KR20140133327A

KR20140133327A - Method for fabricating superhydrophobic surface of polymeric material

Info

Publication number: KR20140133327A
Application number: KR1020130053363A
Authority: KR
Inventors: 안용현; 고승철; 한문희
Original assignee: 단국대학교 산학협력단
Priority date: 2013-05-10
Filing date: 2013-05-10
Publication date: 2014-11-19
Also published as: KR101524351B1

Abstract

Provided is a method for preparing a super-hydrophobic surface of a polymeric material, the method comprising the steps of treating the polymeric material with an organic solvent to form nanopores in a surface of the polymeric material; and modifying the surface of the polymeric material, in which the nanopores are formed, into a hydrophobic material. According to the present invention, the super-hydrophobic surface can be easily and promptly prepared, and the deformation of the nanostructure of the surface can be minimized. Furthermore, the method of the present invention can be applied regardless of the size and thickness of a sample.

Description

METHOD FOR FABRICATING SUPERHYDROPHOBIC SURFACE OF POLYMERIC MATERIAL [0002]

본 발명은 초소수성의 고분자 소재 표면의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a surface of a polymer material having a superhydrophobic property.

소수성은 물과 물체 표면과의 관계를 나타내는 것으로서 개념적으로는 물에 친화력을 가지지 않는 화학적 성질을 의미한다. 소수성이 커질수록 물과 물체 표면의 접촉각은 커진다. 예를 들어, 접촉각이 140°를 초과하면 표면은 초소수성을 가진다는 것을 의미하며, 이 경우 물은 물체의 표면상에서 구형에 가까운 모양을 가진다. Hydrophobicity refers to the relationship between water and the surface of an object, which conceptually means chemical properties that do not have affinity for water. The larger the hydrophobicity, the larger the contact angle between water and the surface of the object. For example, if the contact angle exceeds 140 °, then the surface is superhydrophobic, in which case the water has a spherical shape on the surface of the object.

일반적으로 소수성을 가지는 물체는 자연에서 쉽게 관찰된다. 토란잎 또는 연꽃잎이 소수성을 가지는 대표적인 물체이며, 웬젤(Wenzel)과 캐시(Cassie)에 의하여 상기 잎의 표면에 존재하는 미세한 기공을 가진 울퉁불퉁한 구조와 특수한 표면 물질이 소수성의 원인이라는 것이 밝혀졌다.
In general, objects with hydrophobicity are easily observed in nature. It has been found that taro leaves or soft petals are representative objects with hydrophobicity and that the rugged structures and fine surface materials with fine pores present on the surface of the leaves by Wenzel and Cassie are responsible for the hydrophobicity .

일반적으로 초소수성 표면을 제조하기 위해서는 첫째로, 표면의 거칠기(roughness)가 커야 하며, 둘째로, 표면 물질이 낮은 표면에너지를 가져야 한다. 상기 두 가지 조건을 순차적으로, 또는 한번에 만족시키기 위하여 여러 가지 방법들이 개발되었다. Generally, in order to produce a superhydrophobic surface, first, the roughness of the surface must be large. Second, the surface material must have low surface energy. Several methods have been developed to satisfy the two conditions sequentially, or at once.

그 대표적인 예로서, 특허문헌 1에 따르면, 초소수성 표면을 제조하기 위하여 소재의 표면을 플라즈마 식각(plasma etching)을 한 후 소수성 박막을 형성하는 기술을 개시하고 있다. 이 방법을 사용하면 비교적 정교하여 균일한 표면구조를 만들 수 있지만 한 번의 공정으로 만들 수 있는 면적이 매우 작기 때문에 대면적으로 만들 경우에는 많은 시간과 비용이 소요된다는 문제점이 있다.
As a representative example thereof, Patent Document 1 discloses a technique of forming a hydrophobic thin film by plasma etching the surface of a workpiece to produce a superhydrophobic surface. Using this method, it is possible to produce a uniform surface structure with a relatively precise shape, but since the area that can be formed by one process is very small, there is a problem that it takes a lot of time and cost when it is made into a large area.

대한민국 공개특허번호 제2011-0097150호Korean Patent Publication No. 2011-0097150

본 발명의 일 측면은 복잡하고 시간소모적인 기술을 사용하지 않고도 실제 적용에 있어서 저비용으로 간단히 초소수성 표면을 제작할 수 있으며, 자기세정능력이나 수분 억제력이 필요한 자동차 앞 유리, 반도체 장비 등에 널리 사용할 수 있는 초소수성의 고분자 소재 표면의 제조방법을 제시하고자 한다.
One aspect of the present invention is to provide a method for producing a superhydrophobic surface that can be used in automobile windshields and semiconductor equipments that require a self-cleaning ability or a water-repelling ability at low cost in a practical application without using complicated and time- A method of manufacturing a surface of a superhydrophobic polymer material is proposed.

그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 고분자 소재를 유기용매로 처리하여 상기 고분자 소재의 표면에 나노 기공을 형성하는 단계; 및 상기 나노 기공이 형성된 고분자 소재의 표면을 소수성 물질로 개질하는 단계를 포함하는, 초소수성의 고분자 소재 표면의 제조방법을 제공한다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a nanostructure, comprising: forming a nanopore on a surface of a polymer material by treating a polymer material with an organic solvent; And a step of modifying the surface of the nanopore-formed polymer material with a hydrophobic substance.

본 발명에 의하면, 쉽고 빠르게 초소수성 표면을 제조할 수 있을 뿐만 아니라 표면의 나노 구조의 변형을 최소화할 수 있고 시료의 크기와 두께에 상관없이 적용 가능하다는 장점이 있다.
According to the present invention, it is possible to easily and quickly produce a superhydrophobic surface, minimize deformation of the nanostructure of the surface, and be applicable regardless of the size and thickness of the sample.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, PC판을 상온에서 5초간 CH₂Cl₂로 처리하고 난 후의 SEM 이미지들의 단계적 확대 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, (a)미처리된 PC판, (b) CH₂Cl₂로 5초간 처리된 PC판, (c) CH₂Cl₂로 5초간 처리 후 TCMS로 코팅한 PC판 각각에 대한 수접촉각과 SEM 이미지를 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 초소수성 표면의 수접촉각과 pH의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 다공성 PC판을 트리클로로메틸실란(TCMS; Trichloromethyl Silane)으로 개질하기 전(a)과 개질한 후(b)의 XPS 스펙트럼이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 개질되지 않은 PC판(a)과 TCMS로 코팅된 PC판(b)의 고분해능 C1s XPS 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른, 고분자 소재에 실란화합물을 코팅하여 초소수성 표면을 얻게 되는 메커니즘을 설명한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 비교예에 따른, 용매로서 메탄올(도 7(a)), 2-프로판올(도 7(b)), 클로로포름(도 7(c)), 헥산(도 7(d))을 사용한 경우의 PC판의 표면 사진이다.1 is a phased enlargement of SEM images after treating a PC plate with CH ₂ Cl ₂ at room temperature for 5 seconds, according to an embodiment of the present invention.
(B) a PC plate treated with CH ₂ Cl ₂ for 5 seconds, (c) treated with CH ₂ Cl ₂ for 5 seconds, and then coated with TCMS, in accordance with an embodiment of the present invention. A photograph showing the water contact angle and SEM image for each of the PC plates.
3 is a graph showing the relationship between the water contact angle and the pH of the superhydrophobic surface according to an embodiment of the present invention.
4 is an XPS spectrum of (a) and (b) after reforming the porous PC plate with trichloromethyl silane (TCMS) according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing a high-resolution C1s XPS pattern of an unmodified PC plate (a) and a TCMS-coated PC plate (b) according to an embodiment of the present invention.
6 is a view illustrating a mechanism of obtaining a superhydrophobic surface by coating a silane compound on a polymer material according to an embodiment of the present invention.
7 (a), 2-propanol (Fig. 7 (b)), chloroform (Fig. 7 (c)), hexane (Fig. ) Is used as the surface of the PC plate.

본 명세서에서 사용되는 용어 "마이크로 크기", "마이크로 스케일" 또는 "마이크로"는, 이에 제한되는 것은 아니나, 1 내지 1천 마이크로미터 미만으로 해석될 수 있다.The term "microsize "," micro-scale ", or "micro ", as used herein, can be interpreted to be less than 1 to less than 1000 micrometers.

또한, 본 명세서에서 사용되는 용어 "나노 크기", "나노 스케일" 또는 "나노"는, 이에 제한되는 것이나, 1 내지 1천 나노미터 미만으로 해석될 수 있다.
The term "nano-scale "," nanoscale ", or "nano ", as used herein, is limited to less than 1 to 1000 nanometers.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 초소수성의 고분자 소재 표면의 제조방법을 상세히 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will now be described more fully hereinafter with reference to the accompanying drawings, in which exemplary embodiments of the invention are shown.

초소수성(superhydrophobicity)은 물체의 표면이 극히 젖기 어려운 표면의 물리적 특성을 말한다. 예컨대, 로투스 효과(lotus effect)를 나타내는 식물의 잎, 곤충의 날개 또는 새의 날개는 외부의 어떠한 오염물질이 특별한 제거 작업 없이 제거되거나 처음부터 오염이 되지 않게 하는 특성을 지니고 있다. 이것은 식물의 잎, 곤충의 날개 또는 새의 날개가 초소수성을 지니고 있기 때문이다(W. Barthloot and C. Neinhuis, Planta, 1997, 202, pp.1-8). Superhydrophobicity refers to the physical properties of a surface on which the surface of the object is extremely immersible. For example, leaves of plants, insect wings or birds' wings showing a lotus effect have the property that any contaminants from the outside are removed without special removal or contamination from the beginning. This is because leaves, insect wings or bird wings of plants have superhydrophobicity (W. Barthloot and C. Neinhuis, Planta, 1997, 202, pp. 1-8).

초소수성 표면이 적용된 물체는 방수, 방오, 방빙(anti-freezing), 방담(anti-fogging), 자정(self-cleaning) 등과 같은 특성을 나타낼 수 있다. 그러므로 초소수성 표면을 형성하는 기술은 다양한 산업 분야에서 유용하게 이용될 수 있다. 구체적인 예를 들면, 초소수성 표면을 가진 소재는 자동차 차체 표면에 코팅하여 오염을 막고 김이 서리는 것을 방지하거나, 배의 밑부분에 코팅하여 물때가 끼는 것을 방지하거나, 대형 안테나의 표면에 코팅하여 눈이나 얼음이 어는 것을 방지하거나, 물 수송 파이프의 내부 표면에 코팅하여 부식과 오염을 방지하고 물의 유동성을 향상시키거나, 온실에서의 방수 시스템(water-repellent system)에 적용하는 것 등이 있다. 그러나 인공적인 초소수성 표면의 형성은 아직까지 기술적으로 미흡한 실정이다.
Objects with superhydrophobic surfaces can exhibit properties such as waterproof, antifouling, anti-freezing, anti-fogging, self-cleaning, and the like. Therefore, techniques for forming superhydrophobic surfaces can be usefully used in various industrial fields. For example, a material having a superhydrophobic surface may be coated on the surface of an automobile body to prevent contamination and to prevent frost, or to coat water on the bottom of a ship to prevent sticking, or to coat the surface of a large antenna To prevent freezing of snow or ice, to coat the inner surface of the water transport pipe to prevent corrosion and contamination, to improve the fluidity of water, and to apply to a water-repellent system in a greenhouse. However, the formation of artificial superhydrophobic surface is still technically inadequate.

초소수성 표면을 실생활에 적용하기 위해서는, 초소수성 표면의 제조과정이 간편하고, 비용이 적게 소요되며, 대면적으로 대량 생산할 수 있고, 그러한 초소수성 표면이 다양한 형태를 지니고 있는 어떠한 물체에도 적용할 수 있는 물성을 갖고 있는 것이 좋다. 본 발명에서는 물체의 표면이 초소수성을 나타내도록 하기 위한 방법으로 물체가 로투스 효과를 나타내는 식물의 잎의 표면과 같은, 생체모방적 표면을 갖도록 하는 기술들이 연구된다.
In order to apply the superhydrophobic surface to the real world, it is possible to manufacture the super hydrophobic surface easily, at a low cost, to mass-produce in a large area, and to apply such super hydrophobic surface to any object having various shapes It is good to have physical properties. In the present invention, techniques for making an object have a biomimetic surface, such as the surface of a leaf of a plant showing a Lotus effect, are studied as a method for causing the surface of an object to exhibit superhydrophobicity.

이를 위하여, 본 발명에서는 고분자 소재를 유기용매로 처리하여 상기 고분자 소재의 표면에 나노 기공을 형성하는 단계; 및 상기 나노 기공이 형성된 고분자 소재의 표면을 소수성 물질로 개질하는 단계를 포함하는, 초소수성의 고분자 소재 표면의 제조방법을 제공한다.
To this end, in the present invention, there is provided a method for manufacturing a polymer material, comprising: forming a nanopore on a surface of a polymer material by treating the polymer material with an organic solvent; And a step of modifying the surface of the nanopore-formed polymer material with a hydrophobic substance.

물질의 소수성 또는 친수성은 표면 거칠기(surface roughness)와 표면 에너지(surface energy)에 의하여 결정되는데, 젖음 특성을 설명하는 웬젤(Wenzel)의 이론에 따르면, 소수성 및 친수성 표면을 얻기 위한 전제 조건은 표면 거칠기가 커야 한다는 것이다. 표면 거칠기가 큰 평면에 낮은 표면 에너지가 부가되면 초소수성이 되고, 표면 거칠기가 큰 평면에 높은 표면 에너지가 부가되면 초친수성이 된다.
The hydrophobicity or hydrophilicity of a material is determined by surface roughness and surface energy. According to Wenzel's theory of wetting properties, the precondition for obtaining hydrophobic and hydrophilic surfaces is surface roughness . When low surface energy is added to a plane with a large surface roughness, it becomes super hydrophobic. When a high surface energy is added to a plane having a large surface roughness, it becomes super hydrophilic.

표면 거칠기는 표면의 마이크로 또는 나노 구조에 의하여 생성되는데, 마이크로 또는 나노 구조를 생성시키는 데에는 기계 가공(mechanical machining), 플라즈마 식각(plasma etching), 주조(casting) 등의 방법이 이용되어 왔다.
Surface roughness is generated by surface micro- or nano-structures. For producing micro- or nanostructures, mechanical machining, plasma etching, casting, etc. have been used.

물체의 표면이 초소수성을 나타내기 위해서는 특정한 형상의 표면구조가 반드시 존재해야 하므로 이러한 표면구조를 얻기 위해서는 광 리소그래피, 플라즈마 에칭 등 시간소모적이고 복잡한 기술을 이용하여야 하고, 이로 인해 고가의 소요비용이 발생하게 된다는 문제점이 있다. 또한, 실제 사용시에 있어서 접촉으로 인한 마모가 발생하여 표면의 구조가 파손된다면 초소수성을 잃게 된다는 단점이 있다. 본 발명에서는 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 소재의 표면을 유기용매로 단시간 처리하여 특정한 형상의 표면구조를 형성하고자 한다.
In order for the surface of an object to exhibit super-hydrophobicity, the surface structure of a specific shape must exist. To obtain such a surface structure, time consuming and complicated techniques such as photolithography and plasma etching must be used. . In addition, when the abrasion due to contact occurs in actual use and the structure of the surface is damaged, there is a disadvantage that superhydrophobicity is lost. In the present invention, in order to solve the problems of the conventional art, a surface of a material is treated with an organic solvent for a short time to form a specific surface structure.

산업상 초소수성 표면이 요구되는 소재는 다양할 것이다. 예컨대 단단한 광석이나 금속의 표면 상에 초소수성 표면을 형성하고자 한다면 제조과정이 어렵고, 비용이 많이 소요되며, 대면적으로 생산하기 어렵고, 대량 생산에 적합하지 않다. 또한, 초소수성 표면을 갖는 광석이나 금속을 다른 물체에 도포하거나 코팅하는 것은 어려울 것이다. 반면 만일 고분자 소재 상에 초소수성 표면을 형성한다면 이러한 고분자 소재는 유연성 때문에 다양한 형태를 지니고 있는 물체 상에 쉽게 도포 또는 코팅될 수 있을 것이다. 고분자 소재는 또한 다루기 용이하고 제조 비용이 적게 소요된다. 따라서 초소수성 표면을 갖는 고분자 소재를 개발하는 것은 고려해 볼만하다.
Industries that require superhydrophobic surfaces will vary. For example, if a super-hydrophobic surface is to be formed on the surface of hard ore or metal, the manufacturing process is difficult, the cost is high, it is difficult to produce in a large area, and it is not suitable for mass production. It would also be difficult to apply or coat ores or metals with superhydrophobic surfaces to other objects. On the other hand, if a superhydrophobic surface is formed on a polymer material, such a polymer material can be easily applied or coated on an object having various shapes due to its flexibility. The polymer material is also easy to handle and requires low manufacturing costs. Therefore, it is worth considering to develop a polymer material having a superhydrophobic surface.

본 발명에서는 유기용매에 단시간 반응할 수 있는 적합한 고분자 소재를 선정하였으며, 친수성 고분자이든 소수성 고분자이든 관계없이 본 기술을 적용할 수 있을 것이다. 다만, 소수성 고분자는 그 자체로서 소수성을 띄므로 초소수성 구현을 위한 본 기술의 적용의 실익이 친수성 고분자에 비하여 크지는 않을 것으로 판단된다.
In the present invention, a suitable polymer material capable of reacting with an organic solvent for a short time is selected, and the present technology can be applied regardless of whether it is a hydrophilic polymer or a hydrophobic polymer. However, since the hydrophobic polymer has hydrophobicity as its own, it is considered that the benefit of applying the present technology for the super-hydrophobic implementation will not be greater than that of the hydrophilic polymer.

구체적으로 본 발명에서 적용 가능한 고분자 소재의 예로서는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트 (PTT), 폴리부틸렌 테레프탈레이트 (PBT) 및 폴리에틸렌 나프탈레이트 (PEN)을 포함하는 폴리에스테르; 폴리에틸렌 (PE) 및 폴리프로필렌 (PP)을 포함하는 폴리알킬렌; 폴리비닐 클로라이드 (PVC)를 포함하는 비닐폴리머; 폴리아미드; 폴리아세탈; 폴리메틸 메타크릴레이트 (PMMA)를 포함하는 폴리아크릴레이트; 폴리카보네이트; 폴리스티렌; 폴리우레탄; 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 코폴리머 (ABS); 할로겐화 폴리알킬렌; 폴리아릴렌 산화물 및 폴리아릴렌 설피드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
Specifically, examples of the polymer material applicable to the present invention include polyesters including polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate (PTT), polybutylene terephthalate (PBT), and polyethylene naphthalate (PEN); Polyalkylene including polyethylene (PE) and polypropylene (PP); Vinyl polymers including polyvinyl chloride (PVC); Polyamide; Polyacetal; Polyacrylates including polymethyl methacrylate (PMMA); Polycarbonate; polystyrene; Polyurethane; Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS); Halogenated polyalkylene; But are not limited to, polyarylene oxides and polyarylene sulfides.

상기 고분자 소재 중에서 폴리카보네이트(PC; Polycarbonate)는 일반적으로 하이드록실(hydroxyl) 화합물과 탄산과의 축합반응에 의해 형성된 카보네이트 그룹(-O-CO-O-)을 함유한 열가소성 고분자의 일종이다. PC의 특징은 기계적인 강도, 전기절연성이 우수하고 유리에 가까운 투명도가 있으며, 연화온도도 140~150℃로 높고 독성이 없으며 내열성도 있다. 반면 할로겐화 탄화수소, 방향족 탄화수소, 에스테르, 케톤, 에테르 등의 유기용제에 닿으면 크래킹이 발생하거나 표면이 녹기도 한다. 그러나 PC는 가전, CD, DVD, 전자전기부품, 기계공구부품 등에서 수요가 확대되고 있으며, 가까운 장래에는 일부 물리적 성질을 개선함으로써 PC가 자동차 유리를 대체할 수 있을 것이다. 상기 고분자 소재들 중에서 본 발명에서는 대표적으로 폴리카보네이트를 사용하여 연구를 진행하였다.
Among the above polymer materials, polycarbonate (PC) is a type of thermoplastic polymer containing a carbonate group (-O-CO-O-) formed by condensation reaction of a hydroxyl compound and carbonic acid. Characteristics of PC are excellent in mechanical strength, electrical insulation, transparency close to glass, high softening temperature of 140 ~ 150 ℃, no toxicity and heat resistance. On the other hand, when exposed to organic solvents such as halogenated hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, esters, ketones, and ethers, cracking may occur or the surface may melt. However, demand for PCs is expanding in consumer electronics, CDs, DVDs, electronic components, and machine tool parts. In the near future, PCs will be able to replace automotive glass by improving some physical properties. Of the above polymer materials, polycarbonate is typically used in the present invention.

상기 고분자 소재를 유기용매에 침지하는 방식 등을 통하여 소재의 표면에 나노 기공을 형성하게 된다. 통상적으로 실온에서 수행한다.And nano pores are formed on the surface of the material through a method of immersing the polymer material in an organic solvent. It is usually carried out at room temperature.

상기 유기용매는 기본적으로 상기 고분자 소재를 용해시키는 용매로서 작용하여야 한다. 종래에는 나노 스케일/마이크로 스케일의 거칠기를 가지는 표면을 제조하기 위해서 다양한 방법이 시도되었으나 대부분의 경우 긴 공정시간이 요구되고, 가혹한 반응조건과 고가의 화학약품을 필요로 한다는 한계점이 있다. The organic solvent should basically act as a solvent to dissolve the polymer material. Conventionally, various methods have been tried to manufacture a surface having a nanoscale / microscale roughness. However, in most cases, a long process time is required, and severe conditions and expensive chemicals are required.

일례로써, 최근에, 초소수성 코팅을 제조하기 위해서 고분자 재료에 상-분리 방법이 적용되었다. 이러한 상-분리 방법은 신속하고, 간편하고, 비용이 절감되는 것으로 알려져 있다. 예를 들어, 폴리프로필렌을 유기용매에 녹여 고체 표면에 도포하고 용매를 증발시키면 계층적인 표면을 얻을 수 있다. 이러한 공정에서 표면 거칠기를 제어하여 초소수성을 얻기 위해서는 용매와 온도가 주요 고려사항이다. Wang의 그룹과 Varanasi의 그룹이 상-분리 방법을 사용하여 초소수성의 PC 표면을 제조하는 방법을 보고하였다. Wang의 그룹은 PC 용액에 기판을 담그는 과정을 포함하는 공정을 사용하였다. 이러한 방법은 기판에 대한 용해된 PC의 부착력이 낮은 단점을 가지고 있다. Varanasi의 그룹은 PC 판을 아세톤에 담그는 시간을 달리하면서 초소수성 표면을 형성하였다. 그러나, 초소수성 표면을 형성하기 위해서는 30분 정도의 긴 담금 시간이 필요하여 PC 판의 변형을 초래할 수 있고, 용매의 증발 후에 PC의 재결정에 의하여 표면상에 분말의 생성을 가져올 수 있다는 문제점이 있다.
As an example, recently, phase-separation methods have been applied to polymeric materials to produce superhydrophobic coatings. This phase-separation method is known to be quick, simple and cost-effective. For example, when a polypropylene is dissolved in an organic solvent and applied to a solid surface and the solvent is evaporated, a layered surface can be obtained. In this process, solvent and temperature are the main considerations for controlling surface roughness and obtaining super-hydrophobicity. Wang's group and Varanasi's group have reported methods of fabricating ultra-hydrophobic PC surfaces using phase-separation methods. Wang's group used a process that included immersing the substrate in a PC solution. This method has a disadvantage that the adhesion of the dissolved PC to the substrate is low. Varanasi group formed a superhydrophobic surface with varying time to immerse the PC plate in acetone. However, in order to form a superhydrophobic surface, a long immersion time of about 30 minutes is required, which may cause deformation of the PC plate, and after the evaporation of the solvent, recrystallization of PC may lead to generation of powder on the surface .

고분자 소재의 표면에 나노 기공을 형성하기 위하여 본 발명에서 사용할 수 있는 유기용매로는 CH₂Cl₂, 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 톨루엔(toluene), 및 이소프로필알코올(isopropyl alcohol)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 유기용매의 끓는 점은 40~80℃인 것이 바람직하며, 끓는 점이 비교적 낮은 용매를 사용하면 짧은 시간에 나노 기공 구조를 형성함에 있어서 유리하다. 상기 고분자 소재를 유기용매의 처리하는 시간은 1~5초가 적당하며, 바람직하게는 5초가 적당하다. 그 이유는 너무 시간이 길어지면 침상형의 나노 구조가 만들어지고 표면에 분말이 형성되므로 본 발명이 목적하는 나노 기공 구조를 형성할 수 없게 되기 때문이다.Examples of the organic solvent that can be used in the present invention to form nanopores on the surface of the polymer material include CH ₂ Cl ₂ , methyl ethyl ketone, ethyl acetate, toluene, and isopropyl Isopropyl alcohol, but is not limited thereto. In addition, the boiling point of the organic solvent is preferably 40 to 80 ° C, and when a solvent having a relatively low boiling point is used, it is advantageous in forming a nanopore structure in a short time. The time for treating the polymer material with the organic solvent is suitably 1 to 5 seconds, preferably 5 seconds. The reason for this is that when the time is too long, the needle-shaped nanostructure is formed and powder is formed on the surface, so that the present invention can not form the desired nanopore structure.

다만, PC판을 고분자 소재로 사용하는 경우 CH₂Cl₂로 처리하는 경우에서만 짧은 시간(5초) 동안에 나노 기공 구조를 형성하는 것으로 나타났다. 형성되는 나노 기공 구조는 나노 기공 단독뿐만 아니라 마이크로 기공과 복합구조일 수 있다. 나노 다공성의 거친 표면은 표면의 열린 공간으로 물이 침투하는 것을 방지한다. 이것은 표면과 물의 접촉면적을 줄이고 표면에 다량의 공기를 함유하게 하여, 수접촉각을 극적으로 증가시켜 결국에는 표면의 성질을 초소수성으로 유도한다.
However, when the PC plate was used as a polymer material, the nanopore structure was formed only for a short time (5 seconds) only when treated with CH ₂ Cl ₂ . The formed nanopore structure may be a composite structure of micropores as well as nanopores. The nano-porous rough surface prevents water from penetrating into the open space of the surface. This reduces the contact area of the surface with water and contains a large amount of air on the surface, dramatically increasing the water contact angle, ultimately leading to superficial hydrophobic properties.

초소수성에 영향을 주는 또 하나의 인자로서 표면 에너지는 화학적 공정으로 증가 또는 감소시킬 수 있는데, 구체적인 방법으로는 플라즈마 고분자화(plasma polymerization), 밀납 응고(wax solidification), 금속의 음극 산화(anodic oxidation of metal), 용액 침전(solution precipitation), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition), 승화 물질 첨가(addition of sublimation material), 상 분리(phase separation) 등이 있다.
As another factor affecting super-hydrophobicity, surface energy can be increased or decreased by chemical process. Specific methods include plasma polymerization, wax solidification, anodic oxidation of metal of metal, solution precipitation, chemical vapor deposition, addition of sublimation material, phase separation, and the like.

특히, 물에 비친화적인 성질인 초소수성을 가지도록 하기 위해서는, 낮은 표면에너지를 가지면서 표면의 거칠기(roughness)가 큰 구조를 제조할 수 있어야 한다. 즉, 비특정 물질 표면에 거칠기가 큰 구조를 제조한 후 낮은 표면에너지의 물질로 코팅하는 방법을 통하여 초소수성을 확보할 수 있다. 본 발명에서는 고분자 소재를 유기용매로 처리하여 상기 고분자 소재의 표면에 나노 기공을 형성하여 표면 거칠기가 큰 구조를 제조하고, 소수성 물질 혹은 낮은 표면에너지의 물질로 표면을 개질하는 방법을 사용하기로 하였다.
Particularly, in order to have hydrophobicity, which is not friendly to water, it is necessary to produce a structure having a low surface energy and a large surface roughness. That is, a super-hydrophobic property can be secured by a method in which a rough surface is formed on a surface of a non-specific material and then coated with a material having a low surface energy. In the present invention, a method in which a polymer material is treated with an organic solvent to form a nanopore on the surface of the polymer material to prepare a structure having a large surface roughness, and a surface is modified with a hydrophobic substance or a material having a low surface energy .

본 발명에서 사용하는 낮은 표면에너지라 함은 표면에너지가 30mN/m 이하(0mN/m 제외)인 것을 의미하며 바람직하게는 5mN/m ~ 20mN/m, 보다 더 바람직하게는 7mN/m ~ 15mN/m인 것을 의미한다. 표면에너지가 낮은 물질 또는 낮은 표면에너지를 가지는 물질이란 일반적으로 소수성 물질을 의미한다.
The low surface energy used in the present invention means that the surface energy is 30 mN / m or less (excluding 0 mN / m), preferably 5 mN / m to 20 mN / m, more preferably 7 mN / m to 15 mN / m. < / RTI > A substance having a low surface energy or a substance having a low surface energy generally means a hydrophobic substance.

고체의 표면 에너지는 표면상에서 측정되는 다양한 액체의 접촉각 측정에 의해 확인될 수 있다. 고체 표면상에서 수접촉각이 140°를 초과하면 일반적으로 초소수성 표면이라고 정의한다. 이러한 초소수성 표면은 자기 세정효과(self-cleaning effect)가 있으며 소수성을 띠고 있기 때문에 미세기계요소(MEMS)의 구동시 공기 중의 수분이 점착하여 파손되는 문제를 해결할 수 있다.
The surface energy of a solid can be ascertained by measuring the contact angle of various liquids measured on the surface. If the water contact angle on a solid surface exceeds 140 °, it is generally defined as a superhydrophobic surface. Since the superhydrophobic surface has a self-cleaning effect and is hydrophobic, it is possible to solve the problem that the moisture in the air is adhered and damaged when the micro-mechanical element (MEMS) is driven.

불소계 고분자 또는 실란 화합물이 대표적으로 낮은 표면에너지를 가지는 물질이다. 일반적으로 -CF₃,-CF₂-를 배향 시킬 수 있는 불소계 재료, 혹은 -CH₃를 배향시킬 수 있는 실리콘계 재료가 사용된다. 불소계 재료는 값이 비싸고 용매선택성의 폭이 좁으나 발수성이 높다. 한편 실리콘계 재료는 불소계 재료에 비하여 값이 싸고 용매 선택성이 넓으나 불소계 재료와 비교하여 발수성이 낮다. A fluorine-based polymer or a silane compound is typically a substance having a low surface energy. Generally, a fluorine-based material capable of orienting -CF ₃ and -CF ₂ - or a silicon-based material capable of orienting -CH ₃ is used. Fluorine-based materials are expensive, have a narrow solvent selectivity, and are highly water-repellent. On the other hand, silicon-based materials are lower in value and solvent selectivity than fluorine-based materials, but have lower water repellency than fluorine-based materials.

구체적으로 본 발명에서 사용될 수 있는 표면에너지가 낮은 물질 또는 소수성 물질로는 불소를 포함하는 실란화합물, 규소와 산소를 포함하는 하이드로카본 및 불소를 포함하는 하이드로카본 중 1종 이상이 포함될 수 있다. 이외에도 장쇄(long-chain) 지방산이 거친 표면을 개질하기 위해 사용될 수 있다.
Specifically, the low surface energy material or hydrophobic material that can be used in the present invention may include at least one of silane compounds containing fluorine, hydrocarbons including silicon and oxygen, and hydrocarbons including fluorine. In addition, long-chain fatty acids can be used to modify rough surfaces.

이들 표면에너지가 낮은 물질은 또는 소수성 물질은 용액상태로 고분자의 표면에 코팅되어 표면을 개질할 수도 있으나, 고분자 소재의 나노 구조의 변형을 최소화하기 위해서는 스퍼터링(sputtering)으로 기화시켜 기판에 증착하는 기상증착법 또는 전기분사법(electrospray) 등을 사용하여 거칠기가 형성된 고분자의 표면에 코팅될 수 있다. 상기 표면에너지가 낮은 물질 또는 소수성 물질은 승화가 용이하도록 분자량이 50~150인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 개질은 40~80℃에서 수행하는 것이 바람직하다.
In order to minimize the deformation of the nanostructure of the polymer material, it is necessary to vaporize the polymer material by vaporizing it by sputtering, Or may be coated on the surface of the rough-formed polymer using a vapor deposition method or an electrospray method. The material having a low surface energy or a hydrophobic material preferably has a molecular weight of 50 to 150 to facilitate sublimation, and the modification is preferably performed at 40 to 80 ° C.

실란 화합물을 코팅하는 경우 실란 화합물은 단량체(monomer) 상태로 존재하며 표면에 하이드록실(hydroxyl, -OH) 그룹이 존재하는 경우 자발적으로 치환반응이 발생하고, 연속적으로 측면의 분자와 반응하여 단단한 공유 결합층이 표면에 전체적으로 촘촘히 형성되므로 수분이 침투되지 못하게 되며, CH₃ 이온의 영향으로 소수성을 띄게 된다. 이와 같이 제조된 초소수성 표면에 위에 소수성 실란층을 형성시키게 되면, 수접촉각 140°이상의 초소수성 표면을 얻게 되어 자기 세정능력을 갖게 되는 것이다.When the silane compound is coated, the silane compound exists in a monomer state. When a hydroxyl (hydroxyl, -OH) group is present on the surface, a substitution reaction occurs spontaneously and continuously reacts with the molecule on the side, Since the bonding layer is formed on the surface as a whole, water is not penetrated, and CH ₃ It becomes hydrophobic due to the influence of ions. If the hydrophobic silane layer is formed on the thus-prepared superhydrophobic surface, a superhydrophobic surface with a water contact angle of 140 ° or more is obtained, and self-cleaning ability is obtained.

이에 대한 메커니즘은 도 6을 통해 확인할 수 있다.
The mechanism for this is shown in FIG.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 예일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하지는 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention in more detail and do not limit the scope of the present invention.

[[ 실시예Example ]]

본 발명에서는 PC판을 짧은 시간 동안 유기용매에 담그고 나서 불소함유 화합물로 개질함으로써 나노다공성의 초소수성 PC판을 저비용으로 용이하게 제조하는 방법을 제안한다. 상업적으로 활용가능한 PC판을 선택하여 상온에서 간단히 담금과 건조 과정을 거침으로써 초소수성 표면을 제조하였다. 또한, 담금시간, pH, 유기 용매가 표면 형태에 미치는 영향과 PC의 젖음성을 연구하였다.
The present invention proposes a method for easily manufacturing a nano-porous hyper-hydrophobic PC plate at low cost by immersing a PC plate in an organic solvent for a short period of time and then modifying it with a fluorine-containing compound. A commercially available PC plate was selected and immersed and dried briefly at room temperature to prepare a superhydrophobic surface. The effect of immersion time, pH, organic solvent on surface morphology and PC wettability were also studied.

(1)실험장치 준비(1) Preparation of experimental apparatus

표면에 초소수성의 성질이 나타나는지 확인하기 위해서 PC판의 수접촉각은 상온에서 접촉각 분석장치(Phoenix 300, Surface Electro Optics)를 이용하여 측정하였다. 표면이 구조적으로 개질된 정도를 측정하기 위해서 개질된 PC판의 표면형태는 전계방출 주사전자현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope; FE-SEM, Hitachi S4300, Hitachi Inc.)을 사용하여 측정하였다. 표면이 화학적으로 개질된 정도를 측정하기 위해서 X선 광전자 분광광도계(X-ray photoelectron spectrometer; XPS, MultiLab 2000, Thermo VG Scientific)를 사용하여 수행하였다. 트리클로로메틸실란(TCMS; Trichloromethyl Silane)은 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich, USA)로부터 구입하였다. To determine whether the surface exhibited superhydrophobic properties, the water contact angle of the PC plate was measured using a contact angle analyzer (Phoenix 300, Surface Electro Optics) at room temperature. The surface morphology of the modified PC plate was measured using Field Emission Scanning Electron Microscope (FE-SEM, Hitachi S4300, Hitachi Inc.) to measure the degree of structural modification of the surface. The X-ray photoelectron spectrometer (XPS, MultiLab 2000, Thermo VG Scientific) was used to measure the degree of chemical modification of the surface. Trichloromethyl silane (TCMS) was purchased from Sigma-Aldrich, USA.

㎝Cm

(2)초소수성 표면의 제조(2) Preparation of superhydrophobic surface

PC 기재를 3×1×0.1㎝ 조각으로 자르고 나서 증류수에 넣어 초음파로 세척하였다.The PC substrate was cut into pieces of 3 x 1 x 0.1 cm, and the pieces were placed in distilled water and washed with ultrasonic waves.

PC판을 상온에서 5초간 CH₂Cl₂에 담그고 나서 꺼내어 에어건(air gun)으로 PC판을 건조하였다. 처리된 PC판을 300㎖ 둥근 바닥 플라스크 안에 매달고 TCMS 1.57㎖를 주입하였다. 상기 플라스크에 풍선을 연결하고 80℃에서 10분간 가열하였다.
The PC plate was immersed in CH ₂ Cl ₂ at room temperature for 5 seconds, then taken out, and the PC plate was dried with an air gun. The treated PC plate was suspended in a 300 ml round bottom flask and 1.57 ml of TCMS was injected. A balloon was connected to the flask and heated at 80 DEG C for 10 minutes.

(3)결과 및 분석(3) Results and analysis

본 발명자들은 상술한 담금/건조 방법을 이용하여 상온에서 유기 용매를 달리하면서 PC 조각 상에 초소수성 표면을 제조하였다. 초소수성 표면을 얻기 위해 제어할 필요가 있는 핵심 요소 중 하나는 나노 스케일/마이크로 스케일의 거칠기를 가지는 계층적인 표면 구조이다. 초소수성 표면은 연꽃잎의 SEM 이미지상에서 관찰할 수 있는 것처럼 불규칙적인 표면을 따라 주로 표면에 돌기를 가진다.
The present inventors have fabricated a superhydrophobic surface on a piece of PC while varying the organic solvent at ambient temperature using the immersion / drying method described above. One of the key elements that need to be controlled to achieve superhydrophobic surfaces is the hierarchical surface structure with nanoscale / microscale roughness. The superhydrophobic surface has protrusions mainly on the surface along irregular surfaces as can be observed on SEM images of soft petals.

본 발명에서는 PC판의 표면에 나노다공성 구조를 형성함에 있어서, 유기 용매의 역할을 관찰하였다. PC판을 처리하기 위해서 CH₂Cl₂,메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 에틸아세테이트(ethyl acetate), 톨루엔(toluene), 및 이소프로필알코올(isopropyl alcohol) 등의 다양한 유기 용매를 선택하였다. 도 1에 나타낸 바와 같이, CH₂Cl₂만이 짧은 시간(5초) 동안에 나노다공성 구조를 형성하였다. 나머지 유기 용매들은 PC판 상에 끈적하거나 부풀어오른 표면을 생성시켰다. 또한, 메탄올(도 7(a)), 2-프로판올(도 7(b)), 클로로포름(도 7(c)), 헥산(도 7(d)) 등의 용매를 사용한 경우에는 PC판 상에 나노다공성 구조가 거의 형성되지 않음을 확인할 수 있었다.In the present invention, the role of an organic solvent was observed in forming a nanoporous structure on the surface of a PC plate. Various organic solvents such as CH ₂ Cl ₂ , methyl ethyl ketone, ethyl acetate, toluene, and isopropyl alcohol were selected to treat the PC plate. As shown in Figure 1, only CH ₂ Cl ₂ formed a nanoporous structure for a short time (5 seconds). The remaining organic solvents produced a sticky or swollen surface on the PC plate. When a solvent such as methanol (Fig. 7A), 2-propanol (Fig. 7B), chloroform (Fig. 7C), or hexane (Fig. 7D) It was confirmed that the nanoporous structure was hardly formed.

CH₂Cl₂로 처리된 PC판의 거친 표면은 전형적으로 700㎚ 내지 950㎛에 이르는 불균일한 기공을 가지는 나노다공성 표면 형태를 가졌다. PC판을 유기 용매로부터 꺼내자 마자 뿌옇게 되었는데, 이는 PC판 표면에 결정화된 고분자층이 형성되었기 때문이다.
The rough surface of the PC plate treated with CH ₂ Cl ₂ typically had a nanoporous surface morphology with nonuniform pores ranging from 700 nm to 950 μm. As soon as the PC plate was taken out of the organic solvent, it became cloudy due to the formation of a crystallized polymer layer on the surface of the PC plate.

PC 표면의 거친 나노다공성 구조는 유기 용매에서 아주 불안정해서, 낮은 표면 에너지 물질을 증착시키기 위해 활용할 수 있는 코팅방법이 제한적이다. CH₂Cl₂로 처리된 경우 나노다공성 PC판은 나노다공성 표면 구조의 변형없이 TCMS 증기로 성공적으로 코팅되었다. TCMS로 개질 후에는 코팅된 나노다공성 PC판의 표면의 수접촉각이 161°로 높았다. (도 2)
The rough nanoporous structure of the PC surface is very unstable in organic solvents, so there are limited coating methods that can be utilized to deposit low surface energy materials. When treated with CH ₂ Cl ₂ , the nanoporous PC plate was successfully coated with TCMS vapor without deformation of the nanoporous surface structure. After the reforming with TCMS, the contact angle of water on the surface of the coated nanoporous PC plate was 161 °. (Fig. 2)

표면의 계층적 구조에서의 오픈 스페이스의 체적을 결정하기 위해서 캐시-백스터(Cassie-Baxter) 식을 사용하였다. 상기 스페이스에 공기가 갇히기 때문에 물이 상기 계층적 구조 안으로 침투할 수 없다. 캐시-백스터 식은 다공성 표면의 젖음성을 다음과 같이 정의한다.
The Cassie-Baxter equation was used to determine the volume of the open space in the hierarchical structure of the surface. Because air is trapped in the space, water can not penetrate into the hierarchical structure. The Cache-Backster equation defines the wettability of the porous surface as follows.

cosθ* = Φ_s(1+cosθ) - 1
cos? * =? _s (1 + cos?) - 1

θ*은 낮은 표면 에너지를 갖는 재료로 개질한 나노다공성 표면에서의 수접촉각이고, Φ_s는 고체 표면의 면적분율이고, 는 평면에서의 접촉각이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, CH₂Cl₂로 처리 후 TCMS로 개질된 표면의 수접촉각은 θ* = 161°였고(c), CH₂Cl₂로 처리 후 미개질된 PC판의 수접촉각 = 110°였고(b), 처리되지 않은 편평한 PC판의 수접촉각 = 79°였다(a).
θ * is the water contact angle at the nanoporous surface modified with a material with low surface energy, φ _s is the area fraction of the solid surface, and is the contact angle at the plane. As shown in FIG. 2, the water contact angle of the surface modified by TCMS after treatment with CH ₂ Cl ₂ was θ * = 161 ° (c), and the water contact angle of the unmodified PC plate after treatment with CH ₂ Cl ₂ = 110 (B), and the water contact angle of the untreated flat PC plate was 79 ° (a).

이러한 데이터로부터 PC의 개질된 나노다공성 표면의 Φ_s값은 0.045로 계산되었다. 이것은 PC판의 나노다공성 초소수성 표면과 물방울 사이의 접촉 면적의 95.5%가 공기로 채워졌음을 의미한다. 나노 다공성의 거친 표면은 표면의 오픈 스페이스로 물이 침투하는 것을 방지한다. 이것은 표면과 물의 접촉면적을 줄여서 Φ_s 값을 떨어뜨린다. 요약하자면, 나노다공성 표면은 다량의 공기를 함유하여, 수접촉각을 극적으로 증가시킨다.
From these data, the Φ _s value of the modified nanoporous surface of PC was calculated as 0.045. This means that 95.5% of the contact area between the nanoporous superhydrophobic surface of the PC plate and the water droplet is filled with air. The nano-porous rough surface prevents water from penetrating into the open space of the surface. This reduces the contact area between surface and water and reduces the value of Φ _s . In summary, the nanoporous surface contains a large amount of air, dramatically increasing the water contact angle.

또한, 본 발명자들은 다양한 pH 조건 하에서 초소수성 표면의 안정성을 연구하였다. 도 3은 TCMS로 개질된 나노다공성 PC 표면의 수접촉각과 pH 사이의 관계를 보여준다. pH 값이 변화함에 따라 접촉각의 변화는 거의 없다. 이것은 상온에서 개질된 PC 표면은 산 및 염기 용액에서 안정하다는 것을 나타낸다. 나노다공성 PC판의 초소수성은 광범위한 pH 영역에서 유지됨을 알 수 있다.
In addition, the present inventors have studied the stability of superhydrophobic surfaces under various pH conditions. Figure 3 shows the relationship between the water contact angle and the pH of the nanoporous PC surface modified with TCMS. As the pH value changes, the contact angle hardly changes. This indicates that the PC surface modified at room temperature is stable in acid and base solutions. It can be seen that the superhydrophobicity of nanoporous PC plates is maintained over a wide pH range.

C, O, 및 Si 함량의 측면에서 PC판의 코팅된 표면의 원자 조성을 확인하기 위하여 XPS를 수행하였다. XPS 분석을 통하여 TCMS로 개질하기 전/후의 표면의 원자 조성의 차이를 밝혔다. XPS was performed to confirm the atomic composition of the coated surface of the PC plate in terms of C, O, and Si contents. XPS analysis revealed differences in the atomic composition of the surface before and after the modification with TCMS.

도 4(a)는 개질되기 전의 PC판의 XPS 스펙트럼을, 도 4(b)는 TCMS로 개질된 후의 PC판의 XPS 스펙트럼을 나타낸다. Si(2p) 및 Si(2s)의 XPS 시그널이 TCMS로 개질된 PC판에서 관찰되었다. Fig. 4 (a) shows the XPS spectrum of the PC plate before the modification, and Fig. 4 (b) shows the XPS spectrum of the PC plate after the modification with TCMS. XPS signals of Si (2p) and Si (2s) were observed in TCMS modified PC plates.

도 5는 고분해능 C1s 스펙트럼을 보여준다. 개질되지 않은 PC판의 C1s 시그널은 284.8eV 및 286.3eV에서의 피크를 보여준다. 284.8eV에서의 피크는 C-C 결합에 참여하는 C에 할당된 것이고, 286.3eV에서의 피크는 C-O 결합에 참여하는 C에 할당된 것이다. 그러나, C-Si 결합에 참여하는 C도 TCMS로 개질된 나노다공성 PC판의 표면에서 확인되었는데, 283.8eV에서의 피크로 나타난다. Figure 5 shows the high resolution C1s spectrum. The C1s signal of the unmodified PC plate shows peaks at 284.8 eV and 286.3 eV. The peak at 284.8 eV is assigned to C participating in the C-C bond, and the peak at 286.3 eV is assigned to C participating in the C-O bond. However, C participating in the C-Si bond was also found on the surface of the nanoporous PC plate modified with TCMS, which appears as a peak at 283.8 eV.

이것은 PC판이 TCMS로 코팅되었고, 낮은 표면 에너지를 갖는 재료로 코팅된 표면은 표면 에너지의 감소 후에 초소수성으로 된다는 것을 명확히 나타낸다.
This clearly shows that the PC plate was coated with TCMS and the surface coated with the material with low surface energy becomes super-hydrophobic after the reduction of the surface energy.

결론적으로, PC판을 CH₂Cl₂에 담그고 나서 TCMS의 승화를 통하여 코팅함으로써 초소수성 표면을 제조하였다. CH₂Cl₂이 PC 판을 용해하는 좋은 용매이기 때문에 담그는 시간이 아주 짧다. PC 표면의 나노다공성 구조는 유기 용매에서 불안정하기 때문에 본 발명자들은 낮은 표면 에너지 재료로 표면을 코팅하기 위해서 TCMS의 승화를 이용하였다. CH₂Cl₂의 처리 후에 나노다공성 PC판은 TCMS 증기로 성공적으로 코팅되어 나노다공성 표면 구조의 변형을 가져오지 않았다. TCMS로 개질된 PC판은 수접촉각이 161°로 높고, 우수한 초소수성을 보여준다. In conclusion, a superhydrophobic surface was prepared by immersing the PC plate in CH ₂ Cl ₂ and then coating through sublimation of TCMS. Since CH ₂ Cl ₂ is a good solvent to dissolve the PC plate, immersing time is very short. Because the nanoporous structure of the PC surface is unstable in organic solvents, we used sublimation of TCMS to coat the surface with a low surface energy material. After the treatment of CH ₂ Cl _2, the nanoporous PC plate was successfully coated with TCMS vapor, resulting in no deformation of the nanoporous surface structure. The PC plate modified with TCMS has a high water contact angle of 161 ° and excellent superhydrophobicity.

본 기술은 유기 용매에 불안정한 기재에 초소수성 나노다공성 표면을 생성하는데 적용될 수 있다.
The technique can be applied to create a superhydrophobic nanoporous surface on an organic solvent-labile substrate.

Claims

Treating the polymer material with an organic solvent to form nanopores on the surface of the polymer material; And
And modifying the surface of the nanopore-formed polymer material with a hydrophobic substance.

The method according to claim 1,
The polymer material may include a polyester including polyethylene terephthalate (PET), polytrimethylene terephthalate (PTT), polybutylene terephthalate (PBT), and polyethylene naphthalate (PEN); Polyalkylene including polyethylene (PE) and polypropylene (PP); Vinyl polymers including polyvinyl chloride (PVC); Polyamide; Polyacetal; Polyacrylates including polymethyl methacrylate (PMMA); Polycarbonate; polystyrene; Polyurethane; Acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS); Halogenated polyalkylene; Wherein the polyolefin is selected from the group consisting of polyarylene oxides and polyarylene sulfides.

The method according to claim 1,
Wherein the organic solvent is selected from the group consisting of CH ₂ Cl ₂ , methyl ethyl ketone, ethyl acetate, toluene, and isopropyl alcohol. A method for producing a surface of a polymer material.

The method according to claim 1,
Wherein the organic solvent has a boiling point of 40 to 80 ° C.

The method according to claim 1,
Wherein the nanopore is a complex structure with micropores.

The method according to claim 1,
Wherein the hydrophobic substance comprises one of a silane compound containing fluorine, a hydrocarbon containing silicon and oxygen, and a hydrocarbon containing fluorine.

The method according to claim 1,
Wherein the hydrophobic substance has a surface energy of 30 mN / m or less (excluding 0 mN / m).

The method according to claim 1,
Wherein the time for treating the polymer material with an organic solvent is 1 to 5 seconds.

The method according to claim 1,
Wherein the hydrophobic substance has a molecular weight of 50 to 150. The method according to claim 1,

The method according to claim 1,
Wherein the step of modifying with the hydrophobic substance is carried out by vapor deposition.