KR102602569B1 - Antifouling member utilizing surface vibration by vortex and manufacturing method thereof - Google Patents
Antifouling member utilizing surface vibration by vortex and manufacturing method thereof Download PDFInfo
- Publication number
- KR102602569B1 KR102602569B1 KR1020210068306A KR20210068306A KR102602569B1 KR 102602569 B1 KR102602569 B1 KR 102602569B1 KR 1020210068306 A KR1020210068306 A KR 1020210068306A KR 20210068306 A KR20210068306 A KR 20210068306A KR 102602569 B1 KR102602569 B1 KR 102602569B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- needle
- antifouling
- antifouling member
- pattern
- Prior art date
Links
- 230000003373 anti-fouling effect Effects 0.000 title claims abstract description 70
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 claims description 22
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 claims description 22
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 14
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 5
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 claims description 5
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 claims description 5
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 claims description 5
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- 229920005839 ecoflex® Polymers 0.000 claims description 4
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 claims description 4
- GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N triton Chemical compound [3H+] GPRLSGONYQIRFK-MNYXATJNSA-N 0.000 claims description 4
- 244000005700 microbiome Species 0.000 abstract description 16
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 abstract description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 136
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 7
- ZSZRUEAFVQITHH-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methylprop-2-enoyloxy)ethyl 2-(trimethylazaniumyl)ethyl phosphate Chemical compound CC(=C)C(=O)OCCOP([O-])(=O)OCC[N+](C)(C)C ZSZRUEAFVQITHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 6
- 230000002485 urinary effect Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 239000000017 hydrogel Substances 0.000 description 4
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 4
- 239000002519 antifouling agent Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 2
- 230000032770 biofilm formation Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N copper(I) oxide Inorganic materials [Cu]O[Cu] BERDEBHAJNAUOM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N cuprous oxide Chemical compound [O-2].[Cu+].[Cu+] KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229940112669 cuprous oxide Drugs 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 2
- 241000931705 Cicada Species 0.000 description 1
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 1
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 1
- 239000003242 anti bacterial agent Substances 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 229940088710 antibiotic agent Drugs 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 210000001161 mammalian embryo Anatomy 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- YHHSONZFOIEMCP-UHFFFAOYSA-O phosphocholine Chemical compound C[N+](C)(C)CCOP(O)(O)=O YHHSONZFOIEMCP-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 229950004354 phosphorylcholine Drugs 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000003134 recirculating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 210000001519 tissue Anatomy 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- PIILXFBHQILWPS-UHFFFAOYSA-N tributyltin Chemical compound CCCC[Sn](CCCC)CCCC PIILXFBHQILWPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B08—CLEANING
- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B17/00—Methods preventing fouling
- B08B17/02—Preventing deposition of fouling or of dust
- B08B17/06—Preventing deposition of fouling or of dust by giving articles subject to fouling a special shape or arrangement
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L67/00—Compositions of polyesters obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L67/02—Polyesters derived from dicarboxylic acids and dihydroxy compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L75/00—Compositions of polyureas or polyurethanes; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L75/04—Polyurethanes
- C08L75/14—Polyurethanes having carbon-to-carbon unsaturated bonds
- C08L75/16—Polyurethanes having carbon-to-carbon unsaturated bonds having terminal carbon-to-carbon unsaturated bonds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L83/00—Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing silicon with or without sulfur, nitrogen, oxygen or carbon only; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L83/04—Polysiloxanes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
Abstract
본 발명은 별도의 구동부를 포함하지 않고, 상부층의 음각패턴에서 형성된 와류에 의해 유도된 진동으로 중간층을 파상 운동시킴으로써 상부층 표면의 오염물질을 제거할 수 있는, 표면 변형을 활용한 방오 부재 및 방오 부재의 제조방법에 관한 것이다. 외부 유동에 의한 동적 표면을 이용함으로써 별도의 구동부를 포함하지 않고도 지속적으로 진동을 발생시킬 수 있어 미생물의 발생 및 증식을 효과적으로 차단할 수 있다.The present invention is an antifouling member and antifouling member utilizing surface modification that does not include a separate driving unit and can remove contaminants on the surface of the upper layer by causing the middle layer to move in a wave shape with vibration induced by a vortex formed in the intaglio pattern of the upper layer. It relates to the manufacturing method. By using a dynamic surface caused by external flow, vibration can be continuously generated without including a separate driving part, effectively blocking the occurrence and proliferation of microorganisms.
Description
본 발명은 표면 변형을 활용한 방오 부재 및 방오 부재의 제조방법에 관한 것으로, 외부 유동에 의한 동적 표면을 이용함으로써 별도의 구동부를 포함하지 않고 진동으로 표면을 변형시켜 오염물질을 제거하는 방오 부재 및 방오 부재의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an antifouling member and a method of manufacturing an antifouling member using surface modification. An antifouling member that removes contaminants by deforming the surface through vibration without including a separate driving unit by using a dynamic surface caused by external flow. It relates to a method of manufacturing an antifouling member.
일반적으로 박테리아를 포함하는 미생물은 정체된 물이나 유체 내에 생성된 후 증식하게 되며, 크게 진균, 세균, 원충류, 조류 등으로 구분되어 유체 내에서 서식한다.In general, microorganisms, including bacteria, are created in stagnant water or fluid and then proliferate. They are largely divided into fungi, bacteria, protozoa, algae, etc. and live in the fluid.
박테리아는 증식하면서 자기 생식에 있어 불리할 경우 보호막을 형성하며, 이 보호막을 바이오 필름 또는 박테리아 바이오 필름이라고 한다. 박테리아가 인체의 내부 조직이나 의료 기구 등에 바이오 필름을 형성할 경우, 항생제와 화학물질의 항균 효과가 저하되는 문제점이 있다. 또한, 선체에 형성될 경우, 배의 성능을 떨어뜨리고 연료 유구량을 증가시키는 문제점이 있다.As bacteria proliferate, they form a protective film when they are at a disadvantage in self-reproduction, and this protective film is called a biofilm or bacterial biofilm. When bacteria form biofilms on the internal tissues of the human body or medical devices, there is a problem that the antibacterial effect of antibiotics and chemicals is reduced. In addition, when formed on the hull, there is a problem of deteriorating the performance of the ship and increasing the fuel consumption.
종래에는 미생물의 발생 및 증식을 억제하기 위해 표면 코팅 방법이나 화학적 그래프팅 방법을 주로 사용하여 왔다. 표면 코팅 방법은 장기간 운용 시 코팅층이 박리되는 현상이 발생되는 단점이 있고, 화학적 그래프팅 방법은 반응 조건이 까다롭고 대면적화 시키기 어려운 문제점이 있다. 또한, 박테리아 등의 미생물은 화학물질에 대해 쉽게 내성을 가지게 되어 방오 기능이 감소하는 문제점이 있었다.Conventionally, surface coating methods or chemical grafting methods have been mainly used to suppress the occurrence and proliferation of microorganisms. The surface coating method has the disadvantage of causing the coating layer to peel off during long-term operation, and the chemical grafting method has difficult reaction conditions and is difficult to apply to a large area. In addition, there was a problem in that microorganisms such as bacteria easily became resistant to chemicals, thereby reducing the antifouling function.
최근에 미생물의 발생 및 증식을 억제하기 위해 유체내에 오염방지 도료나 오염 억제제를 첨가하거나, 자외선과 같은 복사원을 조사하는 방법 등이 사용되고 있다. 그러나, 오염방지 도료나 오염 억제제의 대부분은 미생물을 사멸시키기 위해 독성을 갖는 트리부틸주석(tri-butyl tin), 아산화동(CuO) 및 각종 유기 방오제를 함유하여 도료 표면에서 독성 방오제가 수중으로 방출되는 문제점이 있다. 또한, 오염방지 도료나 오염 억제제를 첨가하거나, 자외선과 같은 복사원을 조사하는 방법은 미생물의 증식을 근본적으로 막을 수 없는 문제점이 있다.Recently, methods such as adding anti-pollution paints or anti-pollution agents to the fluid or irradiating a radiation source such as ultraviolet rays have been used to suppress the occurrence and proliferation of microorganisms. However, most anti-fouling paints or anti-fouling agents contain toxic tri-butyl tin, cuprous oxide (CuO), and various organic anti-fouling agents to kill microorganisms, which prevents toxic anti-fouling agents from entering the water from the surface of the paint. There is a problem with the release. In addition, methods of adding anti-pollution paints or anti-pollution agents or irradiating radiation sources such as ultraviolet rays have the problem of not being able to fundamentally prevent the growth of microorganisms.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 한국 등록특허 제10-1395986호의 경우, 자기연마형 방오도료를 사용하여 오염물질을 제거하는 선박에서 선저에 가진(excitation)수단을 부가하여 오염물질을 더욱 효율적으로 제거할 수 있도록 한 선박 방오 도료 연마 촉진장치를 제공한다. 다만, 한국 등록특허 제10-1395986호에서는 연마 기능이 저하되지 않도록 선체에 진동을 부여하기 위해 별도의 구동부를 구비하여야 하므로, 설치시 비용이 증가하고, 구동부에 공급되는 에너지가 추가적으로 필요하다는 문제점이 있다.In order to solve this problem, in the case of Korean Patent No. 10-1395986, an excitation means is added to the bottom of a ship to remove pollutants using self-polishing antifouling paint to remove pollutants more efficiently. Provides a device to promote polishing of ship anti-fouling paint. However, in Korean Patent No. 10-1395986, a separate driving part must be provided to provide vibration to the hull so that the polishing function is not deteriorated, so installation costs increase and additional energy supplied to the driving part is required. there is.
이러한 배경 하에, 본 발명자들은 별도의 구동부에 의하지 않고 지속적으로 표면을 변형시켜 미생물의 발생 및 증식을 근본적으로 막을 수 있는 방오 부재를 개발하고자 하였다. 그 결과, 와류(vortex)를 형성할 수 있도록 설계된 구조를 이용하여 외부 유동이 일정한 경우에도 표면 진동을 발생시켜, 오염물질을 고효율로 제거할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하였다. Against this background, the present inventors attempted to develop an antifouling member that can fundamentally prevent the occurrence and proliferation of microorganisms by continuously modifying the surface without using a separate driving part. As a result, the present invention was completed by discovering that pollutants can be removed with high efficiency by generating surface vibration even when the external flow is constant using a structure designed to form a vortex.
본 발명의 목적은 베이스층; 상기 베이스층 상에 적층되는 탄성 소재의 중간층; 상기 중간층 상에 적층되고, 양각패턴과 와류형성이 이루어지는 음각패턴이 반복 형성되는 상부층; 및 상기 상부층 내의 양각패턴 상에서 형성되는 니들층을 포함하고, 상기 와류에 의해 유도된 진동에 의해 상기 중간층은 파상(undulation) 운동함으로써 상기 상부층 표면의 오염물질이 제거되는, 방오 부재를 제공하는 것이다.The object of the present invention is a base layer; An intermediate layer of elastic material laminated on the base layer; An upper layer laminated on the middle layer and having a repeating embossed pattern and an intaglio pattern forming a vortex; And a needle layer formed on the embossed pattern in the upper layer, wherein the middle layer moves in undulation due to vibration induced by the vortex, thereby removing contaminants from the surface of the upper layer.
본 발명의 다른 목적은 베이스층 상에 탄성 소재의 중간층을 적층하는 단계; 양각패턴과 와류형성이 이루어지는 음각패턴이 반복 형성된 상부층을 상기 중간층 상에 적층하는 단계; 및 상기 상부층 내의 양각패턴 상에 니들층을 형성하는 단계; 를 포함하는 방오 부재의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to laminate an intermediate layer of an elastic material on a base layer; Laminating an upper layer in which an embossed pattern and an intaglio pattern forming a vortex are repeatedly formed on the middle layer; And forming a needle layer on the embossed pattern in the upper layer; To provide a method of manufacturing an antifouling member comprising a.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본 발명의 방오 부재에 의하면, 외부 유동이 일정한 경우에도 표면 진동을 발생시켜 오염물질을 제거할 수 있고, 미생물의 발생과 증식을 억제할 수 있다.According to the antifouling member of the present invention, contaminants can be removed by generating surface vibration even when the external flow is constant, and the occurrence and proliferation of microorganisms can be suppressed.
본 발명의 방오 부재에 의하면, 별도의 구동부를 포함하지 않기 때문에 구성이 간단하고 비용을 절감할 수 있으며, 추가적인 동력이 필요하지 않다.According to the antifouling member of the present invention, since it does not include a separate driving unit, the configuration is simple, costs can be reduced, and additional power is not required.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 방오 부재의 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 유동에 의한 동적 표면을 오염물질 제거에 활용한 방오 부재의 모식도이다.
도 3는 저경도 탄성 소재(PDMS, E=10KPa)층에 외력을 가하여, 층의 두께에 따른 변형 깊이를 확인한 도면이다.
도 4a는 저경도 하이드로겔(GelMA 및 HA)층에 정현파 진동을 가한 경우 압력 분포를 나타낸다.
도 4b는 저경도 하이드로겔(GelMA 및 HA)층에 정현파 진동을 가한 경우 저경도 하이드로겔(GelMA 및 HA)층의 변형 양상을 나타낸다.
도 4c는 저경도 하이드로겔(GelMA 및 HA)층에 정현파 진동을 가한 경우 변형을 분석한 도면이다.
도 5a는 음각패턴에 의한 와류 형성 및 그에 따른 전단응력 발생을 나타낸다.
도 5b는 와류-유도 진동(vortex-induced vibration)을 나타낸 도면이다.
도 6a는 외부 유동이 일정할 때에도 상부층 표면에 지속적으로 와류를 발생시킬 수 있는 구조이다.
도 6b는 일차 유동과 이차 유동을 나타낸다.
도 6c는 상부층 표면 및 양각패턴과 음각패턴 공간 내에서의 와류 형성 메커니즘을 나타낸다.
도 7은 다양한 와류 형성이 가능한 상부층 표면의 형태와 상부층 표면 형태에 따른 방오 성능을 확인한 결과이다.
도 8은 니들층의 두께와 니들의 높이를 나타낸 도면이다.
도 9a는 니들의 간격에 따른 E. coli 배양을 확인한 결과이다.
도 9b는 니들에 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine(MPC)을 코팅하여 방오 효과를 확인한 그래프이다.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 방오 부재 도뇨 카테터에 적용한 예다.
도 10b는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 방오 부재를 도뇨 카테터에 적용하여 방오효과를 확인한 결과를 나타낸다.
도 11a는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 각각 다른 중간층 두께의 방오 부재 이미지이다.
도 11b 는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 각각 다른 중간층 두께에 따른 방오 부재 표면에 형성된 박테리아 형성 면적 차이를 확인한 그래프이다.1 is a diagram showing the structure of an antifouling member according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of an antifouling member using a dynamic surface by external flow to remove contaminants according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing the depth of deformation according to the thickness of the layer by applying an external force to the low-hardness elastic material (PDMS, E = 10 KPa) layer.
Figure 4a shows the pressure distribution when sinusoidal vibration was applied to the low-hardness hydrogel (GelMA and HA) layer.
Figure 4b shows the deformation pattern of the low-hardness hydrogel (GelMA and HA) layer when sinusoidal vibration is applied to the low-hardness hydrogel (GelMA and HA) layer.
Figure 4c is a diagram analyzing the deformation when sinusoidal vibration was applied to a low-hardness hydrogel (GelMA and HA) layer.
Figure 5a shows the formation of a vortex by an intaglio pattern and the resulting shear stress.
Figure 5b is a diagram showing vortex-induced vibration.
Figure 6a shows a structure that can continuously generate vortices on the surface of the upper layer even when the external flow is constant.
Figure 6b shows primary and secondary flow.
Figure 6c shows the vortex formation mechanism on the upper layer surface and within the positive and negative pattern spaces.
Figure 7 shows the results of confirming the shape of the upper layer surface capable of forming various vortices and the antifouling performance according to the upper layer surface shape.
Figure 8 is a diagram showing the thickness of the needle layer and the height of the needle.
Figure 9a shows the results of confirming E. coli culture according to the spacing of needles.
Figure 9b is a graph confirming the antifouling effect by coating 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC) on the needle.
Figure 10a is an example of application to an anti-fouling member urinary catheter manufactured according to an embodiment of the present invention.
Figure 10b shows the results of confirming the antifouling effect by applying the antifouling member manufactured according to an embodiment of the present invention to a urinary catheter.
Figure 11a is an image of an antifouling member with different intermediate layer thicknesses manufactured according to an embodiment of the present invention.
Figure 11b is a graph confirming the difference in bacteria formation area formed on the surface of the antifouling member according to different intermediate layer thicknesses manufactured according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the attached drawings. However, various changes can be made to the embodiments, so the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It should be understood that all changes, equivalents, or substitutes for the embodiments are included in the scope of rights.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 권리 범위를 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the examples are for illustrative purposes only and should not be construed as intended to limit the scope of rights. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as generally understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the embodiments belong. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in the present application, should not be interpreted in an ideal or excessively formal sense. No.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, when describing with reference to the accompanying drawings, identical components will be assigned the same reference numerals regardless of the reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the embodiments, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may unnecessarily obscure the gist of the embodiments, the detailed descriptions are omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 유동에 의한 동적 표면을 이용한 방오 부재의 구조를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 유동에 의한 동적 표면을 오염물질 제거에 활용한 방오 부재의 모식도이다.Figure 1 is a diagram showing the structure of an antifouling member using a dynamic surface caused by external flow according to an embodiment of the present invention. Figure 2 is a schematic diagram of an antifouling member using a dynamic surface by external flow to remove contaminants according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 외부 유동에 의한 동적 표면을 이용한 방오 부재는, 베이스층; 상기 베이스층 상에 적층되는 중간층; 상기 중간층 상에 적층되고, 양각패턴과 음각패턴이 반복 형성되는, 상부층; 및 상기 양각패턴 상에 형성된, 니들층을 포함하고, 상기 음각패턴 상에 형성되는 와류에 의해 상기 상부층 표면의 오염물질이 제거된다.Referring to Figures 1 and 2, an antifouling member using a dynamic surface caused by external flow according to an embodiment of the present invention includes a base layer; An intermediate layer laminated on the base layer; An upper layer laminated on the middle layer and having a repeating embossed pattern and an engraved pattern; and a needle layer formed on the embossed pattern, wherein contaminants on the surface of the upper layer are removed by a vortex formed on the concave pattern.
본 발명의 일 실시예에 따른 방오 부재에 있어서, 음각패턴에서 와류가 형성될 수 있다. 음각패턴 상에서 형성되는 와류에 의해 진동이 유도되고, 진동에 의해 상기 중간층이 파상 운동하여 상기 상부층 표면의 오염물질이 제거될 수 있다. In the antifouling member according to an embodiment of the present invention, vortices may be formed in the engraved pattern. Vibration is induced by a vortex formed on the intaglio pattern, and the middle layer moves in a wave shape due to the vibration, thereby removing contaminants from the surface of the upper layer.
본 명세서에서 사용된 용어 “와류”는 유체의 회전운동에 의하여 주류와 반대방향으로 소용돌이치는 흐름 또는 강하게 회전하면서 흐르는 유체의 형태를 의미한다. The term “vortex” used in this specification refers to a swirling flow in the opposite direction to the mainstream due to the rotational motion of the fluid or a form of fluid that flows while rotating strongly.
본 명세서에서 사용된 용어 “파상(undulation)”은 물결 모양을 의미하고, “파상 운동”은 상하로 진동하여 물결 모양으로 움직이는 것을 의미한다. As used herein, the term “undulation” means a wave shape, and “undulation” means vibrating up and down to move in a wave shape.
상기 베이스층은, 플렉서블하고 신축성 있는 폴리머로 형성될 수 있다. 상기 방오 부재가 선박이나 해양 시설물 등에 설치될 때, 상기 선박이나 해상 시설물의 표면 형태에 따라 유연하게 부착이 가능하도록 하기 위함이다. 상기 베이스층은 플렉서블 폴리에틸렌 테레프타레이트(flexible Polyethylene terephthalate(PET)), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 및 폴리우레탄 아크릴레이트(Poly urethane acrylate, PUA) 중 하나 이상으로 이루어질 수 있고, 표면 형태에 따라 유연성을 갖을 수 있는 소재라면 이에 한정되지 않는다. The base layer may be formed of a flexible and stretchy polymer. When the antifouling member is installed on a ship or marine facility, it is intended to be flexibly attached according to the surface shape of the ship or marine facility. The base layer may be made of one or more of flexible polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxane (PDMS), and polyurethane acrylate (PUA), depending on the surface shape. It is not limited to this as long as it is a material capable of being flexible.
상기 중간층은, 베이스층의 일측 표면에 적층되고, 두께가 일정하게 형성된 층이다. 상기 중간층은 외력에 의해 변형되더라도 일정한 두께를 유지할 수 있고, 상기 중간층은 외력에 의해 적어도 일부분이 웨이브(wave) 형상으로 변형될 수 있다. 상기 중간층과 니들층의 모듈러스(modulus) 차이로 인한 구조층의 손상을 방지하기 위하여, 저경도의 탄성 소재로 형성된다. 상기 탄성 소재는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 실리콘 오일(Silicone oil), 오르가노겔(organogel), 에코플렉스(ecoflex), 트릭톤 X(Triton X) 및 하이드로겔(hydrogel) 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다.The intermediate layer is a layer laminated on one surface of the base layer and has a constant thickness. The middle layer can maintain a constant thickness even if it is deformed by an external force, and at least a portion of the middle layer can be deformed into a wave shape by an external force. In order to prevent damage to the structural layer due to the difference in modulus between the intermediate layer and the needle layer, it is made of a low-hardness elastic material. The elastic material is one or more of polydimethylsiloxane (PDMS), silicone oil, organogel, ecoflex, Triton It can be done.
본 발명의 명세서에서 “외력”은 중간층 이외의 물체가 중간층에 작용하는 힘을 의미하며, 중간층 또는 본 발명에 따른 방오 소재를 파상운동 또는 변형시킬 수 있는 힘이라면 이에 한정하지 않는다.In the specification of the present invention, “external force” refers to the force that an object other than the middle layer acts on the middle layer, and is not limited to this as long as it is a force that can cause wavy movement or deformation of the middle layer or the antifouling material according to the present invention.
도 3을 참조하면, 상기 탄성 소재로 이루어진 중간층의 변형의 경향성을 알 수 있다. 상기 중간층의 변형 깊이는 외력의 세기에 비례하고, 중간층의 두께에 반비례하는 경향성을 갖는다. 상기 중간층의 두께는 0.5mm 이상 내지 2.5mm 이하일 수 있다. 바람직하게, 상기 중간층의 두께가 0.7mmm 이상일 때의 상기 중간층의 변형 깊이는 니들층이 방오 성능을 갖도록 한다. Referring to Figure 3, the deformation tendency of the intermediate layer made of the elastic material can be seen. The deformation depth of the middle layer is proportional to the intensity of the external force and has a tendency to be inversely proportional to the thickness of the middle layer. The thickness of the intermediate layer may be 0.5 mm or more and 2.5 mm or less. Preferably, the deformation depth of the intermediate layer when the thickness of the intermediate layer is 0.7 mmm or more allows the needle layer to have antifouling performance.
본 발명의 명세서에서 “변형 깊이”는 중간층이 파상운동하여 발생하는 마루와 골의 높이를 의미한다. In the specification of the present invention, “deformation depth” refers to the height of the ridges and valleys created by the wavy movement of the middle layer.
도 4a, 4b 및 4c를 참조하면, 상기 탄성 소재로 이루어진 중간층이 진동에 의해 파상 운동한다. Referring to FIGS. 4A, 4B, and 4C, the middle layer made of the elastic material moves in a wave shape due to vibration.
상기 상부층은 중간층의 일측 표면에 적층되고, 양각패턴과 와류형성이 이루어지는 음각패턴이 반복되어 형성된다. 상기 상부층 표면을 따라 흐르는 유체에 의하여 상기 상부층의 음각패턴에 와류가 형성되고, 형성된 와류는 유체의 흐름에 따라 상부층 표면에 와류패턴을 형성할 수 있다. 상부층 표면의 와류패턴은 표면 진동을 유도하고, 유도된 진동은 상기 중간층에 외력으로 작용하여 중간층이 변형될 수 있다. 변형된 중간층은 파상운동을 하여 상기 상부층 표면의 오염물질을 제거할 수 있다. 상기 상부층 표면에서 형성된 와류패턴에 의해 별도의 구동부 없이도 표면 진동이 지속적으로 유지되어 상부층 표면의 오염물질을 제거할 수 있다. The upper layer is laminated on one surface of the middle layer, and is formed by repeating an embossed pattern and an intaglio pattern in which vortices are formed. A vortex is formed in the engraved pattern of the upper layer by the fluid flowing along the surface of the upper layer, and the formed vortex may form a vortex pattern on the surface of the upper layer according to the flow of the fluid. The vortex pattern on the surface of the upper layer induces surface vibration, and the induced vibration acts as an external force on the middle layer, causing the middle layer to be deformed. The modified middle layer can move in a wave motion to remove contaminants from the surface of the upper layer. Due to the vortex pattern formed on the surface of the upper layer, surface vibration is continuously maintained without a separate driving unit, allowing contaminants on the surface of the upper layer to be removed.
도 5a에 도시된 바와 같이, 반복된 음각패턴은 와류를 형성하고 그에 따라 전단응력이 발생한다. 상기 상부층 표면을 따라 흐르는 유체는 유속이 1mL/min 내지 30mL/min일 수 있다. 유속 15mL/min 이내의 유체의 흐름은 직사각형 음각패턴 사이의 공간에서 와류를 형성할 수 있고 인접한 음각패턴 표면에 규칙적인 와류패턴을 형성할 수 있다.As shown in Figure 5a, the repeated intaglio pattern forms a vortex and thus generates shear stress. The fluid flowing along the upper layer surface may have a flow rate of 1 mL/min to 30 mL/min. Fluid flow within a flow rate of 15 mL/min can form vortices in the space between rectangular engraved patterns and can form regular vortex patterns on the surfaces of adjacent engraved patterns.
도 5b에 도시된 바와 같이, 와류는 표면에 진동을 유도할 수 있다. As shown in Figure 5b, eddies can induce vibrations in the surface.
도 6a, 6b 및 6c를 참조하면, 상기 상부층 표면은 연속선(line)형, 불연속선(discontinuous line)형, 샤크렛(sharklet)형 및 샤크렛 유사(quasi-sharklet)형 중 어느 하나의 형태일 수 있다. 상기 상부층 표면의 형태에 의하면, 구동부에 의하지 않더라도 외부 유동이 일정할 때에도 상부층 표면에서 와류 생성이 가능하다. 상기 상부층 표면의 형태에 따라 전체 유동의 분리와 형태 사이의 재순환 유동이 발생할 수 있어, 상부층 표면 근처의 전단 응력이 감소할 수 있다. 특히, 샤크렛(sharklet) 형태의 삼각형 단면은 상부층 표면 패턴 근처의 흐름을 방해받지 않도록 하고, 패턴 사이의 간격을 넓혀 전체 유속 레벨을 강화하고, 일차 유속이 가장 높아지게 할 수 있다. 샤크렛 구조에 나타난 바와 같이, s자 형태의 패턴 유닛에서 유량 분열(flow speratio)을 발생시키며, 유량 분열 현상은 같은 방향을 갖는 여러 개의 유동을 발생시킨다. 여기서 발생된 여러 개의 유동을 이차적 흐름이라 한다. 방향성이 없는 속도장을 발생시키는 단순 패턴과는 다르게, 같은 방향의 속도장을 갖는 강한 이차적 흐름이 발생되어, 이는 표면 방오 기능을 갖도록 한다. 따라서, 상기 상부층 표면의 패턴 사이의 이차적 흐름은 방오 기능을 제어할 수 있고, 핵심적인 역할을 한다. 다만, 상기 상부층 표면은 구동부에 의하지 않더라도 다양한 와류 생성이 가능한 형태라면 이에 한정되지 않는다. Referring to FIGS. 6A, 6B and 6C, the upper layer surface may be any one of a continuous line, a discontinuous line, a sharklet and a quasi-sharklet. You can. According to the shape of the upper layer surface, vortex generation is possible on the upper layer surface even when the external flow is constant, even without a driving unit. Depending on the shape of the top layer surface, separation of the overall flow and recirculating flow between shapes may occur, reducing shear stress near the top layer surface. In particular, the sharklet-shaped triangular cross-section ensures that the flow near the upper layer surface pattern is unimpeded, and the spacing between the patterns is widened to enhance the overall flow rate level and achieve the highest primary flow rate. As shown in the sharklet structure, a flow split occurs in an s-shaped pattern unit, and the flow split phenomenon generates multiple flows with the same direction. The multiple flows generated here are called secondary flows. Unlike a simple pattern that generates a non-directional velocity field, a strong secondary flow with a velocity field in the same direction is generated, which makes the surface anti-fouling function. Therefore, the secondary flow between the patterns of the top layer surface can control the antifouling function and plays a key role. However, the upper layer surface is not limited to this as long as it has a shape that allows various vortices to be generated even without a driving unit.
상기 상부층 표면의 양각패턴의 폭은 2μm 이상이다. 상기 상부층 표면의 양각패턴의 길이는 불연속선(discontinuous line)형, 샤크렛(sharklet)형 및 샤크렛 유사(quasi-sharklet)형일 때, 4μm 내지 20μm이다. 상기 상부층 표면의 양각패턴의 높이는 2μm 이상이다. The width of the embossed pattern on the surface of the upper layer is 2 μm or more. The length of the embossed pattern on the surface of the upper layer is 4 μm to 20 μm when it is discontinuous line, sharklet, and quasi-sharklet. The height of the embossed pattern on the surface of the upper layer is 2 μm or more.
상기 상부층 표면의 양각패턴은 직사각형의 산등성이(ridge) 패턴일 수 있고, 와류 흐름을 형성할 수 있는 형태라면 이에 한정되지 않는다. The embossed pattern on the surface of the upper layer may be a rectangular ridge pattern, but is not limited thereto as long as it has a shape that can form a vortex flow.
상기 상부층 표면의 음각패턴은 구덩이(hole) 형상 패턴, 우물(well) 형상 패턴, 직사각형 패턴일 수 있고, 와류 패턴을 형성할 수 있는 형태라면 이에 한정되지 않는다.The engraved pattern on the surface of the upper layer may be a hole-shaped pattern, a well-shaped pattern, or a rectangular pattern, but is not limited thereto as long as it has a shape that can form a vortex pattern.
상기 상부층은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리우레탄 아크릴레이트(Poly urethane acrylate, PUA)로 이루어질 수 있다.The upper layer may be made of polydimethylsiloxane (PDMS) or polyurethane acrylate (PUA).
도 7은 다양한 와류 형성이 가능한 상기 상부층 표면의 형태를 나타내고, 상부층 표면 형태에 따라 방오 성능을 확인한 결과이다. 초록색은 살아있는 박테리아 등의 미생물을 나타내고, 박테리아 등의 미생물 부착 테스트를 실시한 결과 다른 형태에 비하여 상기 상부층 표면의 형태를 샤크렛(sharklet) 형태 또는 샤크렛 유사(quasi-sharklet) 형태로 하였을 때 미생물 부착이 가장 적음을 확인할 수 있다. Figure 7 shows the shape of the upper layer surface capable of forming various vortices, and shows the results of confirming antifouling performance according to the shape of the upper layer surface. Green represents microorganisms such as living bacteria, and as a result of a test for attachment of microorganisms such as bacteria, when the shape of the upper layer surface was in a sharklet or quasi-sharklet shape, compared to other shapes, microorganisms were attached. You can see that this is the smallest.
상기 니들층은 상부층의 양각패턴에 적층된 박막형태로서 중간층의 방오기능 구현과는 독립적으로 표면에 붙은 박테리아 등의 오염물질을 관통하여 제거할 수 있다. 상기 니들층은 박테리아 등을 관통할 수 있다면 형태는 제한되지 않는다. The needle layer is in the form of a thin film laminated on the embossed pattern of the upper layer, and can penetrate and remove contaminants such as bacteria attached to the surface independently of the anti-fouling function of the middle layer. The shape of the needle layer is not limited as long as it can penetrate bacteria, etc.
도 8은 상기 니들층의 두께와 니들의 높이를 나타낸 도면이다. 상기 니들층은 박막형태이며, 니들층의 두께는 중간층과의 모듈러스 차이로 인한 상부층의 손상을 방지하기 위하여 10μm 내지 200μm일 수 있다. 상기 니들층의 두께가 10μm 미만인 경우 외력에 의해 쉽게 손상되어 방오 효과를 얻을 수 없고, 니들층의 두께가 200μm를 초과하는 경우 와류 형성을 방해할 수 있다. 바람직하게, 상기 니들층의 두께는 100μm이다. Figure 8 is a diagram showing the thickness of the needle layer and the height of the needle. The needle layer is in the form of a thin film, and the thickness of the needle layer may be 10 μm to 200 μm to prevent damage to the upper layer due to a difference in modulus from the middle layer. If the thickness of the needle layer is less than 10 μm, it is easily damaged by external force, making it impossible to obtain an antifouling effect, and if the thickness of the needle layer exceeds 200 μm, vortex formation may be hindered. Preferably, the thickness of the needle layer is 100 μm.
상기 니들의 높이는 100nm 내지 500nm이고, 니들의 하부 지름은 100nm 내지 300nm이고, 니들의 상부 지름은 1nm 내지 100nm일 수 있다. 상기 니들의 높이가 100nm 미만인 니들 패턴 또는 수 나노 단위의 나노 니들 패턴은 오히려 박테리아 등의 미생물 부착을 촉진할 수 있다. 바람직하게, 상기 니들의 높이는 200nm 내지 400nm이다. 상기 니들의 하부 지름이 300nm를 초과하는 경우, 박테리아 등의 미생물 살균효과를 갖을 수 없다. 바람직하게, 상기 니들의 하부 지름은 200nm 내지 300nm이다. 상기 니들의 상부 지름은 박테리아 등의 미생물을 관통할 수 있도록 날카로운 형상인 것이 바람직하다. 바람직하게, 상기 니들의 상부 지름은 1nm 내지 10nm이다. 바람직하게, 상기 니들의 하부 지름이 300nm일 때, 상기 니들의 상부 지름은 10nm미만이다. 이러한 니들 패턴의 살균 기능은 매미 날개 표면의 패턴에서 유래할 수 있다.The height of the needle may be 100 nm to 500 nm, the lower diameter of the needle may be 100 nm to 300 nm, and the upper diameter of the needle may be 1 nm to 100 nm. A needle pattern with a needle height of less than 100 nm or a nano-needle pattern with a height of several nanometers may actually promote the attachment of microorganisms such as bacteria. Preferably, the height of the needle is 200 nm to 400 nm. If the lower diameter of the needle exceeds 300 nm, it may not be effective in sterilizing microorganisms such as bacteria. Preferably, the lower diameter of the needle is 200 nm to 300 nm. The upper diameter of the needle is preferably sharp enough to penetrate microorganisms such as bacteria. Preferably, the upper diameter of the needle is between 1 nm and 10 nm. Preferably, when the lower diameter of the needle is 300 nm, the upper diameter of the needle is less than 10 nm. The sterilizing function of these needle patterns may originate from the patterns on the surface of cicada wings.
상기 니들층의 방오 성능은 중간층의 변형 깊이에 영향을 받으며, 상기 니들층의 방오 성능을 구현을 위한 중간층의 변형 깊이를 갖도록 중간층의 두께를 설정할 수 있다. 바람직하게, 상기 중간층의 두께가 0.7mm이상일 때 중간층의 변형 깊이가 니들층의 방오 성능을 구현할 수 있다.The antifouling performance of the needle layer is affected by the deformation depth of the middle layer, and the thickness of the middle layer can be set to have the deformation depth of the middle layer to implement the antifouling performance of the needle layer. Preferably, when the thickness of the intermediate layer is 0.7 mm or more, the deformation depth of the intermediate layer can realize the antifouling performance of the needle layer.
도 9a는 상기 니들의 간격에 따른 E. coli 배양 실험결과로서, 니들의 간격이 좁을수록 방오 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 박테리아가 죽은 경우 빨간색으로 나타나며, 살아있는 박테리아는 초록색으로 나타난다. 니들 간격이 50nm일 때, 방오 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 상기 니들 간격은 100nm 내지 5μm이다. 상기 니들 간격은 좁을수록 향상된 방오 효과를 나타낸다. 바람직하게, 상기 니들 간격은 500nm이다. Figure 9a shows the results of an E. coli culture experiment according to the spacing of the needles. It can be seen that the narrower the spacing of the needles, the better the antifouling performance. Dead bacteria appear in red, while live bacteria appear in green. It can be seen that when the needle spacing is 50 nm, antifouling performance is improved. The needle spacing is 100 nm to 5 μm. The narrower the needle spacing, the improved antifouling effect. Preferably, the needle spacing is 500 nm.
도 9b는 니들에 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine(MPC)을 코팅하여 방오 효과를 확인한 그래프이다. MPC는 니들의 방오 성능을 향상시킬 수 있다.Figure 9b is a graph confirming the antifouling effect by coating 2-methacryloyloxyethyl phosphorylcholine (MPC) on the needle. MPC can improve the antifouling performance of needles.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 베이스층 상에 중간층을 적층하는 단계; 양각패턴과 음각패턴이 반복 형성되는 상부층을 상기 중간층 상에 적층하는 단계; 및 상기 양각패턴 상에 니들층을 형성하는 단계를 포함하는 방오 부재의 제조방법이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, laminating an intermediate layer on a base layer; Laminating an upper layer in which an embossed pattern and an intaglio pattern are repeatedly formed on the middle layer; and forming a needle layer on the embossed pattern.
상기 중간층은, 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 실리콘 오일(Silicone oil), 오르가노겔(organogel), 에코플렉스(ecoflex), 트릭톤 X(Triton X) 및 하이드로겔(hydrogel) 중 하나 이상으로 이루어진, 방오 부재의 제조방법이 제공된다.The middle layer is made of one or more of polydimethylsiloxane (PDMS), silicone oil, organogel, ecoflex, Triton A method for manufacturing an antifouling member is provided.
본 발명의 실시예에 따라 제작된 방오 부재로 피복된 표면을 갖는 선박, 수면 하부 구조물 또는 인공장기 등에 이용하여 표면의 오염물질을 제거할 수 있다. Contaminants on the surface can be removed by using the surface of a ship, a structure under the water, or an artificial organ having a surface covered with an antifouling member manufactured according to an embodiment of the present invention.
본 발명에 따라 제조된 방오 부재는 간헐적 도뇨 카테터(intermittent catheter), 유치 도뇨 카테터(Foley catheter), 기관절개용 튜브(tracheal tube), 중심 정맥 카테터(central venous catheter), 스완-간 카테터(Swan-Ganz catheter), 배아 이식 카테터(embryo transfer catheter), 제대 카테터(lical line), 투히 보스트 어댑터(Tuohy-Borst adapter), 자궁 내 카테터(intrauterine catheter)에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 방오 부재는 인공관절, 임플란트, 선박, 해양구조물, 디스플레이 생산 공정에 이용되는 수조 표면 또는 정수시관 내부로 사용될 수 있다. The antifouling member manufactured according to the present invention is used in an intermittent catheter, an indwelling urinary catheter, a tracheal tube, a central venous catheter, and a Swan-liver catheter. It can be used for Ganz catheter, embryo transfer catheter, umbilical catheter (lical line), Tuohy-Borst adapter, and intrauterine catheter. In addition, the antifouling member manufactured according to the present invention can be used on the surface of a water tank or inside a water purification pipe used in the production process of artificial joints, implants, ships, marine structures, and displays.
도 10a는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 방오 부재를 도뇨 카테터에 적용한 예다. 도뇨 카테터는 도뇨 카테터의 외측부터 내측으로 지지층(supporting layer), 탄력댐핑층(resilient damping layer), 인공근육층(artificial muscle layer), 파상벽((patterned) undulatory wall), 배지(culture medium)으로 이루어진다. 파상벽은 본 발명에 따라 제조된 방오 부재를 갖는 층을 나타낸다. Figure 10a is an example of applying an antifouling member manufactured according to an embodiment of the present invention to a urinary catheter. A catheter is made up of a supporting layer, a resilient damping layer, an artificial muscle layer, a patterned undulatory wall, and a culture medium from the outside to the inside of the catheter. . The corrugated wall represents the layer with the antifouling member manufactured according to the invention.
도 10b는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 방오 부재를 도뇨 카테터에 적용하여 방오효과를 확인한 결과를 나타낸다. 파상벽을 갖는 도뇨 카테터와 고정벽(static wall)을 갖는 도뇨 카테터를 크리스털바이올렛(crystal violet)으로 염색하여 바이오필름(biofilm) 형성을 비교하였다. 파상벽을 갖는 도뇨카테터에서 바이오필름 형성이 현저하게 억제된 것을 확인할 수 있다. Figure 10b shows the results of confirming the antifouling effect by applying the antifouling member manufactured according to an embodiment of the present invention to a urinary catheter. A catheter with a wavy wall and a catheter with a static wall were stained with crystal violet to compare biofilm formation. It can be seen that biofilm formation was significantly suppressed in the urinary catheter with a wavy wall.
도 11a 는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 방오 부재의 중간층 두께를 각각 2.1, 1.4 및 0.7 mm로 제조한 이미지이며, 그에 따른 방오 효과 결과를 도 11b 그래프로 확인하였다. 도 11b 는 본 발명의 실시예에 따라 각각 다른 중간층 두께로 제작된 방오 부재의 표면에 형성된 박테리아 면적의 비교값을 나타낸 그래프이다.Figure 11a is an image of an antifouling member manufactured according to an embodiment of the present invention with an intermediate layer thickness of 2.1, 1.4, and 0.7 mm, respectively, and the resulting antifouling effect results were confirmed in the graph of Figure 11b. Figure 11b is a graph showing comparative values of the area of bacteria formed on the surface of antifouling members manufactured with different intermediate layer thicknesses according to an embodiment of the present invention.
<실시예. 와류에 의한 표면 진동을 활용한 방오 부재 제조><Example. Manufacturing of antifouling members using surface vibration caused by eddy currents>
표면 오염을 방지하기 위한 나노구조체(NN) 또는 화학적 소재 (MPC, 2-methacryloryloxyethyl phosphorylcholine (MPC)과 같은 양쪽성 이온(zwitter ion)) 적용층과 와류를 이용한 표면 진동을 일으키기 위하여 PUA 또는 PDMS로 상부층을 형성하였다. 상부층 표면에 와류 형성을 일으키기 위하여 상부층 표면을 연속선형, 불연속선형, 샤크렛형 및 샤크렛 유사형 중 어느 하나로 각각 제조하였다.A layer of nanostructures (NN) or chemical materials (zwitter ions such as 2-methacryloryloxyethyl phosphorylcholine (MPC)) to prevent surface contamination and a top layer of PUA or PDMS to generate surface vibration using vortices. was formed. In order to cause vortex formation on the upper layer surface, the upper layer surface was manufactured in one of the following shapes: continuous linear, discontinuous linear, sharklet type, and sharklet-like shape.
중간층으로, 터뷸런스를 효과적으로 일으키기 위하여 경직도가 낮은 소재 가운데, PDMS와 실리콘 오일의 혼합, 오르가노겔, PDMS와 에코플렉스의 혼합, PDMS와 트릭톤X의 혼합 중 어느 하나로 선택된 소재를 선택하여 제조하였다.As the middle layer, in order to effectively generate turbulence, it was manufactured by selecting one of the following materials among materials with low rigidity: a mixture of PDMS and silicone oil, organogel, a mixture of PDMS and Ecoplex, and a mixture of PDMS and TricktonX.
중간층의 두께는 0.7, 1.4 및 2.1 mm로 각각 제조하였다.The thickness of the middle layer was 0.7, 1.4, and 2.1 mm, respectively.
베이스층은 표면 보호를 위한 커버 및 적용면에 부착하기 위한 층으로 플렉서블한 PET, PDMS 또는 PUA로 제조하였다.The base layer was made of flexible PET, PDMS, or PUA as a cover for surface protection and a layer for attachment to the application surface.
<실험예1. 상부층 표면 형태에 따른 방오 효과><Experimental Example 1. Anti-fouling effect depending on the surface shape of the upper layer>
상부층 표면을 각각 연속선형, 불연속선형, 샤크렛형 및 샤크렛 유사형으로 제조하여, 방오 효과 테스트를 한 결과, 도 7에서와 같이 샤크렛형과 샤크렛 유사형에서 방오 부재의 단위면적당 흡착 또는 제거된 미생물 측정의 양이 현저히 적은 것을 확인할 수 있었다.The upper layer surface was manufactured into continuous linear, discontinuous linear, sharklet-type, and sharklet-like shapes, respectively, and the antifouling effect was tested. As a result, as shown in Figure 7, the adsorbed or removed per unit area of the antifouling member in the sharklet-type and sharklet-like shapes. It was confirmed that the amount of microorganisms measured was significantly small.
<실험예2. 중간층의 두께에 따른 방오효과><Experimental example 2. Antifouling effect depending on the thickness of the middle layer>
중간층의 변형 깊이는 외력의 세기에 비례하고, 중간층의 두께에 반비례하는 경향성을 가지는 것을 확인하게 위하여, 중간층의 두께를 하기의 도 11a와 같이 각각 0.7, 1.4 및 2.1 mm로 방오 부재를 제조하였다.In order to confirm that the deformation depth of the middle layer is proportional to the strength of the external force and tends to be inversely proportional to the thickness of the middle layer, antifouling members were manufactured with the thickness of the middle layer being 0.7, 1.4, and 2.1 mm, respectively, as shown in Figure 11a below.
그 결과, 하기의 도 11b의 그래프를 참조할 때, 붉은색으로 표기된 부분처럼 중간층의 두께가 2.1, 1.4, 0.7 mm로 줄어듦에 따라서 방오 효과가 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이때 그래프 y축의 값은 박테리아가 형성된 면적을 의미하며, 무처리 표면과 비교하여 차이가 클수록 방오 효과가 큰 것을 의미한다.As a result, referring to the graph of FIG. 11b below, it was confirmed that the antifouling effect decreased as the thickness of the middle layer decreased to 2.1, 1.4, and 0.7 mm, as shown in the red portion. At this time, the value on the y-axis of the graph means the area where bacteria were formed, and the greater the difference compared to the untreated surface, the greater the antifouling effect.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with limited drawings as described above, those skilled in the art can apply various technical modifications and variations based on the above. For example, even if the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the described components are combined or combined in a different form than the described method, or are replaced or substituted by other components or equivalents. Adequate results can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents of the claims also fall within the scope of the following claims.
Claims (11)
상기 베이스층 상에 적층되는 중간층;
상기 중간층 상에 적층되고, 양각패턴과 음각패턴이 반복 형성되는 상부층;및
상기 양각패턴 상에 형성되는 니들층;
을 포함하고,
상기 음각패턴 상에서 형성되는 와류에 의해 상기 상부층 표면의 오염물질이 제거되는 것이며,
상기 중간층의 변형 깊이는 외력의 세기에 비례하고, 중간층의 두께에 반비례하는, 방오 부재.
base layer;
An intermediate layer laminated on the base layer;
An upper layer laminated on the middle layer and having a repeating embossed pattern and an engraved pattern; and
A needle layer formed on the embossed pattern;
Including,
Contaminants on the surface of the upper layer are removed by the vortex formed on the intaglio pattern,
The deformation depth of the middle layer is proportional to the intensity of the external force and inversely proportional to the thickness of the middle layer.
상기 중간층의 두께는 0.5mm 이상 내지 2.5mm 이하인, 방오 부재.
According to paragraph 1,
An antifouling member wherein the thickness of the intermediate layer is 0.5 mm or more and 2.5 mm or less.
상기 상부층 표면은 연속선(line)형, 불연속선(discontinuous line)형, 샤크렛(sharklet)형 및 샤크렛 유사(quasi-sharklet)형 중 어느 하나의 형태인, 방오 부재.
According to paragraph 1,
The top layer surface is one of a continuous line type, a discontinuous line type, a sharklet type, and a quasi-sharklet type.
상기 니들층의 두께는 10μm 내지 200μm인, 방오 부재.
According to paragraph 1,
An antifouling member wherein the needle layer has a thickness of 10 μm to 200 μm.
상기 니들층에 형성된 니들의 높이는 100nm 내지 500nm이고, 니들의 하부 지름은 100nm 내지 300nm이고, 니들의 상부 지름은 1nm 내지 100nm 인, 방오 부재.
According to paragraph 1,
The height of the needles formed in the needle layer is 100 nm to 500 nm, the lower diameter of the needle is 100 nm to 300 nm, and the upper diameter of the needle is 1 nm to 100 nm.
상기 베이스층은 플렉서블 폴리에틸렌 테레프타레이트(flexible Polyethylene terephthalate(PET)), 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 및 폴리우레탄 아크릴레이트(Poly urethane acrylate, PUA) 중 하나 이상으로 이루어진, 방오 부재.
According to paragraph 1,
The base layer is an antifouling member made of one or more of flexible polyethylene terephthalate (PET), polydimethylsiloxane (PDMS), and polyurethane acrylate (PUA).
상기 중간층은 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 실리콘 오일(Silicone oil), 오르가노겔(organogel), 에코플렉스(ecoflex), 트릭톤 X(Triton X) 및 하이드로겔(hydrogel) 중 하나 이상으로 이루어진, 방오 부재.
According to paragraph 1,
The middle layer is made of one or more of polydimethylsiloxane (PDMS), silicone oil, organogel, ecoflex, Triton , absence of antifouling.
상기 상부층은 폴리우레탄 아크릴레이트(Poly urethane acrylate, PUA) 또는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)으로 이루어진, 방오 부재.
According to paragraph 1,
The upper layer is an antifouling member made of polyurethane acrylate (PUA) or polydimethylsiloxane (PDMS).
양각패턴과 음각패턴이 반복 형성되는 상부층을 상기 중간층 상에 적층하는 단계; 및
상기 양각패턴 상에 니들층을 형성하는 단계;
를 포함하는, 제1항의 방오 부재를 제조하는 방법.
Laminating an intermediate layer on the base layer;
Laminating an upper layer in which an embossed pattern and an intaglio pattern are repeatedly formed on the middle layer; and
Forming a needle layer on the embossed pattern;
A method of manufacturing the antifouling member of claim 1, comprising a.
상기 중간층은, 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS), 실리콘 오일(Silicone oil), 오르가노겔(organogel), 에코플렉스(ecoflex), 트릭톤 X(Triton X) 및 하이드로겔(hydrogel) 중 하나 이상으로 이루어진, 방오 부재를 제조하는 방법.
According to clause 10,
The middle layer is made of one or more of polydimethylsiloxane (PDMS), silicone oil, organogel, ecoflex, Triton A method of manufacturing an antifouling member.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200064304 | 2020-05-28 | ||
| KR20200064304 | 2020-05-28 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210147959A KR20210147959A (en) | 2021-12-07 |
| KR102602569B1 true KR102602569B1 (en) | 2023-11-16 |
Family
ID=78868551
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210068306A KR102602569B1 (en) | 2020-05-28 | 2021-05-27 | Antifouling member utilizing surface vibration by vortex and manufacturing method thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102602569B1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013199617A (en) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | Sumitomo Electric Fine Polymer Inc | Antifouling film |
| KR101805776B1 (en) * | 2016-09-07 | 2017-12-07 | 울산과학기술원 | Actively actuatable anti-biofouling film and green house tent and manufacturing method of actively actuatable anti-biofouling film |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101682644B1 (en) * | 2014-11-27 | 2016-12-06 | 연세대학교 산학협력단 | Metallic fractal topographies for reducing drag and bio-adhesion |
-
2021
- 2021-05-27 KR KR1020210068306A patent/KR102602569B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013199617A (en) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | Sumitomo Electric Fine Polymer Inc | Antifouling film |
| KR101805776B1 (en) * | 2016-09-07 | 2017-12-07 | 울산과학기술원 | Actively actuatable anti-biofouling film and green house tent and manufacturing method of actively actuatable anti-biofouling film |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20210147959A (en) | 2021-12-07 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8997672B2 (en) | Surface topographies for non-toxic bioadhesion control | |
| Ferrari et al. | Superhydrophobic surfaces for applications in seawater | |
| Myan et al. | The interaction of marine fouling organisms with topography of varied scale and geometry: a review | |
| Sun et al. | Anti-biofouling superhydrophobic surface fabricated by picosecond laser texturing of stainless steel | |
| Pourhashem et al. | Antifouling nanocomposite polymer coatings for marine applications: A review on experiments, mechanisms, and theoretical studies | |
| Qing et al. | Rough structure of electrodeposition as a template for an ultrarobust self-cleaning surface | |
| US20180171157A1 (en) | Surface topographies for non-toxic bioadhesion control | |
| Nosonovsky et al. | Multiscale effects and capillary interactions in functional biomimetic surfaces for energy conversion and green engineering | |
| Carl et al. | Enhancing the efficacy of fouling-release coatings against fouling by Mytilus galloprovincialis using nanofillers | |
| Ouyang et al. | Bioinspired superhydrophobic and oil-infused surface: Which is the better choice to prevent marine biofouling? | |
| Wang et al. | Fabricating bionic ultraslippery surface on titanium alloys with excellent fouling-resistant performance | |
| KR102030476B1 (en) | Membrane diffusers with antifouling function | |
| JPWO2015115399A1 (en) | Structure comprising carbon film and method for forming carbon film | |
| Xiao et al. | Hot embossed microtopographic gradients reveal morphological cues that guide the settlement of zoospores | |
| KR102602569B1 (en) | Antifouling member utilizing surface vibration by vortex and manufacturing method thereof | |
| Védie et al. | Bioinspiration and microtopography as nontoxic strategies for marine bioadhesion control | |
| Deng et al. | Viscous oil de-wetting surfaces based on robust superhydrophilic barium sulfate nanocoating | |
| Halder et al. | Engineered topographies and hydrodynamics in relation to biofouling control—a review | |
| Durand et al. | Combining topography and chemistry to produce antibiofouling surfaces: a review | |
| Tian et al. | Inhibition effectiveness of laser-cleaned nanostructured aluminum alloys to sulfate-reducing bacteria based on superwetting and ultraslippery surfaces | |
| Vanithakumari et al. | Lotus effect-based coatings on marine steels to inhibit biofouling | |
| CN111471364A (en) | Nano marine antifouling paint | |
| KR101682644B1 (en) | Metallic fractal topographies for reducing drag and bio-adhesion | |
| Fenati et al. | Antifouling Properties of Liquid‐Infused Riblets Fabricated by Direct Contactless Microfabrication | |
| Zhang et al. | Improving antifouling functions of titanium alloys by robust slippery liquid-infused porous surfaces with tailored multiscale structures |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |