KR20140049814A - 직물의 발수가공용 금형 제조방법 및 이를 이용한 직물의 발수가공방법 - Google Patents

직물의 발수가공용 금형 제조방법 및 이를 이용한 직물의 발수가공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 직물의 발수가공용 금형 제조방법 및 이를 이용한 직물의 발수가공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 직물 표면에 발수성 기능을 가지는 미세 패턴을 형성할 수 있는 발수가공용 금형 제조방법과 이를 이용한 직물의 발수가공방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 직접적 전사방법에 의해 직물 표면에 발수성 기능을 가지는 미세패턴을 형성할 수 있다. 기존의 코팅법이나 수지를 이용한 침지법보다 간단한 공정으로 이루어지고 대면적 공정에도 적용이 가능하여 생산성, 경제성이 개선될 수 있다. 또한 환경에 유해한 솔벤트 등의 사용이 요구되지 않아 작업 안전성을 개선할 수 있다. 아울러 마찰 또는 세탁으로 발수도가 저하될 염려가 없어 발수성 기능을 반영구적으로 유지할 수 있다.

Description

직물의 발수가공용 금형 제조방법 및 이를 이용한 직물의 발수가공방법{MANUFACTURING METHOD OF METALLIC PATTERN FOR WATER-REPELLENT FINISHING OF FABRIC AND WATER-REPELLENT FINISHING METHOD OF FABRIC USING THE SAME}
본 발명은 직물의 발수가공용 금형 제조방법 및 이를 이용한 직물의 발수가공방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직물 표면에 발수성 기능을 가지는 미세 패턴을 형성할 수 있는 발수가공용 금형 제조방법과 이를 이용한 직물의 발수가공방법에 관한 것이다.
젖음 현상은 일상에서 발생하는 중요한 계면 현상으로서 표면과학분야뿐만 아니라 섬유 공정 등 산업분야에 있어서도 밀접한 관련성이 있다. 최근 섬유 표면의 기능화 개질로서 발수에 대한 다수 연구가 진행되고 있다. 발수성(撥水性)이란 천이나 종이 따위의 표면에 물이 스며들지 않는 성질 또는 물에 젖기 어려운 성질을 말한다. 발수 표면기술은 표면의 젖음(wetting) 현상을 조절하기 위한 표면 개질(surface modification) 기술의 한 분야로서, 고체의 표면을 물리적 또는 화학적으로 표면 개질하여 고체의 표면에 액체가 접촉할 때 일정 수준의 접촉각을 유지하도록 하는 기술을 말한다.
발수성 직물을 제작하기 위하여 종래에는 다이렉트 코팅방식에 의한 폴리우레탄 미세다공 성막법 등이 이용되었으나 이는 DMF(Dimethylformamide) 및 MEK(Methyl ethyl ketone) 등과 같이 환경에 유해한 솔벤트를 사용해야 하므로 환경오염을 초래하는 단점이 있다. 또한 대한민국 공개특허(10-2002-7004554)에서는 가교아크릴입자를 포함하는 특정 조성의 용액을 나이프오버롤 및 그라비아코팅하여 발수성 직물을 가공하는 방법을 언급하고 있다. 하지만 이는 특정한 조성의 용액을 제조한 뒤, 직물에 코팅하고, 열풍건조 및 열처리 과정을 거쳐야 하는 등 공정이 복잡하고 섬유 표면에 발수성 물질이 피막화되어 있어 마찰 또는 세탁 등에 의해 발수도가 저하될 수 있다.
자연에서 관찰되는 초소수성 표면 중 가장 대표적인 예로 연꽃 잎이 있다. 연꽃 잎 표면은 3 ~ 10 μm 크기의 수많은 혹(bump)들로 덮여 있고, 이 혹들은 나노 크기의 발수성(water-repellent) 코팅제인 왁스(wax)로 코팅되어 있어 초소수성 성질을 나타낸다. 이러한 특성과 관련하여 최근 단순한 마이크로 구조 또는 나노 구조의 제작을 넘어서 자연계에 존재하는 마이크로 및 나노 혼합구조물을 모사하여 발수성이 보다 향상된 표면을 제작하고자 하는 연구가 많은 관심을 끌고 있다.
대한민국 등록특허 제10-0793188호 대한민국 등록특허 제10-0930623호
본 발명은 물성을 향상시키면서 생산성, 경제성 및 작업 안전성을 개선할 수 있는 직물의 발수가공용 금형 제조방법 및 이를 이용한 직물의 발수가공방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 직물의 발수가공용 금형 제조방법은, 금속 기판 상에 감광제를 도포하여 감광층을 형성하는 단계; 상기 감광층에 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴 형상으로 제 1식각하여 상기 금속 기판 상에 마이크로 크기의 패턴을 형성하는 단계; 상기 마이크로 크기의 패턴이 형성된 금속 기판을 제 2식각하여 상기 금속 기판 상에 마이크로 크기의 패턴과 나노 크기의 패턴이 혼합된 혼합패턴구조를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 금속은 금형재료로 사용되는 스테인리스 스틸, 철, 니켈, 크롬, 텅스텐 및 코발트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 스테인리스 스틸에는 SS301, SS304, SS316, SS410, SS430 등이 포함될 수 있다.
상기 감광층에 패턴을 형성하는 단계는 상기 감광층 상부를 패턴이 형성된 마스크로 커버링(covering)하고 자외선으로 노광하는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 감광층에 형성되는 패턴 크기는 10 ~ 500μm일 수 있다.
상기 감광층에 형성되는 패턴 형상은 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 및 격자(grid) 무늬로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 자외선 노광은 365 ~ 436 nm의 파장을 발산하는 자외선 노광기를 이용할 수 있다.
상기 자외선 노광기는 수은(Hg)램프를 사용할 수 있다.
상기 제 1식각은 전기화학적 공정일 수 있다.
상기 전기화학적 공정은 황산(H2SO4 ), 인산(H3PO4 ) 및 초순수를 혼합하여 제조한 전해액 내에서 0.1 ~ 50 A범위의 전류로 10~90 분간 식각하는 공정일 수 있다.
상기 전해액은 황산(H2SO4), 인산(H3PO4) 및 초순수를 3:5:2의 부피비로 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 마이크로 크기의 패턴을 형성하는 단계 이후 상기 감광층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 감광층의 제거는 아세톤을 이용하여 수행할 수 있다.
상기 제 2 식각은 습식 공정일 수 있다.
상기 습식 공정은 상온 ~ 80℃의 제Ⅲ염화철(FeCl3) 용액에 기판을 침지시키는 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 직물의 발수가공용 금형 제조방법으로 제조된 금형으로서, 상기 금형은 금속기판 상에 마이크로 및 나노크기가 혼합된 혼합패턴구조를 포함하되, 상기 마이크로 크기의 패턴 형상은 규칙적이고 상기 나노 크기의 패턴 형상은 불규칙적인 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형을 제공할 수 있다.
상기 금속은 금형재료로 사용되는 스테인리스 스틸, 철, 니켈, 크롬, 텅스텐 및 코발트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 스테인리스 스틸에는 SS301, SS304, SS316, SS410, SS430 등이 포함될 수 있다.
상기 마이크로 크기의 패턴 형상은 10 ~ 500㎛의 크기일 수 있다.
상기 마이크로 크기의 패턴 형상은 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 및 격자 무늬로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 형상을 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시형태에 따른 직물의 발수가공방법은, 상기 직물의 발수가공용 금형 제조방법에 의하여 직물의 발수가공용 금형을 제조하는 단계; 및 상기 단계에 의해 제조된 금형에 형성된 마이크로 및 나노 크기의 혼합패턴구조를 핫엠보싱(hot embossing) 공정으로 직물에 전사하는 단계를 포함한다.
상기 핫엠보싱 공정은 상온 ~ 300℃에서 10~500kg의 압력을 5~30분 동안 가해주는 방법으로 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 발수성 직물은 상기 발수가공방법으로 가공된 발수성 직물로서 우산, 레인코트, 천막 또는 기능성 의류에 사용될 수 있다.
본 발명에 따르면 직접적 전사방법에 의해 직물 표면에 발수성 기능을 가지는 미세패턴을 형성할 수 있다. 기존의 코팅법이나 수지를 이용한 침지법보다 간단한 공정으로 이루어지고 대면적 공정에도 적용이 가능하여 생산성, 경제성이 개선될 수 있다. 또한 환경에 유해한 솔벤트 등의 사용이 요구되지 않아 작업 안전성이 개선될 수 있다. 아울러 마찰 또는 세탁으로 발수도가 저하될 염려가 없어 발수성 기능을 반영구적으로 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 직물의 발수가공용 금형 제조공정과 이를 이용한 직물의 발수가공 공정이다.
도 2은 실시예 1-1, 1-2에 따른 금형의 SEM 이미지이다.
도 3는 실시예 2에 따른 핫엠보싱 공정 전후 직물의 광학현미경 이미지이다.
도 4는 실시예 2에 따른 핫엠보싱 공정 전후 직물의 SEM 이미지이다.
도 5은 실시예 2에 따른 핫엠보싱 공정 전후 직물의 표면조도 이미지이다.
도 6은 실시예 2에 따른 핫엠보싱 공정 전후 직물의 접촉각 측정 결과이다.
도 7은 실시예 3에 따른 음각 패턴을 가지는 니켈 금형의 광학현미경 이미지이다.
도 8는 실시예 4에 따른 핫엠보싱 공정 후 직물의 광학현미경 이미지이다.
도 9은 실시예 4에 따른 핫엠보싱 공정 후 직물의 SEM 이미지이다.
도 10은 실시예 4에 따른 핫엠보싱 공정 후 직물의 표면조도 이미지이다.
이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 목적, 특징은 이하의 실시예 및 실험예를 통하여 쉽게 이해될 것이다. 다만, 본 발명이 이들 예로만 한정되는 것은 아니고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예 및 실험예는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분이 전달될 수 있도록 하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명이 제한되어서는 안된다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 직물의 발수가공용 금형의 제조방법은, 금속 기판 상에 감광제를 도포하여 감광층을 형성하는 단계; 상기 감광층에 패턴을 형성하는 단계; 상기 패턴 형상으로 제 1식각하여 상기 금속 기판 상에 마이크로 크기의 패턴을 형성하는 단계; 상기 마이크로 크기의 패턴이 형성된 금속 기판을 제 2식각하여 상기 금속 기판 상에 마이크로 크기의 패턴과 나노 크기의 패턴이 혼합된 혼합패턴구조를 형성하는 단계를 포함한다.
기판 위에 감광층을 형성하는 단계
상기 금속은 금형재료로 사용되는 스테인리스 스틸, 철, 니켈, 크롬, 텅스텐 및 코발트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 스테인리스 스틸에는 SS301, SS304, SS316, SS410, SS430 등이 포함될 수 있다.
상기 금속 기판은 지름 6인치(지름 150mm)이상의 대면적 기판일 수 있다.
상기 감광층 형성을 위하여 기판 위에 도포되는 감광제는 인화지와 동일한 역할을 하여 원판(原板) 상의 패턴 모양이 그대로 기판 위에 나타나게 한다. 또한 후속 공정인 식각 공정에서 저항막의 역할을 수행할 수 있다.
상기 감광제는 고분자(polymer), 센서타이저(sensitizer, Photo Active Compound, PAC) 및 솔벤트(solvent)의 3성분으로 구성될 수 있다. 대표적인 제품으로 AZ 1512, AZ 4620, AZ 9260 Photoresist(AZ Electronic Materials, USA), THB-126N, THB-151N Photoresist(JSR Corporation, Japan), SU-8(MicroChem Corporation, USA)등이 있다.
감광층에 패턴을 형성하는 단계
상기 감광층에 패턴을 형성하는 단계는 상기 감광층 상부를 패턴이 형성된 마스크로 커버링(covering)하고 자외선으로 노광하는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 감광층에 형성되는 패턴 크기는 10 ~ 500μm가 바람직하다. 패턴 크기가 10μm미만이거나 500μm초과이면 패턴이 직물에 전사되었을 때 발수성이 구현되기 어렵다.
상기 감광층에 형성되는 패턴 형상은 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 및 격자(grid) 무늬로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 다만 패턴 형상이 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 자외선 노광은 365 ~ 436nm의 파장을 발산하는 자외선 노광기를 이용할 수 있다. 파장이 365nm 미만이거나 436nm 초과이면 감광제가 반응할 수 있는 파장의 범위를 벗어나 원하는 패턴을 얻을 수 없다.
상기 자외선 노광기는 수은(Hg)램프를 사용할 수 있다.
제 1식각 단계
상기 제 1식각은 전기화학적 공정으로 수행할 수 있다.
상기 전기화학적 공정은 황산(H2SO4), 인산(H3PO4) 및 초순수를 혼합하여 제조한 전해액 내에서 전류 0.1~50A 조건으로 10~90분간 식각하는 공정으로 수행될 수 있다. 상기 범위 내에서 식각 공정을 수행하는 경우 정교한 구조 및 평탄한 표면을 가지는 금속 기판을 얻을 수 있다.
상기 전해액은 황산(H2SO4), 인산(H3PO4) 및 초순수를 3:5:2의 부피비로 혼합하여 사용할 수 있다. 상기의 부피비로 혼합하여 사용하면 균일한 표면 조도 및 높은 식각 속도를 보인다.
상기 제 1식각에 의해 상기 금속 기판 상에 마이크로 크기의 패턴이 형성될 수 있다.
감광층 제거 단계
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 마이크로 크기의 패턴을 형성하는 단계 이후 상기 감광층을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 감광층의 제거는 아세톤을 이용할 수 있다. 다만 아세톤으로 제한되는 것은 아니고 기타 공지의 물질을 이용할 수 있다. 감광층의 제거는 아세톤이 담긴 초음파 비커에 금속 기판을 소정의 시간 동안 담가두는 방법으로 수행될 수 있다.
제 2식각 단계
상기 제 2 식각은 습식 공정으로 수행될 수 있다.
상기 습식 공정은 상온~80℃의 제Ⅲ염화철(FeCl3) 용액에 기판을 침지시키는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 온도가 상온 미만이면 식각이 불충분하게 이루어지고 80℃ 초과이면 식각이 과하게 이루어져 기대하는 나노 크기의 패턴을 형성하기 어렵다. 여기서 상온(room temperature)이란 실험실, 연구실 등의 온도를 뜻하며, 특히 온도를 지정하거나 조절을 하지 않고 실험을 진행한 경우라든가 시료와 물질을 실내에 방치한 경우에 사용되는 온도 조건의 표현으로 보통 15~20℃전후이다.
상기 나노 크기의 패턴은 불규칙적인 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 제 1식각 공정으로 마이크로 크기의 패턴이 형성되고 상기 제 2식각 공정으로 나노 크기의 패턴이 형성되어 결과적으로 마이크로 및 나노 크기가 혼합된 혼합패턴구조의 금형을 제공할 수 있다.
상기 금형은 롤(roll) 모양의 금형으로 제작가능하고 이에 의해 롤투롤 생산공정(roll-to-roll manufacturing process)에 적용할 수 있다. 이에 의한 대면적 발수 가공 공정을 통하여 발수성 직물의 대량 양산이 가능할 수 있다.
또한 본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 직물의 발수가공용 금형 제조방법에 의해 제조된 금형으로서, 상기 금형은 금속기판 상에 마이크로 및 나노 크기가 혼합된 혼합패턴구조를 포함하되, 상기 마이크로 크기의 패턴 형상은 규칙적이고 상기 나노 크기의 패턴 형상은 불규칙적인 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형을 제공할 수 있다.
상기 금속은 금형재료로 사용되는 스테인리스 스틸, 철, 니켈, 크롬, 텅스텐 및 코발트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 스테인리스 스틸에는 SS301, SS304, SS316, SS410, SS430 등이 포함될 수 있다.
상기 마이크로 크기의 패턴 형상은 10 ~ 500μm의 크기일 수 있다.
상기 마이크로 크기의 패턴 형상은 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 및 격자(grid) 무늬로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 형상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 직물의 발수가공방법은, 상기 직물의 발수가공용 금형 제조방법에 의하여 금형을 제조하는 단계(S1); 및 상기 단계(S1)에 의해 제조된 금형에 형성된 마이크로 및 나노 크기의 혼합패턴구조를 핫엠보싱(hot embossing) 공정으로 직물에 전사하는 단계(S2)를 포함한다.
상기 핫엠보싱은 열적 임프린트(Thermal Imprint)라고도 불리운다. 핫엠보싱 공정은 일반적으로 플레이트를 가열하고 소재(직물 등)를 예열한 후 패턴을 가압하는 방식으로 수행될 수 있다. 이는 공정이 단순하여 낮은 비용으로 대량생산이 가능하게 한다. 또한 이에 의하면 복제에 의해 짧은 시간에 매우 정밀하고, 정확하게 미세 구조물을 제작할 수 있다. 핫엠보싱 공정으로 미세 패턴을 직물 표면에 전사하는 방법은 고분자(직물)의 유리전이온도 이상까지 고분자(직물)를 가열한 후 금형을 이용하여 일정한 압력을 가하는 방법으로 수행될 수 있다. 이에 의해 고분자(직물)에 금형과 일치하는 마이크로 미터 또는 나노 미터 단위의 미세 패턴을 복제해 낼 수 있다. 이때 유리전이온도 이하로 냉각하면 고분자(직물) 표면 위에 각인된 미세 패턴이 형성되게 된다. 이러한 패턴의 전사 정도는 핫엠보싱 공정의 온도와 압력 조건을 변화시킴으로써 조절할 수 있다.
상기 핫엠보싱(hot embossing) 공정은 상온~300℃에서 10~500kg의 압력을 5~30분 동안 가해주는 방법으로 수행 수 있다. 상기 범위일 때 가공된 직물이 기대하는 발수효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면 상기 방법으로 제조된 직물의 발수가공용 금형과 상기 핫엠보싱 공정을 이용하여 가공하고자 하는 직물 표면에 마이크로 및 나노 크기의 혼합패턴구조를 전사할 수 있다. 따라서 이에 의해 가공하고자 하는 직물에 직접적으로 패턴을 형성할 수 있게 된다. 이때 직물 표면에 형성된 패턴구조는 금형에 형성된 패턴의 역상(逆像)일 수 있다. 이렇게 형성된 마이크로 및 나노 크기의 혼합패턴구조는 직물이 기본적으로 가지고 있는 발수성을 더욱 향상시켜 준다.
본 발명의 다른 실시형태에 따르면 상기 직물의 발수가공방법으로 가공된 발수성 직물로서 우산, 천막 또는 기능성 의류에 사용되는 발수성 직물이 제공될 수 있다.
상기 발수성 직물은 우천시 빗물의 흡수를 막아주므로 우산, 레인코트, 천막으로 사용될 수 있고 수분 흡수 및 건조 기능을 가지는 직물과 함께 가공되면 운동복과 같은 기능성 의류에 사용될 수 있다. 현재 발수성 직물은 대부분 발수성 물질 및 수십 마이크로 크기의 분말을 코팅하는 방법으로 제작되고 있으나 본 발명에 따르면 핫엠보싱 공정을 적용하여 짧은 시간에 매우 정밀하고, 정확하게 미세 패턴을 포함하는 발수성 직물을 제조할 수 있는 장점이 있다.
발수성 직물은 물에 젖지 않는 특성이 있어 물에 노출되는 환경에서 물의 흡수를 방지하기 위해 활용될 수 있으며 상기에서 설명한 바와 같이 우산, 레인코트, 천막 및 기능성 의류에 사용될 수 있다. 또한 등산용품과 같은 스포츠­레저웨어 응용될 수 있고 고투습도의 원단과 함께 가공하면 산업용의복에도 응용될 수 있다.
이하, 실시예 및 시험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1직물의발수가공용 금형 제작
실시예 1-1
스테인리스 스틸(stainless steel, SS304)기판을 아세톤과 10%염산으로 세척하여 유기오염물과 금속산화물층을 제거하였다. 그 다음 스테인리스 스틸 기판 위에 감광제를 도포하여 감광층을 형성하였다.(도1-a 참조) 그 위를 150μm 크기의 원형 어레이(array) 패턴이 형성된 마스크로 커버링(covering)하고 자외선 노광기를 이용하여 365~436nm에서 10초간 노광하였다.(도1-b, c 참조) 그 다음 전기화학적 식각장비를 이용하여 황산, 인산 및 초순수가 3:5:2의 부피비로 혼합된 전해액 내에서 전류 2A로 60분간 제 1 식각하여 마이크로 크기의 패턴이 형성된 기판을 제조하였다.(도1-d참조) 그 다음 아세톤이 담긴 초음파 비커에 3분간 담가 감광층을 제거하고 (도1-e 참조), 80℃의 제Ⅲ염화철(FeCl3) 용액에 60초간 기판을 침지시켜(제 2 식각) 마이크로 및 나노크기의 패턴이 혼합되어 있는 금형(패턴의 직경 150μm / 높이 50μm / 패턴간격 100 μm / 양각)을 제조하였다.(도1-f 참조)
실시예 1-2
직경 100μm의 원형 어레이 패턴을 이용하여 상기 실시예1-1과 동일한 공정을 거쳐 마이크로 및 나노크기의 패턴이 혼합되어 있는 금형(패턴의 직경 100μm / 높이 50μm /패턴간격 100 μm/양각)을 제조하였다.
실시예 2 직물(폴리에스테르)의 발수가공방법 (발수성 직물의 제조)
실시예 1에 의해 제조된 금형을 이용하여 핫엠보싱 처리하였다. 플레이트를 150℃로 가열하고 폴리에스테르를 150℃로 예열한 후 실시예 1에 의해 제조된 금형을 200kg의 압력으로 5분간 가압하여 직물(폴리에스테르)에 마이크로 및 나노크기의 패턴이 혼합된 혼합패턴구조를 전사함으로써 발수성 직물을 제조하였다.(도1-g, h 참조)
실시예 3 음각 패턴을 가지는 니켈 금형의 제조
실시예 3-1
실시예 1-1과 동일한 방법으로 제조된 지름 20μm, 패턴간격 10μm, 높이 10 μm의 스테인리스 스틸 금형에 전기주조도금을 이용하여 음각의 원 패턴을 가지는 니켈(nickel) 금형을 제조하였다. 상기 전기주조도금은 다음과 같이 수행하였다. 전도성을 증가시키기 위하여 스테인리스 스틸 금형에 증착속도(Deposition Rate)가 193Å／min인 니켈을 이용하여 2mTorr 압력에서 Ar 30sccm과 300W DC power 조건으로 스퍼터링을 하여 100Å의 금속 시드층을 형성한 다음 황산니켈 240g/L, 염화니켈 45g/L, 붕산 30g/L, 사카린 2g/L의 함량으로 이루어진 황산니켈 건욕액이 담겨 있는 전해조에 침지시킨 후, 40 mA/cm2의 전류 밀도를 5시간 동안 인가하여 스테인리스 스틸 금형에 니켈을 도금하였다. 스테인리스 스틸 금형을 분리하여 음각의 원 패턴을 가지는 니켈 금형을 얻었다.
실시예 3-2
실시예 3-1과 동일한 방법을 거쳐 지름 20μm, 패턴간격 20μm, 높이 10μm인 음각의 원 패턴을 가지는 니켈 금형을 얻었다.
실시예 3-3
실시예 3-1과 동일한 방법을 거쳐 지름 20μm, 패턴간격 40μm, 높이 10μm인 음각의 원 패턴을 가지는 니켈 금형을 얻었다.
실시예 4 음각 패턴을 가지는 니켈 금형을 이용한 발수성 직물의 제조
실시예 3에 의해 제조된 금형을 이용하여 핫엠보싱 처리하였다. 플레이트를 150℃로 가열하고 폴리에스테르를 150℃로 예열한 후 실시예 3에 의해 제조된 금형을 200kg의 압력으로 5분간 가압하여 직물(폴리에스테르)에 마이크로 및 나노크기의 패턴구조를 전사함으로써 발수성 직물을 제조하였다.
실험예 1 SEM 이미지 분석
실시예 1에 따라 제조된 금형을 전계방출주사전자현미경(FE-SEM)으로 분석하였고 그 결과를 도 2에 나타내었다. (a), (b)는 직경 150μm, 높이 50μm 인 양각의 원형 어레이 패턴이 형성된 금형(실시예1-1)의 SEM 이미지이고, (c), (d)는 직경 100μm, 높이 50μm 인 양각의 원형 어레이 패턴이 형성된 금형(실시예1-2)의 SEM 이미지이다.
실험예2 핫엠보싱(hot embossing)공정 전후 직물의 상태 비교분석
실험예 2-1 광학현미경을 이용한 분석
실시예 2에 따른 핫엠보싱 공정 전후의 폴리에스테르 직물의 상태를 광학현미경을 이용하여 분석하였고 그 결과를 도 3에 나타내었다. (a)는 핫엠보싱 공정 전의 상태이고 (b)는 공정 후의 상태이다.
실험예 2-2 SEM 이미지 분석
실시예 2에 따른 핫엠보싱 공정 전후의 폴리에스테르 직물의 상태를 전계방출주사전자현미경(FE-SEM)으로 분석하였고 그 결과를 도 4에 나타내었다. (a)는 핫엠보싱 공정 전의 상태이고 (b)는 공정 후의 상태이다.
실험예 2-3 비접촉식 표면조도 측정장비(3D- profiler )를 이용한 이미지 분석
실시예 2에 따른 핫엠보싱 공정 전후의 폴리에스테르 직물의 상태를 비접촉식 표면조도 측정장비(3D-profiler)로 분석하여 그 결과를 도 5에 나타내었다.
상기 실험으로 핫엠보싱 공정 전의 폴리에스테르 직물은 경사와 위사가 서로 교차하여 짜여져 있는 상태이나 핫엠보싱 공정 후의 폴리에스테르 직물은 경사와 위사가 서로 교차하여 짜여져 있는 상태에 원형 패턴이 전사되어 있음을 확인할 수 있다. 그 패턴의 깊이는 31㎛였다. 다만 패턴의 전사 정도는 핫엠보싱 공정의 온도와 압력 조건을 변화시킴으로써 조절될 수 있다.
표면조도 측정 결과, 핫엠보싱 공정 전의 직물은 매끄러운 표면을 나타내었으나 핫엠보싱 공정 후의 직물은 표면은 울퉁불퉁한 미세한 요철 형상을 나타내었다. 이러한 울퉁불퉁한 구조 때문에 직물 표면에 물방울이 떨어져도 직물 속으로 스며들지 못하고 흘러내리게 되어 발수효과가 증대되는 결과를 나타낸다고 판단된다.
실험예3 접촉각 측정
실시예 2에 따라 제작된 직물의 발수성을 확인하기 위하여 접촉각 측정기(contact angle analyzer)를 사용하여 초순수의 정접촉각을 측정하였고 그 결과를 도 6에 나타내었다. 핫엠보싱 공정 전(a)과 후(b)의 접촉각이 각각 117°, 138°로 측정되었다. 핫엠보싱 공정을 통하여 접촉각이 증가하였으므로 이에 의해 직물에 발수가공 처리가 되었다는 것을 알 수 있다.
실험예4 니켈 금형의 광학현미경 이미지
실시예 3에 따라 제조된 니켈 금형의 광학현미경 이미지를 분석하여 그 결과를 도 7에 나타내었다.
실험예5 실시예 4에 따라 제조된 발수성 직물의 이미지 분석
실험예5 -1 광학현미경을 이용한 분석
실시예 4에 따른 핫엠보싱 공정 후 폴리에스테르 직물의 상태를 광학현미경을 이용하여 분석하였고 그 결과를 도 8에 나타내었다.
실험예5 -2 SEM 이미지 분석
실시예 4에 따른 핫엠보싱 공정 후 폴리에스테르 직물의 상태를 전계방출주사전자현미경(FE-SEM)으로 분석하였고 그 결과를 도 9에 나타내었다.
실험예 5-3 비접촉식 표면조도 측정장비(3D- profiler )를 이용한 이미지 분석
실시예 4에 따른 핫엠보싱 공정 후 폴리에스테르 직물의 상태를 비접촉식 표면조도 측정장비(3D-profiler)로 분석하여 그 결과를 도 10에 나타내었다.
상기 실험에서 핫엠보싱 공정에 의해 작은 크기의 패턴도 직물에 전사가 가능하며 음각 패턴의 전사를 통해 직물 표면에 외부로 돌출되는 양각의 구조를 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있다. 표면조도 측정 결과, 실시예 3-1에 의한 금형으로 패턴을 전사한 직물 표면에서 울퉁불퉁한 미세한 요철 형상이 가장 두드러지게 나타났다. 이러한 울퉁불퉁한 구조 때문에 직물 표면에 물방울이 떨어져도 직물 속으로 스며들지 못하고 흘러 내리게 되어 발수효과가 증대되는 결과를 나타낸다고 판단된다. 따라서 패턴 크기가 동일할 때, 패턴 간격이 좁을수록 더 우수한 발수효과를 나타낸다고 할 것이다.
이제까지 본 발명에 대한 구체적인 실시예 및 실험예를 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적 특성에 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해 할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예 및 실험예는 설명적 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며 그와 동등 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

  1. 금속 기판 상에 감광제를 도포하여 감광층을 형성하는 단계;
    상기 감광층에 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴 형상으로 제 1식각하여 상기 금속 기판 상에 마이크로 크기의 패턴을 형성하는 단계;
    상기 마이크로 크기의 패턴이 형성된 금속 기판을 제 2식각하여 상기 금속 기판 상에 마이크로 크기의 패턴과 나노 크기의 패턴이 혼합된 혼합패턴구조를 형성하는 단계를 포함하는 직물의 발수가공용 금형 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 금속은 금형재료로 사용되는 스테인리스 스틸, 철, 니켈, 크롬, 텅스텐 및 코발트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 감광층에 패턴을 형성하는 단계는 상기 감광층 상부를 패턴이 형성된 마스크로 커버링(covering)하고 자외선으로 노광하는 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 감광층에 형성되는 패턴 크기는 10~500μm인 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 감광층에 형성되는 패턴 형상은 원형, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 및 격자(grid) 무늬로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형 제조방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 자외선 노광은 365~436nm의 파장을 발산하는 자외선 노광기를 이용하는 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 자외선 노광기는 수은(Hg)램프를 사용하는 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1식각은 전기화학적 공정인 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전기화학적 공정은 황산(H2SO4), 인산(H3PO4) 및 초순수를 혼합하여 제조한 전해액 내에서 0.1~50A 범위의 전류로 10~90분간 식각하는 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 전해액은 황산(H2SO4), 인산(H3PO4) 및 초순수를 3:5:2의 부피비로 혼합하는 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 마이크로 크기의 패턴을 형성하는 단계 이후 상기 감광층을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 감광층의 제거는 아세톤을 이용하는 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형 제조방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2식각은 습식 공정인 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 습식 공정은 상온~80℃의 제Ⅲ염화철(FeCl3) 용액에 기판을 침지시키는 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형 제조방법.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중 어느 하나의 항에 의해 제조된 직물의 발수가공용 금형.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 금형은 금속기판 상에 마이크로 크기의 패턴 및 나노 크기의 패턴이 혼합된 혼합패턴구조를 포함하되, 상기 마이크로 크기의 패턴 형상은 규칙적이고 상기 나노 크기의 패턴 형상은 불규칙적인 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공용 금형.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항의 직물의 발수가공용 금형에 형성된 마이크로 크기 및 나노 크기의 혼합패턴구조를 핫엠보싱(hot embossing) 공정으로 직물에 전사하는 단계를 포함하는 직물의 발수가공방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 핫엠보싱(hot embossing) 공정은 상온~300℃에서 10~500kg의 압력을 5~30분 동안 가해주는 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 직물의 발수가공방법.
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