KR102438525B1 - 항공기용 방빙 소재 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 항공기 운항의 안정성을 향상시킬 수 있는 착빙 억제 효과 및 내구성이 우수한 항공기용 방빙 소재에 관한 것으로, 상세하게 본 발명의 일 구현예에 따른 항공기용 방빙 소재는 적어도 금속기재의 일 면에 위치하는 복수개의 요철로부터 기인한 오목부와 돌출부를 포함하는 요철면 및 요철면 상에 위치하며, 독립적으로 서로 상이한 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물을 포함하는 초소수성 유기 코팅층을 포함한다.
Description
본 발명은 항공기용 방빙 소재 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게 착빙 억제 효과 및 내구성이 우수한 항공기용 방빙 소재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
높은 고도에서 운행되는 비행기, 헬리콥터, 전투기, 무인 항공기 등과 같은 비행 물체는 직/간접적으로 기류에 노출되는데 0℃ 이하의 대기에 노출된 항공기 날개나 동체에 과냉각 수적이나 구름입자가 충돌하여 얼음의 막이 형성되는 착빙 현상이 발생하게 된다.
항공기에 착빙이 일어나면 얼음 표면의 불균질로 인하여 양력이 감소하여 기체가 흔들릴 수 있고, 기체 표면에 붙은 얼음 덩어리가 떨어져 나와 엔진에 들어갈 경우 엔진파손의 원인이 될 수 있으며, 엔진 출입구에 형성될 경우는 엔진연소에 필요한 공기유입을 방해하여 출력을 감소시키고 속도나 고도측정기를 막게 되며, 안테나에 착빙될 경우 비행 중 교신을 방해하여 항공기 운항에 치명적인 결과를 초래할 수 있는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 연구들이 수행되고 있으나, 다양한 제약이 존재한다.
일 예로, 열을 가하여 기체 표면에 형성된 얼음을 제거하는 방법은 능동적으로 얼음을 제거하거나 착빙을 예방할 수 있으나 매우 빠른 속도로 운행 중인 항공기 기체 표면에 충분한 열원을 제공할 수 있는 전력량에는 한계가 있고, 제빙액을 분사하여 착빙된 얼음을 제거할 수 있으나, 제빙액을 담을 수 있는 탱크 크기는 한계가 있으며, 착빙 예상 영역에 표면 팽창 가능한 소재를 적용하는 방법 또한 제한된 바 있으나, 착빙된 얼음의 두께에 따라 제거하는데 한계가 있는 실정이다.
이에, 기체 표면을 초소수성의 특성을 가지도록 개질시키는 다양한 기술들이 제안되고 있으나, 이러한 기술들이 초기 착빙 억제에는 효과적이나 내구성이 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 착빙 억제 효과뿐만 아니라 내구성이 우수한 방빙 소재를 제공하여 항공기 운항의 안정성을 향상시킬 수 있는 소재 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 착빙 억제 효과와 더불어 내구성이 우수한 항공기용 방빙 소재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 착빙 억제 효과 및 내구성이 우수한 방빙 소재를 용이하게 제조할 수 있는 항공기용 방빙 소재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따라 제공되는 항공기용 방빙 소재는 적어도 금속기재의 일 면에 위치하는 복수개의 요철로부터 기인한 오목부와 돌출부를 포함하는 요철면 및 요철면 상에 위치하며, 독립적으로 서로 상이한 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물을 포함하는 초소수성 유기 코팅층을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 방빙 소재에 있어, 초소수성 유기 코팅층은 제1소수성 유기물과 제2소수성 유기물이 오목부 또는 돌출부에 교대로 수직 배열된 라멜라 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 방빙 소재에 있어, 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물의 소수화도는 서로 상이한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 방빙 소재에 있어, 제1소수성 유기물은 불화탄소계 유기화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 방빙 소재에 있어, 불화탄소계 유기화합물은 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸)실란, 트리클로로(3,3,3-트리플루오로프로필)실란, 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실)실란, 트리플루오로프로필 트리메톡시실란, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸 트리에톡시실란, 트리플루오로프로필 트리에톡시실란, 트리데카플루오로옥틸 트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸 트리에톡시실란, 헵타데카플루오로데실 트리메톡시실란 및 헵타데카플루오로데실 트리에톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 방빙 소재에 있어, 제2소수성 유기물은 실리콘계 유기화합물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 방빙 소재에 있어, 실리콘계 유기화합물은 티올기를 포함하는 반응성 실리콘 오일일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 방빙 소재에 있어, 금속기재는 티타늄을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 방빙 소재에 있어, 금속기재의 적어도 일 면에 위치하는 요철면은 금속기재에 포함된 기공으로부터 기인한 것일 수 있다.
본 발명은 다른 일 양태로 항공기용 방빙 소재의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 일 양태에 따른 항공기용 방빙 소재의 제조방법은 a) 금속기재를 양극산화한 후 산처리하여 적어도 금속기재의 일 면에 오목부와 돌출부를 포함하는 요철면을 형성하는 단계; 및 b) 독립적으로 서로 상이한 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물을 포함하는 각각의 제1코팅액 및 제2코팅액을 이용하여 형성된 요철면 상에 초소수성 유기 코팅층; 을 형성하는 단계; 를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 방빙 소재의 제조방법에 있어, 전술한 b) 단계의 초소수성 유기 코팅층은 b-1) 제1코팅액을 요철면이 형성된 금속기재 상에 도포하여 패턴화된 제1블록을 형성하는 단계; 및 b-2) 제1블록이 형성된 금속기재 상에 제2코팅액에 도포하되, 상기 금속기재 상에 제1블록이 형성되지 않은 영역에 제2블록을 형성하는 단계; 를 포함하는 공정에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 방빙 소재의 제조방법에 있어, 상기 제1블록 및 제2블록은 패턴 마스크를 이용하여 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 방빙 소재의 제조방법에 있어, 전술한 a) 단계의 산처리는 0.1 내지 1M 농도의 에칭액에 10 내지 100 분 동안 침지하여 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 항공기용 방빙 소재는 적어도 금속기재의 일 면에 위치하는 복수개의 요철로부터 기인한 오목부와 돌출부를 포함하는 요철면 및 요철면 상에 위치하며, 독립적으로 서로 상이한 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물을 포함하는 초소수성 유기 코팅층을 포함함에 따라 항공기 기체에 형성될 수 있는 얼음 막을 효과적으로 억제시킬 수 있고, 내구성이 우수하여 장기적으로 항공기 운항의 안정성을 향상시킬 수 있다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 일 구현예에 따른 항공기용 방빙 소재 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다.
따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
또한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 제1 및 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다.
본 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 특별히 한정하지 않는 한, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
본 발명의 일 양태에 따른 항공기용 방빙 소재는 적어도 금속기재의 일 면에 위치하는 복수개의 요철로부터 기인한 오목부와 돌출부를 포함하는 요철면 및 요철면 상에 위치하며, 독립적으로 서로 상이한 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물을 포함한다.
상세하게, 일 구현예에 따른 항공기용 방빙 소재는 요철면을 포함하는 금속기재의 구조적 특성과 더불어 요철면 상에 위치하는 초소수성 코팅층을 포함함에 따라 종래와 달리 부가적인 열원 공급원이나 제빙액의 사용없이 항공기 기체 표면에서의 착빙을 효과적으로 억제시킬 수 있을뿐만 아니라 초소수성 코팅층은 독립적으로 서로 상이한 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물을 포함함에 따라 착빙 억제 효과를 더욱 향상시키면서 항공기용 방빙 소재의 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
일 구현예로, 초소수성 유기 코팅층은 제1소수성 유기물과 제2소수성 유기물이 오목부 또는 돌출부에 교대로 수직 배열된 라멜라 구조를 포함할 수 있다.
이 때, 교대로 수직 배열된 라멜라 구조에서 수직은 금속기재의 일 평면을 기준으로 수직인 방향을 의미하는 것일 수 있고, 교대는 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물이 번갈아 가며 순차적으로 위치하는 것을 의미할 수 있다.
일 구체예에 있어, 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물은 소수화도가 서로 상이한 것일 수 있다.
여기서 상이한 소수화도에서 소수화도가 더 크다는 것은 절대적인 수 접촉각보다 상대적으로 더 큰 수 접촉각을 나타내는 표면특성을 의미하는 것이다. 이 때, 수 접촉각은 임의의 액체, 구체적으로 물이 고체 기재에 접촉할 때 고체 기재에 대한 물의 접촉각을 의미한다.
소수화도가 클수록 물과 접촉되는 면적이 줄어들 수 있고, 물의 이동성을 향상시켜 착빙을 효과적으로 억제시킬 수 있을뿐 아니라, 결빙되어 고착된 얼음을 용이하게 떼어낼 수 있는 제빙 성능 향상에 유리할 수 있다.
구체적으로, 초소수성 유기 코팅층은 소수화도가 서로 상이한 제1소수성 유기물과 제2소수성 유기물이 금속기재의 일 면에 위치하는 오목부 또는 돌출부에 교대로 수직 배열된 라멜라 구조를 가짐에 따라 착빙 억제 효과 및 제빙 성능 향상을 현저히 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
일 예로, 착빙 형성 조건 만족 시 물은 상대적으로 소수화도가 낮은 소수성 유기물 영역에 선택적으로 위치하려는 경향을 나타낼 수 있지만 제1소수성 유기물과 제2소수성 유기물이 금속기재의 일 면에 위치하는 오목부 또는 돌출부에 교대로 수직 배열된 라멜라 구조를 가짐에 따라 상대적으로 전술한 물이 선택적으로 위치하려 하는 선택성(경향성)을 저하시켜 착빙 억제 효과 및 제빙 성능 향상을 현저히 향상시킬 수 있는 것이다.
일 실시예에 있어, 요철면 상에 교대로 수직 배열된 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물 각각의 폭은 서로 독립적으로 1 내지 100 μm, 구체적으로 5 내지 50 μm, 보다 구체적으로 5 내지 10 μm일 수 있다.
구체적 일 예로, 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물 각각의 높이는 서로 독립적으로 1 내지 200 nm, 구체적으로 1 내지 100 nm, 보다 구체적으로 1 내지 50 nm일 수 있다.
초소수성 유기 코팅층이 서로 독립적으로 전술한 폭 및 높이의 범위를 만족하는 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물이 요철면 상에 교대로 수직 배열된 라멜라 구조를 포함함에 따라 착빙을 효과적으로 억제시킬 수 있는 것이다.
일 구체예로, 제1소수성 유기물은 불화탄소계 유기화합물일 수 있다.
구체적 일 예로, 불화탄소계 유기화합물은 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸)실란, 트리클로로(3,3,3-트리플루오로프로필)실란, 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실)실란, 트리플루오로프로필 트리메톡시실란, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸 트리에톡시실란, 트리플루오로프로필 트리에톡시실란, 트리데카플루오로옥틸 트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸 트리에톡시실란, 헵타데카플루오로데실 트리메톡시실란 및 헵타데카플루오로데실 트리에톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
전술한 불화탄소계 유기화합물을 포함하는 초소성 유기코팅층은 금속기재와의 접합력을 향상시킴과 동시에 금속기재 표면에 형성된 -CF2기 및/또는 -CF3기에 의해 유기코팅층의 표면에너지가 낮아져 초소수성의 특성을 나타낼 수 있다. 이 때, 초소수성의 특성이라 함은 150° 이상의 수 접촉각을 나타내는 것을 의미할 수 있다.
일 실시예로, 제2소수성 유기물은 실리콘계 유기화합물일 수 있다.
일 구현예에 있어, 실리콘계 유기화합물은 티올기를 포함하는 변성 실리콘 오일일 수 있다.
구체적으로 변성 실리콘 오일은 디메틸실리콘 오일에 포함되는 메틸기의 일부가 티올기로 치환된 실리콘 오일일 수 있다.
변성 실리콘 오일은 불화탄소계 유기화합물 대비 소수화도가 더 낮을수 있으나, 티올기를 포함하는 변성 실리콘 오일은 화학적 안정성이 우수하여 초소수성 유기코팅층의 내구성을 향상시킬 수 있을뿐 아니라 금속기재와의 접합력을 향상시킬 수 있고, 윤활성이 우수하여 물의 이동성을 향상시켜 착빙을 효과적으로 억제시킬 수 있는 장점이 있다.
전술한 바와 같이, 초소수성 유기코팅층은 소수화도가 상이한 제1소수성 유기물과 제2소수성 유기물이 금속기재의 일 면에 위치하는 오목부 또는 돌출부에 교대로 수직 배열된 라멜라 구조를 가질 수 있는데 이 때, 물은 소수화도가 상대적으로 낮은 제2소수성 유기물 영역에 선택적으로 위치하려는 경향을 나타낼 수 있지만 구조적 특성과 더불어 제2소수성 유기물 영역은 윤활성이 우수하여 물의 이동을 용이하게 하여 착빙 억제 효과를 더 향상시킬 수 있는 것이다.
또한, 초수성 유기코팅층에 포함된 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물은 금속기재와의 우수한 접합력을 가질 뿐 아니라 화학적 안정성이 우수하여 초수성 유기코팅층의 내구성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
일 실시예로, 초소수성 유기코팅층이 위치하는 금속기재는 적어도 일 면에 위치하는 복수개의 요철로부터 기인한 오목부와 돌출부를 포함하는 요철면을 포함할 수 있다.
이 때, 요철면은 금속기재에 포함된 기공으로부터 기인한 것일 수 있다.
구체적으로, 금속기재의 일 면에 포함된 기공이 위치하는 영역은 금속기재의 일 면에서 오목하게 되어 금속기재는 기공으로 인한 오목부와 기공이 위치하지 않는 영역에 돌출부가 위치하는 것으로부터 기인한 요철면을 포함하는 것이다.
이러한 구조적 특성과 더불어 요철면 상에 위치하는 전술한 초소수성 유기 코팅층의 시너지 효과로 착빙 억제 효과를 더욱 더 향상시킬 수 있다.
일 구체예로, 기공의 크기는 1 nm 내지 1 μm, 구체적으로 10 내지 500 nm, 보다 구체적으로 50 내지 250 nm일 수 있다.
이 때, 돌출부의 높이는 전술한 기공의 깊이에 의해 제어되는 것으로 유리한 일 예로, 돌출부의 높이는 5 내지 300 nm, 실질적으로 10 내지 200 nm, 보다 실질적으로 30 내지 150 nm일 수 있다.
일 구현예로, 금속기재는 티타늄을 포함하는 것일 수 있다.
구체적 일 예로, 금속기재는 티타늄 또는 티타늄 합금을 포함할 수 있고, 구체적으로 금속기재의 표면에 전술한 금속을 포함하는 금속산화물막을 더 포함하는 것일 수 있으며, 보다 구체적으로 금속기재의 표면은 하이드록시기를 포함할 수 있다.
금속기재의 표면이 하이드록시기를 포함함에 따라 전술한 초소수성 유기 코팅층에 포함된 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물과의 접합력이 향상되어 본 발명의 일 구현예에 따른 항공기용 방빙 소재의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 다른 일 양태에 따라 항공기용 방빙 소재의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 항공기용 방빙 소재의 제조방법은 a) 금속기재를 양극산화한 후 산처리하여 적어도 금속기재의 일 면에 오목부와 돌출부를 포함하는 요철면을 형성하는 단계; 및 b) 독립적으로 서로 상이한 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물을 포함하는 각각의 제1코팅액 및 제2코팅액을 이용하여 상기 요철면 상에 초소수성 유기 코팅층; 을 형성하는 단계; 를 포함한다.
이하, 일 구현예에 따른 항공기용 방빙 소재의 제조방법에 대하여 단계별로 상세히 설명한다.
먼저, a) 금속기재를 양극산화한 후 산처리하여 적어도 금속기재의 일 면에 오목부와 돌출부를 포함하는 요철면을 형성한다.
이 때, 금속기재는 앞서 상술한 금속기재와 유사 또는 동일한 것으로 상세한 설명은 생략한다.
일 구체예로, 양극산화 공정을 통해 금속기재의 표면에 미세 기공 및 산화막을 형성할 수 있다.
구체적으로 금속기재와 상대전극을 전해액에 담근 후 금속기재 및 상대전극에 각각 양극전원과 음극전원을 인가하여 양극산화 공정을 수행할 수 있다.
이 때, 전해액은 황산, 인산 또는 옥살산을 포함하는 산 수용액일 수 있고, 상대전극은 백금일 수 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 있어, 양극산화 공정은 0.1 내지 1.0M, 구체적으로 0.1 내지 0.5M 농도의 산 수용액을 전해액으로 하여 20 내지 200 V, 실질적으로 30 내지 150 V, 보다 실질적으로 40 내지 100 V의 전압을 인가하여 수행될 수 있다.
일 예로, 양극산화 공정은 0 내지 60 ℃, 구체적으로 0 내지 40 ℃ 온도에서 5 내지 100분 동안, 실질적으로 10 내지 60분 동안 수행될 수 있다.
일 실시예로, 전술한 양극산화 공정을 수행하기 전에 금속기재의 표면 활성화를 위한 활성화 공정을 더 수행할 수 있다.
활성화 공정을 통해 양극산화 공정 전 금속기재의 표면에 형성된 산화막을 제거하여 양극산화 공정효율을 향상시킬 수 있다.
구체적으로 활성화 공정은 불산, 황산, 질산 또는 이들이 혼합된 산용액에 금속기재를 1 내지 5시간, 구체적으로 1 내지 3시간 동안 담지시켜 수행될 수 있다. 이 때 산용액의 농도는 0.1 내지 5.0M, 구체적으로 0.5 내지 3.0M일 수 있고, 활성화 공정은 30 내지 80 ℃실질적으로 40 내지 60 ℃의 온도에서 수행될 수 있다.
전술한 활성화 공정을 통해 산화막을 제거한 후, 양극산화되어 형성된 미세기공을 포함하는 금속기재를 산처리하여 적어도 금속기재의 일 면에 오목부와 돌출부를 포함하는 요철면을 형성할 수 있다.
이 때, 산처리는 0.1 내지 3M, 구체적으로 0.1 내지 1M 농도의 에칭액에 금속기재를 10 내지 100 분, 실질적으로 10 내지 60 분 동안 침지하여 수행될 수 있다.
일 구체예로, 에칭액은 인산 또는 황산을 포함하는 수용액일 수 있다.
산처리를 통해 형성된 오목부와 돌출부를 포함하는 요철면은 후술할 요철면 상에 형성된 초소수성 유기 코팅층 자체의 소수성 특성과 더불어 구조적 특성에 의한 시너지 효과로 착빙 억제 효과를 더욱 더 향상시킬 수 있다. 또한, 산처리를 통해 금속기재 상에 히드록시기를 형성시켜 유기 코팅층 형성 과정에서 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물과 금속기재와의 접합력을 향상시킬 수 있다. 이 때, 산처리를 통해 형성되는 금속기재의 표면 특성은 전술한 바와 동일 내지 유사한 것으로 상세한 설명은 생략한다.
금속기재가 요철면을 포함하는 구조적 특성을 가짐과 동시에 초소수성 유기 코팅층과의 접합력을 향상시키기 위해서 산처리는 전술한 조건에서 수행되는 것이 유리하다.
이어서, b) 독립적으로 서로 상이한 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물을 포함하는 각각의 제1코팅액 및 제2코팅액을 이용하여 전술한 요철면 상에 초소수성 유기 코팅층을 형성한다.
여기서 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물은 전술한 바와 동일 내지 유사한 것으로 상세한 설명은 생략한다.
일 구현예에 있어, 초소수성 유기 코팅층은 b-1) 제1소수성 유기물을 포함하는 제1코팅액을 요철면이 형성된 금속기재 상에 도포하여 패턴화된 제1블록을 형성하는 단계; 및 b-2) 제1블록이 형성된 금속기재 상에 제2소수성 유기물을 포함하는 제2코팅액에 도포하되, 상기 금속기재 상에 제1블록이 형성되지 않은 영역에 제2블록을 형성하는 단계; 를 포함하는 공정에 의해 형성될 수 있다.
일 구현예로, 제1코팅액을 도포하여 형성되는 제1블록 및 제2코팅액을 도포하여 형성되는 제2블록은 패턴 마스크를 이용하여 형성되는 것일 수 있다.
구체적으로 목적하는 패턴을 포함하는 일 패턴 마스크를 이용하여 제1코팅액을 도포한 후 패턴화된 제1블록을 형성시킨 다음, 제1블록이 위치하지 않는 영역에 제2블록을 형성시킬 수 있는 다른 일 패턴 마스크를 이용하여 제2코팅액으로 제2블록을 형성시킬 수 있다.
이 때, 제2블록을 먼저 형성시킨 다음 제1블록을 형성시킬 수 있음은 물론이다.
구체적 일 예로, 제1코팅액은 제1소수성 유기물 및 유기용매를 포함할 수 있고, 제1코팅액은 1mL 단위 부피의 유기용매를 기준으로 0.1 내지 1000mg, 구체적으로 1 내지 800mg, 보다 구체적으로 10 내지 500 mg의 제1소수성 유기물을 포함할 수 있다.
일 예로, 유기용매는 헥산, 톨루엔, 에탄올, 메탄올 및 이소프로판올 중에서 선택되는 어느 하나 이상일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2코팅액은 제2소수성 유기물 자체일 수 있다. 다만, 균일하게 제2소수성 유기물을 코팅하기 위해서 제2코팅액의 점도가 0.5 내지 500 센티스토크스(cSt), 유리하게는 0.5 내지 350 센티스토크스, 보다 유리하게는 0.5 내지 100 센티스토크스일 수 있다.
일 예로, 제1코팅액 및 제2코팅액의 도포 방법은 당업계에 공지된 방법이라면 제한없이 사용될 수 있고, 유리한 일 예로 스프레이 코팅법을 통해 제1코팅액 및 제2코팅액을 독립적으로 도포하여 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물이 교대로 수직 배열된 라멜라 구조를 포함하는 초소수성 유기 코팅층을 형성시킬 수 있으나, 본 발명이 도포방법에 의해 제한되는 것은 아니다.
이하, 실시예를 통해 본 발명의 일 구현예에 따른 항공기용 방빙 소재 및 이의 제조방법에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 다만 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 하나의 참조일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 여러 형태로 구현될 수 있다.
또한, 달리 정의되지 않은 한, 모든 기술적 용어 및 과학적 용어는 본 발명이 속하는 당업자 중 하나에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 본원에서 설명에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 효과적으로 기술하기 위함이고 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
(실시예 1)
티타늄 기재를 2.0M 농도의 황산 수용액에 2시간 동안 담지하여 티타늄 기재 표면의 산화막을 제거하여 활성화 처리한 후 활성화 처리된 티타늄 기재를 0.3M 농도의 옥살산 용액에서 50 V의 정전압을 인가하여 30분 동안 양극산화 시켜 나노기공을 포함하는 양극 산화 피막을 제조하였다. 이 때, 상대전극으로 백금을 이용하였다.
이후, 양극산화된 티타늄 기재를 증류수로 세척한 다음 0.5M 농도의 인산용액에 60분 동안 침지시켜 약 90 nm 크기의 기공에 의해 형성된 돌출부 및 오목부를 갖는 요철면을 티타늄 기재의 일 면에 형성하였다. 이 때, 돌출된 요철의 높이는 약 110 nm였다.
유기 코팅층 형성을 위하여 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸)실란 100g을 1mL의 톨루엔에 용해시켜 제1코팅액을 준비하였다.
요철면이 형성된 티타늄 기재 상에 공극의 크기 및 이격거리가 8 μm로 배열된 제1마스크를 이용하여 준비된 제1코팅액을 스프레이 건을 이용하여 코팅시켰고(제1블록), 이어서 제1마스크와 반대로 배열된 즉, 공극의 위치가 반대로 배열된 제2마스크를 이용하여 티올기를 포함하는 변성실리콘 오일을 분사한 후 코팅시켜(제2블록) 제1블록 및 제2블록이 교대로 위치하는 라멜라 구조의 유기 코팅층을 형성하였다.
이 때, 제1블록 및 제2블록의 폭은 서로 독립적으로 7 내지 9 μm의 폭 및 약 30 nm 높이로 형성되었다.
(실시예 2)
실시예 1과 동일하게 실시하되, 제1코팅액에 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸 트리에톡시실란이 포함된 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(실시예 3)
실시예 1과 동일하게 실시하되, 제1블록 및 제2블록의 폭을 각각 20 μm가 되도록 한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(비교예 1)
실시예 1과 동일하게 실시하되 제1코팅액만을 이용하여 유기 코팅층을 형성한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(비교예 2)
실시예 1과 동일하게 실시하되 양극산화 시키는 않은 티타늄 기재를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 실시하였다.
(실험예) 표면특성 확인
각각의 제조된 소재에 대하여 정적 수 접촉각을 확인한 결과 비교예 2를 제외한 실시예 1 내지 실시예 3 및 비교예 1에 따라 제조된 소재 표면에서의 수 접촉각이 모두 150° 이상의 초소수성 특성을 가지는 것을 확인 하였다.
그러나, 각각의 소재를 -10 ℃의 온도 및 50%의 습도 조건 하에 10일간 방치 후 수 접촉각을 다시 측정하여 확인한 결과 실시예 1 및 실시예 2의 경우는 여전히 150° 이상의 초소수성 특성이 유지되는 것이 확인되었으나, 실시예 3 및 비교예 1의 경우는 각각 143° 및 123°로 내구성이 저하되는 것이 관찰되었다.
이상과 같이 특정된 사항들과 한정된 실시예를 통해 본 발명이 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
Claims (13)
- 적어도 금속기재의 일 면에 위치하는 복수개의 요철로부터 기인한 오목부와 돌출부를 포함하는 요철면; 및
상기 요철면 상에 위치하되, 소수화도가 서로 상이한 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물이 상기 금속기재의 일 평면을 기준하여 수직인 방향으로 번갈아 가며 순차적으로 위치하는 교대로 수직 배열된 라멜라 구조인 초소수성 유기 코팅층; 을 포함하며,
상기 요철면 상에 교대로 수직 배열된 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물 각각의 폭은 서로 독립적으로 5 내지 50 μm이며, 상기 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물 각각의 높이는 서로 독립적으로 1 내지 200 nm이며,
상기 제2소수성 유기물은 티올기를 포함하는 변성 실리콘 오일인 실리콘계 유기화합물인 항공기용 방빙 소재. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1소수성 유기물은 불화탄소계 유기화합물인 항공기용 방빙 소재. - 제4항에 있어서,
상기 불화탄소계 유기화합물은 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸)실란, 트리클로로(3,3,3-트리플루오로프로필)실란, 트리클로로(1H,1H,2H,2H-퍼플루오로데실)실란, 트리플루오로프로필 트리메톡시실란, 1H,1H,2H,2H-퍼플루오로옥틸 트리에톡시실란, 트리플루오로프로필 트리에톡시실란, 트리데카플루오로옥틸 트리메톡시실란, 트리데카플루오로옥틸 트리에톡시실란, 헵타데카플루오로데실 트리메톡시실란 및 헵타데카플루오로데실 트리에톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 항공기용 방빙 소재. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 금속기재는 티타늄을 포함하는 것인, 항공기용 방빙 소재. - 제1항에 있어서,
상기 요철면은 금속기재에 포함된 기공으로부터 기인한 것인, 항공기용 방빙 소재. - a) 금속기재를 양극산화한 후 산처리하여 적어도 금속기재의 일 면에 오목부와 돌출부를 포함하는 요철면을 형성하는 단계; 및
b) 독립적으로 서로 상이한 제1소수성 유기물 및 제2소수성 유기물을 포함하는 각각의 제1코팅액 및 제2코팅액을 이용하여 상기 요철면 상에 초소수성 유기 코팅층을 형성하는 단계; 를 포함하되,
상기 b) 단계의 초소수성 유기 코팅층은
b-1) 상기 제1코팅액을 상기 요철면이 형성된 금속기재상에 도포하여 패턴화된 제1블록을 형성하는 단계; 및
b-2) 상기 제1블록이 형성된 금속기재상에 제2코팅액을 도포하되, 상기 금속기재상에 제1블록이 형성되지 않은 영역에 제2블록을 형성하는 단계; 를 포함하는 공정에 의해 형성되며,
상기 제1블록 및 제2블록은 패턴 마스크를 이용하여 형성되는 항공기용 방빙 소재의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 제10항에 있어서,
상기 a) 단계의 산처리는 0.1 내지 1M 농도의 에칭액에 10 내지 100 분 동안 침지하여 수행되는 항공기용 방빙 소재의 제조방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220029910A KR102438525B1 (ko) | 2022-03-10 | 2022-03-10 | 항공기용 방빙 소재 및 이의 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220029910A KR102438525B1 (ko) | 2022-03-10 | 2022-03-10 | 항공기용 방빙 소재 및 이의 제조방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102438525B1 true KR102438525B1 (ko) | 2022-09-01 |
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|---|---|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100011213A (ko) * | 2008-07-24 | 2010-02-03 | 한양대학교 산학협력단 | 초소수성 표면을 갖는 재료의 제조방법 및 이에 따라제조된 초소수성 재료 |
| US20150122947A1 (en) * | 2013-11-01 | 2015-05-07 | Sunlight Photonics Inc. | Multi-layer de-icing skin for aircraft platforms |
-
2022
- 2022-03-10 KR KR1020220029910A patent/KR102438525B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20100011213A (ko) * | 2008-07-24 | 2010-02-03 | 한양대학교 산학협력단 | 초소수성 표면을 갖는 재료의 제조방법 및 이에 따라제조된 초소수성 재료 |
| US20150122947A1 (en) * | 2013-11-01 | 2015-05-07 | Sunlight Photonics Inc. | Multi-layer de-icing skin for aircraft platforms |
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