KR102327672B1 - 접지력이 우수한 구조물 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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- C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
- C09J2301/00—Additional features of adhesives in the form of films or foils
- C09J2301/50—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by process specific features
Abstract
본 발명은 접지력이 우수한 구조물 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 구조물은 기재; 상기 기재의 일면에 형성된 패턴화된 고분자층; 상기 패턴화된 고분자층의 패턴 사이에 채워진 접착제층; 및 상기 패턴화된 고분자층의 표면에 형성되고, 물과의 접촉시 가역적 주름이 형성가능한 양쪽성 고분자 필름을 포함한다.
본 발명의 따른 구조물은 패턴화된 고분자층의 표면에 양쪽성 고분자 필름이 적층됨에 따라, 건조 조건에서는 평탄한 표면을 유지하다가 물이나 메탄올, 에탄올과 같이 히드록시기를 갖는 유기화합물로부터 유래된 수분이 존재하는 습식 조건에서 주름을 형성함으로써 건식 및 습식의 모든 조건에서 우수한 접지력을 나타낼 수 있다.
본 발명의 따른 구조물은 패턴화된 고분자층의 표면에 양쪽성 고분자 필름이 적층됨에 따라, 건조 조건에서는 평탄한 표면을 유지하다가 물이나 메탄올, 에탄올과 같이 히드록시기를 갖는 유기화합물로부터 유래된 수분이 존재하는 습식 조건에서 주름을 형성함으로써 건식 및 습식의 모든 조건에서 우수한 접지력을 나타낼 수 있다.
Description
본 발명은 건식 및 습식 조건에 따라 표면 형상이 변하는 특정 소재가 적용되어 접지력이 우수한 구조물 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
접지력을 갖는 구조물은 그리퍼, 로봇, 농업기계, 수중 스포츠 용품, 신발, 운송수단의 바퀴, 의료용 핀셋 등의 다양한 분야에서 미끄럼 방지 부재로서 사용되고 있다.
최근 로봇이나 그리퍼의 접지력을 향상시키기 위해서 게코(gecko) 도마뱀의 발바닥 구조를 모사하여 제조된 구조물을 적용하는 시도가 있었다(US Pat. No. 9,517,610 참조). 그러나, 상기 게코 도마뱀의 발바닥 모양의 구조물은 물이 없는 건조한 환경에서는 우수한 접지력을 제공하지만, 물이 있는 미끄러운 환경에서는 그다지 높은 접지력을 유지하지 못하며, 결과적으로 상기 구조물을 로봇 또는 그리퍼에 적용하였을 때 물이 있는 환경에서 임무를 수행하는데 어려움이 있다.
이는 접지력과 연관되어 있는 힘 중 하나인 마찰력은 건조한 환경에서 표면이 평평할 때 가장 크지만, 물이 있는 환경에서 평평한 표면은 수막현상에 의해 마찰력이 약해지기 때문이다.
이에, 물이 없는 환경뿐만 아니라 물이 있는 환경에서도 높은 접지력을 갖는 구조물이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 구조물의 표면에 건식 및 습식 조건에 따라 형상이 변하는 특정의 소재를 적용하여, 건조 환경 뿐만 아니라 물이 존재하는 습식 환경에서도 우수한 접지력을 갖는 구조물 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기재; 상기 기재의 일면에 형성된 패턴화된 고분자층; 상기 패턴화된 고분자층의 패턴 사이에 채워진 접착제층; 및 상기 패턴화된 고분자층의 표면에 형성되고, 물과의 접촉시 가역적 주름이 형성가능한 양쪽성 고분자 필름을 포함하는 접지력이 우수한 구조물이 제공된다.
또한, 본 발명은 상기 접지력이 우수한 구조물의 제조방법을 제공하며, 상기 제조방법은 기재의 일면에 패턴화된 고분자층을 부착하고, 상기 패턴화된 고분자층의 상부면에 물과의 접촉시 가역적 주름이 형성가능한 양쪽성 고분자 필름을 적층시키는 단계; 상기 패턴화된 고분자층과 상기 양쪽성 고분자 필름의 사이에 액상의 접착제를 공급하는 단계; 및 상기 액상의 접착제에 자외선을 조사하여 광경화시키거나 열에 의해 열경화시킴으로써 광학 접착제층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 따른 구조물은 패턴화된 고분자층의 표면에 양쪽성 고분자 필름이 적층됨에 따라, 건조 조건에서는 평탄한 표면을 유지하다가 물이나 메탄올, 에탄올과 같이 히드록시기를 갖는 유기화합물로부터 유래된 수분이 존재하는 습식 조건에서 주름을 형성함으로써 건식 및 습식의 모든 조건에서 우수한 접지력을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조물의 제조과정을 개략적으로 예시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조물의 건식 조건하에서 표면 형상을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조물의 물과 접촉하는 습식 조건하에서 표면 형상을 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 가역적 주름-형성가능한 구조물과 비교예 1에서 제조된 평탄 표면을 갖는 구조물에 대한 건조 환경에서의 마찰력 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 가역적 주름-형성가능한 구조물과 비교예 1에서 제조된 평탄 표면을 갖는 구조물에 대한 습식 환경에서의 마찰력 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가역적 주름-형성가능한 구조물을 보행 로봇에 적용한 결과를 보여주는 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 제조된 가역적 주름-형성가능한 구조물을 그리퍼에 적용한 결과를 보여주는 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조물의 건식 조건하에서 표면 형상을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조물의 물과 접촉하는 습식 조건하에서 표면 형상을 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 가역적 주름-형성가능한 구조물과 비교예 1에서 제조된 평탄 표면을 갖는 구조물에 대한 건조 환경에서의 마찰력 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 가역적 주름-형성가능한 구조물과 비교예 1에서 제조된 평탄 표면을 갖는 구조물에 대한 습식 환경에서의 마찰력 측정 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 가역적 주름-형성가능한 구조물을 보행 로봇에 적용한 결과를 보여주는 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에서 제조된 가역적 주름-형성가능한 구조물을 그리퍼에 적용한 결과를 보여주는 것이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시형태는 접지력이 우수한 구조물에 관한 것으로, 본 발명의 구조물은 기재, 패턴화된 고분자층, 접착제층, 및 물과 접촉시 가역적으로 주름을 형성할 수 있는 양쪽성 고분자 필름을 포함한다.
상기 기재는 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조물의 지지층 역할을 하며, 그 재질은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 플루오르화 폴리비닐리덴(PVDF), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등과 같은 고분자 필름, 유리, 실리콘, 인듐주석산화물(ITO)와 같은 금속 또는 목재 일 수 있다. 이중에서, 상기 고분자 필름이 투명하고 유연한 구조물을 제조하는데 유리하게 사용될 수 있다.
상기 기재의 일면에는 패턴화된 고분자층이 부착된다.
상기 패턴화된 고분자층은 패턴을 구비한 몰드, 예컨대 포토리소그래피(photolthograpy)를 이용해 패턴이 형성된 실리카 몰드에 경화성 고분자를 도포하여 경화시킨 후, 패턴 형상이 전이된 경화물을 상기 몰드로부터 분리하여 형성될 수 있다. 상기 패턴은 고분자층 중에 1 내지 2000 ㎛, 예컨대 500 내지 1500 ㎛의 크기로 복수개 존재할 수 있으며, 패턴 형태는 정육각형, 정사각형, 원형, 라인 등으로 다양할 수 있다.
또한, 상기 패턴화된 고분자층은 광경화성 또는 열경화성 고분자, 예를 들면, 폴리우레탄 아크릴레이트(polyurethane acrylate; PUA), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane: PDMS), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ethylene tetrafluoroethylene, ETFE), 퍼플루오로알킬 아크릴레이트 (perfluoroalkyl acrylate, PFA), 퍼플루오로폴리에테르(perfluoropolyether, PFPE), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으며, 이러한 광경화성 또는 열경화성 고분자는 산화실리콘(SiO2)와 같은 무기물과 함께 사용할 수 있다. 특히, 폴리디메틸실록산(PDMS)이 낮은 계면에너지의 탄성중합체이므로 패턴 형상 전이 및 내구성 면에서 유리하게 사용될 수 있다.
상기 패턴화된 고분자층의 패턴 사이에는 접착제층이 형성된다.
상기 접착제층은 광경화성 아크릴계 단량체 및 광개시제를 포함하는 액상의 광학 접착제(optical adhesive) 또는 에폭시 화합물 및 열개시제를 포함하는 열경화성 접착제를 포함할 수 있으며, 상기 접착제가 모세관 현상에 의해 상기 고분자층의 패턴 사이에 채워지고 광경화에 의해 고체로 굳으면서 형성될 수 있으며, 이러한 접착제층은 패턴화된 고분자층과 그 표면에 형성되는 양쪽성 고분자 필름을 접착시킨다.
상기 액상의 광학 접착제에 포함되는 광경화성 아크릴계 단량체는 분자 내에 적어도 1개의 (메타)아크릴로일옥시기를 가지는 (메타)아크릴계 화합물로서, 예컨대 2-에틸-헥실 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, 메틸 (메트)아크릴레이트, n-프로필 (메트)아크릴레이트, 이소프로필 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트 등이 사용될 수 있다.
상기 액상의 광학 접착제에 포함되는 광개시제는 자외선 조사시 자외선을 흡수하여 경화 반응을 유도하는 성분으로서, 당해 분야에 통상적으로 사용되는 것이라면 특별한 제한 없이 사용하는 광원에 따라 선택될 수 있다. 예컨대, 클로로아세토페논(chloroacetophenone), 디에톡시 아세토페논(diethoxy acetophenone), 1-페닐-2-히드록시-2-메틸 프로판-1-온(1-phenyl-2-hydroxy-2-methyl propane-1-one), 1-히드록시 사이클로헥실 페닐 케톤(1-hydroxy cyclohexyl phenyl ketone; HCPK) 등의 히드록시 아세토페논(hydroxy acetophenone), 알파-아미노 아세트페논(α-amino acetophenone), 벤조인 에테르(benzoin ether), 벤질 디메틸 케탈(benzyl dimethyl ketal), 벤조페논(benzophenone), 티오크산톤(thioxanthone), 2-에틸 안트라퀴논(2-ethyl anthraquinone; 2-ETAQ), 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온(2,2-dimethyoxy-1,2-diphenylethan-1-one) 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 액상의 광학 접착제는 상업적으로 이용가능한 것을 구입하여 사용할 수 있으며, 예컨대 롤랜드 광학접착제(NOA), 다이맥스 광학접착제(Dymax OP-67-LS), 에폭시 광학접착제(Epoxies UV Cure 60-7108), 울트라본드 광학접착제(Ultrabond 57112) 등이 사용될 수 있다.
상기 열경화성 접착제에 포함된 열개시제의 예로는 2,2-아조비스-2,4-디메틸발레로니트릴(V-65, Wako(제)), 2,2-아조비스이소부티로니트릴(V-60, Wako(제)) 또는 2,2-아조비스-2-메틸부티로니트릴(V-59, Wako(제))과 같은 아조계 화합물; 디프로필 퍼옥시디카보네이트(Peroyl NPP, NOF(제)), 디이소프로필 퍼옥시 디카보네이트(Peroyl IPP, NOF(제)), 비스-4-부틸시클로헥실 퍼옥시 디카보네이트(Peroyl TCP, NOF(제)), 디에톡시에틸 퍼옥시 디카보네이트(Peroyl EEP, NOF(제)), 디에톡시헥실 퍼옥시 디카보네이트(Peroyl OPP, NOF(제)), 헥실 퍼옥시 디카보네이트(Perhexyl ND, NOF(제)), 디메톡시부틸 퍼옥시 디카보네이트(Peroyl MBP, NOF(제)), 비스(3-메톡시-3-메톡시부틸)퍼옥시 디카보네이트(Peroyl SOP, NOF(제)), 헥실 퍼옥시 피발레이트(Perhexyl PV, NOF(제)), 아밀 퍼옥시 피발레이트(Luperox 546M75, Atofina(제)), 부틸 퍼옥시 피발레이트(Perbutyl, NOF(제)) 또는 트리메틸헥사노일 퍼옥사이드(Peroyl 355, NOF(제))와 같은 퍼옥시에스테르 화합물; 디메틸 하이드록시부틸 퍼옥사네오데카노에이트(Luperox 610M75, Atofina(제)), 아밀 퍼옥시 네오데카노에이트(Luperox 546M75, Atofina(제)) 또는 부틸 퍼옥시 네오데카노에이트(Luperox 10M75, Atofina(제))와 같은 퍼옥시 디카보네이트 화합물; 3,5,5-트리메틸헥사노일 퍼옥사이드, 라우릴 퍼옥사이드 또는 디벤조일 퍼옥사이드와 같은 아실 퍼옥사이드를 들 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.
한편, 상기 상기 패턴화된 고분자층의 표면에는 물과 접촉시 가역적으로 주름을 형성할 수 있는 양쪽성 고분자 필름이 적층된다.
상기 양쪽성 고분자는 친수성 및 소수성을 모두 나타낼 수 있는 고분자를 의미하며, 설폰화된 테트라플루오로에틸렌계 이온성 고분자(sulfonated tetrafluoroethylene based polymer with ionic properties), 폴리비닐 알코올(PVA), 폴리히드록시에틸메타크릴레이트(PHEMA), 폴리아크릴릭애씨드/폴리에틸렌글리콜(PAA/PEG) 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
특히, 상기 설폰화된 테트라플루오로에틸렌계 이온성 고분자는 소수성의 폴리테트라플루오르메틸렌 골격에 친수성의 술폰산기가 도입된 고분자로서 액체에 대한 젖음성이 좋고, 친수성 영역과 소수성 영역의 상 분리가 명확히 이루어지는 특성을 가져, 본 발명에서 유리하게 사용될 수 있으며, 나피온(Nafion)으로 시판되는 것을 구입하여 사용할 수 있다.
이러한 재질로 된 양쪽성 고분자 필름은 구조물의 최상층, 즉 표면부에 위치하고, 앞서 설명한 바와 같이 접착체층에 의해 상기 패턴화된 고분자층과 접착된 상태로 물이 없는 건식 환경에서는 평탄한 표면을 유지하다가, 습식 환경에서는 물과 접촉시 상기 고분자층의 패턴을 통해 가역적인 주름을 형성할 수 있다. 구조물에서 주름이 생긴 표면은 물이 있는 환경에서 수막 현상을 방해하여 마찰력을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 접지력이 우수한 구조물은 도 1에 예시한 바와 같은 과정으로 제조될 수 있다.
도 1을 참조할 때, 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조물은 기재의 일면에 패턴화된 고분자층을 부착하고, 상기 패턴화된 고분자층의 상부면에 물과의 접촉시 가역적 주름이 형성가능한 양쪽성 고분자 필름을 적층시키는 단계(S1); 상기 패턴화된 고분자층과 상기 양쪽성 고분자 필름의 사이에 액상의 접착제를 공급하는 단계(S2); 및 상기 액상의 접착제에 자외선을 조사하여 광경화시키거나 열에 의해 열경화시킴으로써 광학 접착제층을 형성하는 단계(S3)를 포함하는 과정을 통해 제조될 수 있다.
상기 (S1) 단계에서, 기재, 패턴화된 고분자층 및 가역적 주름-형성가능한 양쪽성 고분자 필름의 특성은 앞서 설명한 바와 같으며, 각각의 크기 및 두께는 적용하고자 하는 구조물의 목적에 따라 적절히 선택될 수 있다. 예컨대, 두께는 양쪽성 고분자기 기판되는 두께 범위인 20 내지 27.5 ㎛가 적용될 수 있다.
상기 (S2) 단계에서, 사용되는 접착제의 특성은 앞서 설명한 바와 같으며, 그 사용량은 접착 대상의 크기에 따라 결정될 수 있다. 예컨대, 접착 대상 크기 1.5cm2를 기주능로 0.3 내지 0.5 g의 함량으로 사용될 수 있다.
상기 (S3) 단계에서, 액상의 접착제를 광경화시키기 위한 자외선 조사는 250 내지 410 nm 파장, 상세하게는 360 내지 410 nm 파장 범위의 방사선을 이용하여 0.5 내지 2.9 J/cm2, 또는 0.2 내지 2 J/cm2의 도즈량으로 수행될 수 있다.
상기한 바와 같은 과정을 통해, 본 발명의 구조물은 투명하고 유연한 시트 형태로 제조된다.
도 2 및 3은 각각 본 발명의 일 실시형태에 따른 구조물의 건식 조건 및 습식 조건하에서 표면 형상을 나타낸 것이다.
도 2 및 3을 참조할 때, 본 발명의 구조물은 상부 표면에 양쪽성 고분자를 포함하여, 물이 없는 건식 환경에서는 평탄한 표면을 유지하다가(도 2 참조), 물이 있는 습식 환경에서 물이 닿으면 표면에 주름이 생긴다(도 3 참조).
상기한 바와같이, 본 발명에 다른 구조물은 건식 및 습식 조건에 따라 표면 형상이 변하는 특성을 나타냄에 따라, 로봇이나 그리퍼에 적용했을 때 건조 환경 뿐만 아니라 물이 존재하는 습식 환경에서도 우수한 접지력을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
실시예 1:
기재로서 50㎛ 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 준비하고, 상기 기재의 일면에 패턴화된 폴리디메틸실록산(PDMS) 막을 적층하였다. 상기 패턴화된 PDMS 막은 500㎛ 직경의 정육각형 패턴이 복수개로 배열된 실리콘 마스터 상에 PDMS을 도포하여 경화시킨 후, 패턴 형상이 전이된 PDMS 경화물을 상기 몰드로부터 분리한 것을 사용하였다.
상기 패턴화된 PDMS 막의 표면에 양쪽성 고분자로서 나피온(Nafion) 212 필름(Dupont)을 배치하였다.
이어서, 상기 PDMS 막과 나피온 필름 사이에 광학 접착제(NOA61, Norland Products Inc., USA)를 떨어뜨려 공급한 후, 365nm의 단파장 UV LED 램프(40W 출력)를 이용해 3.5J/cm2 도즈량의 자외선 조사로 광경화를 수행하여, 투명하고 유연한 시트 형태의 구조물을 제조하였다(도 2 참조).
상기 구조물은 기재 위에 PDMS 막 및 나피온 필름이 적층되고 상기 PDMS 막의 패턴 사이에 광학 접착체층이 형성되어 상기 PDMS 막 및 나피온 필름을 접착을 유지함에 따라, 상부 표면에 위치하는 나피온 필름이 물과 접촉시 PDMS 막의 패턴을 통해 가역적인 주름을 형성할 수 있다(도 3 참조).
비교예 1
기재로서 50㎛ 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 준비하고, 상기 기재 일면에 패턴이 없는 평탄한 폴리디메틸실록산(PDMS)막을 적층하였다. 상기 평탄한 PDMS 막은 평탄한 페트리 접시에 PDMS을 도포하여 경화시킨 후, PDMS 경화물을 상기 패트리 접시로부터 분리한 것을 사용하였다.
상기 평탄한 PDMS 막의 표면에 광학 접착제(NOA61, Norland Products Inc., USA)를 떨어뜨리고, 상기 광학 접착제 표면에 양쪽성 고분자인 나피온(Nafion) 212 필름(Dupont)을 상기 광학 접착제가 평평하게 펴지도록 롤링하여 배치한 후, 365nm의 단파장 UV LED 램프(40W 출력)를 이용해 3.5J/cm2 도즈량의 자외선 조사로 광경화를 수행하여, 평탄한 표면의 투명하고 유연한 비가역적 구조물을 제조하였다.
비교예 2:
기재로서 50㎛ 두께의 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름을 준비하고, 상기 기재의 일면에 패턴화된 폴리디메틸실록산(PDMS) 막을 적층하였다. 상기 패턴화된 PDMS 막은 막은 500㎛ 직경의 정육각형 패턴이 복수개로 배열된 실리콘 마스터 상에 PDMS을 도포하여 경화시킨 후, 패턴 형상이 전이된 PDMS 경화물을 상기 몰드로부터 분리한 것을 사용하였다.
상기 패턴화된 PDMS 막의 표면에 나피온(Nafion) 212 필름(Dupont)을 배치한 후, 가열(120℃) 및 가압(1MPa)을 수행하여 상기 나피온 필름에 PDMS 막의 패턴을 전사하였다. 이로써, 상기 기재 위에 PDMS 막 및 그 표면에 패턴 전사된 나피온 필름이 적층된 구조물을 제조하였다.
실험예 1: 가역성 평가
일반적으로, 물질은 항복점(yield stress point) 전에는 young's theory에 의하여 어떠한 변형을 가해주었을 때 가역성을 가지나, 항복 응력을 초과하는 힘이 가해지는 경우 가역성을 잃게 된다.
이러한 이론게 근거하여 실시예 1 및 비교예 2에서 제조된 구조물을 비교할 때, 실시예 1의 구조물에 포함된 나피온 필름은 항복점 이내에서 가역성을 나타내어, 건조 조건에서는 평탄한 표면을 유지하다가 물이나 메탄올, 에탄올과 같이 히드록시기를 갖는 유기화합물로부터 유래된 수분이 존재하는 습식 조건에서 주름을 형성할 수 있다 (도 2 및 도 3 참조).
반면, 비교예 2의 구조물에 포함된 나피온 필름은 항복 응력(yield stress)를 초과하는 힘을 가하여 패턴화된 것으므로, 가역성이 나타나지 않는다.
실험예 2: 마찰력 평가
실시예 1 및 비교예 1에서 제조된 구조물에 대한 마찰력을 건조 환경 및 습식 환경에서 다기능 접착 테스트기(FCMS 170, Neoplus inc., KR)로 측정하고, 이를 평탄한 표면을 갖는 구조물의 마찰력과 비교하였다. 그 결과를 도 4 및 5에 나타내었다.
도 4 및 5에서, 실시예 1의 구조물(실선으로 표시)은 건조한 환경에서는 평평한 표면을 가지므로 비교예 1(점선으로 표시)의 구조물과 마찰력 크기가 비슷하지만, 물이 있는 환경에서는 주름이 생긴 표면이 수막현상을 방해하여 비교예 1에 비해 높은 마찰력을 발생하는 것을 확인할 수 있다.
실험예 3: 접지력 평가
실시예 1에서 제조된 구조물을 보행 로봇 및 그리퍼에 적용하여 접지력을 평가하였으며, 그 결과를 도 6 및 7에 나타내었다.
도 6은 실시예에서 제조된 구조물을 보행 로봇에 적용한 결과로서, 로봇이 건조한 경사진 면(a)과 물이 있는 경사진 면(b)을 모두 미끄러지지 않고 잘 올라가는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 실시예에서 제조된 구조물을 그리퍼에 적용한 결과로서, 건조한 달걀(a)과 물에 젖은 미끄러운 달걀(b)를 모두 잘 잡는 것을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 구조물의 표면은 물과 접촉시 가역적으로 주름을 형성함으로써, 건조한 환경뿐만 아니라 물이 있는 환경에서도 우수한 접지력을 나타낼 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 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 (11)
- 기재;
상기 기재의 일면에 형성된 패턴화된 고분자층;
상기 패턴화된 고분자층의 패턴 사이에 채워진 접착제층; 및
상기 패턴화된 고분자층의 표면에 형성되고, 물과의 접촉시 가역적 주름이 형성가능한 양쪽성 고분자 필름을 포함하고,
상기 양쪽성 고분자 필름은 설폰화된 테트라플루오로에틸렌계 이온성 고분자((sulfonated tetrafluoroethylene based polymer with ionic properties) 재질인, 접지력이 우수한 구조물. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 기재는 투명의 고분자 필름, 유리, 실리콘, 금속 또는 목재 중에서 선택되는 구조물. - 제1항에 있어서,
상기 패턴화된 고분자층은 패턴을 구비한 몰드에 경화성 고분자를 도포하여 경화시킨 후, 패턴 형상이 전이된 경화물을 상기 몰드로부터 분리하여 형성되는 것인 구조물. - 제1항에 있어서,
상기 패턴화된 고분자층은 1 내지 2000 ㎛의 크기를 갖는 복수의 패턴을 포함하는 구조물. - 제1항에 있어서,
상기 패턴화된 고분자층은 폴리우레탄 아크릴레이트(polyurethane acrylate; PUA), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane: PDMS), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌(ethylene tetrafluoroethylene, ETFE), 퍼플루오로알킬 아크릴레이트 (perfluoroalkyl acrylate, PFA), 퍼플루오로폴리에테르(perfluoropolyether, PFPE), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE)에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 구조물. - 제7항에 있어서,
상기 패턴화된 고분자층은 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함하는 구조물. - 제1항에 있어서,
상기 접착제층은 액상의 접착제가 모세관 현상에 의해 상기 고분자층의 패턴 사이에 채워지고 광경화 또는 열경화에 의해 고체로 굳으면서 형성된 것인 구조물. - 제1항에 있어서,
상기 접착제층은 광경화성 아크릴계 단량체 및 광개시제를 포함하는 구조물. - 제1항에 따른 접지력이 우수한 구조물의 제조방법으로서,
기재의 일면에 패턴화된 고분자층을 부착하고, 상기 패턴화된 고분자층의 상부면에 물과의 접촉시 가역적 주름이 형성가능한 양쪽성 고분자 필름을 적층시키는 단계;
상기 패턴화된 고분자층과 상기 양쪽성 고분자 필름의 사이에 액상의 접착제를 공급하는 단계; 및
상기 액상의 접착제에 자외선을 조사하여 광경화시키거나 열에 의해 열경화시킴으로써 광학 접착제층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 양쪽성 고분자 필름은 설폰화된 테트라플루오로에틸렌계 이온성 고분자((sulfonated tetrafluoroethylene based polymer with ionic properties)로 재질인, 제조방법.
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