KR20160110665A - 신축성 기판의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
PDMS 전구체 용액을 형성하는 것, 상기 PDMS 전구체 용액에 친수성 고분자를 첨가하여 신축성 기판용 유기 용액을 형성하는 것, 상기 신축성 기판용 유기 용액을 도포하는 것, 상기 신축성 기판용 유기 용액의 기포를 제거하는 것, 및 상기 신축성 기판용 유기 용액을 경화하는 것을 포함하는 신축성 기판의 제조 방법을 제공한다. 상기 친수성 고분자는 PEG, 및 PEG와 PPG의 공중합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 신축성 기판의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 친수성 성질을 갖고 신축성이 향상된 신축성 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
웨어러블 기기의 발전과 함께 신축성이 있는 기판에 대한 관심이 증가하고 있다. 신축성 기판의 물질로 신축률이 높은 PDMS(polydimethylsiloxane), PU(polyurethane)가 많이 사용되고 있다.
PDMS는 투명한 성질을 갖는 엘라스토머(elastomer)로서, 그의 제조 공정이 간단하다. 또한, PDMS는 전기적 특성, 광학적 특성, 기계적 특성이 우수하다. 특히, PDMS는 화학적 내구성 및 열적 내구성이 강하고 유연성(stretchable) 및 성형 가공성이 좋기 때문에, 관련 분야에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
그러나, PDMS는 소수성의 성질로 인해, 유기물질과의 젖음성이 낮다. 이로 인해, PDMS로 형성된 기판 상에 유기막을 코팅하는 것은 용이하지 않다. PDMS가 친수성 성질을 갖게 하기 위해서, 산소 플라즈마 또는 오존 플라즈마 처리 공정이 필요하다. 플라즈마 처리 공정 이후, PDMS 표면은 OH를 포함할 수 있다. 그에 따라, PDMS의 표면은 친수성 특성을 가질 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 친수성 성질을 갖는 신축성 기판의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법은 PDMS 전구체 용액을 형성하는 것, 상기 PDMS 전구체 용액에 친수성 고분자를 첨가하여 신축성 기판용 유기 용액을 형성하는 것, 상기 신축성 기판용 유기 용액을 도포하는 것, 상기 신축성 기판용 유기 용액의 기포를 제거하는 것, 및 상기 신축성 기판용 유기 용액을 경화하는 것을 포함할 수 있다. 상기 친수성 고분자는 PEG, 및 PEG와 PPG의 공중합체 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 신축성 기판은 PDMS 전구체 용액에 친수성 고분자를 첨가하여 함께 경화시키기 때문에, 그의 제조과정이 복잡하지 않다. 이를 통해 제조된 신축성 기판은 양면 모두에 친수성 특성을 가질 수 있고, 신축성 기판의 신축성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 2는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 접촉각을 측정한 결과 그래프이다.
도 3은 비교예 1의 접촉각을 측정한 사진이다.
도 4는 실시예 2의 접촉각을 측정한 사진이다.
도 5는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 기판 상에 PI를 코팅한 사진이다.
도 2는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 접촉각을 측정한 결과 그래프이다.
도 3은 비교예 1의 접촉각을 측정한 사진이다.
도 4는 실시예 2의 접촉각을 측정한 사진이다.
도 5는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 기판 상에 PI를 코팅한 사진이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’ 및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법을 나타내는 공정 흐름도이다. 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 신축성 기판의 제조 방법은 PDMS(polydimethylsiloxane) 전구체 용액을 형성하는 것(S10), PDMS 전구체 용액에 친수성 고분자를 첨가하여 신축성 기판용 유기 용액을 형성하는 것(S20), 신축성 기판용 유기 용액을 도포하는 것(S30), 신축성 기판용 유기 용액의 기포를 제거하는 것(S40), 및 신축성 기판용 유기 용액을 경화시키는 것(S50)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, PDMS 전구체 용액은 PDMS 베이스 및 경화제(curing agent)를 교반하여 형성될 수 있다(S10). PDMS 베이스는 가교(cross linking)되지 않은 PDMS일 수 있다. 예를 들어, PDMS 베이스는 실록산 단량체(siloxane monomer)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 경화제는 디메틸 메틸하이드로젠 실록산(dimethyl methylhydrogen siloxane)을 포함할 수 있다. 경화제는 PDMS 베이스의 경화(hardening) 및 고분자화(polymerization)를 촉진할 수 있다. 경화제는 PDMS 베이스 100 중량%에 대해 1 내지 50 중량%를 가질 수 있다.
친수성 고분자가 PDMS 전구체 용액에 첨가될 수 있다. 이를 통해, 신축성 기판용 유기 용액이 형성될 수 있다(S20). 일 실시예에 따르면, 친수성 고분자는 PEG(polyethylene glycol)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 친수성 고분자는 PEG를 포함하는 고분자일 수 있다. 다른 예로, 친수성 고분자는 PEG와 PPG(polypropylene glycol)의 공중합 고분자일 수 있다. 또는, 친수성 고분자는 PEG-PPG-PEG의 공중합 고분자일 수 있다. 친수성 고분자는 PDMS 전구체 용액 100 중량%에 대해 1 내지 10 중량%를 가질 수 있다. 친수성 고분자의 비율이 1 중량% 보다 낮은 경우, 신축성 기판이 친수성 특성을 갖지 않을 수 있다. 친수성 고분자의 비율이 10 중량%보다 높은 경우, 신축성 기판의 신축률이 너무 놓아 기판으로서의 사용이 불가능 할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 신축성 기판의 두께를 조절하기 위한 용매가 신축성 기판용 유기 용액에 더 첨가될 수 있다. 예를 들어, 신축성 기판의 두께를 조절하기 위한 용매는 할로카본(halocarbon)류를 포함할 수 있다.
이어서, 신축성 기판용 유기 용액이 도포될 수 있다(S30). 일 실시예에 따르면, 신축성 기판용 유기 용액은 몰드(mold) 또는 용기 내에 주입될 수 있다. 예를 들어, 몰드 또는 용기는 신축성 기판의 형상을 정의하는 내부 공간을 가질 수 있고, 이러한 내부 공간에 신축성 기판 제조용 유기 용액이 주입될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 신축성 기판용 유기 용액은 별도의 기판 상에 코팅될 수 있다. 예를 들어, 신축성 기판용 유기 용액의 코팅은 스핀코팅 또는 바코팅 공정을 이용하여 수행될 수 있다. 이 경우, 신축성 기판은 박막 형태로 형성될 수 있다. 즉, 신축성 기판은 박막으로 사용될 수도 있다.
도포된 신축성 기판용 유기 용액 내의 기포가 제거될 수 있다(S40). 일 실시예에 따르면, 신축성 기판용 유기 용액 내의 기포는 진공 탈포 과정을 통해 제거할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 신축성 기판용 유기 용액 내의 기포는 음파처리(sonication) 공정으로 제거할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 상술한 바와 달리, S30 단계와 S40 단계의 순서는 뒤바뀔 수 있다. 즉, 신축성 기판용 용액 내의 기포가 먼저 제거되고(S40), 기포가 제거된 신축성 기판용 유기 용액이 도포될 수 있다(S30). 예를 들어, 신축성 기판용 유기 용액 내의 기포가 제거된 후, 기포가 제거된 신축성 기판용 용액이 몰드 또는 용기 내에 주입될 수 있다. 이 때, 신축성 기판용 용액이 평평하게 퍼질 충분한 시간이 필요할 수 있다.
이어서, 신축성 기판용 유기 용액에 대한 열처리 공정이 수행될 수 있다. 예를 들어, 열처리 공정은 60 내지 120℃에서 수행될 수 있다. 보다 바람직하게, 열처리 공정은 약 80℃ 온도 하에서, 2시간 동안 수행될 수 있다. 이에 따라, 신축성 기판용 유기 용액이 경화될 수 있다(S50). 이 후, 신축성 기판은 용기 또는 기판에서 분리될 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 신축성 기판(실시예 1 내지 3)과 친수성 고분자를 포함하지 않는 PDMS기판(비교예 1)를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
[실시예 1]
PDMS 베이스와 경화제를 교반하였다. 경화제는 PDMS 베이스 100 중량%에 대해 10 중량%로 첨가하였다. 교반된 PDMS 전구체 용액에 PEG-PPG-PEG 고분자를 첨가하였다. PEG-PPG-PEG 고분자는 PDMS 전구체 용액 100 중량%에 대해 0.45 중량%로 첨가하였다. 신축성 기판용 유기 용액을 진공 박스에 넣어 기포를 제거하였다. 기포가 제거된 신축성 기판용 용액을 용기에 넣어 80℃ 온도 하에서, 2시간 동안 경화하였다. 경화된 신축성 기판을 용기로부터 분리하여 기판을 제조하였다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 PEG-PPG-PEG 고분자를 PDMS 전구체 용액 100 중량%에 대해 0.9 중량%로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
[실시예 3]
상기 실시예 1에서 PEG-PPG-PEG 고분자를 PDMS 전구체 용액 100 중량%에 대해 2.7 중량%로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
[실시예 4]
상기 실시예 1에서 경화제를 PDMS 베이스 100 중량%에 대해 5 중량%로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
[실시예 5]
상기 실시예 2에서 경화제를 PDMS 베이스 100 중량%에 대해 5 중량%로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
[실시예 6]
상기 실시예 3에서 경화제를 PDMS 베이스 100 중량%에 대해 5 중량%로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
[실시예 7]
상기 실시예 1에서 경화제를 PDMS 베이스 100 중량%에 대해 30 중량%로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
[실시예 8]
상기 실시예 2에서 경화제를 PDMS 베이스 100 중량%에 대해 30 중량%로 첨가한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
[비교예 1]
상기 실시예 1에서 PEG-PPG-PEG 고분자를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
[비교예 2]
상기 비교예 1에서 경화제를 PDMS 베이스 100 중량%에 대해 5 중량%로 첨가한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
[비교예 3]
상기 비교예 1에서 경화제를 PDMS 베이스 100 중량%에 대해 30 중량%로 첨가한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 기판을 제조하였다.
실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 3에 따라 제조된 기판의 물에 대한 접촉각 측정을 수행하였다. 접촉각은 기판의 일면 상에 물을 떨어트린 후, 기판과 물 사이의 접촉각을 측정하였다.
접촉각은 고체 표면상에 정지상태의 액체가 고체와 접하는 점에서 액면의 접선과 고체면 사이의 각도를 의미한다. 고체 표면의 친수성이 클 경우, 접촉각이 작아진다. 고체 표면의 친수성이 작을 경우, 접촉각은 커진다.
도 2는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1의 접촉각(contact angle, θ)을 측정한 결과 그래프이다. 도 3은 비교예 1의 접촉각을 측정한 사진이다. 도 4는 실시예 2의 접촉각을 측정한 사진이다. 실시예 1 내지 8 및 비교예 1 내지 3에 따른 접촉각(contact angle, θ)의 측정 결과를 표 1에 정리하였다.
| 친수성 고분자의 양(wt%) | 0 | 0.45 | 0.9 | 2.7 | |
| 구분 1 | PDMS 베이스 : 경화제 (1:0.10) |
비교예 1 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 |
| 접촉각(°) | 97.3 | 76.9 | 74.1 | 79.4 | |
| 구분 2 | PDMS 베이스 : 경화제 (1:0.05) |
비교예 2 | 실시예 4 | 실시예 5 | 실시예 6 |
| 접촉각(°) | 83.2 | 78.4 | 78.8 | 78.8 | |
| 구분 3 | PDMS 베이스 : 경화제 (1:0.30) |
비교예 3 | 실시예 7 | 실시예 8 | |
| 접촉각(°) | 104.8 | 82.8 | 78.1 |
도 2 내지 도 4 및 표 1을 참조하여, 실시예 1 내지 8의 신축성 기판은 비교예 1 내지 3의 PDMS 기판보다 접촉각이 작은 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 신축성 기판의 표면은 물에 대한 친수성이 증가한 것을 알 수 있다.
도 5는 실시예 1 내지 3 및 비교예 1에 따라 제조된 기판 상에 PI(poly imide)를 코팅한 사진이다. 도 5를 참조하면, 비교예 1은 PI가 거의 코팅되지 않았다. 실시예 1 내지 3은 친수성 고분자의 첨가량이 증가할 수록 PI 코팅 특성이 향상되는 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 신축성 기판은 그의 표면이 개질되어 PDMS 기판에 비해 유기물질과의 젖음성이 증가한 것을 확인할 수 있다.
실시예 3 및 비교예 1에 따라 제조된 기판의 신축성 평가를 수행하였다. 신축성 평가는 기판이 파단될 때까지 늘어뜨린 후, 그 인장된 길이를 측정하여 수행하였다. 실시예 3과 비교예 1에 따라 제조된 기판의 인장된 길이를 비교 측정하였다. 실시예 3에 따라 제조된 신축성 기판은 초기 6cm에서 인장을 시작하였다. 실시예 3에 따라 제조된 신축성 기판은 18cm까지 인장된 후 파단하여, 약 200%의 신장률을 보였다. 반면, 비교예 1에 따라 제조된 PDMS 기판은 초기 6cm에서 13.5cm로 인장된 후 파단하여, 약 125%의 신장률을 보였다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 신축성 기판은 PDMS 기판에 비해 신축성이 증가함을 알 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (1)
- PDMS 전구체 용액을 형성하는 것;
상기 PDMS 전구체 용액에 친수성 고분자를 첨가하여 신축성 기판용 유기 용액을 형성하는 것;
상기 신축성 기판용 유기 용액을 도포하는 것;
상기 신축성 기판용 유기 용액의 기포를 제거하는 것; 및
상기 신축성 기판용 유기 용액을 경화하는 것을 포함하고,
상기 친수성 고분자는 PEG, 및 PEG와 PPG의 공중합체 중 적어도 하나를 포함하는 신축성 기판의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150033296A KR20160110665A (ko) | 2015-03-10 | 2015-03-10 | 신축성 기판의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020150033296A KR20160110665A (ko) | 2015-03-10 | 2015-03-10 | 신축성 기판의 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20160110665A true KR20160110665A (ko) | 2016-09-22 |
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ID=57102775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020150033296A KR20160110665A (ko) | 2015-03-10 | 2015-03-10 | 신축성 기판의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20160110665A (ko) |
-
2015
- 2015-03-10 KR KR1020150033296A patent/KR20160110665A/ko not_active Application Discontinuation
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