface of the substrate to be super-water-repellent coating. Here,'substrate' is an object that forms a super-water-repellent coating, for example, various cooking products such as frying pans and pots, household products such as heaters, fans, refrigerators, irons, etc., or various construction materials, parts for private use, and parts of the plant site. It can be any product such as an industrial product. In addition, in the present invention, the substrate may be made of metal, ceramic, or plastic, and is not particularly limited.

일 실시예에서 전처리 단계(S10)에 의해 기재의 표면에 부착된 각종 오염물질을 제거하고 세정할 수 있다. 예를 들어 이 단계(S10)에서 유기용제나 다양한 첨가제를 사용하여 기재 표면의 오염물질을 제거하고 세척할 수 있다. In one embodiment, various contaminants adhering to the surface of the substrate may be removed and cleaned by the pretreatment step (S10). For example, in this step (S10), contaminants on the surface of the substrate may be removed and washed using an organic solvent or various additives.

전처리 단계(S10) 이후 단계(S20)에서 기재 표면에 블라스팅 처리를 수행할 수 있다. 블라스팅 단계(S20)는 기재 표면이 소정 크기의 거칠기(조도: roughness)를 갖도록 하기 위한 것으로, 기재 표면이 소정의 거칠기를 가질 경우 후술하는 코팅막 형성 단계(S30)에서 기재 표면에 코팅막이 훨씬 용이하게 코팅될 수 있고 코팅막과의 접착력을 높일 수 있다. A blasting treatment may be performed on the surface of the substrate in step S20 after the pretreatment step S10. The blasting step (S20) is to make the surface of the substrate have a roughness (roughness) of a predetermined size, and if the surface of the substrate has a predetermined roughness, the coating film on the surface of the substrate is much easier in the coating film forming step (S30) to be described later. It can be coated and can increase the adhesion with the coating film.

블라스팅 처리는 예컨대 샌드 블라스팅 방식을 사용할 수 있다. 일 실시예에서 이렇게 블라스팅 처리된 기재 표면은 표면거칠기 값인 RMS가 수 마이크로미터(um) 이하일 수 있으며, 바람직하게는, 1um이하의 표면거칠기를 갖는 것이 적절하다. The blasting treatment may be performed by sand blasting, for example. In one embodiment, the blast-treated substrate surface may have a surface roughness value of RMS of several micrometers (um) or less, and preferably, it is appropriate to have a surface roughness of 1 μm or less.

다음으로 단계(S30)에서, 블라스팅 처리된 기재의 표면에 초발수 코팅막을 형성한다. 일 실시예에서, 서스펜션 플라즈마 용사 코팅에 의해 코팅용 서스펜션 용액을 기재 표면에 분사하여 초발수 코팅막을 형성할 수 있다. Next, in step S30, a super-water-repellent coating film is formed on the surface of the blasted substrate. In one embodiment, a super water-repellent coating film may be formed by spraying a suspension solution for coating onto the surface of the substrate by means of suspension plasma spray coating.

서스펜션 플라즈마 용사법(Suspension Plasma Spray)은 미세 원료 입자를 물이나 에탄올 등의 용매에 분산시킨 현탁액(Suspension)을 플라즈마 제트(Plasma jet)에 투입하여 기재 표면을 향해 분사함으로써 기재 표면에 용사 피막을 형성하는 방법이다. 본 발명의 일 실시예에서는 슬러리 형태의 코팅용 용액을 제조하여 이 슬러리 용액을 플라즈마 용사법에 의해 기재 표면에 분사하여 코팅막을 형성한다. 본 명세서에서는 특별한 구별의 실익이 없는 한 현탁액(suspension), 슬러리, 및 졸(sol)을 구분하지 않고 사용하기로 한다. Suspension Plasma Spray is a method of forming a thermal spray film on the surface of the substrate by injecting a suspension obtained by dispersing fine raw material particles in a solvent such as water or ethanol into a plasma jet and spraying it toward the substrate surface. That's the way. In an embodiment of the present invention, a coating solution in the form of a slurry is prepared, and the slurry solution is sprayed on the surface of a substrate by plasma spraying to form a coating film. In this specification, a suspension, a slurry, and a sol will be used without distinction unless there is a benefit of special distinction.

제1 실시예에서, 코팅용 용액은 불소함유 금속산화물 미세입자가 용매에 분산된 슬러리 형태의 용액일 수 있다. 여기서 '불소함유 금속산화물 미세입자'는 금속산화물에 불소(F)가 첨가(도핑)된 금속산화물의 나노입자이다. In the first embodiment, the coating solution may be a solution in the form of a slurry in which fine particles of fluorine-containing metal oxide are dispersed in a solvent. Here, the'fluorine-containing metal oxide microparticles' are nanoparticles of a metal oxide in which fluorine (F) is added (doped) to the metal oxide.

이 때 '금속산화물'은, In this case,'metal oxide'

(i) 1족 원소부터 16족 원소까지의 산화물을 형성할 수 있는 원소들 중 하나의 산화물; (i) an oxide of one of the elements capable of forming oxides from Group 1 to Group 16 elements;

(ii) 란탄계와 스칸듐(Sc) 및 이트륨(Y)을 포함하는 희토류 금속 중 하나의 산화물; (ii) an oxide of one of lanthanum and rare earth metals including scandium (Sc) and yttrium (Y);

(iii) 나트륨(Na), 칼륨(K), 루비듐(Rb), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론듐(Sr), 바륨(Ba), 스칸듐(Sc), 이트륨(Y), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 바나듐(V), 네오비븀(Nb), 크롬(Cr), 몰리브데넘(Mo), 망가니즈(Mn), 테크네튬(Tc), 철(Fe), 루테늄(Re), 코발트(Co), 로듐(Rh), 니켈(Ni), 구리(Cu), 아연(Zn), 알루니늄(AI), 갈륨(Ga), 인듐(In), 탈륨(Tl), 규소(Si), 주석(Sn), 안티모니(Sb), 비스무트(Bi), 및 텔루륨(Te) 중 하나의 산화물; 및 (iii) sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), scandium (Sc), yttrium (Y), Titanium (Ti), zirconium (Zr), vanadium (V), neovitium (Nb), chromium (Cr), molybdenum (Mo), manganese (Mn), technetium (Tc), iron (Fe), ruthenium (Re), cobalt (Co), rhodium (Rh), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), aluminum (AI), gallium (Ga), indium (In), thallium (Tl) , An oxide of one of silicon (Si), tin (Sn), antimony (Sb), bismuth (Bi), and tellurium (Te); And

(iv) 상기 알칼리 금속, 알칼리토금속, 란탄넘족, 아티늄족, 전이금속, 전이후금속, 준금속 중 선택된 둘 이상의 원소로 이루어진 조성물의 산화물; (iv) an oxide of a composition consisting of two or more elements selected from among the alkali metal, alkaline earth metal, lanthanum group, artinium group, transition metal, post-transition metal, and metalloid;

중 하나를 포함할 수 있다. 엄밀히 말하면 규소(Si), 안티모니(Sb), 텔루륨(Te) 등은 준금속이지만 본 명세서에서는 상술한 다른 금속 등의 산화물과 함께 통칭하여 '금속산화물'이라고 표현하기로 한다. It may contain one of. Strictly speaking, silicon (Si), antimony (Sb), tellurium (Te), and the like are metalloids, but in this specification, they are collectively referred to as'metal oxides' together with oxides such as other metals.

예를 들어 금속산화물로서 규소 산화물(예컨대 SiO2)을 사용할 경우, '불소함유 금속산화물 미세입자'는 규소 산화물에 불소가 함유된 F-SiO2 (실리콘 옥시플루오라이드) 나노 입자일 수 있다. 본 발명에서 불소함유 금속산화물은 산소 대신 불소를 함유하며 이는 금속산화물을 합성할 때 불소를 제공하는 화합물을 사용함으로써 제조 가능하다. 불소함유 금속산화물 미세입자의 크기는 10nm 내지 500nm인 것이 바람직하다. For example, when a silicon oxide (eg, SiO 2 ) is used as the metal oxide, the'fluorine-containing metal oxide microparticles' may be F-SiO 2 (silicon oxyfluoride) nanoparticles containing fluorine in the silicon oxide. In the present invention, the fluorine-containing metal oxide contains fluorine instead of oxygen, which can be prepared by using a compound that provides fluorine when synthesizing the metal oxide. It is preferable that the size of the fluorine-containing metal oxide microparticles is 10 nm to 500 nm.

이와 같이 금속산화물에 불소를 첨가(도핑)한 것은 표면에너지를 낮추기 위한 것이다. 따라서 대안적 실시예에서 표면에너지를 낮추기 위한 다른 물질, 예컨대 질소(N), 탄소(C), 또는 실리콘(Si)을 불소 대신 금속산화물에 첨가(도핑)할 수도 있다. In this way, fluorine is added (doped) to the metal oxide to lower the surface energy. Accordingly, in an alternative embodiment, other materials for lowering surface energy, such as nitrogen (N), carbon (C), or silicon (Si), may be added (doped) to the metal oxide instead of fluorine.

본 발명에서 코팅용 슬러리 용액에 사용되는 용매는 예를 들어 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 벤젠, 톨루엔 및 이들의 혼합용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한 구체적 실시 형태에 따라 코팅용 슬러리 용액에 다른 용액이나 첨가물이 더 추가될 수 있다. 예를 들어 일 실시예에서 코팅용 슬러리 용액이 바인더, 분산제 및/또는 기능성 충진제를 더 포함할 수 있다. The solvent used in the slurry solution for coating in the present invention may include, for example, at least one of water, ethanol, methanol, isopropanol, benzene, toluene, and a mixed solvent thereof. In addition, other solutions or additives may be further added to the coating slurry solution according to a specific embodiment. For example, in one embodiment, the coating slurry solution may further include a binder, a dispersant, and/or a functional filler.

이상과 같이, 종래에는 초발수 코팅을 위해 불소(F)를 사용할 경우 불소계 고분자 화합물을 주로 사용하였지만 본 발명의 실시예에서는 고분자 화합물을 사용하지 않고 불소함유 금속산화물 나노입자를 용매에 분산시킨 슬러리 형태의 용액을 사용하며 이 슬러리 형태의 용액을 플라즈마 용사코팅 방식으로 기재 표면에 코팅한다. As described above, conventionally, when fluorine (F) is used for super water-repellent coating, a fluorine-based polymer compound is mainly used, but in the embodiment of the present invention, a slurry form in which fluorine-containing metal oxide nanoparticles are dispersed in a solvent without using a polymer compound. A solution of is used, and this slurry-type solution is coated on the surface of the substrate by plasma spray coating.

제2 실시예에서, 본 발명의 코팅용 용액은 금속산화물 미세입자의 슬러리 용액(이하 "제1 슬러리 용액"이라고도 함) 및 불소함유 금속산화물 미세입자의 슬러리 용액(이하 "제2 슬러리 용액"이라고도 함)을 포함할 수 있다. In the second embodiment, the coating solution of the present invention is a slurry solution of metal oxide fine particles (hereinafter also referred to as "first slurry solution") and a slurry solution of fluorine-containing metal oxide fine particles (hereinafter also referred to as "second slurry solution"). It may include).

여기서 '금속산화물 미세입자'는 상술한 금속산화물의 나노미터 사이즈의 입자로서, 예를 들어 10nm 내지 500 nm 사이의 크기를 갖는 금속산화물 미세입자를 의미할 수 있다. 일반적으로 금속산화물 미세입자로서 규소 산화물(SiO2)을 많이 사용한다. 그러나 대안적으로 기재와 초발수 코팅층과의 접착력을 높이기 위하여 다른 금속산화물(예컨대 MgO 또는 TiOx 등)을 사용할 수도 있다. Here, the'metal oxide fine particle' is a nanometer-sized particle of the metal oxide described above, and may mean, for example, a metal oxide fine particle having a size between 10 nm and 500 nm. In general, silicon oxide (SiO 2 ) is often used as a metal oxide fine particle. However, alternatively, other metal oxides (eg, MgO or TiO x ) may be used to increase the adhesion between the substrate and the super water-repellent coating layer.

'불소함유 금속산화물 미세입자'는 상술한 '불소함유 금속산화물 미세입자'이며 불소함유 금속산화물 미세입자의 크기는 10nm 내지 500nm인 것이 바람직하다. The'fluorine-containing metal oxide microparticles' is the'fluorine-containing metal oxide microparticles', and the size of the fluorine-containing metal oxide microparticles is preferably 10 nm to 500 nm.

또한 제2 실시예의 코팅용 용액에 사용되는 용매는 예를 들어 물, 에탄올, 메탄올, 이소프로판올, 벤젠, 톨루엔 및 이들의 혼합용매 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 구체적 실시 형태에 따라 상기 용매 외에 다른 용액이나 첨가물이 더 추가될 수 있다. In addition, the solvent used in the coating solution of the second embodiment may include, for example, at least one of water, ethanol, methanol, isopropanol, benzene, toluene, and a mixed solvent thereof, depending on the specific embodiment. Additional solutions or additives may be added.

금속산화물 미세입자의 슬러리 용액(제1 슬러리 용액)과 불소함유 금속산화물 미세입자의 슬러리 용액(제2 슬러리 용액)을 각기 별개의 저장용기에 준비하여 플라즈마 코팅 공정시 순차적으로 기재에 코팅할 수도 있고, 제1 슬러리 용액과 제2 슬러리 용액을 혼합한 혼합 슬러리 용액을 하나의 저장용기에 준비하여 플라즈마 코팅에 의해 기재에 코팅할 수도 있다. A slurry solution of metal oxide microparticles (first slurry solution) and a slurry solution of fluorine-containing metal oxide microparticles (second slurry solution) may be prepared in separate storage containers and sequentially coated on the substrate during the plasma coating process. , A mixed slurry solution obtained by mixing the first slurry solution and the second slurry solution may be prepared in one storage container and coated on the substrate by plasma coating.

이와 관련하여 도2는 일 실시예에 따라 표면 코팅에 사용되는 서스펜션 플라즈마 코팅 장치를 개략적으로 도시하였다. 도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 서스펜션 플라즈마 코팅 장치는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생부(10), 서스펜션을 수용하는 하나 이상의 서스펜션 저장부(30,50), 노즐과 공급관을 세척하기 위한 세척액을 수용하는 세척액 저장부(40), 서스펜션을 순차적으로 공급하거나 서로 섞는 기능을 가지는 서스펜션 제어기(60), 및 서스펜션을 플라즈마 발생부(10)에 공급하는 서스펜션 공급 노즐(15)을 포함할 수 있다. In this regard, FIG. 2 schematically illustrates a suspension plasma coating apparatus used for surface coating according to an embodiment. Referring to the drawings, the suspension plasma coating apparatus according to an embodiment includes a plasma generating unit 10 generating plasma, one or more suspension storage units 30 and 50 accommodating the suspension, and a cleaning solution for cleaning the nozzle and the supply pipe. It may include a washing liquid storage unit 40 to accommodate, a suspension controller 60 having a function of sequentially supplying or mixing suspensions, and a suspension supply nozzle 15 for supplying the suspension to the plasma generating unit 10.

플라즈마 발생부(10)는 애노드(11), 캐소드(12), 가스 주입구(13), 및 출구(14)로 구성될 수 있다. 가스 주입구(13)는 애노드(11)와 캐소드(12) 사이에 형성되고, 예컨대 아르곤, 헬륨, 수소, 질소 가스 및 공기 중 적어도 하나를 포함하는 열원 가스가 가스 주입구(13)를 통해 주입된다. 가스 주입구(13)로 주입된 열원 가스는 애노드(11)와 캐소드(12) 사이에 인가되는 고전압 고전력에 의해 플라즈마 불꽃으로 변화되어 출구(14)를 통해 분사된다. The plasma generating unit 10 may be composed of an anode 11, a cathode 12, a gas injection port 13, and an outlet 14. The gas inlet 13 is formed between the anode 11 and the cathode 12, and, for example, a heat source gas including at least one of argon, helium, hydrogen, nitrogen gas, and air is injected through the gas inlet 13. The heat source gas injected into the gas injection port 13 is converted into a plasma flame by the high voltage and high power applied between the anode 11 and the cathode 12 and is injected through the outlet 14.

도시한 실시예에서 제1 서스펜션 저장부(30)는 제1 슬러리 용액, 즉 금속산화물 미세입자의 슬러리 용액을 저장하고, 제2 서스펜션 저장부(50)는 제2 슬러리 용액, 즉 불소함유 금속산화물 미세입자의 슬러리 용액을 저장할 수 있다. In the illustrated embodiment, the first suspension storage unit 30 stores a first slurry solution, that is, a slurry solution of metal oxide fine particles, and the second suspension storage unit 50 is a second slurry solution, that is, a fluorine-containing metal oxide. A slurry solution of fine particles can be stored.

제1 서스펜션 저장부(30)는 금속산화물 미세입자의 코팅용 용액을 저장하고 있는 동안 금속산화물 미세입자가 용매 내에 균일하게 분산되어 있도록 교반(stirring)을 위한 교반기(31)를 구비할 수 있고, 마찬가지로 제2 서스펜션 저장부(50)도 교반기(51)를 구비할 수 있다. 대안적 실시예에서 교반기 대신 초음파나 진동 등의 방법을 통해 저장된 용액을 균일한 분산도로 유지시킬 수 있는 장치가 구비될 수도 있다. The first suspension storage unit 30 may include a stirrer 31 for stirring so that the metal oxide fine particles are uniformly dispersed in the solvent while the coating solution of the metal oxide fine particles is stored, Similarly, the second suspension storage unit 50 may also include a stirrer 51. In an alternative embodiment, instead of a stirrer, a device capable of maintaining a uniform dispersion degree of the stored solution through a method such as ultrasound or vibration may be provided.

제1 및 제2 서스펜션 저장부(30,50)의 코팅용 용액은 각각 제1 공급관(P11)과 제3 공급관(P13)을 통해 서스펜션 제어기(60)로 공급되고, 서스펜션 제어기(60)는 하나의 코팅용 용액만 선택하거나 둘 이상의 코팅용 용액을 혼합하여 노즐 공급관(P2)을 통해 노즐(15)로 공급한다. 노즐(15)에서 분사되는 코팅용 용액은 플라즈마 제트에 의해 기재(20)의 표면에 분사되며 기재(20)의 표면에 코팅층이 형성될 수 있다. The coating solution of the first and second suspension storage units 30 and 50 is supplied to the suspension controller 60 through the first supply pipe P11 and the third supply pipe P13, respectively, and the suspension controller 60 is one Only the coating solution of is selected or two or more coating solutions are mixed and supplied to the nozzle 15 through the nozzle supply pipe P2. The coating solution sprayed from the nozzle 15 is sprayed onto the surface of the substrate 20 by a plasma jet, and a coating layer may be formed on the surface of the substrate 20.

일 실시예에서 노즐(15)은 플라즈마 발생부(10)의 출구(14)의 상부에 인접하게 배치되어 노즐(15)을 통해 코팅용 용액을 분사할 수 있다. 그러나 대안적 실시예에서 노즐(15)의 위치나 개수가 달라질 수 있다. 이와 관련하여 도3 내지 도5는 대안적 실시예에 노즐 형상이나 위치를 예시적으로 도시하였다. In one embodiment, the nozzle 15 is disposed adjacent to the upper portion of the outlet 14 of the plasma generating unit 10 to spray the coating solution through the nozzle 15. However, in an alternative embodiment, the position or number of the nozzles 15 may be different. In this regard, FIGS. 3 to 5 exemplarily show the nozzle shape or position in an alternative embodiment.

도3의 대안적 실시예에서 복수개의 노즐(15)이 플라즈마 발생부(10)의 출구(14)의 주위에 방사상으로 일정 간격 이격되어 배치될 수 있고, 각 노즐(15)에서 코팅용 용액이 출구(14)를 향해 분사될 수 있다. 도시한 실시예에서는 4개의 노즐(15)을 도시하였지만 노즐(15)의 개수나 간격은 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있다. In the alternative embodiment of FIG. 3, a plurality of nozzles 15 may be disposed radially spaced apart from the outlet 14 of the plasma generating unit 10 at regular intervals, and the coating solution in each nozzle 15 It can be sprayed towards the outlet 14. In the illustrated embodiment, four nozzles 15 are illustrated, but the number or spacing of the nozzles 15 may vary according to specific embodiments.

도4의 실시예에서는 노즐(16)이 캐소드(12) 내부에 배치된다. 즉 캐소드(12)와 동축 구조로 노즐(16)이 배치되어 출구(14)를 향해 코팅용 용액을 분사하도록 구성된다. 이에 따라, 열원 가스가 애노드(11)와 캐소드(12) 사이의 고전압에 의해 플라즈마 불꽃으로 변화되어 출구(14)로 분사될 때 노즐(16)로부터 분사되는 코팅용 용액이 혼합되어 분사될 수 있다. In the embodiment of Fig. 4, the nozzle 16 is disposed inside the cathode 12. That is, the nozzle 16 is disposed in a coaxial structure with the cathode 12 and is configured to spray the coating solution toward the outlet 14. Accordingly, when the heat source gas is converted into a plasma flame by the high voltage between the anode 11 and the cathode 12 and is sprayed to the outlet 14, the coating solution sprayed from the nozzle 16 may be mixed and sprayed. .

도5는 디스크 형상의 노즐 캡(70)을 플라즈마 발생부(10)의 출구(14)측에 결합하여 사용하는 실시예를 나타낸 것으로, 도5(a)는 플라즈마 발생부(10)와 노즐 캡(70)의 개략적인 단면도이고 도5(b)는 도5(a)의 A-A' 선을 따른 노즐 캡(70)의 사시도를 개략적으로 도시하였다. 5 shows an embodiment in which a disk-shaped nozzle cap 70 is coupled to the outlet 14 of the plasma generating unit 10, and Fig. 5(a) shows the plasma generating unit 10 and the nozzle cap. It is a schematic cross-sectional view of 70 and FIG. 5(b) schematically shows a perspective view of the nozzle cap 70 taken along line AA′ of FIG. 5(a).

도면에서 알 수 있듯이 노즐 캡(70)은 플라즈마 제트의 분사 방향으로 소정 두께를 갖는 디스크 형상으로, 중앙에 플라즈마 제트가 관통하는 관통구(74)가 형성되어 있고 내부에 빈 공간을 가진다. 즉 노즐 캡(70)의 외주면(71)과 내주면(72)이 내부의 빈 공간을 둘러싸며 일 측면(73)은 플라즈마 발생부(10)의 출구(14)에 결합되어 있다. 서스펜션 제어기(60)에서 공급되는 코팅용 용액은 공급관(P2)을 통해 노즐 캡(70)의 내부 공간으로 유입되어 내부 공간을 채우게 되고, 내주면(72)에 형성된 하나 이상의 분사구멍(75)을 통해 코팅용 용액이 관통구(74)를 향해 분사된다. 이와 같이 노즐 캡(70)을 사용하면 플라즈마 제트를 향해 방사상 방향에서 균일하게 코팅용 용액이 분사될 수 있다. As can be seen from the drawing, the nozzle cap 70 has a disk shape having a predetermined thickness in the injection direction of the plasma jet, and a through hole 74 through which the plasma jet passes is formed in the center and has an empty space therein. That is, the outer circumferential surface 71 and the inner circumferential surface 72 of the nozzle cap 70 surround the empty space inside, and one side 73 is coupled to the outlet 14 of the plasma generating unit 10. The coating solution supplied from the suspension controller 60 flows into the inner space of the nozzle cap 70 through the supply pipe P2 to fill the inner space, and through one or more spray holes 75 formed on the inner circumferential surface 72 The coating solution is sprayed toward the through hole 74. When the nozzle cap 70 is used as described above, the coating solution may be uniformly sprayed in the radial direction toward the plasma jet.

도시한 실시예에서는 노즐 캡(70)의 내주면(72)의 내경이 플라즈마 발생부(10)의 출구(14)의 직경과 같도록 도시하였고 노즐 캡(70) 내부 전체에 빈 공간이 형성된 것으로 도시하였지만, 대안적 실시예에서 예컨대 내주면(72)의 직경이 출구(14)의 직경보다 클 수도 있으며, 또한 노즐 캡(70)의 내부의 일부 영역에서만 빈 공간이 형성되어 있을 수 있다. In the illustrated embodiment, the inner diameter of the inner circumferential surface 72 of the nozzle cap 70 is shown to be the same as the diameter of the outlet 14 of the plasma generating unit 10, and an empty space is formed throughout the nozzle cap 70. However, in an alternative embodiment, for example, the diameter of the inner circumferential surface 72 may be larger than the diameter of the outlet 14, and the empty space may be formed only in a partial area inside the nozzle cap 70.

이상 상술한 서스펜션 플라즈마 코팅 장치를 이용하여 도6에 도시한 것과 같은 다양한 방식으로 기재(20)에 초발수 표면코팅을 할 수 있다. The super water-repellent surface coating may be applied to the substrate 20 in various ways as shown in FIG. 6 by using the above-described suspension plasma coating apparatus.

예를 들어 제1 서스펜션 저장부(30)에 금속산화물(예컨대 SiO2)의 미세입자 슬러리 용액("제1 슬러리 용액")이 저장되고 제2 서스펜션 저장부(50)에 불소함유 금속산화물(예컨대 F-SiO2)의 미세입자 슬러리 용액("제2 슬러리 용액")이 저장되어 있다고 가정하면, 도6(a)에서와 같이 기재(20) 위에 불소함유 금속산화물층(100)만 코팅하여 초발수 코팅표면을 형성할 수 있다. 이 경우 제1 서스펜션 저장부(30)의 제1 슬러리 용액은 사용하지 않고 제2 서스펜션 저장부(50)의 제2 슬러리 용액만 사용하여 코팅하였다. For example, a fine particle slurry solution ("first slurry solution") of a metal oxide (for example, SiO 2 ) is stored in the first suspension storage unit 30, and a fluorine-containing metal oxide (for example, in the second suspension storage unit 50) Assuming that the F-SiO 2 ) fine particle slurry solution ("second slurry solution") is stored, as shown in Fig. 6(a), only the fluorine-containing metal oxide layer 100 is coated on the substrate 20 A water-repellent coating surface can be formed. In this case, the first slurry solution of the first suspension storage unit 30 was not used, and only the second slurry solution of the second suspension storage unit 50 was used to coat the coating.

또 다른 실시예로서, 도6(b)에 도시한 것처럼 기재(20) 위에 금속산화물 미세입자와 불소함유 금속산화물 미세입자의 혼합층(200)을 형성할 수 있다. 이 경우 제1 서스펜션 저장부(30)의 공급관(P11)과 제2 서스펜션 저장부(50)의 공급관(P13)을 둘 다 개방하고 서스펜션 제어기(60)에서 제1 및 제2 슬러리 용액을 적절하게 혼합하여 혼합 슬러리를 공급관(P2)을 통해 노즐(15)로 공급함으로써 이러한 혼합층을 형성할 수 있다. 또는 대안적으로, 하나의 저장부(예컨대 제1 저장부(30) 또는 제2 저장부(50))에 제1 슬러리 용액과 제2 슬러리 용액을 미리 혼합한 혼합 슬러리 용액을 저장하여 플라즈마 코팅을 수행할 수도 있다. As another embodiment, a mixed layer 200 of metal oxide microparticles and fluorine-containing metal oxide microparticles may be formed on the substrate 20 as shown in FIG. 6B. In this case, both the supply pipe P11 of the first suspension storage unit 30 and the supply pipe P13 of the second suspension storage unit 50 are opened, and the first and second slurry solutions are appropriately supplied from the suspension controller 60. Such a mixed layer may be formed by mixing and supplying the mixed slurry to the nozzle 15 through the supply pipe P2. Alternatively, plasma coating is performed by storing a mixed slurry solution obtained by premixing the first slurry solution and the second slurry solution in one storage unit (eg, the first storage unit 30 or the second storage unit 50). You can also do it.

도6(c)는 기재(20) 위에 금속산화물층(300)과 불소함유 금속산화물층(400)을 순차적으로 코팅한 실시예를 나타낸다. 불소함유 금속산화물은 표면에너지가 낮아 기재와의 접착력이 좋지 못할 수 있기 때문에, 도6(c)와 같이 먼저 금속산화물의 제1 슬러리 용액을 기재(20)에 플라즈마 코팅하고 그 후 제2 서스펜션 저장부(50)의 제2 슬러리 용액을 기재(20)에 코팅하면 불소함유 금속산화물층(400)의 접착력을 향상시킬 수 있다. 6(c) shows an embodiment in which a metal oxide layer 300 and a fluorine-containing metal oxide layer 400 are sequentially coated on the substrate 20. Since the fluorine-containing metal oxide has low surface energy and may have poor adhesion to the substrate, firstly, plasma coating the first slurry solution of the metal oxide on the substrate 20 as shown in Fig. 6(c), and then storing the second suspension. When the second slurry solution of the part 50 is coated on the substrate 20, the adhesion of the fluorine-containing metal oxide layer 400 may be improved.

도6(d)는 기재(20) 위에 금속산화물층과 불소함유 금속산화물층을 순차적으로 형성하되 금속산화물층에서 불소함유 금속산화물층으로 점진적으로 천이하면서 형성되도록 구성할 수 있다. 이 경우 저장부(30,50)의 밸브(33,53) 및/또는 서스펜션 제어기(60)를 제어하여, 제1 슬러리 용액만 우선 공급하여 플라즈마 코팅을 수행하다가 점진적으로 제1 슬러리 용액의 공급량을 줄이고 제2 슬러리 용액의 공급량을 늘리다가 마지막에는 제2 슬러리 용액만 공급하여 플라즈마 코팅을 수행함으로써 위와 같이 점진적으로 천이하는 코팅층(500)을 형성할 수 있다. 6(d) may be configured such that a metal oxide layer and a fluorine-containing metal oxide layer are sequentially formed on the substrate 20, but gradually transition from the metal oxide layer to the fluorine-containing metal oxide layer. In this case, by controlling the valves 33 and 53 and/or the suspension controller 60 of the storage units 30 and 50, plasma coating is performed by first supplying only the first slurry solution, and then gradually reducing the supply amount of the first slurry solution. By reducing the amount and increasing the supply amount of the second slurry solution, and finally supplying only the second slurry solution to perform plasma coating, the coating layer 500 that gradually transitions as described above may be formed.

이와 같이 다양한 코팅 방식에 의해 둘 이상의 코팅용 용액을 각각 단독으로 또는 혼합하여 플라즈마 코팅함으로써 기재(20)와의 접착력을 높이고 최외각의 표면에너지가 낮은 초발수 표면을 기재(20)에 형성할 수 있다. In this way, by plasma coating two or more coating solutions individually or by mixing them by various coating methods, it is possible to increase adhesion to the substrate 20 and form a super-water-repellent surface with a low surface energy of the outermost surface on the substrate 20. .

한편 일 실시예에서, 단계(S30)의 플라즈마 코팅 공정은 실온 및 실압에서 이루어지며, 플라즈마 발생부(10)와 기재(20) 사이의 거리는 예컨대 2cm 내지 20cm의 사이에서 유지될 수 있다. 본 발명에 따른 초발수 코팅막을 형성하기 위해 플라즈마 용사 코팅 단계(S30)에서 기재(20)의 표면 온도는 섭씨 500도 이상 섭씨 5000도 이하인 것이 바람직하다. 그리고 이 단계(S30)에 의해 코팅된 코팅막의 두께는 50nm 내지 100μm이고 코팅막의 표면 거칠기는 1nm 내지 1μm 사이인 것이 바람직하다. Meanwhile, in one embodiment, the plasma coating process of step S30 is performed at room temperature and actual pressure, and a distance between the plasma generating unit 10 and the substrate 20 may be maintained between 2 cm and 20 cm, for example. In order to form the super water-repellent coating film according to the present invention, the surface temperature of the substrate 20 in the plasma spray coating step (S30) is preferably 500 degrees Celsius or more and 5000 degrees Celsius or less. And it is preferable that the thickness of the coating film coated by this step (S30) is 50 nm to 100 μm, and the surface roughness of the coating film is between 1 nm and 1 μm.

상술한 코팅막 형성 단계(S30)에 의해 기재의 표면에 초발수 코팅막을 형성한 후, 필요에 따라 후처리 단계(S40)를 더 수행할 수 있다. 일 실시예에서 후처리 단계(S40)는 코팅막이 기재(20)의 표면에 더욱 확실히 밀착할 수 있도록 하는 소성공정을 포함할 수 있다. 예를 들어 일 실시예에 따른 후처리 단계(S40)는 섭씨 내지 500도 내지 1000도 사이의 온도 환경에서 10초 내지 60분 사이의 시간동안 기재(20)를 소성시키는 단계를 포함할 수 있다. After forming the super water-repellent coating film on the surface of the substrate by the above-described coating film forming step (S30), a post-treatment step (S40) may be further performed if necessary. In one embodiment, the post-treatment step (S40) may include a firing process in which the coating film can more reliably adhere to the surface of the substrate 20. For example, the post-treatment step S40 according to an embodiment may include firing the substrate 20 for a time between 10 seconds and 60 minutes in a temperature environment between 500 degrees Celsius and 1000 degrees Celsius.

도7은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 초발수 코팅막의 효과를 설명하기 위한 도면이다. 도시한 실험에서 F-SiO2의 미세입자 슬러리 용액을 기재에 코팅한 것으로, 도7(a)는 이 코팅막이 형성된 기재를 섭씨 500도에서 10분, 20분, 60분 동안 놓아둔 상태의 사진이고 도7(b)는 섭씨 600도에서 10분, 20분, 60동안 놓아둔 상태의 사진이다. 도면에서 본 발명에 따른 초발수 코팅막은 섭씨 500도 또는 그 이상의 온도에서도 접촉각 150도 이상의 초발수 특성을 유지하고 있으며 따라서 금속산화물 표면처리 기반의 고내열성 초발수 표면을 형성할 수 있음을 확인하였다. 7 is a view for explaining the effect of the super water-repellent coating film formed according to an embodiment of the present invention. In the illustrated experiment, a microparticle slurry solution of F-SiO 2 was coated on a substrate, and FIG. 7(a) is a photograph of the substrate with this coating film formed at 500 degrees Celsius for 10 minutes, 20 minutes, and 60 minutes. And Figure 7(b) is a photograph of a state left at 600 degrees Celsius for 10 minutes, 20 minutes, and 60 degrees. In the drawings, it was confirmed that the super-water-repellent coating film according to the present invention maintains super-water-repellent properties of 150 degrees or more at a contact angle of 500 degrees Celsius or higher, and thus can form a highly heat-resistant super water-repellent surface based on metal oxide surface treatment.

이와 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. As such, those of ordinary skill in the field to which the present invention pertains will understand that various modifications and variations are possible from the description of this specification. Therefore, the scope of the present invention is limited to the described embodiments and should not be defined, and should be defined by the claims and equivalents to the claims to be described later.

10: 플라즈마 발생부
15: 서스펜션 공급 노즐
30, 50: 서스펜션 저장부
40: 세척액 저장부
60: 서스펜션 제어기
10: plasma generator
15: suspension supply nozzle
30, 50: suspension reservoir
40: washing liquid storage unit
60: suspension controller

Claims (14)

고내열성 초발수 표면처리 방법으로서,
기재 표면이 소정 범위의 조도(roughness)를 갖도록 기재 표면에 블라스팅 처리를 행하는 단계(S20); 및
서스펜션 플라즈마 용사 코팅에 의해 코팅용 용액을 기재 표면에 분사하여 초발수 코팅막을 형성하는 단계(S30);를 포함하며,
상기 코팅용 용액은 (i) 불소(F), 질소(N), 탄소(C), 또는 실리콘(Si) 중 하나를 도핑한 금속산화물 미세입자를 용매에 분산시킨 슬러리 용액; 또는 (ii) 금속산화물 미세입자를 용매에 분산시킨 슬러리 용액 및 불소(F), 질소(N), 탄소(C), 또는 실리콘(Si) 중 하나를 도핑한 금속산화물 미세입자를 용매에 분산시킨 슬러리 용액;인 것을 특징으로 하는 고내열성 초발수 표면처리 방법.
As a high heat resistance super water repellent surface treatment method,
Performing a blasting treatment on the surface of the base material so that the surface of the base material has a predetermined range of roughness (S20); And
Forming a super-water-repellent coating film by spraying the coating solution on the surface of the substrate by means of suspension plasma spray coating (S30); includes,
The coating solution includes: (i) a slurry solution in which fine particles of metal oxide doped with one of fluorine (F), nitrogen (N), carbon (C), or silicon (Si) are dispersed in a solvent; Or (ii) a slurry solution in which metal oxide microparticles are dispersed in a solvent and metal oxide microparticles doped with one of fluorine (F), nitrogen (N), carbon (C), or silicon (Si) are dispersed in a solvent. Slurry solution; High heat resistance super water-repellent surface treatment method, characterized in that.
제 1 항에 있어서, 상기 금속산화물은,
(i) 1족 원소부터 16족 원소까지의 산화물을 형성할 수 있는 원소들 중 하나의 산화물;
(ii) 란탄계와 스칸듐(Sc) 및 이트륨(Y)을 포함하는 희토류 금속 중 하나의 산화물;
(iii) 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론듐(Sr), 바륨(Ba), 및 규소(Si) 중 하나의 산화물; 및
(iv) 상기 1족 원소부터 16족 원소까지의 산화물을 형성할 수 있는 원소들, 희토류 금속, 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론듐(Sr), 바륨(Ba), 및 규소(Si)로 이루어진 군에서 선택된 둘 이상의 원소로 이루어진 조성물의 산화물; 중 하나인 것을 특징으로 하는 고내열성 초발수 표면처리 방법.
The method of claim 1, wherein the metal oxide,
(i) an oxide of one of the elements capable of forming oxides from Group 1 to Group 16 elements;
(ii) an oxide of one of lanthanum and rare earth metals including scandium (Sc) and yttrium (Y);
(iii) an oxide of one of magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), and silicon (Si); And
(iv) Elements capable of forming oxides from the Group 1 to Group 16 elements, rare earth metals, magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), and silicon ( An oxide of a composition consisting of two or more elements selected from the group consisting of Si); High heat resistance super water-repellent surface treatment method, characterized in that one of.
제 1 항에 있어서,
상기 용매가 물, 에탄올, 벤젠, 및 톨루엔 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 고내열성 초발수 표면처리 방법.
The method of claim 1,
High heat resistance super water-repellent surface treatment method, characterized in that the solvent comprises at least one of water, ethanol, benzene, and toluene.
제 1 항에 있어서,
상기 불소(F), 질소(N), 탄소(C), 또는 실리콘(Si) 중 하나를 도핑한 금속산화물 미세입자의 크기가 10nm 내지 500nm인 것을 특징으로 하는 고내열성 초발수 표면처리 방법.
The method of claim 1,
High heat resistance super water repellent surface treatment method, characterized in that the size of the metal oxide fine particles doped with one of fluorine (F), nitrogen (N), carbon (C), or silicon (Si) is 10 nm to 500 nm.
제 1 항에 있어서, 상기 초발수 코팅막을 형성하는 단계(S30)가,
상기 불소(F), 질소(N), 탄소(C), 또는 실리콘(Si) 중 하나를 도핑한 금속산화물 미세입자의 슬러리 용액을 기재 표면에 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고내열성 초발수 표면처리 방법.
The method of claim 1, wherein the step of forming the super water-repellent coating film (S30),
High heat-resistant candle comprising the step of coating a slurry solution of metal oxide fine particles doped with one of the fluorine (F), nitrogen (N), carbon (C), or silicon (Si) on the surface of the substrate Water-repellent surface treatment method.
제 1 항에 있어서, 상기 초발수 코팅막을 형성하는 단계(S30)가,
상기 금속산화물 미세입자의 슬러리 용액을 기재 표면에 코팅하고, 그 위에 상기 불소(F), 질소(N), 탄소(C), 또는 실리콘(Si) 중 하나를 도핑한 금속산화물 미세입자의 슬러리 용액을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고내열성 초발수 표면처리 방법.
The method of claim 1, wherein the step of forming the super water-repellent coating film (S30),
A slurry solution of metal oxide microparticles coated with the slurry solution of the metal oxide microparticles on the surface of the substrate and doped with one of the fluorine (F), nitrogen (N), carbon (C), or silicon (Si) thereon High heat resistance super water-repellent surface treatment method comprising the step of coating.
제 1 항에 있어서, 상기 초발수 코팅막을 형성하는 단계(S30)가,
상기 금속산화물 미세입자의 슬러리 용액을 기재 표면에 코팅하고, 그 위에 상기 금속산화물 미세입자와 상기 불소(F), 질소(N), 탄소(C), 또는 실리콘(Si) 중 하나를 도핑한 금속산화물 미세입자의 혼합 슬러리 용액을 코팅하고, 그 위에 상기 불소(F), 질소(N), 탄소(C), 또는 실리콘(Si) 중 하나를 도핑한 금속산화물 미세입자의 슬러리 용액을 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고내열성 초발수 표면처리 방법.
The method of claim 1, wherein the step of forming the super water-repellent coating film (S30),
Metal coated with a slurry solution of the metal oxide microparticles on the surface of a substrate, and doped with the metal oxide microparticles and one of the fluorine (F), nitrogen (N), carbon (C), or silicon (Si) Coating a mixed slurry solution of oxide fine particles, and coating a slurry solution of metal oxide fine particles doped with one of the fluorine (F), nitrogen (N), carbon (C), or silicon (Si) thereon. High heat resistance super water-repellent surface treatment method comprising a.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 초발수 코팅막을 형성하는 단계(S30)에 의해 코팅된 코팅막의 두께가 50nm 내지 100μm인 것을 특징으로 하는 고내열성 초발수 표면처리 방법.
The method according to any one of claims 5 to 7,
High heat resistance super water repellent surface treatment method, characterized in that the thickness of the coating film coated by the step of forming the super water repellent coating film (S30) is 50 nm to 100 μm.
기재의 표면에 고내열성 초발수 표면처리를 수행하는 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 장치로서,
제1 코팅용 용액을 저장하는 제1 저장부;
제2 코팅용 용액을 저장하는 제2 저장부;
플라즈마 제트를 발생시키는 플라즈마 발생부;
상기 제1 코팅용 용액과 제2 코팅용 용액 중 적어도 하나를 공급받아 순차적으로 공급하거나 서로 섞는 기능을 갖는 서스펜션 제어기; 및
상기 서스펜션 제어기로부터 배출되는 코팅용 용액을 상기 플라즈마 발생부의 출구측에 분사하는 노즐;을 포함하고,
상기 제1 코팅용 용액은 금속산화물 미세입자를 용매에 분산시킨 슬러리 용액이고,
상기 제2 코팅용 용액은 불소(F), 질소(N), 탄소(C), 또는 실리콘(Si) 중 하나를 도핑한 금속산화물 미세입자를 용매에 분산시킨 슬러리 용액인 것을 특징으로 하는 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 장치.
A suspension plasma thermal spray coating device that performs a high heat-resistant super water-repellent surface treatment on the surface of a substrate,
A first storage unit for storing a first coating solution;
A second storage unit for storing a second coating solution;
A plasma generator for generating a plasma jet;
A suspension controller having a function of sequentially supplying or mixing at least one of the first coating solution and the second coating solution; And
Including; a nozzle for spraying the coating solution discharged from the suspension controller to the outlet side of the plasma generating unit,
The first coating solution is a slurry solution in which metal oxide fine particles are dispersed in a solvent,
The second coating solution is a slurry solution in which metal oxide microparticles doped with one of fluorine (F), nitrogen (N), carbon (C), or silicon (Si) are dispersed in a solvent. Thermal spray coating device.
제 9 항에 있어서,
상기 불소(F), 질소(N), 탄소(C), 또는 실리콘(Si) 중 하나를 도핑한 금속산화물 미세입자의 크기가 10nm 내지 500nm인 것을 특징으로 하는 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 장치.
The method of claim 9,
The suspension plasma spray coating apparatus, characterized in that the size of the metal oxide fine particles doped with one of fluorine (F), nitrogen (N), carbon (C), or silicon (Si) is 10 nm to 500 nm.
제 9 항에 있어서,
서스펜션 플라즈마 용사 코팅 장치가 상기 제1 코팅용 용액을 기재 표면 위에 코팅하고 그 위에 상기 제2 코팅용 용액을 코팅하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 장치.
The method of claim 9,
Suspension plasma spray coating apparatus, characterized in that the operation to coat the first coating solution on the surface of the substrate and the second coating solution thereon.
제 9 항에 있어서,
서스펜션 플라즈마 용사 코팅 장치가 상기 제1 코팅용 용액을 기재 표면에 코팅하고, 그 위에 상기 제1 코팅용 용액과 제2 코팅용 용액의 혼합 용액을 코팅하고, 그 위에 상기 제2 코팅용 용액을 코팅하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 장치.
The method of claim 9,
Suspension plasma spray coating apparatus coats the first coating solution on the surface of the substrate, coats the mixed solution of the first coating solution and the second coating solution thereon, and coats the second coating solution thereon Suspension plasma thermal spray coating device, characterized in that it operates to operate.
제 9 항에 있어서,
상기 노즐이 상기 플라즈마 발생부의 캐소드 내부에 이 캐소드와 동축으로 배치되어 플라즈마 발생부의 출구를 향해 제1 또는 제2 코팅용 용액을 분사하도록 구성된 것을 특징으로 하는 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 장치.
The method of claim 9,
And the nozzle is disposed in the cathode of the plasma generating unit in a coaxial manner with the cathode to spray the first or second coating solution toward the outlet of the plasma generating unit.
제 9 항에 있어서,
상기 노즐이 상기 플라즈마 발생부의 출구측에 결합된 노즐 캡을 포함하고,
상기 노즐 캡은, 플라즈마 제트의 분사 방향으로 소정 두께를 가지며 내부에 빈 공간이 있는 디스크 형상이며, 중앙에 플라즈마 제트가 관통하도록 관통구가 형성되고 이 관통구를 둘러싸는 내주면에 하나 이상의 분사구멍이 형성되어 있으며, 상기 제1 또는 제2 코팅용 용액이 상기 노즐 캡의 내부 공간에 채워진 후 상기 분사구멍을 통해 분사되도록 구성된 것을 특징으로 하는 서스펜션 플라즈마 용사 코팅 장치.
The method of claim 9,
The nozzle comprises a nozzle cap coupled to the outlet side of the plasma generator,
The nozzle cap has a predetermined thickness in the spraying direction of the plasma jet and has a disk shape with an empty space therein, and a through hole is formed in the center so that the plasma jet penetrates, and at least one spray hole is formed on an inner peripheral surface surrounding the through hole. And the first or second coating solution is filled in the inner space of the nozzle cap and then sprayed through the spray hole.
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