KR102361558B1 - Coating Composition for Manufacturing Article With Slippery Surfaces - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부와 내부가 모두 미끄러운 표면을 갖는 물품을 제조할 수 있는 코팅용 조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 코팅용 조성물은 중합체 수지를 종래의 기술로 성형하고 경화시키는 간단한 공정만으로도 내면과 외면이 모두 미끄러운 표면을 갖는 물품을 제조하는 것이 가능하다. 본 발명의 코팅용 조성물을 이용하여 제조된 물품은 항공기, 자동차 등과 같은 기계의 표면에서의 얼음 제거, 혈관 등에서의 biofouling 문제, 자가 세정이 필요한 문제 등을 해결할 수 있어 다양한 산업에서 활용이 가능하다.The present invention relates to a coating composition capable of producing an article having both an exterior and an interior slippery surface, and a method for preparing the same. The composition for coating according to the present invention makes it possible to manufacture an article having a slippery surface on both the inner surface and the outer surface only by a simple process of molding and curing a polymer resin by a conventional technique. The article manufactured using the composition for coating of the present invention can be used in various industries because it can solve ice removal from the surface of machines such as aircraft and automobiles, biofouling problems in blood vessels, and problems requiring self-cleaning.

Description

미끄러운 표면을 갖는 물품을 제조하기 위한 코팅용 조성물{Coating Composition for Manufacturing Article With Slippery Surfaces}Coating Composition for Manufacturing Article With Slippery Surfaces

본 발명은 미끄러운 표면을 갖는 물품을 제조하기 위한 코팅용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 외부와 내부가 모두 미끄러운 표면을 갖는 물품을 간단한 방법으로 제조할 수 있는 코팅용 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a coating composition for manufacturing an article having a slippery surface, and more particularly, to a coating composition capable of manufacturing an article having a slippery surface both on the outside and on the inside by a simple method.

발액 표면(liquid-repellent surface)의 개발은 동물, 곤충 및 식물의 표면의 자가 세정 능력에 의해 고취되고 있다. 발액 표면에는 먼저 연잎 효과(lotus effect)에 의해 영감을 얻은 발수 표면이 있다. 발수 표면은 표면의 미세구조와 낮은 표면 에너지로 인해 물방울이 쉽게 굴러 떨어질 수 있는 구조이다. 발수 표면은 자가 세정이 필요한 여러 분야에서 지속적으로 성능 향상을 위해 연구가 이루어져 왔으나 초발수 구현 시의 내구성 및 불소계 화합물의 인체 유해성 등의 문제가 있었다.The development of liquid-repellent surfaces is being promoted by the self-cleaning ability of surfaces of animals, insects and plants. The liquid-repellent surface first has a water-repellent surface inspired by the lotus effect. The water-repellent surface is a structure in which water droplets can easily roll off due to the microstructure and low surface energy of the surface. Research has been conducted to continuously improve the performance of water-repellent surfaces in various fields that require self-cleaning, but there are problems such as durability and harmfulness of fluorine-based compounds to the human body during super water-repellent implementation.

2011년 Havard 대학에서 SLIPS라는 개념을 소개한 후에 미끄러운 표면에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이는 벌레잡이 똥풀의 표면을 자연 모사한 것으로 표면의 윤활층이 존재하여 이로 인해 액적이 작은 미끄럼각에도 쉽게 굴러 떨어지는 자가 세정 능력을 발휘하였다. After introducing the concept of SLIPS at Havard University in 2011, research on slippery surfaces has been actively conducted. This is a natural imitation of the surface of dung beetle, and there is a lubricating layer on the surface.

미끄러운 표면의 경우 anti-biofouling, 낮은 얼음 부착력 등 많은 장점을 가지고 있으나 대부분의 연구가 2차원 표면의 코팅 기법을 위주로 진행되고 있고, 이로 인해 3차원 형상으로의 적용은 한계가 있었다. 따라서, 다양한 3차원 형상으로의 미끄러운 표면 구현은 자가 세정이 필요한 산업에서 필요한 부분이다. The slippery surface has many advantages such as anti-biofouling and low ice adhesion, but most of the research is focused on the coating technique of the two-dimensional surface, which limits its application to the three-dimensional shape. Therefore, the implementation of a slippery surface in various three-dimensional shapes is a necessary part in industries that require self-cleaning.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-0004723호에서는 마이크로 및 나노스케일 포토그래피를 특징으로 하는 조면화된 고체 표면 위에 화학적으로 불활성의 고밀도 액체 코팅을 워킹시킴으로써 제조되는 자가 회복성의 내스크래치성 미끄러운 표면을 형성하는 기술을 개시하고 있다. 그러나, 이는 2차원 표면 구현이기 때문에 여러 가지 복잡한 3차원 형상 구현이 어렵고, 침지를 통한 코팅을 이용하여 미끄러운 표면을 형성하기 때문에 내경이 작은 원관과 같은 코팅이 어려운 형상의 경우 원관 내부의 미끄러운 표면을 균일하게 형성하기 어렵다는 단점이 있다.In Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0004723, a self-healing, scratch-resistant slippery surface prepared by walking a chemically inert, high-density liquid coating on a roughened solid surface characterized by micro- and nanoscale photography is formed. technology is disclosed. However, since this is a two-dimensional surface implementation, it is difficult to implement various complex three-dimensional shapes, and since a slippery surface is formed using coating through immersion, in the case of a shape that is difficult to coat, such as a circular tube with a small inner diameter, the slippery surface inside the cylindrical tube There is a disadvantage in that it is difficult to form uniformly.

또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0048545호에서는 마찰 및 마모가 도입되는 부분의 윤활성을 향상시키기 위한 미끄러운 박층 필름 또는 코팅의 용도에 관한 것으로 나노입자의 코팅과 친유성층의 코팅을 통해 필름을 제작하였다. 그러나 이는 3차원 형상이 아닌 2차원적인 표면의 윤활층 구현이고, 증착 및 코팅 기술에 한정되어 있다는 단점이 있다. In addition, Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2011-0048545 relates to the use of a slippery thin film or coating for improving the lubricity of a portion where friction and abrasion are introduced. was produced. However, this is not a three-dimensional shape, but a two-dimensional surface lubricating layer implementation, and has a disadvantage in that it is limited to deposition and coating technologies.

한편, 3D 프린터는 활자나 그림을 인쇄하듯이 입력된 3 차원 도면을 바탕으로 실제 입체 모양을 그대로 제작하는 장비이다. 최근 3D 프린팅 기술은 4차 산업혁명을 이끄는 중심으로 이슈가 되고 있으며, 자동차, 의료, 예술, 교육분야에서 다양한 모형을 만들기 위한 용도로 광범위하게 사용하고 있다. On the other hand, a 3D printer is an equipment that produces a three-dimensional shape as it is based on an input three-dimensional drawing, just like printing type or picture. Recently, 3D printing technology has become a central issue leading the 4th industrial revolution, and is widely used for making various models in the fields of automobiles, medical care, art, and education.

3D프린터의 원리는 가장 크게 절삭형과 적층형으로 나눌 수 있으며, 실제 적용되고 있는 3D프린터의 대부분은 재료 손실이 없는 적층형에 해당된다.The principle of 3D printer can be largely divided into cutting type and laminate type, and most of the 3D printers that are actually applied are laminate type without material loss.

적층형 원리를 이용하는 방식도 약 20가지가 존재하지만, 이 가운데 가장 많이 사용되는 방식은 SLA(Stereolithography Apparatus), FDM(Fused Deposition Modeling) 혹은 FFF(Fused Filament Fabrication) 및 SLS(Selective Laser Sintering)방식이다.There are about 20 methods using the layered principle, but the most used methods are SLA (Stereolithography Apparatus), FDM (Fused Deposition Modeling) or FFF (Fused Filament Fabrication) and SLS (Selective Laser Sintering) method.

SLA의 경우 액체 상태의 광경화성 수지가 담긴 수조 안에 레이저 빔을 투사하여 조형하는 방식으로서, 광경화성 수지인 에폭시 타입의 포토 폴리머가 주로 사용된다. 반면, 투입된 필라멘트상의 재료가 Z, Y, Z 축으로 움직이는 프린터의 노즐에서 용융 상태로 토출되면서 3차원으로 조형되는 방식인 FDM(혹는 FFF)는 열가소성 플라스틱을 주 재료로 사용한다. 한편, SLS은 금속, 플라스틱, 세라믹 분말 등의 파우더 상 재료가 담긴 수조에 레이저를 쏘아 선택적으로 소결하는 방식으로 3D프린팅을 구현한다.In the case of SLA, a laser beam is projected into a water tank containing a liquid photocurable resin to form, and an epoxy-type photopolymer, which is a photocurable resin, is mainly used. On the other hand, FDM (or FFF), a method in which the input filament material is discharged in a molten state from the nozzle of the printer moving in the Z, Y, and Z axes, is molded in three dimensions, thermoplastic plastic is used as the main material. On the other hand, SLS implements 3D printing by selectively sintering by firing a laser into a water tank containing powdery materials such as metal, plastic, and ceramic powder.

상기 3가지 방식 가운데, 열가소성 플라스틱을 필라멘트 형태로 제조하여 사용하는 FDM 방식은 3D 프린터의 가격이 비교적 저렴하고 타 방식보다 프린팅 속도가 빠르기 때문에 가장 널리 대중화되어 있다. FDM 방식에는 일반적으로 3D 조형물을 형상할 때 베드 접착력 및 층(layer)간 접착력이 우수하고, 형태 안정성이 좋다는 이유로 폴리락트산(Polylactic acid; PLA), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene; HDPE), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC) 등의 소재가 유용하게 사용되고 있다.Among the three methods, the FDM method, which uses a thermoplastic plastic as a filament, is the most popular because the price of a 3D printer is relatively low and the printing speed is faster than other methods. In the FDM method, polylactic acid (PLA), ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), high density polyethylene (ABS), Materials such as polyethylene; HDPE) and polycarbonate (PC) are usefully used.

FDM 방식의 3D 프린트용 소재와 관련된 특허문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0098142호(금속분말이 함유된 FDM 방식의 3D 프린터용 복합필라멘트 조성물), 대한민국 등록특허공보 제10-1350993호(마이크로 캡슐을 이용한 난연 및 내열 특성을 가지는 3D 프린터용 PLA 필라멘트 제조방법 및 이에 의해 제조된 PLA 필라멘트) 및 미국 특허출원공개 제2009/0295032호(변성 ABS 물질을 이용한 3차원 물체 생성 방법) 등이 개시된 바 있다.Patent documents related to FDM-type 3D printing materials include Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2015-0098142 (Composite filament composition for FDM-type 3D printer containing metal powder), Republic of Korea Patent Publication No. 10-1350993 (Method for manufacturing PLA filament for 3D printer having flame-retardant and heat-resistance properties using microcapsules and PLA filament manufactured by the same) and US Patent Application Publication No. 2009/0295032 (method of creating a three-dimensional object using a modified ABS material) has been disclosed.

본 발명의 발명자들은 내부까지 미끄러운 표면을 갖는 물품을 구현하기 위하여 연구한 결과, 중합체 수지와 윤활유의 혼합물을 포함하는 코팅용 조성물을 이용하여 표면 뿐만 아니라 내부까지 미끄러운 표면을 갖는 물품을 간단한 기술로 제조할 수 있다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다.As a result of research to realize an article having a slippery surface to the inside, the inventors of the present invention manufactured an article having a slippery surface as well as the inside by using a coating composition containing a mixture of a polymer resin and a lubricant with a simple technique found that it can be done and completed the present invention.

이와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 본 발명은 내부까지 미끄러운 표면을 갖는 물품을 간단한 방법으로 제조할 수 있는 코팅용 조성물을 제공하는 것이다. An object of the present invention for solving the above problems is to provide a coating composition capable of manufacturing an article having a slippery surface to the inside by a simple method.

본 발명의 또 다른 목적은 미끄러운 표면을 갖는 물품을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an article having a slippery surface.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 미끄러운 표면을 갖는 물품을 제조하기 위한 조성물로서, 중합체 수지 및 윤활유의 혼합물(blend)를 포함하는 코팅용 조성물을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a composition for manufacturing an article having a slippery surface, the composition for coating comprising a mixture of a polymer resin and a lubricating oil.

본 발명에 있어서, 상기 코팅용 조성물은 에어로겔(aerogel)을 추가로 포함할 수 있다. In the present invention, the coating composition may further include an airgel (aerogel).

본 발명에 있어서, 상기 중합체 수지는 폴리디메틸실론산(polydimethylsiloxane, PDMS), 실리콘(silicone), 퍼플루오로폴리에터(perfluoropolyether, PFPE), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리락트산(Polylactic acid; PLA), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene; HDPE), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), 폴리스타이렌(polystyrene; PS), 폴리에스테르(Polyester), 폴리올레핀(polyolefin), 폴리아미드(Polyamide), 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol), N-비닐피롤리돈, N-비닐카프로락탐, 디메틸아크릴아미드, 히드록시에틸아크릴아미드, 2-아크릴로일옥시에틸이소시아네이트, 이소보닐아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴아크릴레이트, 페녹시폴리에틸렌글리콜아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 에톡시에틸아크릴레이트, 페녹시에틸아크릴레이트, 사이클릭트리메틸올포멀아크릴레이트, 6-헥산디올디아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 1,1(비스아크릴로일옥시메틸)에틸이소시아네이트, 폴리에스테르아크릴레이트 및 우레탄아크릴레이트로 구성된 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. In the present invention, the polymer resin is polydimethylsiloxane (PDMS), silicone (silicone), perfluoropolyether (PFPE), polyurethane (polyurethane, PU), polylactic acid (Polylactic acid); PLA), ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), high density polyethylene (HDPE), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polyester, polyolefin, polyamide ), polyvinyl alcohol, N-vinylpyrrolidone, N-vinylcaprolactam, dimethyl acrylamide, hydroxyethylacrylamide, 2-acryloyloxyethyl isocyanate, isobornyl acrylate, tetrahydro Furfuryl acrylate, phenoxy polyethylene glycol acrylate, lauryl acrylate, benzyl acrylate, ethoxyethyl acrylate, phenoxyethyl acrylate, cyclic trimethylol formal acrylate, 6-hexanediol diacrylate, trimethyl Allpropane triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, tripropylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, 1,1 (bisacryloyloxymethyl) ethyl isocyanate, polyester acrylate and urethane acrylate It may be one or more selected from the group consisting of.

본 발명에 있어서, 상기 윤활유는 올리브 오일(olive oil), 불소계 오일(fluorinated oil), 실리콘 오일(silicone oil), 정유(essential oil), 파라핀계 오일(paraffin oil) 및 석유계 오일(mineral oil)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. In the present invention, the lubricating oil is olive oil, fluorinated oil, silicone oil, essential oil, paraffin oil, and petroleum oil (mineral oil) It may be at least one selected from the group consisting of.

본 발명에서, 상기 에어로겔은 실리카겔, 탄소 에어로겔 및 그래핀 에어로겔로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다. In the present invention, the airgel may be at least one selected from silica gel, carbon airgel, and graphene airgel.

본 발명의 코팅용 조성물은 상기 중합체 수지 100중량부에 대하여 30 내지 100중량부의 윤활유를 포함할 수 있다.The coating composition of the present invention may contain 30 to 100 parts by weight of lubricant based on 100 parts by weight of the polymer resin.

본 발명의 코팅용 조성물은 상기 윤활유 100중량부에 대하여 1 내지 200중량부의 에어로겔(aerogel)을 추가로 포함할 수 있다. The coating composition of the present invention may further include 1 to 200 parts by weight of airgel based on 100 parts by weight of the lubricant.

본 발명의 코팅용 조성물은 상기 윤활유 전체 중량을 기준으로 10 내지 30중량%의 정유(essential oil)를 포함할 수 있다. The coating composition of the present invention may contain 10 to 30% by weight of essential oil based on the total weight of the lubricating oil.

본 발명의 코팅용 조성물은 디클로로메탄(DCM), 테트라하이드로퓨란, 디옥세인(dioxane), 메틸에틸케톤(MEK) 및 디메틸폼아마이드(DMF)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 용매를 추가로 포함할 수 있다. The coating composition of the present invention further comprises at least one solvent selected from the group consisting of dichloromethane (DCM), tetrahydrofuran, dioxane, methyl ethyl ketone (MEK) and dimethylformamide (DMF) can do.

본 발명에서, 상기 용매는 전체 조성물의 농도가 0.05 내지 0.30g/mL가 되도록 포함될 수 있다. In the present invention, the solvent may be included so that the concentration of the total composition is 0.05 to 0.30 g/mL.

본 발명은 또한, 중합체 수지 및 윤활유의 혼합물(blend)를 포함하는 코팅용 조성물을 경화시켜 형성된, 미끄러운 표면을 갖는 물품을 제공한다. The present invention also provides an article having a slippery surface formed by curing a composition for coating comprising a blend of a polymeric resin and a lubricating oil.

본 발명에 있어서, 상기 코팅용 조성물은 에어로겔(aerogel)을 추가로 포함할 수 있다. In the present invention, the coating composition may further include an airgel (aerogel).

본 발명의 미끄러운 표면을 갖는 물품은 80% 이상의 광 투과성을 가질 수 있다.An article having a slippery surface of the present invention may have a light transmittance of at least 80%.

본 발명의 미끄러운 표면을 갖는 물품은 전체 윤활유의 10 내지 100중량%의 정유를 포함할 수 있다. The article having a slippery surface of the present invention may comprise between 10 and 100% by weight of the total lubricating oil of essential oil.

본 발명은 또한, 중합체 수지 및 윤활유의 혼합물(blend)를 포함하는 코팅용 조성물을 경화시켜 형성된, 자가-세정 가능 용기로서, 상기 용기의 외면에 오일이 투과되지 않는 재료를 포함하는, 자가-세정 가능 용기를 제공한다. The present invention also provides a self-cleaning container formed by curing a coating composition comprising a blend of a polymer resin and a lubricant, the container comprising an oil impermeable material on the outer surface of the container, Provide available containers.

본 발명은 또한, 중합체 수지 및 윤활유의 혼합물(blend)를 포함하는 코팅용 조성물을 경화시켜 형성된, 미끄러운 표면을 갖는 의학용 카테터(catheter)로서, 전체 윤활유의 10 내지 30중량%의 정유를 포함하는, 미끄러운 표면을 갖는 의학용 카테터를 제공한다.The present invention also provides a medical catheter having a slippery surface, formed by curing a coating composition comprising a blend of a polymer resin and a lubricating oil, comprising 10 to 30% by weight of essential oil of the total lubricating oil , to provide a medical catheter having a slippery surface.

본 발명에 따른 코팅용 조성물은 중합체 수지를 종래의 기술로 성형하고 경화시키는 간단한 공정만으로도 내면과 외면이 모두 미끄러운 표면을 갖는 물품을 제조하는 것이 가능하다. 본 발명의 코팅용 조성물을 이용하여 제조된 물품은 항공기, 자동차 등과 같은 기계의 표면에서의 얼음 제거, 혈관 등에서의 biofouling 문제, 자가 세정이 필요한 문제 등을 해결할 수 있어 다양한 산업에서 활용이 가능하다.The composition for coating according to the present invention makes it possible to manufacture an article having a slippery surface on both the inner surface and the outer surface only by a simple process of molding and curing a polymer resin by a conventional technique. The article manufactured using the composition for coating of the present invention can be used in various industries because it can solve ice removal from the surface of machines such as aircraft and automobiles, biofouling problems in blood vessels, and problems requiring self-cleaning.

도 1은 에어로겔의 첨가 유무에 따른 중합체 수지 및 윤활유의 혼합물의 상태를 나타낸 것이다.
도 2은 PDMS-Slippery Blend을 이용하여 제조된 비계(scaffold)의 이미지를 나타낸다.
도 3(a)는 2노즐 DIW 프린팅 방법을 이용하여 Slippery Blend 및 PETG의 2종 이물질로 자가-세정 가능 용기를 제조한 개념도를 나타낸다.
도 3(b)는 제조된 용기에 케??을 넣고 따라냈을 때의 자가-세정 성능을 비교하여 나타낸 것이다.
도 4는 상업적으로 판매되는 의학 실리콘 튜브와 PDMS-Slippery Blend을 이용하여 프린팅 방식으로 제조한 실리콘 튜브의 이미지이다.
1 shows the state of a mixture of a polymer resin and lubricating oil with or without the addition of airgel.
2 shows an image of a scaffold prepared using PDMS-Slippery Blend.
3(a) shows a conceptual diagram of manufacturing a self-cleaning container with two kinds of foreign substances, slippery blend and PETG, using a two-nozzle DIW printing method.
Figure 3 (b) shows a comparison of the self-cleaning performance when pouring the kettle into the prepared container.
4 is an image of a commercially available medical silicone tube and a silicone tube manufactured by a printing method using PDMS-Slippery Blend.

이하, 본 발명의 구체적인 양태에 대해서 보다 상세히 설명한다. 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 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져있고 통상적으로 사용되는 것이다.Hereinafter, specific aspects of the present invention will be described in more detail. Unless defined otherwise, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is those well known and commonly used in the art.

본 발명은 미끄러운 표면을 갖는 제품을 제조하기 위한 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for making an article having a slippery surface.

본 발명의 조성물은 중합체 수지 및 윤활유의 혼합물(blend)을 포함한다. The composition of the present invention comprises a blend of a polymeric resin and a lubricating oil.

본 발명에 있어서, 미끄러운 표면이란 물체의 표면이 윤활유를 함유하고 있어서 물 또는 얼음이 부착되지 않고 작은 미끄럼각에도 쉽게 굴러 떨어지는 자가 세정 능력을 갖는 표면을 의미한다.In the present invention, the slippery surface means a surface having a self-cleaning ability that easily rolls off even at a small sliding angle without water or ice adhering to the surface of an object containing lubricating oil.

본 발명에 있어서, 용어 “혼합물(blend)”란, 서로 용해되지 않는 둘 이상의 물질이 균일하게 분산된 상태를 의미한다.In the present invention, the term “blend” refers to a state in which two or more substances that do not dissolve in each other are uniformly dispersed.

본 발명에서는 중합체 수지와 윤활유가 서로 균일하게 혼합된 혼합물을 코팅용 조성물로서 제공함으로써, 상기 코팅용 조성물을 코팅하여 원하는 제품을 형성하였을 때, 상기 제품이 미끄러운 표면을 갖도록 할 수 있다.In the present invention, by providing a mixture in which a polymer resin and a lubricating oil are uniformly mixed with each other as a coating composition, the product can have a slippery surface when a desired product is formed by coating the coating composition.

일반적으로, 두 물질의 혼화성(miscibility)은 아래와 같은 혼합에 대한 자유 에너지로 계산할 수 있다. In general, the miscibility of two substances can be calculated as the free energy for mixing as follows.

ΔGmix =ΔH - TΔSΔG mix =ΔH - TΔS

만약 혼합의 자유 에너지가 0 보다 큰 경우, 두 물질은 서로 혼합되기 어렵다. 이는 두 물질 사이에 큰 계면 장력이 작용하여 두 물질이 균일하게 혼합되기 보다는 각각 분리되어 있는 상태를 선호한다는 것을 의미한다.If the free energy of mixing is greater than zero, the two substances are difficult to mix with each other. This means that a large interfacial tension acts between the two materials, and the two materials prefer to be separated rather than uniformly mixed.

본 발명에서는, 다공성 에어로겔(aerogel)을 상용시약(compatibilizer)으로서 사용하여 혼합의 자유 에너지가 0 보다 큰 두 물질의 계면 장력을 상쇄할 수 있다는 것을 발견하였다. 상기 다공성 에어로겔은 극도로 넓은 표면적(약 310m2/g)을 제공하는 나노 크기의 기공을 갖고, 또한, 그의 화학적 친화성 덕분에 우수한 오일 흡착성을 갖는다.In the present invention, it has been found that the free energy of mixing can cancel the interfacial tension of two materials greater than zero by using a porous aerogel as a compatibilizer. The porous airgel has nano-sized pores providing an extremely large surface area (about 310 m 2 /g), and also has excellent oil adsorption properties thanks to its chemical affinity.

에어로겔을 혼합물에 첨가하는 경우 혼합의 자유 에너지는 아래와 같이 결정될 수 있다. When airgel is added to the mixture, the free energy of mixing can be determined as follows.

ΔGmix = ΔGPS + ΔGLS + ΔGPL ΔG mix = ΔG PS + ΔG LS + ΔG PL

(P: 중합체, L: 윤활유, S: 고체입자)(P: polymer, L: lubricant, S: solid particles)

따라서, 깁스 에너지가 0 보다 작게 변경되고, 윤활유와 중합체 수지가 안정적으로 혼합될 수 있게 된다. Accordingly, the Gibbs energy is changed to be smaller than zero, and the lubricating oil and the polymer resin can be mixed stably.

도 1의 좌측 유리병은 에어로겔을 첨가하지 않은 중합체 수지(PDMS) 및 윤활유(올리브 오일)의 혼합물을 나타낸다. 두 물질이 균일하게 혼합되지 않고 상 분리가 나타난 것이 확인된다. 반면, 에어로겔(실리카겔)을 첨가한 오른쪽 유리병은 세 물질이 균일한 혼합물의 상태를 유지하고 있는 것을 육안으로 확인할 수 있다. The glass bottle on the left in Figure 1 shows a mixture of polymer resin (PDMS) and lubricant (olive oil) without added airgel. It is confirmed that the two materials were not uniformly mixed and phase separation appeared. On the other hand, in the right glass bottle to which airgel (silica gel) is added, it can be visually confirmed that the three substances maintain a uniform mixture.

상기 윤활유는 올리브 오일(olive oil), 불소계 오일(fluorinated oil), 실리콘 오일(silicone oil), 정유(essential oil), 파라핀계 오일(paraffin oil), 석유계 오일(mineral oil) 등을 사용하는 것이 바람직하다. The lubricating oil is olive oil, fluorinated oil, silicone oil, essential oil, paraffin oil, petroleum-based oil (mineral oil), etc. to use desirable.

본 발명에서, “윤활유”는 경우에 따라서는 “오일”과 동일한 의미로 사용될 수 있다. In the present invention, “lubricating oil” may be used in the same sense as “oil” in some cases.

상기 정유는 클로브 오일을 사용할 수 있고, 파라핀계 오일은 n-옥테인(n-octane), n-데케인(n-decane), n-도데케인(n-dodecane), 헥사데케인(hexadecane), 옥타데케인(octadecane) 등으로부터 선택될 수 있으며, 상기 석유계 오일은 디젤, 가솔린, 원유 등으로부터 선택될 수 있다.The essential oil may be clove oil, and the paraffinic oil is n-octane, n-decane, n-dodecane, hexadecane. , and may be selected from octadecane and the like, and the petroleum oil may be selected from diesel, gasoline, crude oil, and the like.

상기 윤활유 중 정유, 특히 클로브 오일을 포함하면 제조된 제품에 항균 효과를 부여할 수 있다. If essential oil, particularly clove oil, is included among the lubricating oils, an antibacterial effect can be imparted to the manufactured product.

본 발명에 있어서, 윤활유는 제조될 제품의 미끄러움의 정도에 따라 원하는 함량을 조절하여 사용하는 것이 바람직하며, 중합체 수지 100중량부에 대하여 10 내지 200중량부로 포함될 수 있다. 바람직하게는, 중합체 수지 100중량부에 대하여 30 내지 100중량부로 포함될 수 있다.In the present invention, the lubricant is preferably used by adjusting the desired content according to the degree of slippage of the product to be manufactured, and may be included in an amount of 10 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin. Preferably, it may be included in an amount of 30 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the polymer resin.

상기 에어로겔은 실리카겔, 탄소 에어로겔, 그래핀 에어로겔 등을 사용할 수 있다. 상기 에어로겔은 윤활유를 흡수하여 윤활유가 안정적으로 중합체 수지와 혼합되고, 제품화된 후에도 윤활유가 쉽게 증발되지 않도록 돕는다. As the airgel, silica gel, carbon airgel, graphene airgel, etc. may be used. The airgel absorbs the lubricating oil so that the lubricating oil is stably mixed with the polymer resin, and the lubricating oil is not easily evaporated even after being commercialized.

또한, 상기 에어로겔은 제조된 기계적 특성이 개선될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 에어로겔을 포함하는 제품의 저장 탄성력, 인장 강도, 경도 등의 기계적 특성이 크게 개선될 수 있다는 것을 확인하였다. 따라서, 상기 에어로겔은 본 발명의 코팅용 조성물을 이용하여 3차원 제품을 제조하는 경우 중합체가 가교/경화되기 전까지 원하는 형상을 유지할 수 있도록 한다.In addition, the manufactured mechanical properties of the airgel may be improved. In an embodiment of the present invention, it was confirmed that mechanical properties such as storage elasticity, tensile strength, and hardness of a product including the airgel can be significantly improved. Therefore, when the three-dimensional product is manufactured using the coating composition of the present invention, the airgel can maintain a desired shape until the polymer is crosslinked/cured.

상기 에어로겔은 중합체 수지와 윤활유의 혼화성과 제조될 제품의 기계적 특성을 고려하여 적절한 함량을 첨가하는 것이 바람직하며, 오일 100중량부에 대하여 1 내지 200중량부로 사용될 수 있다.The airgel is preferably added in an appropriate amount in consideration of the compatibility of the polymer resin and the lubricant and the mechanical properties of the product to be manufactured, and may be used in an amount of 1 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of the oil.

본 발명에서, 상기 중합체 수지는 폴리디메틸실론산(polydimethylsiloxane, PDMS), 실리콘(silicone), 퍼플루오로폴리에터(perfluoropolyether, PFPE), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 폴리이미드(polyimide, PI) 등과 같은 액상의 중합체를 포함할 수 있다. 상기 액상의 중합체는 별도의 용매 없이 윤활유와 혼합될 수 있으며, 필요에 따라 에어로겔에 의해 윤활유와 혼합될 수 있다. In the present invention, the polymer resin is polydimethylsiloxane (PDMS), silicone (silicone), perfluoropolyether (PFPE), polyurethane (PU), polyimide (PI) It may contain a liquid polymer, such as. The liquid polymer may be mixed with lubricating oil without a separate solvent, and may be mixed with lubricating oil by airgel if necessary.

예를 들어, 실리콘 엘라스토머와 실리콘 오일은 에어로겔의 첨가가 없이도 혼화성이 우수하여 본 발명의 코팅용 조성물에 사용될 수 있지만, 실리콘 엘라스토머와 올리브 오일은 에어로겔의 첨가 없이는 혼합되지 않는다. For example, the silicone elastomer and the silicone oil have excellent compatibility even without the addition of airgel, and thus can be used in the coating composition of the present invention, but the silicone elastomer and the olive oil are not mixed without the addition of the airgel.

본 발명의 중합체 수지는 또한 폴리락트산(Polylactic acid; PLA), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene; HDPE), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Polyurethane; TPU), 폴리스타이렌(polystyrene; PS), 폴리에스테르(Polyester), 폴리올레핀(polyolefin), 폴리아미드(Polyamide), 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol) 및 이들의 조합으로부터 선택되는 열가소성 중합체 수지를 사용할 수 있다.The polymer resin of the present invention is also polylactic acid (PLA), ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), high density polyethylene (HDPE), polycarbonate (Polycarbonate; PC), thermoplastic polyurethane (TPU) , polystyrene (PS), polyester (Polyester), polyolefin (polyolefin), polyamide (Polyamide), polyvinyl alcohol (Poly Vinyl Alcohol), and a thermoplastic polymer resin selected from combinations thereof may be used.

중합체 수지로서 열가소성 중합체 수지를 사용하는 경우 고체상 중합체를 용매에 녹여 액체화하여 윤활유와 혼합하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용 가능한 용매로서는 디클로로메탄(DCM), 테트라하이드로퓨란(THF), 디옥세인(dioxane), 메틸에틸케톤(MEK), 디메틸폼아마이드(DMF) 등을 사용할 수 있다. When a thermoplastic polymer resin is used as the polymer resin, it is preferable to dissolve the solid polymer in a solvent to liquefy it and mix it with a lubricating oil. As a solvent usable in the present invention, dichloromethane (DCM), tetrahydrofuran (THF), dioxane, methyl ethyl ketone (MEK), dimethylformamide (DMF), etc. can be used.

고체상 중합체을 액상화시키면서 동시에 윤활유와 혼합될 수 있는 적합한 용매를 선택하기 위해, 플로리-허긴스(Flory-Huggins) 솔루션을 적용할 수 있다. 플로리-허긴스 상수(χ)는 아래와 같이 정의된다. In order to select a suitable solvent that can be mixed with the lubricant while liquefying the solid polymer at the same time, a Flory-Huggins solution can be applied. The Flory-Huggins constant (χ) is defined as follows.

Figure 112021025528324-pat00001
Figure 112021025528324-pat00001

상기 식에서, δ1 및 δ2는 용매와 용질의 용해도 상수를 나타내며, V1은 용매의 몰부피, R은 기체 상수, T는 절대온도를 의미한다.In the above formula, δ 1 and δ 2 represent the solubility constants of the solvent and the solute, V 1 is the molar volume of the solvent, R is the gas constant, and T is the absolute temperature.

χ 값이 적을수록 용매와 용질이 더 잘 용해될 수 있다. The smaller the χ value, the better the solvent and solutes can be dissolved.

예를 들어, 폴리락트산(PLA)와 디클로로메탄(DCM)의 χ는 0.03인데, 이는 PLA와 톨루엔의 χ인 0.42보다 훨씬 적다. 따라서, PLA의 용해에는 아세톤보다 DCM이 더 적합하다는 것을 알 수 있다. For example, the χ of polylactic acid (PLA) and dichloromethane (DCM) is 0.03, which is much less than the χ of PLA and toluene of 0.42. Therefore, it can be seen that DCM is more suitable than acetone for dissolution of PLA.

또한, DCM과 윤활유와의 상수 χ도 혼합을 위해 중요하다. 올리브 오일(χ=0.47)과 석유계 오일(χ=0.91)이 물(χ=21.43)이나 에틸렌 글리콜(χ=6.08)보다 더 DCM과 혼합되기 용이하다는 것을 알 수 있다.In addition, the constant χ of DCM and lubricant is also important for mixing. It can be seen that olive oil (χ = 0.47) and petroleum oil (χ = 0.91) are more easily miscible with DCM than water (χ = 21.43) or ethylene glycol (χ = 6.08).

상기 용매는 전체 조성물의 농도가 0.05 내지 0.30g/mL가 되도록 하는 함량으로 첨가되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 0.15g/mL의 농도를 갖도록 하는 것이 좋다.The solvent is preferably added in an amount such that the concentration of the entire composition is 0.05 to 0.30 g/mL, and more preferably, 0.05 to 0.15 g/mL.

예시적인 고체 중합체 수지에 따른 적합한 용매의 종류를 아래의 표 1에 나타내었다. The types of suitable solvents according to exemplary solid polymer resins are shown in Table 1 below.

중합체polymer 용매menstruum 폴리락트산(PLA)Polylactic acid (PLA) 디클로로메탄(DCM)
테트라하이드로퓨란
디옥세인(dioxane)
Dichloromethane (DCM)
tetrahydrofuran
dioxane
아크릴로니트릴 부타디엔스티렌(ABS)Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) DCM
메틸에틸케톤(MEK)
DCM
Methyl ethyl ketone (MEK)
폴리우레탄(PU)Polyurethane (PU) 디메틸폼아마이드(DMF)Dimethylformamide (DMF) 폴리스티렌(PS)Polystyrene (PS) DCMDCM 아크릴계acrylic MEKMEK 폴리카보네이트(PC)Polycarbonate (PC) DCM
MEK
DCM
MEK

고체상 중합체 수지를 이용하여 본 발명의 코팅용 조성물을 제조하는 방법은 중합체 수지를 제1 용매에 용해시켜 중합체 용액을 제조하는 단계; 및 상기 중합체 용액과 윤활유를 혼합하는 단계를 포함한다.상기 방법에서, 윤활유를 혼합하는 단계는 윤활유를 제2 용매에 용해시킨 윤활유 용액을 혼합하는 단계를 포함할 수 있다. The method for preparing the coating composition of the present invention using a solid polymer resin comprises the steps of: preparing a polymer solution by dissolving the polymer resin in a first solvent; and mixing the polymer solution and the lubricant oil. In the method, the step of mixing the lubricant oil may include mixing the lubricant oil solution in which the lubricant oil is dissolved in a second solvent.

본 발명의 바람직한 구현예에서, 상기 윤활유를 혼합하는 단계는 에어로겔을 추가로 혼합하는 것이 바람직하며, 에어로겔을 윤활유 용액에 첨가한 후, 중합체 수지 용액과 윤활유 용액을 혼합하는 것이 가장 바람직하다. In a preferred embodiment of the present invention, in the step of mixing the lubricating oil, it is preferable to further mix the airgel, and after adding the airgel to the lubricating oil solution, it is most preferable to mix the polymer resin solution and the lubricating oil solution.

본 발명에 따르면 중합체를 용매에 용해시켜 상온에서 액체상을 형성하고, 윤활유를 별도의 용매에서 용해시킨 후, 액체상인 중합체와 윤활유를 혼합함으로써 중합체가 윤활유와 잘 혼합될 수 있도록 하였으며, 중합체가 쉽게 경화되거나 윤활유가 고온에서 쉽게 증발하는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, the polymer is dissolved in a solvent to form a liquid phase at room temperature, the lubricating oil is dissolved in a separate solvent, and then the liquid polymer and the lubricating oil are mixed so that the polymer can be mixed well with the lubricating oil, and the polymer is easily cured or to prevent the lubricating oil from easily evaporating at high temperatures.

상기 제1 용매와 제2 용매는 바람직하게는 동일한 용매인 것이 좋다. The first solvent and the second solvent are preferably the same solvent.

상기 윤활유 용액은 10 내지 50%(v/v)의 농도를 갖는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 15 내지 30%(v/v)의 농도를 갖는 것이 좋다.The lubricating oil solution preferably has a concentration of 10 to 50% (v/v), more preferably 15 to 30% (v/v).

본 발명에서, 상기 두 용액의 혼합은 중합체 용액을 조금씩 윤활유 용액에 첨가하면서 지속적으로 교반하는 것이 바람직하다.In the present invention, the mixing of the two solutions is preferably continuously stirred while adding the polymer solution to the lubricating oil solution little by little.

상기 중합체 수지는 또한, 용도에 따라 광경화성 중합체 수지를 사용하는 것도 가능하다. 상기 광경화성 중합체로서는 예를 들어, N-비닐피롤리돈, N-비닐카프로락탐 등의 질소 함유 비닐화합물, 디메틸아크릴아미드, 히드록시에틸아크릴아미드, 2-아크릴로일옥시에틸이소시아네이트, 이소보닐아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴아크릴레이트, 페녹시폴리에틸렌글리콜아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 에톡시에틸아크릴레이트, 페녹시에틸아크릴레이트, 사이클릭트리메틸올포멀아크릴레이트, 6-헥산디올디아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 1,1(비스아크릴로일옥시메틸)에틸이소시아네이트, 폴리에스테르아크릴레이트, 우레탄아크릴레이트 등을 들 수 있다.It is also possible to use a photocurable polymer resin according to the application as the polymer resin. Examples of the photocurable polymer include nitrogen-containing vinyl compounds such as N-vinylpyrrolidone and N-vinylcaprolactam, dimethyl acrylamide, hydroxyethyl acrylamide, 2-acryloyloxyethyl isocyanate, isobornyl acryl Late, tetrahydrofurfuryl acrylate, phenoxy polyethylene glycol acrylate, lauryl acrylate, benzyl acrylate, ethoxyethyl acrylate, phenoxyethyl acrylate, cyclic trimethylolformal acrylate, 6-hexanedioldi Acrylate, trimethylolpropane triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, tripropylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, 1,1 (bisacryloyloxymethyl) ethyl isocyanate, polyester acrylate, Urethane acrylate etc. are mentioned.

본 발명의 코팅용 조성물은 또한, 필요에 따라서 열안정제, 산화방지제, 광안정제, 이형제, 상용화제, 염료, 안료, 착색제, 가소제, 충격보강제, 안정제 및 활제로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the coating composition of the present invention, if necessary, one or more additives selected from the group consisting of heat stabilizers, antioxidants, light stabilizers, release agents, compatibilizers, dyes, pigments, colorants, plasticizers, impact modifiers, stabilizers and lubricants may further include.

또한, 광경화형 중합체 수지를 사용하는 경우, 광개시제를 추가로 포함하는 것이 바람직하다.In addition, when using a photocurable polymer resin, it is preferable to further include a photoinitiator.

본 발명의 코팅용 조성물은 공지의 방법에 의해 제품화될 수 있다. 예를 들어, 미끄러운 표면을 갖는 필름을 제조하고자 하는 경우 상기 코팅용 조성물을 공지의 성형 기술을 이용하여 성형한 후, 사용한 중합체 수지를 경화시켜 제품을 제조할 수 있다.The composition for coating of the present invention may be commercialized by a known method. For example, when a film having a slippery surface is to be manufactured, the coating composition may be molded using a known molding technique, and then a product may be manufactured by curing the used polymer resin.

상기 성형은 코팅, 몰딩, 3D 프린팅 등 다양한 공지의 성형 기술을 사용할 수 있다. For the molding, various known molding techniques such as coating, molding, and 3D printing may be used.

열경화성 중합체 수지를 포함하는 코팅용 조성물은 몰딩을 이용하여 제품의 형상을 성형한 후 열에 의해 가교시켜 미끄러운 표면을 갖는 제품을 제조할 수 있다. 유사하게, 광경화성 중합체 수지를 포함하는 경우 광경화에 의해 미끄러운 표면을 갖는 제품을 제조할 수 있다.The coating composition including the thermosetting polymer resin can be crosslinked by heat after forming the shape of the product using molding to manufacture a product having a slippery surface. Similarly, when a photocurable polymer resin is included, an article having a slippery surface can be produced by photocuring.

중합체 수지와 윤활유의 종류에 따라, 본 발명의 코팅용 조성물은 광학적 투명성, 신축성(stretchability), 유연성(flexibility), 얼음 비-접착성(icephobicity), 항균/살균성 등의 특성을 갖는 제품을 제조할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에서는 PDMS계 윤활성 제품이 300 내지 800nm의 파장에서 88% 이상의 광 투과성을 나타낸다는 것을 확인하였다. Depending on the type of polymer resin and lubricating oil, the coating composition of the present invention may produce a product having characteristics such as optical transparency, stretchability, flexibility, ice non-adhesion (icephobicity), and antibacterial/sterilizing properties. can In particular, in one embodiment of the present invention, it was confirmed that the PDMS-based lubricating product exhibits a light transmittance of 88% or more at a wavelength of 300 to 800 nm.

본 발명의 바람직한 실시 형태에서, 상기 코팅용 조성물은 미끄러운 표면을 갖는 3차원 형상의 물품을 제조하기 위한 3D 프린팅 조성물일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the coating composition may be a 3D printing composition for manufacturing a three-dimensional article having a slippery surface.

본 발명에 있어서, 미끄러운 표면을 갖는 3차원 물품이란, 3차원 입체 형상을 갖는 물품의 겉면 뿐만 아니라 내부까지도 미끄러운 표면을 갖는 것을 의미한다.In the present invention, a three-dimensional article having a slippery surface means that an article having a three-dimensional three-dimensional shape has a slippery surface as well as the inside thereof.

본 발명의 3D 프린팅 조성물에 사용가능한 에어로겔은 20 내지 200㎛의 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다. 에어로겔의 입자 크기가 20㎛ 미만인 경우 오일을 충분히 흡수하기가 어렵고, 200㎛ 이상인 경우 3D 프린터의 노즐에 걸려 원활한 분사가 이루어지기 어려운 문제가 있다.The airgel usable in the 3D printing composition of the present invention preferably has a particle size of 20 to 200 μm. When the particle size of the airgel is less than 20 μm, it is difficult to sufficiently absorb oil, and when it is 200 μm or more, it is caught in the nozzle of the 3D printer and it is difficult to achieve smooth injection.

본 발명의 3D 프린팅 조성물은 또한, 필요에 따라서 열안정제, 산화방지제, 광안정제, 이형제, 상용화제, 염료, 안료, 착색제, 가소제, 충격보강제, 안정제 및 활제로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.The 3D printing composition of the present invention may also optionally include one or more additives selected from the group consisting of heat stabilizers, antioxidants, light stabilizers, release agents, compatibilizers, dyes, pigments, colorants, plasticizers, impact modifiers, stabilizers and lubricants. may further include.

또한, 광경화형 중합체 수지를 사용하는 경우, 광개시제를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. In addition, when using a photocurable polymer resin, it is preferable to further include a photoinitiator.

상기 방법으로 제조된 본 발명에 따른 3D 프린팅 조성물은 3D 프린터용 필라멘트로 제조될 수 있다.The 3D printing composition according to the present invention prepared by the above method may be prepared as a filament for a 3D printer.

구체적으로, 본 발명의 3D 프린팅 조성물은 상온에서 용매를 증발시켜 경화시키면 추후 열을 가해 녹이더라도 유사한 성능을 발현시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 3D 프린팅 조성물을 경화시키는 과정에서 압출 혹은 몰딩 공정을 이용하여 필라멘트의 형상으로 형성시키거나 혹은 경화시킨 후 추가 절단 가공 등을 통해 원하는 3D 프린터용 필라멘트의 형상을 구현하는 것이 가능하다.Specifically, if the 3D printing composition of the present invention is cured by evaporating the solvent at room temperature, it can exhibit similar performance even if it is melted by applying heat later. Therefore, in the process of curing the 3D printing composition of the present invention, it is possible to implement the desired shape of the filament for a 3D printer through an additional cutting process after forming it in the shape of a filament or curing it using an extrusion or molding process. .

상기 3D 프린터용 필라멘트는 현재 상용화된 3D 프린터에서 사용될 수 있는 규격을 갖는 것이 바람직하다.The filament for the 3D printer preferably has a standard that can be used in a commercially available 3D printer.

본 발명의 상기 3D 프린터용 필라멘트는 직경이 바람직하게는 0.8 내지 4.0mm이며, 보다 바람직하게는 1.5 내지 3mm 일 수 있다. 상기 필라멘트의 직경이 0.8mm 미만이면 지나치게 가늘어 프린터 장치가 필라멘트를 용이하게 공급할 수 없거나 필라멘트가 눌려서 토출이 안될 수 있으며, 인쇄 속도가 느려질 수 있다. 또한 필라멘트 직경이 4mm 초과이면 고화 속도가 늦고 필라멘트를 녹이는데 어려움이 있으며 프린팅 된 조형물의 정밀도가 떨어질 수 있다.The filament for the 3D printer of the present invention may have a diameter of preferably 0.8 to 4.0 mm, more preferably 1.5 to 3 mm. If the diameter of the filament is less than 0.8 mm, the printer device may not easily supply the filament because it is too thin, or the filament may not be ejected because the filament is pressed, and the printing speed may be slow. In addition, if the diameter of the filament exceeds 4mm, the solidification rate is slow, it is difficult to melt the filament, and the precision of the printed sculpture may be deteriorated.

본 발명에 따른 3D 프린팅 조성물은 간단한 3D 프린팅 기술을 통하여 미끄러운 표면을 갖는 삼차원 형상의 물품을 구현할 수 있다. 오일이 포함되어 있는 3D 프린팅이 가능한 잉크 조성물을 출력하면 용매가 증발하면서 액화적층법에 의하여 출력물이 경화되고 이 출력물은 잉크의 특성에 의해 바깥면뿐만 아니라 내부까지 미끄러운 표면을 가지게 된다. 이를 통해, 종래의 코팅 기법으로는 미끄러운 표면을 형성하기 어려웠던 삼차원 형상에 쉽게 미끄러운 표면을 부여할 수 있다.The 3D printing composition according to the present invention can implement a three-dimensional article having a slippery surface through a simple 3D printing technology. When an ink composition capable of 3D printing containing oil is printed, the output is hardened by the liquefaction lamination method as the solvent evaporates. Through this, it is possible to easily impart a slippery surface to a three-dimensional shape in which it is difficult to form a slippery surface by a conventional coating technique.

본 발명의 바람직한 일 실시 형태에서, 본 발명의 코팅용 조성물은 무잔량(zero-residue) 용기의 제조에 사용될 수 있다. In a preferred embodiment of the present invention, the coating composition of the present invention can be used in the manufacture of zero-residue containers.

상기 무잔량 용기는 자가-세정 가능한 용기로서, 본 발명의 코팅용 조성물 및 오일이 투과되지 않는 물질을 한 번에 프린팅하여 용기의 내면에는 미끄러운 표면을 갖는 내면이 형성되고, 용기의 외면은 오일이 투과되지 않는 물질에 의한 외면이 형성되도록 할 수 있다. The no-residue container is a self-cleaning container, and the coating composition of the present invention and an oil-impermeable material are printed at one time to form an inner surface having a slippery surface on the inner surface of the container, and the outer surface of the container is oil-free It is possible to form an outer surface by a non-permeable material.

상기 무잔량 용기의 외면에 적용 가능한 물질로는 PETG(glycolmodified polyethylene terephthalate)을 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. PETG (glycolmodified polyethylene terephthalate) may be used as a material applicable to the outer surface of the non-residual container, but is not limited thereto.

상기 무잔량 용기의 내면에 사용되기 위한 코팅용 조성물은 식용이 가능한 오일을 사용하는 것이 바람직하며, 예를 들어, 실리콘 오일을 사용하는 것이 바람직하다.It is preferable to use an edible oil for the coating composition for use on the inner surface of the non-residual container, for example, it is preferable to use a silicone oil.

본 발명의 바람직한 일 실시 형태에서, 본 발명의 코팅용 조성물은 항균 카테터(catheter)의 제조에 사용될 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the coating composition of the present invention can be used in the manufacture of an antibacterial catheter (catheter).

의학계에서 카테터는 체액, 약물, 의학 장비 등의 운반로로서 다양하게 사용된다. 그러나, 튜브의 표면에 생체막이 형성되기 쉬워 관이 막히거나 균에 의한 오염의 가능성이 높았다. In the medical world, catheters are used in various ways as a transport route for body fluids, drugs, medical equipment, and the like. However, a biofilm is easy to form on the surface of the tube, and there is a high possibility of clogging the tube or contamination by bacteria.

의학용 카테터의 경우 미끄러운 표면과 항균성이 필수적이다. 종래의 카테터는 미끄러운 표면을 위하여 고무 카테터를 오일에 일정 시간 함침시킨 후 꺼내어 사용하였다. 그러나, 오일 함침형 카테터의 경우 오일에 의해 내경의 줄어드는 문제가 있고 조금만 사용해도 오일이 빠져나가 미끄러움성이 장시간 지속되지 못하는 문제가 있었다. For medical catheters, a slippery surface and antibacterial properties are essential. In the conventional catheter, a rubber catheter was immersed in oil for a certain period of time for a slippery surface, and then taken out and used. However, in the case of the oil-impregnated catheter, there is a problem in that the inner diameter is reduced by the oil, and the oil escapes even if used a little, and the slippery property does not last for a long time.

본 발명에 따른 코팅용 조성물을 이용하여 미끄러운 표면을 갖는 카테터를 제조하면, 별도의 오일 함침 공정 없이 바로 미끄러운 표면을 갖는 카테터를 사용할 수 있으며, 장시간 사용해도 오일이 빠져나가지 않아 미끄러운 표면이 장시간 지속될 수 있다. 또한, 카테터를 원하는 기계적 특성과 규격으로 제조할 수 있기 때문에 용도에 맞도록 적합하게 사용할 수 있다. If a catheter having a slippery surface is manufactured using the coating composition according to the present invention, a catheter having a slippery surface can be used immediately without a separate oil impregnation process, and the oil does not escape even after long-term use, so that the slippery surface can last for a long time have. In addition, since the catheter can be manufactured with desired mechanical properties and specifications, it can be suitably used to fit the intended use.

상기 카테터를 제조하기 위한 코팅용 조성물은 광유, 예를 들어 클로브 오일을 포함하는 것이 바람직하다. 클로브 오일을 포함하는 경우 제조된 제품이 항균 특성을 나타내어 의학용으로 사용하기 바람직하다. The coating composition for manufacturing the catheter preferably includes mineral oil, for example, clove oil. When clove oil is included, the manufactured product exhibits antibacterial properties, so it is preferable to use it for medical purposes.

카테터를 제조하기 위한 중합체 수지로서는 실리콘 수지 또는 폴리우레탄 수지를 사용하는 것이 유연성의 관점에서 바람직하다. It is preferable from a viewpoint of flexibility to use a silicone resin or a polyurethane resin as a polymer resin for manufacturing a catheter.

실리콘 수지를 사용하는 경우, 윤활유로서 실리콘 오일을 사용하는 것이 호환성이 우수하다. 그러나, 클로브 오일은 다량으로 사용되는 경우 실리콘 수지의 가교결합을 방해할 수 있다. 따라서, 상기 클로브 오일은 오일 전체의 중량에 대하여 5 내지 30중량%로 사용되는 것이 바람직하다.When using a silicone resin, it is excellent in compatibility to use silicone oil as a lubricant. However, clove oil may interfere with crosslinking of the silicone resin when used in large amounts. Therefore, the clove oil is preferably used in an amount of 5 to 30% by weight based on the total weight of the oil.

본 발명의 코팅용 조성물을 이용하여 제작될 수 있는 미끄러운 표면을 갖는 물품은 항공기, 선박, 자동차 등 낮은 얼음 부착력이 필요한 분야뿐만 아니라 anti-biofouling이 필요한 분야, 자가 세정이 필요한 분야에서 경제적, 에너지 효율적인 측면에서 이익을 가져와 다양한 산업에서의 활용이 가능하다.An article having a slippery surface that can be manufactured using the coating composition of the present invention is economical and energy-efficient in fields requiring low ice adhesion, such as aircraft, ships, and automobiles, as well as fields requiring anti-biofouling and self-cleaning. It can be used in various industries by bringing benefits in terms of aspects.

실시예Example

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위하여 일부 실험방법과 조성을 나타낸 것으로, 본 발명의 범위가 이러한 실시예에 제한되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, these Examples show some experimental methods and compositions for illustrative purposes of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these Examples.

실험 준비Experiment preparation

Slippery Blend 잉크 제조Slippery Blend Ink Manufacturing

실리카겔은 입자크기 2 내지 20㎛로 REM-tech에서 구입하여 사용하였다.Silica gel was purchased from REM-tech with a particle size of 2 to 20 μm and was used.

PDMS는 다우 코닝에서 구입하여 사용하였다. PDMS was purchased from Dow Corning and used.

폴리락트산(PLA)은 디클로로메탄(DCM)에 1:6(w/w)의 비율로 용해시킨 후 24시간 동안 교반하여 사용하였다. Polylactic acid (PLA) was dissolved in dichloromethane (DCM) at a ratio of 1:6 (w/w) and stirred for 24 hours.

UV 경화 방법에 사용되는 조성물에는 Fluorolink MD700의 광개시제인 Darocure 1173를 5중량% 혼합하였다.In the composition used for the UV curing method, 5 wt% of Darocure 1173, a photoinitiator of Fluorolink MD700, was mixed.

PDMS는 경화제와 10:1의 중량비로 혼합하였다. PDMS was mixed with the curing agent in a weight ratio of 10:1.

각 실험예에 기재된 조성비로 혼합된 코팅용 조성물들은 원심 믹서(Thinky, ARE-310)을 이용하여 2000rpm에서 3분간 교반하여 사용하였다.The coating compositions mixed in the composition ratio described in each experimental example were used by stirring at 2000 rpm for 3 minutes using a centrifugal mixer (Thinky, ARE-310).

이하에서는, 3차원 물품을 제조하기 위한 코팅용 조성물을 Slippery Blend 또는 Slippery Blend 잉크로 명명한다. Hereinafter, a coating composition for manufacturing a three-dimensional article is called Slippery Blend or Slippery Blend ink.

Slippery Blend 물품의 3D 프린팅3D Printing of Slippery Blend Items

Slippery Blend를 이용한 Slippery Blend 물품의 제조는 Slippery Blend 잉크를 시린지 바렐에 넣고 공기를 제거한 다음 200㎛ 게이지 테이퍼드 팁을 분사 노즐로서 사용하여 3D 프린팅하여 제조하였다. 용매 캐스팅을 이용한 프린팅은 motor-action을 사용하는 direct ink-writing system으로 수행하였다.The manufacture of Slippery Blend articles using Slippery Blend was prepared by putting Slippery Blend ink into a syringe barrel, removing air, and then 3D printing using a 200 μm gauge tapered tip as a spray nozzle. Printing using solvent casting was performed with a direct ink-writing system using motor-action.

실험예 1: 잉크의 유동학적(rheological) 물성 측정Experimental Example 1: Measurement of rheological properties of ink

PFPE, PDMS 및 PLA 중합체 수지를 기반으로 제조된 Slippery Blend 잉크의 유동학적 특성에 대한 분석을 수행하였다. The rheological properties of Slippery Blend inks prepared based on PFPE, PDMS and PLA polymer resins were analyzed.

측정을 위해 40mm 평판 지오미터 및 1000㎛의 갭을 갖는 DHR-3 Rheometer(TA Instruments)을 사용하였다. 상이한 응력 변화에서의 저장 탄성률 및 손실 탄성률을 측정하기 위한 진동 시험은 고정된 1Hz의 진동수에서 0.1에서 1000Pa로 응력을 변화시키면서 측정하였다. 항복 응력은 저장 탄성률이 초기 값의 90%로 떨어질 때의 값으로 정하였다. For the measurement, a 40 mm plate geometer and a DHR-3 Rheometer (TA Instruments) having a gap of 1000 μm were used. The vibration test for measuring the storage modulus and loss modulus at different stress changes was performed while changing the stress from 0.1 to 1000 Pa at a fixed frequency of 1 Hz. The yield stress was set as the value when the storage modulus dropped to 90% of the initial value.

PFPE와 PFPE계 Slippery Blend의 전단 응력(shear stress)에 대한 저장 탄성률(G') 및 손실 탄성률(G'')을 아래의 표 2에 나타내었다. 표 2에서 단위는 Pa 이고, PFPE-Slipery Blend는 PFPE:불소계오일:실리카겔=(65:25:10)의 중량비로 혼합하여 제조하였다. The storage modulus (G') and loss modulus (G'') of the PFPE and PFPE-based slippery blends with respect to shear stress are shown in Table 2 below. In Table 2, the unit is Pa, and PFPE-Slipery Blend was prepared by mixing in a weight ratio of PFPE: fluorine-based oil: silica gel = (65:25:10).

Figure 112021025528324-pat00002
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상기 표 2에서 진동 응력의 증가에도 불구하고 PFPE의 저장 탄성률과 손실 탄성률은 변화하지 않고 평행한 프로파일을 나타내었다. In Table 2, the storage modulus and loss modulus of PFPE did not change despite the increase in vibrational stress and showed parallel profiles.

그러나, 실리카 에어로겔 입자를 첨가한 Slippery Blend은 낮은 전단 항복 응력(τy < 10Pa)에서는 저장 탄성률이 더 우세하였으나(G' > G''), 전단 응력의 증가(τy > 10Pa)에 따라 저장 탄성률이 빠르게 감소하여 손실 탄성률이 더 우세하게 되었다.However, the Slippery Blend with silica airgel particles added had a higher storage modulus (G'>G'') at low shear yield stress (τ y < 10 Pa), but was stored with an increase in shear stress (τ y > 10 Pa). The elastic modulus decreased rapidly, so that the loss modulus became more dominant.

PDMS 및 PDMS-Slippery Blend의 진동 응력에 대한 저장탄성률(G') 및 손실탄성률(G'')를 아래의 표 3에 나타내었다. 표 3에서 단위는 Pa 이고, PDMS-Slipery Blend는 PDMS:미네랄오일:실리카겔=(70:25:5)의 배합비로 혼합하여 제조하였다.The storage modulus (G') and loss modulus (G'') with respect to vibration stress of PDMS and PDMS-Slippery Blend are shown in Table 3 below. In Table 3, the unit is Pa, and PDMS-Slipery Blend was prepared by mixing at a mixing ratio of PDMS:mineral oil:silica gel=(70:25:5).

Figure 112021025528324-pat00003
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상기 표 3에서, 에어로겔을 함유하는 PDSM-Slippery Blend의 전단 항복 응력은 에어로겔을 함유하지 않는 PDMS+오일 혼합물보다 더 높게 나타났다.In Table 3, the shear yield stress of PDSM-Slippery Blend containing airgel was higher than that of PDMS+oil mixture containing no airgel.

이는 잉크가 더 높은 전단 응력에서도 필라멘트의 형상을 유지할 수 있으며, 더 좁은 노즐에 의해 프린팅이 가능하다는 것을 의미한다.This means that the ink can retain the shape of the filaments even at higher shear stresses, and can be printed with a narrower nozzle.

DCM에 용해시킨 PLA 및 PLA-Slippery Blend 용매의 증발 시간에 따른 저장탄성률 및 손실탄성률을 아래의 표 4에 나타내었다. 표 4에서 단위는 Pa 이고, PLA-Slipery Blend는 PLA:미네랄오일:실리카겔=(70:20:10)의 배합비로 혼합하여 제조하였다.The storage modulus and loss modulus according to evaporation time of PLA and PLA-Slippery Blend solvent dissolved in DCM are shown in Table 4 below. In Table 4, the unit is Pa, and PLA-Slipery Blend was prepared by mixing at a mixing ratio of PLA:mineral oil:silica gel = (70:20:10).

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상기 표 4에서, 저장탄성률과 손실탄성률은 용매가 제거된 직후에 확인 가능하였다. 빠른 용매의 증발에 의해 PLA-Slippery Blend의 고체화가 노즐로부터 나온 직후 가능하였다. In Table 4, the storage modulus and the loss modulus were confirmed immediately after the solvent was removed. Solidification of PLA-Slippery Blend was possible immediately after coming out of the nozzle by rapid solvent evaporation.

위와 같은 결과는 3차원 제품의 형상을 유지할 수 없는 물성을 가진 중합체-윤활유 혼합물도 에어로겔의 첨가에 의해 3차원 형상을 유지할 수 있게 된다는 것을 의미한다는 점에서 유의미하다.The above result is significant in that it means that even a polymer-lubricating oil mixture having physical properties that cannot maintain the shape of a three-dimensional product can maintain the three-dimensional shape by the addition of airgel.

실험예 2: 3차원 물품의 제조Experimental Example 2: Manufacture of a three-dimensional article

Slippery Blend의 3D 프린팅 가능성을 확인하기 위하여 PDMS-Slippery Blend을 이용하여 마이크로 노즐(200㎛ 직경)을 사용하여 비계(scaffold)를 제조하였다.In order to confirm the 3D printing possibility of Slippery Blend, a scaffold was prepared using a micro nozzle (200 μm diameter) using PDMS-Slippery Blend.

도 2에서 확인 가능한 바와 같이, 전단 박하 및 비-뉴톤 유체 특성에 의해, Slippery Blend 잉크는 쉽게 마이크로 크기 노즐에서 압출되어 필라멘트 형상을 유지하였다. 제조된 비계는 약 250㎛ 직경의 필라멘트와 약 800㎛의 공간으로 이루어졌다. As can be seen in FIG. 2 , due to the shear mint and non-Newtonian fluid properties, the Slippery Blend ink was easily extruded from the micro-size nozzle to maintain the filament shape. The prepared scaffold consisted of a filament of about 250 μm in diameter and a space of about 800 μm.

이는 본 발명의 코팅용 조성물을 이용하여 마이크로 단위의 3차원 물체를 제조할 수 있다는 것을 의미한다.This means that a micro-scale three-dimensional object can be manufactured using the coating composition of the present invention.

실험예 3: 기계적 특성 측정Experimental Example 3: Measurement of mechanical properties

Slippery Blend의 기계적 특성을 시험하기 위하여, 인장 강도와 쇼어 경도를 측정하였다. To test the mechanical properties of Slippery Blend, tensile strength and shore hardness were measured.

인장력 시험을 위한 덤벨 모양의 샘플을 표준 DIN 53504에 따라서 준비하였다. 시험은 1kN 적재 셀을 사용하여 500mm/min의 속도로 수행하였다. 경도 측정을 위한 샘플은 2cm 두께로 준비하였다. 쇼어 A 경도는 Shore A durometer를 이용하여 측정하였다. Dumbbell-shaped samples for tensile testing were prepared according to standard DIN 53504. The test was performed at a speed of 500 mm/min using a 1 kN loading cell. A sample for hardness measurement was prepared with a thickness of 2 cm. Shore A hardness was measured using a Shore A durometer.

상이한 중합체, 윤활유 및 에어로졸 함량에 따른 Slippery Blend 물질의 기계적 특성을 아래의 표 5에 나타내었다. The mechanical properties of the Slippery Blend materials for different polymers, lubricants and aerosol contents are shown in Table 5 below.

Figure 112021025528324-pat00005
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상기 표 5에서, 30중량%의 오일-에어로겔 혼합물을 함유하는 PDMS-Slippery Blend의 극한 강도(ultimate strength)는 오일을 함유하지 않는 PDMS와 비교할 때 48.6% 감소하였다.In Table 5 above, the ultimate strength of PDMS-Slippery Blend containing 30% by weight of oil-airgel mixture was reduced by 48.6% compared to PDMS without oil.

실리카 에어로겔의 함량이 증가함에 따라 극한 강도는 증가하여 11.9중량%의 실리카 에어로겔을 함유한 Slippery Blend는 약 8.1Mpa를 나타내여 PDMS 단독이 약 6.0Mpa를 나타내는 것에 비하여 더 높은 강도를 나타내었다.As the content of silica airgel increased, the ultimate strength increased, so that the slippery blend containing 11.9 wt% of silica airgel showed about 8.1 Mpa, which was higher than that of PDMS alone, which showed about 6.0 Mpa.

표 5에서, 윤활유의 첨가에 따라 경도가 크게 감소하였지만, 실리카 에어로겔을 첨가하면 윤활유의 첨가에도 불구하고 더 높은 경도를 나타내는 것을 확인할 수 있다. In Table 5, although the hardness was greatly reduced according to the addition of lubricating oil, it can be seen that the addition of silica airgel shows higher hardness despite the addition of the lubricating oil.

이와 같은 결과로부터, 에어로겔의 첨가가 중합체 수지 및 윤활유의 혼합물의 기계적 특성을 크게 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.From these results, it can be seen that the addition of airgel can greatly improve the mechanical properties of the mixture of polymer resin and lubricating oil.

실험예 4: Slippery Blend의 윤활 성능 분석Experimental Example 4: Analysis of lubrication performance of Slippery Blend

Slippery Blend 물품의 윤활 성능을 분석하기 위하여 다양한 극성 및 비극성 액체 액적에 대한 임계 슬라이딩 각 측정을 수행하였다.Critical sliding angle measurements were performed for various polar and non-polar liquid droplets to analyze the lubrication performance of Slippery Blend articles.

아래의 표 6에 나타낸 다양한 표면장력을 갖는 액체에 대한 젖음성을 접촉각 측정 스테이지를 사용하여 측정하였다. 실험예 1의 조성을 갖는 PDSM 및 PFPE계 샘플 위의 10개의 상이한 위치에 10㎕의 액적을 떨어뜨렸다. 슬라이딩 각도는 고속 카메라를 이용하여 10㎕의 액적을 틸트 스테이지에 떨어뜨려 측정하였다. Wettability with respect to liquids having various surface tensions shown in Table 6 below was measured using a contact angle measurement stage. A droplet of 10 μl was dropped at 10 different locations on the PDSM and PFPE-based samples having the composition of Experimental Example 1. The sliding angle was measured by dropping 10 μl of a droplet on a tilt stage using a high-speed camera.

Figure 112021025528324-pat00006
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상기 표 6에서, PDMS-Slippery Blend는 물, 에틸렌글리콜, 올리브오일에 대해서 10° 이하의 낮은 임계 슬라이딩 각을 나타내었다. 그러나, PDMS-Slippery Blend는 클로로폼 및 석유 에터와 같은 휘발성 용매에 대해서는 윤활 특성을 나타내지 못하였는데, 이는 PDMS가 휘발성 용매에 대해 쉽게 부풀고, 미네랄 오일이 그러한 용액에 쉽게 용해되어 윤활층을 유지하지 못하기 때문이다. In Table 6, PDMS-Slippery Blend exhibited a low critical sliding angle of 10° or less with respect to water, ethylene glycol, and olive oil. However, PDMS-Slippery Blend did not show lubricating properties against volatile solvents such as chloroform and petroleum ether, which means that PDMS swells easily with volatile solvents, and mineral oil is easily dissolved in such solutions, which makes it difficult to maintain a lubricating layer. because it does

반면, 불소계 윤활유를 사용한 PFPE계 Slippery Blend은 모든 타켓 액체에 대하여 약 5° 또는 그 이하의 매우 낮은 슬라이딩 각을 나타내었다. On the other hand, the PFPE-based slippery blend using a fluorine-based lubricant showed a very low sliding angle of about 5° or less for all target liquids.

이는 본 발명의 코팅용 조성물이 초소수성(omniphobicity) 제품을 제조하는 데에 사용될 수 있다는 것을 의미한다. This means that the coating composition of the present invention can be used to prepare an omniphobicity product.

실험예 5: 자가-세정 가능 용기의 제조Experimental Example 5: Preparation of self-cleaning containers

Slippery Blend 플랫폼을 이용하여 서로 상이한 종류의 물질을 한번에 프린팅하여 기능성 제품을 생산하고자 하였다. Using the Slippery Blend platform, different types of materials were printed at once to produce functional products.

도 3(a)에 나타낸 바와 같이, 2 노즐 DIW 프린팅 방법을 이용하여 자가-세정 가능 용기를 제조하였다. As shown in Fig. 3(a), a self-cleaning container was prepared using a two nozzle DIW printing method.

용기의 내면은 윤활성 표면을 유지하면서 동시에 윤활유가 외부면을 통하여 확산되는 것을 방지하기 위하여, PDMS-Slippery Blend 잉크를 용기의 내면 제조에 사용하고, PETG 필라멘트를 용기의 외면에 사용하였다. In order to prevent the lubricating oil from diffusing through the outer surface while maintaining the lubricating surface of the inner surface of the container, PDMS-Slippery Blend ink was used to manufacture the inner surface of the container, and PETG filament was used for the outer surface of the container.

도 3(b)에 나타낸 바와 같이, 제조된 용기는 특별한 조치 없이도 끈적거리는 내용물을 쉽게 제거할 수 있었다. As shown in Fig. 3(b), the prepared container was able to easily remove the sticky contents without special measures.

실험예 6: 광학 투과도 측정Experimental Example 6: Optical transmittance measurement

PDMS계 윤활성 제품의 광학 투과도를 측정하기 위하여, UV-Visible Spectrophotometer (Lambda 650S, Perkin Elmer)를 사용하였다. In order to measure the optical transmittance of the PDMS-based lubricating product, a UV-Visible Spectrophotometer (Lambda 650S, Perkin Elmer) was used.

측정은 각각 400, 600 및 800nm의 파장에서 수행하였다. PDMS계 샘플을 슬라이드 글라스 위에 500㎛로 드랍 캐스팅하고, 슬라이드의 영향을 최소화하기 위하여 유리로부터 샘플을 분리하여 사용하였다. 그 결과를 아래의 표 7에 나타내었다. 표 7에서 PDMS + Silicagel은 93:7의 중량비로 혼합하였고, Slippery Blend는 실험예 1의 조성으로 제조하였다. Measurements were performed at wavelengths of 400, 600 and 800 nm, respectively. A PDMS-based sample was drop-casted to 500 μm on a slide glass, and the sample was separated from the glass to minimize the influence of the slide. The results are shown in Table 7 below. In Table 7, PDMS + silicagel was mixed in a weight ratio of 93:7, and slippery blend was prepared according to the composition of Experimental Example 1.

Figure 112021025528324-pat00007
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표 7에서, PDMS와 PDMS-Slippery Blend의 400 내지 800nm 에서의 투과도는 PDMS의 경우 85.7 내지 92.4%를 나타내었고, PDMS-Slippery Blend는 86.8 내지 91.1%를 나타내었다. 이는 PDMS와 PDMS-Slippery Blend 기재가 모두 투명성을 나타낸다는 것을 의미한다.In Table 7, transmittance at 400 to 800 nm of PDMS and PDMS-Slippery Blend was 85.7 to 92.4% for PDMS, and 86.8 to 91.1% for PDMS-Slippery Blend. This means that both PDMS and PDMS-Slippery Blend substrates show transparency.

반면, PDMS-에어로겔 기재는 83.5 내지 86.2%로 투과성이 다소 감소하였는데, 이는 에어로겔이 빛을 산란시켰기 때문이다. 반면, PDMS-Slippery Blend가 PDMS 기재보다 더 우수한 투명성을 나타낸 것은 윤활유가 PDMS와 유사한 굴절률을 가져 광 반사를 더 줄였기 때문이다. On the other hand, the PDMS-airgel substrate had a slight decrease in transmittance to 83.5 to 86.2%, because the airgel scattered light. On the other hand, the reason that PDMS-Slippery Blend showed better transparency than the PDMS substrate was because the lubricant had a refractive index similar to that of PDMS and further reduced light reflection.

따라서, 본 발명의 코팅용 조성물은 광학적으로 투명하면서도 미끄러운 특성을 갖는 제품을 제조할 수 있다. Accordingly, the coating composition of the present invention can be optically transparent and can produce a product having slippery properties.

실험예 7: 얼음 접착 시험Experimental Example 7: Ice adhesion test

윤활유 함유량에 따른 얼음 접착력을 확인하기 위한 실험을 수행하였다. An experiment was performed to check the ice adhesion according to the lubricant content.

다양한 윤활유 함유량을 갖는 샘플을 평면 글라스 상에 500㎛ 두께로 드랍 캐스팅하여 제조하였다. 로드셀(Load cell)은 5mN의 민감도로 사용하였다. Samples with various lubricating oil contents were prepared by drop casting on flat glass to a thickness of 500 μm. A load cell was used with a sensitivity of 5 mN.

샘플을 스테이지에 고정한 다음 0.75cm 직경과 1cm 높이의 플라스틱 실린더를 수직으로 위치시키고 200㎕의 탈염수를 분사하였다. 주변 온도를 -15℃로 1시간 유지한 후, force probe의 끝을 샘플 표면에서 1mm 떨어지도록 위치시킨 후 샘플을 0.05mm/s의 속도로 밀어서 얼음을 제거하는데 필요한 힘을 측정하였다. 그 결과를 표 8에 나타내었다. After fixing the sample on the stage, a plastic cylinder with a diameter of 0.75 cm and a height of 1 cm was placed vertically and 200 μl of demineralized water was sprayed. After maintaining the ambient temperature at -15°C for 1 hour, the tip of the force probe was positioned 1 mm away from the sample surface, and the force required to remove the ice was measured by pushing the sample at a speed of 0.05 mm/s. The results are shown in Table 8.

Figure 112021025528324-pat00008
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상기 표 8에서, 실리콘 오일과 에어로겔 혼합물 15%을 함유하는 PDMS-Slippery Blend은 오일을 함유하지 않는 경우에 비하여 44.6%의 얼음 접착력이 감소된 것을 확인할 수 있다. 또한, 실리콘 오일과 에어로겔 혼합물을 30% 함유한 샘플은 PDMS 단독에 비하여 62.3% 감소된 60.3kPa의 얼음 접착력을 나타내었다. In Table 8, it can be seen that the PDMS-Slippery Blend containing 15% of the silicone oil and airgel mixture reduced ice adhesion by 44.6% compared to the case without oil. In addition, the sample containing 30% of the silicone oil and airgel mixture showed an ice adhesion of 60.3 kPa, which was reduced by 62.3% compared to PDMS alone.

이와 같은 경향성은 PFPE계 Slippery Blend에서도 동일하게 나타났다. 30%의 불소화 오일을 함유한 PFPD-Slippery Blend은 오일을 함유하지 않은 샘플에 비하여 96.2%로 크게 감소된 얼음 접착력을 나타내었다. This tendency was also found in the PFPE-based slippery blend. The PFPD-Slippery Blend containing 30% of fluorinated oil showed a significantly reduced ice adhesion to 96.2% compared to the sample without oil.

실험예 8: 항균성 시험Experimental Example 8: Antimicrobial test

박테리아 접착 시험을 JIS Z2801에 따라 수행하였다. Bacterial adhesion test was performed according to JIS Z2801.

균주로는 E. coli EG1655를 사용하였다. 샘플을 1mm 두께로 드랍 캐스팅한 다음, 5 x 5cm2 크기로 잘라 autoclave에 넣고 100℃에서 살균하였다. 살균된 샘플을 페트리 접시에 위치시키고 400㎕의 E. coli 배지(~108 CFU/mL)를 샘플 위에 위치하였다. 접촉 면적을 제어하기 위하여 배지를 살균된 폴리에스터 필름(4 x 4cm2)으로 덮었다. 샘플을 24시간 동안 36℃에서 배양하였다. 배양 후, 샘플을 PBS 용액으로 조심스럽게 세척하여 부착되지 않은 박테리아를 제거하였다. E. coli EG1655 was used as the strain. The sample was drop-casted to a thickness of 1 mm, cut into 5 x 5 cm 2 size, placed in an autoclave, and sterilized at 100 °C. The sterilized sample was placed in a Petri dish and 400 μl of E. coli medium (˜10 8 CFU/mL) was placed over the sample. The medium was covered with a sterile polyester film (4 x 4 cm 2 ) to control the contact area. Samples were incubated at 36° C. for 24 hours. After incubation, the samples were carefully washed with PBS solution to remove non-adherent bacteria.

박테리아 필름을 면봉을 사용하여 샘플 표면으로부터 떼어낸 후 샘플과 면봉을 20mL의 PBS 용액이 든 코니칼 튜브에 넣었다. 코니칼 튜브를 10분간 초음파처리하고 1000배 희석하였다. 그 후 200㎕의 용액을 LB agar 플레이트에서 24시간 배양하였다. After the bacterial film was removed from the sample surface using a cotton swab, the sample and the cotton swab were placed in a conical tube containing 20 mL of PBS solution. The conical tube was sonicated for 10 minutes and diluted 1000-fold. Then, 200 μl of the solution was incubated on an LB agar plate for 24 hours.

PLA 및 PDMS계 3D-LUBIRC에 있어서, 오일을 넣지 않은 경우, 올리브 오일만 첨가한 경우 및 올리브 오일과 클로브 오일을 5:1의 중량비 첨가한 경우의 균주의 수를 아래의 표 9에 나타내었다. In PLA and PDMS-based 3D-LUBIRC, the number of strains when no oil was added, when only olive oil was added, and when olive oil and clove oil were added in a weight ratio of 5:1 are shown in Table 9 below.

Figure 112021025528324-pat00009
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PLA 및 PDMS계 3D LUBRIC에서 올리브 오일만 첨가한 경우에도 약간의 항균 활성을 발생한 것이 확인된다(각각 83.2% 및 85.7%). In PLA and PDMS-based 3D LUBRIC, it was confirmed that some antibacterial activity occurred even when only olive oil was added (83.2% and 85.7%, respectively).

클로브 오일을 첨가한 경우 균주의 수가 99.9%(PLA) 및 98.2%(PDMS)로 감소하여 매우 뛰어난 항균 활성을 나타낸 것을 확인할 수 있다. When clove oil was added, the number of strains decreased to 99.9% (PLA) and 98.2% (PDMS), confirming that it exhibited very excellent antibacterial activity.

이러한 현상은 클로브 오일의 주성분인 유게놀(eugenol)이 박테리아의 세포 멤브레인에 손상을 주게되어 박테리아의 대사와 확산에 부정적인 영향을 미치기 때문인 것으로 생각된다. This phenomenon is thought to be because eugenol, the main component of clove oil, damages the cell membrane of bacteria and negatively affects the metabolism and proliferation of bacteria.

실험예 9: 항균성 카테터의 제조Experimental Example 9: Preparation of an antibacterial catheter

항균성 Slippery Blend의 실제적인 적용 가능성을 확인하기 위하여 항균성 Slippery Blend 카테터 튜브를 제조하였다. In order to confirm the practical applicability of the antimicrobial Slippery Blend, an antimicrobial Slippery Blend catheter tube was prepared.

도 4는 PDMS-Slippery Blend을 이용하여 프린팅 방식으로 제조한 6cm의 길이, 7mm의 내경, 0.8mm 두께의 튜브 및 상업적으로 판매되는 의학 실리콘 튜브의 이미지이다. 튜브는 생체 적합성을 갖도록 FDA의 승인을 받은 무반응성 미네랄 오일과 실리콘 엘라스토머를 사용하여 제조하였다.4 is an image of a commercially available medical silicone tube and a tube having a length of 6 cm, an inner diameter of 7 mm, and a thickness of 0.8 mm manufactured by a printing method using PDMS-Slippery Blend. The tube was manufactured using an FDA-approved, non-reactive mineral oil and silicone elastomer for biocompatibility.

제조된 튜브의 생물 부착 방지 활성을 확인하기 위하여, 유동 세균 부착 시험을 수행하였다. In order to confirm the bioadhesion prevention activity of the prepared tube, a flow bacterial adhesion test was performed.

밤새 배양한 P. aeruginosa를 LB Broth에 1:100dml 비율로 혼합하고 Peristaltic 펌프를 이용하여 지속적으로 회전시켜 주었다. P. aeruginosa cultured overnight was mixed with LB Broth at a ratio of 1:100dml and continuously rotated using a Peristaltic pump.

살균된 실리콘 튜브(I.O: 6.4 mm, Cole Parmer, Masterflex L/S 17)를 펌프에 연결하고, 입구는 배지에 잠기도록 하고, 출구는 Slippery Blend 튜브를 연결하여 배지 위에 위치하도록 하였다.A sterile silicone tube (I.O: 6.4 mm, Cole Parmer, Masterflex L/S 17) was connected to the pump, and the inlet was immersed in the medium, and the outlet was placed on the medium by connecting a Slippery Blend tube.

생체막 형성을 8, 16 및 24시간에 체크하여 성능을 비교한 결과를 아래의 표 10에 나타내었다.The results of comparing the performance by checking the biofilm formation at 8, 16 and 24 hours are shown in Table 10 below.

Figure 112021025528324-pat00010
Figure 112021025528324-pat00010

표 10에서, Slippery Blend 튜브는 상업적으로 판매되는 의학 실리콘 튜브에 비하여 생물막이 형성되기 시작한 16시간에서 87.6%, 그리고 24시간이 지난 후에도 71.4%로 저감된 optical density를 보여 항균 활성을 발생한 것이 확인하게 되었다.In Table 10, the Slippery Blend tube showed a reduced optical density of 87.6% at 16 hours when the biofilm started to form, and 71.4% even after 24 hours compared to commercially available medical silicone tubes, confirming that antibacterial activity occurred. became

이상으로 본 발명의 내용의 특정부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 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.As the specific parts of the present invention have been described in detail above, for those of ordinary skill in the art, these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. It will be obvious. Accordingly, it is intended that the substantial scope of the present invention be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (13)

미끄러운 표면을 갖는 물품을 제조하기 위한 조성물로서,
중합체 수지 100중량부에 대하여 30 내지 100중량부의 윤활유가 혼합된 혼합물(blend)을 포함하고,
20 내지 200㎛의 입자 크기를 갖는 에어로겔(aerogel)을 추가로 포함하는 코팅용 조성물.
A composition for making an article having a slippery surface, the composition comprising:
30 to 100 parts by weight of lubricating oil is mixed with respect to 100 parts by weight of the polymer resin,
A coating composition further comprising an airgel (aerogel) having a particle size of 20 to 200㎛.
제 1 항에 있어서,
상기 중합체 수지가 폴리디메틸실론산(polydimethylsiloxane, PDMS), 실리콘(silicone), 퍼플루오로폴리에터(perfluoropolyether, PFPE), 폴리우레탄(polyurethane, PU), 열가소성 폴리우레탄(thermoplastic polyurethane, TPU), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리락트산(Polylactic acid; PLA), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene; HDPE), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), 폴리스타이렌(polystyrene; PS), 폴리에스테르(Polyester), 폴리올레핀(polyolefin), 폴리아미드(Polyamide), 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol), N-비닐피롤리돈, N-비닐카프로락탐, 디메틸아크릴아미드, 히드록시에틸아크릴아미드, 2-아크릴로일옥시에틸이소시아네이트, 이소보닐아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴아크릴레이트, 페녹시폴리에틸렌글리콜아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 에톡시에틸아크릴레이트, 페녹시에틸아크릴레이트, 사이클릭트리메틸올포멀아크릴레이트, 6-헥산디올디아크릴레이트, 트리메틸올프로판트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨테트라아크릴레이트, 트리프로필렌글리콜디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 1,1(비스아크릴로일옥시메틸)에틸이소시아네이트, 폴리에스테르아크릴레이트 및 우레탄아크릴레이트로 구성된 군에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 코팅용 조성물.
The method of claim 1,
The polymer resin is polydimethylsiloxane (PDMS), silicone (silicone), perfluoropolyether (PFPE), polyurethane (polyurethane, PU), thermoplastic polyurethane (TPU), poly E Mid (polyimide, PI), polylactic acid (PLA), ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene), high density polyethylene (HDPE), polycarbonate (PC), polystyrene (PS), polyester (Polyester), polyolefin, polyamide, polyvinyl alcohol, N-vinylpyrrolidone, N-vinylcaprolactam, dimethylacrylamide, hydroxyethylacrylamide, 2-acryl Royloxyethyl isocyanate, isobornyl acrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, phenoxy polyethylene glycol acrylate, lauryl acrylate, benzyl acrylate, ethoxyethyl acrylate, phenoxyethyl acrylate, cyclic trimethylol Formal acrylate, 6-hexanediol diacrylate, trimethylolpropane triacrylate, pentaerythritol tetraacrylate, tripropylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, 1,1 (bisacryloyloxymethyl ) A composition for coating, characterized in that at least one selected from the group consisting of ethyl isocyanate, polyester acrylate and urethane acrylate.
제 1 항에 있어서,
상기 윤활유가 올리브 오일(olive oil), 불소계 오일(fluorinated oil), 실리콘 오일(silicone oil), 정유(essential oil), 파라핀계 오일(paraffin oil) 및 석유계 오일(mineral oil)로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 코팅용 조성물.
The method of claim 1,
The lubricating oil is at least one selected from olive oil, fluorinated oil, silicone oil, essential oil, paraffin oil, and mineral oil. Characterized in that, the composition for coating.
제 1 항에 있어서,
상기 에어로겔이 실리카겔, 탄소 에어로겔 및 그래핀 에어로겔로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 코팅용 조성물.
The method of claim 1,
The airgel is at least one selected from silica gel, carbon airgel and graphene airgel, the coating composition.
제 1 항에 있어서,
상기 윤활유 100중량부에 대하여 1 내지 200중량부의 에어로겔(aerogel)을 추가로 포함하는, 코팅용 조성물.
The method of claim 1,
The coating composition further comprising 1 to 200 parts by weight of airgel (aerogel) based on 100 parts by weight of the lubricating oil.
제 3 항에 있어서,
상기 윤활유 전체 중량을 기준으로 10 내지 100중량%의 정유(essential oil)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅용 조성물.
4. The method of claim 3,
Based on the total weight of the lubricating oil, 10 to 100% by weight of essential oil (essential oil), characterized in that it comprises a coating composition.
제 1 항에 있어서,
디클로로메탄(DCM), 테트라하이드로퓨란, 디옥세인(dioxane), 메틸에틸케톤(MEK) 및 디메틸폼아마이드(DMF)로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 용매를 추가로 포함하는, 코팅용 조성물.
The method of claim 1,
Dichloromethane (DCM), tetrahydrofuran, dioxane (dioxane), methyl ethyl ketone (MEK), and further comprising one or more solvents selected from the group consisting of dimethylformamide (DMF), coating composition.
제 7 항에 있어서,
상기 용매가 전체 조성물의 농도가 0.05 내지 0.30g/mL가 되도록 포함되는 것을 특징으로 하는, 코팅용 조성물.
8. The method of claim 7,
The composition for coating, characterized in that the solvent is included so that the concentration of the total composition is 0.05 to 0.30 g/mL.
중합체 수지 100중량부에 대하여 30 내지 100중량부의 윤활유가 혼합된 혼합물(blend)을 포함하고, 20 내지 200㎛의 입자 크기를 갖는 에어로겔(aerogel)을 추가로 포함하는 코팅용 조성물을 경화시켜 형성된, 미끄러운 표면을 갖는 물품.
Formed by curing a coating composition comprising a mixture (blend) in which 30 to 100 parts by weight of lubricating oil is mixed with respect to 100 parts by weight of the polymer resin, and further comprising an airgel having a particle size of 20 to 200 μm, Articles having a slippery surface.
제 9 항에 있어서,
80% 이상의 광 투과성을 갖는, 미끄러운 표면을 갖는 물품.
10. The method of claim 9,
An article having a slippery surface having a light transmittance of at least 80%.
제 9 항에 있어서,
전체 윤활유의 10 내지 100중량%의 정유를 포함하는, 미끄러운 표면을 갖는 물품.
10. The method of claim 9,
An article having a slippery surface comprising 10 to 100% by weight of the essential oil of the total lubricating oil.
중합체 수지 100중량부에 대하여 30 내지 100중량부의 윤활유가 혼합된 혼합물(blend)을 포함하고, 20 내지 200㎛의 입자 크기를 갖는 에어로겔(aerogel)을 추가로 포함하는 코팅용 조성물을 경화시켜 형성된, 자가-세정 가능 용기로서,
상기 용기의 외면에 오일이 투과되지 않는 재료를 포함하는, 자가-세정 가능 용기.
Formed by curing a coating composition comprising a mixture (blend) in which 30 to 100 parts by weight of lubricating oil is mixed with respect to 100 parts by weight of the polymer resin, and further comprising an airgel having a particle size of 20 to 200 μm, A self-cleaning container comprising:
and an oil impermeable material on the outer surface of the container.
중합체 수지 100중량부에 대하여 30 내지 100중량부의 윤활유가 혼합된 혼합물(blend)을 포함하고, 20 내지 200㎛의 입자 크기를 갖는 에어로겔(aerogel)을 추가로 포함하는 코팅용 조성물을 경화시켜 형성된, 미끄러운 표면을 갖는 의학용 카테터(catheter)로서,
전체 윤활유의 10 내지 30중량%의 정유를 포함하는, 미끄러운 표면을 갖는 의학용 카테터.
Formed by curing a coating composition comprising a mixture (blend) in which 30 to 100 parts by weight of lubricating oil is mixed with respect to 100 parts by weight of the polymer resin, and further comprising an airgel having a particle size of 20 to 200 μm, A medical catheter having a slippery surface, comprising:
A medical catheter having a slippery surface comprising 10 to 30% by weight of essential oil of total lubricating oil.
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