KR20020040782A

KR20020040782A - 소수성 물질

Info

Publication number: KR20020040782A
Application number: KR1020027002153A
Authority: KR
Inventors: 애슐리 워드 존스; 로버트 노먼 램; 후아 장
Original assignee: 추후보정; 유니서치 리미티드
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 2000-08-21
Publication date: 2002-05-30
Also published as: EP1210396B1; NZ517308A; CN1203152C; EP1210396A1; HK1047599B; CN1378581A; AUPQ234599A0; ATE344308T1; US6743467B1; JP2003507567A; DE60031692D1; CA2383234A1; EP1210396A4; WO2001014497A1; HK1047599A1

Abstract

본 발명은 소수성 표면상의 물이 150 도의 접촉각을 갖도록 형성할 수 있는 개질 겔을 형성하는 방법을 제공한다. 또한, 본 발명은 개질 겔로부터 소수성 코팅을 형성하는 방법을 제공한다. 일부 실시예에서, 소수성 코팅은 165 도 이상의 접촉각과 좋은 기층 접착성을 가지며 상당히 높은 소수성도를 갖는다. 본 방법은 겔을 특정 물질에 결합하는 것과 관련이 있다. 겔의 화학적 소수성도는 특정 물질의 물리적 러프니스에 의해 보강됨이 확실하다.

Description

소수성 물질{HYDROPHOBIC MATERIAL}

소수성 코팅은 동결 및 다른 표면의 손상을 감소시키는 용도를 갖는 방수성 코팅이다. 상기 코팅들은 산제 및 알칼리제와 같은 수용성 전해질 및 미생물에 내부착성인 보호 표면을 제공한다.

종래에는, 물 때, 부식, 동결 및 손상에 대해 중합체 필름, 소수성 고체 충진제 및 소수성 액체를 함유하는 코팅으로서 표면을 보호하였다. 상기 코팅을 사용함에 있어 주요한 단점은 다양한 원인에 의한 손상에 대해 보호할 수 있을 정도로 충분히 만능이 되지 못하기 때문에 다목적인 보호를 할 수 없다는 것이다.

다양한 물질의 젖음성은 물질의 물리 및 화학적 이질성에 의존함은 잘 알려져 있다. 특정 고체의 젖음성의 양적 측정법으로서 고체 기층의 일 표면에 액체 한 방울에 의해 생성된 접촉각 Θ를 이용하는 것은 역시 잘 알려져 있다. 상기 액체가 표면에 완전히 펴지고 필름을 형성하면, 상기 접촉각 Θ는 0도이다. 상기 기층 표면상에 액체 구슬의 정도가 있다면, 상기 표면은 젖지 않은 것으로 여겨진다. 접촉각이 90도 이상이면, 기층 표면은 일반적으로 소수성으로 여겨진다.

액체 방울의 접촉각이 높은 물질의 예로서, 파라핀 상의 물을 포함하고, 이의 접촉각은 107도이다. 소수성 코팅을 요하는 많은 용도에서 적어도 150도, 바람직하게는 165도의 높은 접촉각을 갖는다.

"겔(gel)"은 연속적으로 액체상을 둘러싸는 연속적인 고체 골격을 함유하는 물질이다. 상기 액체는 고체가 붕괴되는 것을 방지하고, 상기 고체는 액체가 새어나오는 것을 방지한다. 상기 고체 골격은 콜로이드 입자들을 함께 연결함으로서 형성될 수 있는 것이다.

본 발명은 표면이 코팅될 때, 표면에 소수성을 부여하는 물질의 제조 방법을 개발한 것이다.

본 발명은 코팅(coating) 기술에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 소수성 코팅 물질에 관한 것이고 이들 물질로 코팅을 생산하는 방법에 관한 것이다.

도 1은 실리카 소수성 코팅의 5,000 배 전자 현미경의 확대 이미지.

도 2는 도 1의 소수성 코팅과 동일한 전자 현미경 이미지(x 100,000)의 확대도.

제1측면에서, 본 발명은 표면에 도포될 수 있는 물질의 형성 방법을 제공하고, 상기 방법은 다음 단계를 포함한다:

(a) 겔을 형성하기 위하여 반응 가능한 전구체들를 제공하는 단계;

(b) 겔을 형성하기 위하여 전구체들을 함께 반응시키는 단계;

(c) 혼합물을 형성하기 위하여 특정 물질을 상기 겔에 첨가하는 단계(상기 특정 물질은 화학적으로 겔과 결합할 수 있다); 및

(d) 개질된 겔이 형성되도록 상기 혼합물을 처리하는 단계(상기 특정 물질은겔과 결합하고, 상기 개질된 겔은 소수성 표면상의 물이 적어도 150도의 접촉각을 형성하도록 소수성 표면을 갖는다).

제2측면에서, 본 발명은 기층 상에 코팅을 형성하는 방법을 제공하는바, 상기 방법은 본 발명의 제1측면의 단계 (a) 내지 (d)를 포함하며, 다음 단계들을 부가적으로 포함한다:

(e) 상기 기층에 개질 겔을 도포하는 단계; 및

(f) 코팅이 기층 상에 형성되도록 상기 도포된 개질 겔을 처리하는 단계(상기 코팅은 소수성 표면상의 물이 적어도 150도의 접촉각을 형성하도록 소수성 표면을 갖는다).

바람직하게는, 본 발명의 제1 또는 제2측면 중 어느 하나에 정의된 소수성 표면에서, 물은 표면상에 적어도 155도의 접촉각을 형성한다. 보다 바람직하게는, 상기 접촉각은 적어도 160도이다. 더욱 바람직하게는, 상기 접촉각은 165도이다.

일 표면에 도포될 때, 소수성 물질의 소수성도는 상기 개질 겔의 화학적 특성 및 물질의 물리적 러프니스(roughness)에 기인하는 것이 바람직하다. 본 발명의 제1측면의 개질 겔은 벌크 물질, 두꺼운 코팅 및 얇은 필름을 포함하는 가능한 형태의 범위에서 고체 물질을 생성하는데 사용될 수 있다.

가교제로서 겔의 기능은 특정 물질을 결합시키고 필요한 경우 기층에 개질 겔을 고착시킨다. 겔 형성 공정은 일반적인 것이 사용된다. 일반적으로, 본 발명의 제1 및 제2측면의 단계 (a)에서 정의된 전구체는 적어도 물, 용매 및 다음 중 하나인 금속 알콕사이드를 포함한다:

- 테트라메톡시실란 (약자로 TMOS), Si(OCH₃)₄;

- 테트라에톡시실란 (약자로 TEOS), Si(OCH₂CH₃)₄;

- 티타니움 테트라이소프로프옥사이드, Ti(O-iso-C₃H₇)₄;

- 티타니움 테트라메톡사이드, Ti(OCH₃)₄;

- 티타니움 테트라에톡사이드, Ti(OC₂H₅)₄;

- 티타니움 테트라부톡사이드, Ti[O(CH₂)₃CH₃]₄;

- 지르코니움 n-부톡사이드, Zr(O-n-C₄H₉)₄.

상기 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 또는 부탄올과 같은 알코올을 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 용매는 헥산 또는 디에틸을 포함할 수 있다.

예를 들어, 실리케이트 겔은 알코올에 용해된 알콕사이드를 무기산 또는 염기로 가수분해함으로서 합성할 수 있다. 최종 산물은 망상 실리콘 디옥사이드이다.

본 발명의 제1 및 제2측면에서, 전구체들의 반응 단계 (b)는 예를 들어 4시간 내지 24시간의 범위 내에서 일정 시간과 같은, 연장된 시간동안 환류(refluxing)에 의해 수행된다.

본 발명의 제1 및 제2 측면의 단계 (c)에서 정의된 특정 물질은 본질적으로 동일한 직경을 갖거나 선택적으로 다양한 직경을 갖는 입자들로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 적어도 상기 입자들의 일부는 1 nm 내지 500 ㎛의 범위 내에서 직경을 갖는다. 보다 바람직하게는, 상기 범위는 1nm 내지 100㎛이다. 더욱 보다 바람직하게는, 상기 직경은 1 nm 내지 1 ㎛이다. 더욱 보다 바람직하게는, 상기 직경은 1 nm 내지 100 nm이고 특히 보다 바람직하게는, 상기 직경은 5 nm 내지 50 nm이다. 일 실시예에 있어서, 특정 물질은 1 nm 내지 500 ㎛의 범위 내에서 직경을 갖는 입자로 구성된다. 또한 일 실시예에 있어서, 특정 성분의 지배적인 입자 직경은 5 nm 내지 50 nm 범위이다. 또한 일 실시예에 있어서, 평균 입자 크기는 5 nm 내지 20 nm의 범위 내이다. 또한, 일 실시예에서, 평균 입자 크기는 약 15 nm이다.

본 발명의 제1 및 제2측면의 단계 (d)는 1차적으로 예를 들어 초음파욕 내에서 상기 혼합물을 완전히 혼합함으로서 수행된다. 본 단계을 수행하는 동안, 특정 물질을 분산하기 위하여 선택적으로 이소프로필과 같은 알코올이 상기 혼합물에 첨가될 수 있다. 2차적으로, 상기 혼합물은 특정 물질과 겔 사이에 화학적 결합을 야기하기 위하여 환류될 수 있다.

기층에 개질 겔을 도포하는 단계 (e)는 스핀 코팅, 딥 코팅 또는 스프레이 코팅과 같은 액체로부터 코팅을 형성하는 공지의 기술로 이루어질 수 있다.

고체 코팅이 형성될 때까지, 단계 (f)가 상기 도포된 개질 겔을 건조하는데 관여할 수 있다. 상기 개질 겔을 제거할 필요가 있는 용매가 존재하며, 이러한 경우에 상기 건조는 적어도 용매를 증발시킬 수 있는 정도의 높은 온도에서 도포된 개질 겔을 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 건조 온도는 기층의 융점 및 겔 형태에 좌우된다. 특정 실시용 건조 온도는 일반적으로 사용되는 온도에 좌우되고 일정한 경우 코팅의 두께에 의존한다. 실리카 코팅의 경우에 있어서, 상기 기층이 특정 온도에서 견딜 수 있는 경우에, 10 내지 30 분 동안 120 도 내지 400 도 범위내의 가열 온도가 적합하다. 상기 기층이 낮은 융점을 가질 경우, 진공 건조 또는 진공 건조와 가열의 혼합이 바람직할 수 있다.

상기 코팅의 탄력성 및 유연성은 단계 (c) 동안 상기 겔에 중합체 성분을 첨가함으로서 강화된다. 선택적으로, 상기 중합체 성분은 단계 (c) 직전 또는 직후에 겔에 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 상기 중합체 성분은 단계 (d) 동안 겔 및 특정 물질과 결합하고, 바람직하게는 소수성 갖거나 단계 (d) 내의 반응에 의해 발생한 소수성 중 하나이다.

중합체 성분이 겔에 혼합되는 경우, 상기 방법은 소수성 표면의 고유의 화학적 소수성도를 강화하기 위하여 단계 (d) 전에 표면 개질제를 첨가하는 단계를 부가적으로 포함할 수 있다. 상기 표면 개질제는 겔 및 특정 물질 사이에 결합을 부가적으로 강화할 수 있다. 상기 표면 개질제는 하나 이상의 축합 경화 군 및 하나 이상의 소수성 군을 함유하는 화합물일 수 있다. 하나 이상의 축합 경화 군은 다음 군중 하나 이상을 포함한다: 아세톡시; 에녹시; 옥심; 알콕시; 또는 아민. 표면 개질제는 SiR(OAc)₃,를 포함할 수 있고, 여기서 R은 메틸, 에틸, 비닐 또는 트리플루오르프로필과 같은 소수성 군이고, Ac는 아세틸 군이다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 특정 물질은 실리카를 포함하며, 겔은 실리케이트 겔을 포함하며, 표면 개질제는 메틸트리아세트옥실란을 포함한다. 표면 개질제를 첨가하는 단계는 단계 (c) 직전, 단계 (c) 동안 또는 단계 (c) 직후에 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 본 발명의 제1 및 제2측면의 단계 (d)에서 함께 혼합되고 반응할 때, 혼합 및 겔, 특정 물질 및 선택적 중합체 성분은 슬러리를 형성한다.

바람직한 일 실시예에 있어서, 상기 특정 물질은 연소-가수분해된 실리카 분말로 구성되고, 겔 전구체는 TMOS 또는 TEOS와 같은 실리콘 디옥사이드 겔을 형성할 수 있는 화합물을 포함한다. 이러한 경우에 적합한 중합체 성분은 폴리디메틸실록산(PDMS)이고, 각 사슬의 말단이 수산기 군으로 된 중합체이다. 산물인 개질 겔은 화학적으로 망상 실록산에 결합되고 액체에 둘러싸인 실리카 입자들로 구성된다.

연소-가수분해된 실리카 분말은 상대적으로 고가이고 상업적으로는 5 내지 50 nm의 범위 내에 주요 크기를 가지는 입자로 된 Degussa 사의 Aerosil^TM실리카 분말이 사용된다. 비록 연소-가수분해된 실리카 입자들은 최초에는 친수성이지만, 단계 (d) 동안에 표면 화학 성질은 입자들의 표면상에서 실란올 관능기 (≡Si-OH)로 전환됨으로서 변화되고 실록산 결합(≡Si-O-Si≡)으로 변화된다. 이러한 상호작용은 입자들이 PDMS 및 표면 개질제와의 반응을 통하여 소수성이 부여되는 장점을 갖는다. 이러한 방식으로 제조되는 개질 겔은 특히 2가지 이유에서 소수성이다. 1차적으로 실록산 결합의 화학적 특성이 이를 본래 소수성으로 만든다. 2차적으로, 연소-가수분해된 실리카 내의 작은 크기의 입자들이 개질 겔에 실리콘 디옥사이드의 소수성도를 증가시키는 소규모 러프니스를 부여한다.

실리카 및 실리카염 입자들이 바람직하지만, 충분히 작은 입자 크기로 제조될 수 있는 소수성 특성의 다른 물질들이 입자들에 결합할 수 있는 소수성 겔과 결합하는데 사용될 수 있다. 실시예들은 티타니움 디옥사이드와 같은 산화 금속으로부터 형성되는 입자들 및 겔들을 포함한다. 대신에, 티타니움 디옥사이드 입자들은 티타니움 테트라이소프로프옥사이드로부터 형성되는 티타니움 디옥사이드 겔과 반응할 수 있다.

본 발명의 제1 및 제2측면의 구체적인 실시예가 이하 설명될 것이다. 단계 (a)에 있어서, 전구체는 5 g의 TEOS이고 HCl로 산성화된 물 1.7 g이며 pH가 약 4이고, 에탄올이 2.7 이다. 단계 (b)에 있어서, 혼합물은 실리카 겔을 형성하기 위하여 6 내지 36 시간 동안 환류된다. 단계 (c)에 있어서, 겔에 첨가되는 특정 물질은 혼합물을 형성하는 연소-가수분해 실리카 분말 0.5 g 내지 2.5 g이다. 그 후 PDMS 약 0.5 g 내지 5 g 및 이소프로판올 약 50 g이 혼합물에 첨가된다. 단계 (d)에 있어서, 상기 반응제들은 균질한 슬러리를 형성하며 15 내지 30분 동안 초음파 욕내에서 잘 혼합되고 교반된다. 상기 슬러리는 그 후 화학적으로 실리카 분말 및 PDMS와 결합을 만들도록 6 내지 24 시간 동안 환류되도록 한다. 본 발명의 제2측면에 따라, 상기 슬러리는 코팅을 형성하는데 사용될 수 있는 개질 겔이다. 바람직한 실시예에 따라서, 기층이 회전하는 동안 단계 (e)는 기층 위에 소량의 슬러리를 침전시키는 단계를 포함한다. 일반적인 기층은 금속, 유리 및 세라믹이다. 기층은 1000 내지 2000 rpm의 회전율로 회전된다. 단계 (f)에 있어서, 도포된 기층은 10 내지 30분 동안 약 400 도의 온도의 오븐에 놓여진다.

제3측면에서, 본 발명은 제1측면에 의한 방법에 의해 생성된 개질 겔을 제공한다.

제4측면에서, 본 발명은 적어도 일부분이 제1측면에 의한 방법에 의해 제공된 개질 겔로부터 형성되는 소수성 코팅로 도포된 표면을 갖는 물체를 제공한다.

제5측면에서, 본 발명은 제2측면에 의한 방법에 의해 생성된 소수성 코팅을 제공한다.

제6측면에서. 본 발명은 적어도 일부분이 제2측면에 의한 방법에 의해 생성된 소수성 코팅로 도포된 표면을 갖는 물체를 제공한다.

제7측면에서. 본 발명은 적어도 물체 표면의 일부분을 도포하기 위하여 제2측면에 의한 사용을 제공한다. 소수성 코팅로 처리될 수 있는 코팅은 금속, 합금, 유리, 세라믹, 조성물뿐만 아니라 다른 물질을 포함할 수 있다. 상기 표면 처리는 결정화 중심의 부식 또는 형성을 방지하는데 사용될 수 있다. 상기 처리는 표면의 동결을 방지, 빌딩 및 다른 구조물와 같은 지상의 고정된 시설용 반-그리핑(anti-griping) 소수성 코팅을 생성, 항공기용 반동결 및 내부식성 코팅을 제공 또는 접안과 연안 수로 선박용 반동결, 내오염 및 내부식 코팅을 제공하는데 사용될 수 있다. 실리카로 형성된 소수성 내오염 코팅은 주로 사용되는 코팅에 비하여 해양 환경에 훨씬 덜 독성이 있는 장점이 있다.

다른 용도로 미세식물의 군집에 대한 저항성을 증가시킨다. 소수성 코팅은 기구 및 장치의 존속성, 작동 및 신뢰성을 연장시키기 위해 사용될 수 있다.

다른 용도로서, 액체 열전환기를 갖는 밀폐 열교환기를 이용하는 내연 엔진 내에 냉각 시스템의 내부식성을 증가시키고, 일반적으로 농업 기기 및 트랙터와 콤바인과 같은 차대용 내부식 및 반동결 코팅을 제공하면서. 소수성 코팅은 카누, 요트, 배 및 다른 수상 수송기와 같은 배에 드래그(drag)를 감소시키는 것을 포함한다.

본 발명에 의한 소수성 코팅은 방수 빌딩 기초와 구조 및 방사선 폐기물 시설에 사용될 수 있고, 수냉 타워의 작동 존속기간을 연장시킬 수 있고, 철도 바퀴를 미세식물로부터 보호하고, 냉각 챔버, 냉장고 및 냉각 장치용 반동결 코팅을 제공하고, 수력 발전 댐의 존속 기간을 연장시키고, 풍력 모터의 효율성을 증가시키는데 사용될 수 있다. 물은 금속 표면으로부터 반발하기 때문에, 소수성 코팅으로 도포된 금속 부분은 덜 녹이 드는 경향이 있다. 소수성 코팅은 상기 코팅이 가시광선을 투과하는 경우 방풍 유리와 같은 창에 사용될 수 있다.

이러한 적용을 통하여, 문맥이 다른 것들을 필요하지 않은 경우에도, "포함" 이란 단어 또는 "포함한다" 또는 "포함하는" 과 같은 변형은 상기 요소, 완전체 또는 단계의 포함하거나 요소, 완전체 또는 단계의 군의 포함을 의미하는 것으로 이해될 것이고, 기타 요소, 완전체나 단계 또는 요소, 완전체나 단계의 군을 배제하는 것은 아니다.

본 발명을 보다 정확하게 이해하기 위하여, 하기 실시예와 첨부된 도면이 참고로 설명될 것이다.

실리카에 기초한 소수성 코팅의 혀성 방법이 설명될 것이다. 이 경우에 솔(sol)-겔의 2가지 기본적인 화학적 반응들은:

(1) 가수분해,

≡Si(OR) + H₂0 - > ≡Si(OH) + ROH; 및

(2) 축합,

≡Si(OR) + ≡Si (OH) - > ≡Si-O-Si≡ + ROH (알코올-생성), 및

≡Si(OH) + ≡Si(OH) - > ≡Si-O-Si≡ + H₂0 (물-생성).

가수분해 및 축합 반응은 일반적으로 동시에 발생한다.

겔을 생성하기 위해 사용되는 전구체는 테트라에톡시실란(Si(OCH₂CH₃)₄)이고 특정 물질은 연소-가수분해 실리카 분말(^{Aerosil TM}실리카)이다. 실리카 분말은 5 내지 50 nm 의 주요 입자 크기를 기지며 분말의 특정 표면은 약 50 내지 600 m²/g 이다. 넓은 특정 표면은 코팅의 표면 러프니스에 영향을 미치고 코팅의 소수성도과 관련되므로 실리카의 중요한 특징이다.

중합체 성분은 폴리디메틸실록산이다(PDMS):

CH₃

l

OH-(Si-O)_n-H

l

CH₃

특이하게, PDMS는 열에 저항성이 있고, 변형없이 약 400도로 온도를 증가시 견딜 수 있는 중합체이다. 또한, 높은 전기 저항성을 가지며, 적어도 10년 동안 변형이나 감성이 적거나 없이 UV 선의 외부 노출에 견딜 수 있다. PDMS는 PDMS 사슬이 실리카 겔 또는 실리카 입자에 반응하고 결합할 수 있는 좌로서 관능기인 수산기 군이 말단기이다. PDMS는 수산기 군이 제거될 때 소수성이 된다. 본 실시예에서 사용되는 PDMS는 약 90 내지 20,000 cSt 의 점도를 갖는다.

바람직하게, 개질 겔은 코팅을 형성하기 위해 기층에 도포될 수 있는 슬러리로서 형성된다. 일반적인 겔 코팅 형성을 위한 공지의 기술이 사용될 수 있다. 제1기술은 상기 슬러리를 기층에 칠하는 것이나 생성된 코팅의 균일성이 다양하다. 제2기술은 딥 코팅이다. 상기 기층은 특정율에서 슬러리에 담겨지고 꺼내진다. 제3기술은 스핀 코팅이다. 본 기술에 있어서, 기층은 수천 rpm과 같은 특정율로 회전할 수 있는 수평 플랫폼에 부착된다. 상기 슬러리는 회전하는 동안 기층 위에 드랍식으로 떨어지고 높은 균일 코팅이 이루어진다. 코팅 두께는 회전율이나 떨어지는 슬러리의 부피를 조절함으로서 제어할 수 있다. 또 다른 코팅 방법은 스프레이 코팅이다. 슬러리의 스프레이 용액은 적절한 거리, 흐름율 및 시간으로 기층 위에 뿌려져서 적합한 두께의 균일 코팅이 형성된다.

실시예 1

실리카 소수성 코팅이 하기 절차를 사용하여 제조된다.

* 혼합

TEOS 5 g;

물 1.7 g, 약 pH 4의 산성화된 HCl; 및

에틴올 2.7 g. 실리카 겔을 형성하기 위하여 6 내지 36 시간 동안 혼합물을 환류.

* 혼합물을 첨가

90 내지 150 cSt의 점도로 된 0.5 sow 5 g의 PDMS;

Degussa 사의^{Aerosil TM}200 (각각의 입자편균 크기가 15 nm인 연소 가수분해된 실리카 분발) 0.5 내지 2.5 g; 및

이소프로판올 약 50 g.

* 입자들을 분산시키고 균질의 슬러리를 형성하기 위하여 15 내지 30분 동안 초음파욕 내에서 반응물을 잘 혼합하고 진동. 일반적으로 진동 주파수는 40 KHz면 충분하다.

* 초음파 욕에서 반응물를 제거하고 약 6 시간 동안 환류. 상기 반응 슬러리는 소수성 코팅을 제조하기에 적합하다.

* 스핀 코팅법을 사용하여 기층 위에 상기 슬러리 방울을 낙하. 1000 내지 2000 rpm의 회전율이 적합하나 이는 슬러리의 점도, 요구되는 코팅 두께 및 기층 표면에 의존한다. 금속, 유리, 실리콘, 세라믹, 중합체 및 조성물을 포함하여 다양한 기층 형태가 사용될 수 있다. 그러나, 기층은 적당한 판이 되어야 한다.

* 10 내지 30 분 동안 약 400 도의 온도의 오븐내에서 상기 도포된 기층을 위치.

도 1 및 2는 상기 기술을 사용하여 생산된 소수성 코팅의 표면의 스캐닝 전자 현미경 이미지를 나타낸 것이다. 상기 표면은 5,000 배(도 1) 및 100,000 배(도 2)로 본 것이다. 코팅은 상당히 러프한 표면을 가짐이 이미지로부터 명확하다. 더 나아가, 표면 러프니스의 차원은 10 나노미터 내지 10 미크론의 범위에서 적어도 3배 배율로 회전한다.

실시예 2

본 비교예에서, Aerosil 200의 양이 1.5 g으로 변화하는 것을 제외하고, 실시예 1이 반복된다. 보다 높은 PDMS/Aerosil에 따라서, 소수성도의 감소 없이 실리카 입자들 사이에 보다 많이 결합될 수 있다.

실시예 3

본 비교예에서, TEOS의 양이 2.5 g 내지 5 g으로 변화하는 것을 제외하고,실시예 1이 반복된다. 가교제로서 TEOS 작용이 적어짐에 따라, 코팅의 소수성도는 감소하지 않음을 알 수 있다. 본 코팅에서 상대적으로 PDMS 함량이 많아짐에 따라, 코팅의 유연성이 증가할 수 있다. 그러나, 실리카 입자들 사이에 결합 및 입자들과 기층 사이의 감소하기 때문에 코팅의 내구성이 감소한다.

실시예 4

본 비교예에서, TEOS의 양이 2.5 g 내지 5 g으로 감소하는 것을 제외하고, 비교예 2가 반복된다. TEOS/Aerosil 비율 및 PDMS/Aerosil 비율을 알맞게 함으로서, 최종 코팅은 좋은 내구성과 유연성을 갖는다.

실시예 5

본 비교예에서, 사용된 PDMS의 점도가 90 내지 150 cSt 부터 2,000 cSt 까지 증가하는 것을 제외하고, 실시예 1이 반복된다. 코팅 내의 PDMS 사슬이 보다 길어짐에 따라, 코팅의 유연성이 증가될 수 있다.

실시예 6

본 비교예에서, 사용된 PDMS의 점도가 90 내지 150 cSt 부터 2,000 cSt 까지 증가하는 것을 제외하고, 비교예 2가 반복된다.

실시예 7

본 비교예에서, 사용된 PDMS의 점도가 90 내지 150 cSt 부터 2,000 cSt 까지 증가하는 것을 제외하고, 비교예 3이 반복된다.

실시예 8

본 비교예에서, 사용된 PDMS의 점도가 90 내지 150 cSt 부터 2,000 cSt 까지 증가하는 것을 제외하고, 비교예 4가 반복된다.

실시예 9

본 비교예에서, 사용된 PDMS의 점도가 90 내지 150 cSt 부터 2,000 cSt 까지 또는 그 이상 증가하는 것을 제외하고, 실시예 1이 반복된다. 코팅 내의 PDMS 사슬이 보다 길어짐에 따라, 코팅의 유연성이 증가될 수 있다.

실시예 10

본 비교예에서, 사용된 PDMS의 점도가 20,000 cSt 까지 증가하는 것을 제외하고, 비교예 2가 반복된다.

실시예 11

본 비교예에서, 사용된 PDMS의 점도가 20,000 cSt 까지 증가하는 것을 제외하고, 비교예 3이 반복된다.

실시예 12

본 비교예에서, 사용된 PDMS의 점도가 20,000 cSt 까지 증가하는 것을 제외하고, 비교예 4가 반복된다.

실시예 13

본 비교예에서, Aerosil 200이 Degussa 사에서 수득되는 Aerosil 8202(평균 각 입자크기는 17 nm)로 대체되는 것을 제외하고, 실시예 1이 반복된다. 상기 입자들의 크기에 따라, 결과 코팅의 소수성도은 현저히 감소함을 알 수 있다.

실시예 14

본 비교예에서, Aerosil 200이 평균 입자 크기가 약 300 내지 500 nm를 가진 틴 옥사이드 분말로 대체되는 것을 제외하고, 실시예 1이 반복된다. 상기 입자들의 크기가 현저히 감소함에 따라, 현저하지는 않으나 결과 코팅의 소수성도은 감소함을 알 수 있다. 이는 소수성도가 표면 러프니스에 의해 영향을 받고, 입자 크기에 덜 영향을 받음을 알 수 있다.

실시예 15

본 비교예에서, Aerosil 200이 평균 입자 크기가 약 5,000 nm를 가진 안티모니(III) 옥사이드 분말로 대체되는 것을 제외하고, 실시예 1이 반복된다. 상기 입자들의 크기가 현저히 증가는 현저히 코팅의 소수성도를 현저히 감소시킴을 알 수있다.

하기 표은 실시예 1 내지 14에서 생성된 코팅에 의한 접촉각을 측정한 결과이다.

표 1

실시예 번호접촉각(도)

1 167

2 164

3 167

4 153

5 158

6 174

7 169

8 145

9 164

10158

11 172

12 170

13 159

14 151

15 115

16 155

실시예 16

본 비교예에서, 실리카 소수성 코팅은 에탄올 대신 헥산을 사용하여 제조되고 표면 개질제를 포함한다.

테트라에틸오르도실리케이트(TEOS) 1.5 g, 물(HCl로 산성화된 pH 4) 150 mg, 헥산 50 ml를 포함하는 혼합물은 4 시간 동안 환류된다. 이러한 반응 시스템을 위하여, 첨가되는 것은 다음과 같다: 수산기 말단의 PDMS 2 g(점도가 90 내지 50,000 cSt로 변함); 최초 Aerosil 실리카 분발 0.5 g(소수성으로 처리되지 않음); 메틸트리아세토옥실란 1.5 g; 및 헥산 약 50 ml. 15 내지 30 분동안 약 40 KHz의 주파수의 초음파 욕에서 상기 반응물들은 잘 혼합되고 진동되어서, 상기 입자들은 분산되고 균질한 슬러리를 형성한다. 초음파 욕에서 반응물을 제거하고, 결과 슬러리는 스핀 코팅법을 사용하여 소수성 코팅을 형성하는데 사용된다. 스프레이 코팅을 하는 동안, 상기 슬러리는 균질한 코팅을 형성하기 위하여 적절한 거리, 흐름율 및 시간 길이에서 상기 기층 상에 뿌려진다. 상기 기층이 슬러리로 도포된 후에, 형성된 소수성 코팅은 잔류 용매를 제거하기 위하여 열처리된다. 경화는 10 내지 30분 동안 120 내지 400 도에서 이루어질 수 있다. 코팅의 접촉각은 155 도이다.

광의로 설명된 본 발명의 범위 또는 사상으로부터 분리됨 없이 다양한 변화 및/또는 변형이 본 기술 분야의 당업자에게 자명함이 분명하다. 그러므로, 본 발명의 실시예는 모든 측면에서 제한하는 것이 아니라 일 예로서 간주되어야 한다.

Claims

(a) 겔을 형성하기 위하여 반응 가능한 전구체들을 제공하는 단계;

(b) 겔을 형성하기 위하여 전구체들을 함께 반응시키는 단계;

(c) 혼합물을 형성하기 위하여 특정 물질을 상기 겔에 첨가하는 단계(상기 특정 물질은 화학적으로 겔과 결합할 수 있다); 및

(d) 개질 겔이 형성되도록 상기 혼합물을 처리하는 단계(상기 특정 물질은 겔과 결합하고, 상기 개질 겔은 소수성 표면상의 물이 적어도 150 도의 접촉각을 형성하도록 소수성 표면을 갖는다)를 포함하는, 표면에 도포될 수 있는 물질의 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 개질 겔은 소수성 표면을 형성할 수 있으며, 그 위의 물은 적어도 155 도의 접촉각을 갖는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 개질 겔은 소수성 표면을 형성할 수 있으며, 그 위의 물은 적어도 160 도의 접촉각을 갖는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개질 겔은 소수성 표면을 형성할 수 있으며, 그 위의 물은 적어도 165 도의 접촉각을 갖는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 (a)에서 제공되는 전구체들은 적어도 물, 용매 및 금속 알콕사이드를 포함하는 방법.
제5항에 있어서, 상기 용매는 알코올을 포함하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 알코올은 하기 군으로부터 선택되는 방법:

메탄올; 에탄올; 이소프로판올; 및 부탄올.
제5항에 있어서, 상기 용매는 헥산 및 디에틸 에테르를 포함하는 군으로부터 선택되는 방법.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메탈 알콕사이드는 다음 군으로부터 선택되는 방법.

테트라메톡시실란; 테트라에톡시실란; 티타니움 테트라이소프로프옥사이드; 티타니움 테트라메톡사이드; 티타니움 테트라에톡사이드; 티타니움 테트라부톡사이드; 및 지르코니움 n-부톡사이드.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전구체들과 함께 반응하는 단계 (b)가 연장된 시간 동안 상기 전구체들을 환류(reflux)시키는 단계를 포함하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특정 물질이 본빌적으로 동일한 직경을 갖는 입자들을 포함하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특정 물질이 다양한 직경을 갖는 입자들을 포함하는 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 적어도 일부의 입자들이 1 나노미터 내지 1미크로미터 범위 내에서 직경을 갖는 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 적어도 일부의 입자들이 1 나노미터 내지 100 나노미터 범위 내에서 직경을 갖는 방법.
제11항에 있어서, 본질적으로 모든 입자들이 1 나노미터 내지 500 미크로미터 범위 내에서 직경을 갖는 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 입자들이 5 나노미터 내지 50 나노미터 범위 내에서 주 입자 직경을 갖는 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 입자들이 5 나노미터 내지 20 나노미터 범위 내에서 평균 입자 크기를 갖는 방법.
제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 평균 입자 크기는 약 15 나모미터인 방법.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 단계 (d) 전에 추가적인 단계를 포함하는 바, 상기 단계는 겔 내에 중합체 성분을 첨가하는 단계를 포함하며, 상기 중합체 성분은 단계 (d) 동안 겔과 특정 물질을 결합시킬 수 있는 방법.
제19항에 있어서, 상기 중합체 물질은 소수성 또는 단계 (d) 동안 부여된 소수성인 방법.
제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 단계 (d) 전에 추가적인 단계를 포함하는 바, 상기 단계는 겔 내에 표면 개질제를 첨가하는 단계를 추가적으로 포함하며, 상기 표면 개질제는 개질 겔로 형성된 소수성 표면의 고유의 화학적 소수성도를 증가시킬 수 있는 방법.
제22항에 있어서, 상기 표면 개질제는 특정 물질과 겔 사이의 결합을 부가적으로 강화시키는 방법.
제21항 또는 제22항에 있어서, 상기 표면 개질제는 하나 이상의 소수성 군 및 하나이상의 축합 경화 군을 포함하는 방법.
제23항에 있어서, 하나 이상의 소수성 군은 하나 이상의 다음 군을 포함하는 방법:

메틸; 에틸; 비닐; 트리플루오로프로필.
제23항 또는 제24항에 있어서, 하나 이상의 축합 경화 군은 하나 이상의 다음 군을 포함하는 방법:

아세톡시; 엔녹시; 옥심; 알콕시; 아민.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 특정 물질은 연소-가수분해 실리카 분말을 포함하고, 상기 겔은 실리콘 디옥사이드 겔을 포함하는 방법.
제19항과 결합된 선행하는 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합체 성분은 폴리디메틸실록산(PDMS)을 포함하는 방법.
-선행하는 항 중 어느 한 항에 의한 방법에 의한 개질 겔을 형성하는 단계;

-기층에 개질 겔을 도포하는 단계; 및

-코팅이 기층 상에 형성되도록 상기 도포된 개질 겔을 처리하는 단계(상기 코팅은 소수성 표면상의 물이 적어도 150도의 접촉각을 형성하도록 소수성 표면을 갖는다)를 포함하는, 기층 상에 코팅을 형성하는 방법.
제28항에 있어서, 상기 코팅의 소수성 표면은 그 위에 물이 적어도 155 도의 접촉각을 형성하는 방법.
제28항에 있어서, 상기 코팅의 소수성 표면은 그 위에 물이 적어도 160 도의 접촉각을 형성하는 방법.
제28항에 있어서, 상기 코팅의 소수성 표면은 그 위에 물이 적어도 165 도의 접촉각을 형성하는 방법.
제1항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 개질 겔은 슬러리 형태인 방법.
제28항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 기층에 개질 겔을 도포하는 단계는 다음 기술 중 어느 하나를 사용함을 포함하는 방법:

스핀 코팅; 딥 코팅; 또는 스프레이 코팅.
제28항 내지 제33항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합물을 처리하는 단계는 고체 코팅이 형성되도록 상기 도포된 개질 겔을 건조하는 단계를 포함하는 방법.
제34항에 있어서, 건조 단계는 모든 용매가 증발되기에 충분한 온도에서 도포된 개질 겔을 가열하는 단계를 포함하는 방법.
제34항 또는 제35항에 있어서, 상기 코팅을 건조하는 단계는 120 내지 140도의 범위내 온도에서 코팅을 가열하는 단계를 포함하는 방법.
제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 의한 방법에 의해 생성된 개질 겔.
적어도 표면의 일부가 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 의한 방법에 의해 제조된 개질 겔로부터 형성된 소수성 코팅으로 도포된 표면을 갖는 물체.
제28항 내지 제36항 중 어느 한 항에 의한 방법에 의한 방법에 의해 제조된 소수성 코팅.
적어도 표면의 일부가 제28항 내지 제36항 중 어느 한 항에 의한 방법에 의해 제조된 개질 겔로부터 형성된 소수성 코팅으로 도포된 표면을 갖는 물체.
본질적으로 실시예들 및 도면들에 설명된 도면에 도포될 수 있는 물질을 형성하는 방법.
본질적으로 실시예들 및 도면들에 설명된 기층 상에 코팅을 형성하는 방법.