KR20180063244A - 마이크로구조 표면을 가지는 직물 및 직물을 포함하는 의류 - Google Patents
마이크로구조 표면을 가지는 직물 및 직물을 포함하는 의류 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180063244A KR20180063244A KR1020187012538A KR20187012538A KR20180063244A KR 20180063244 A KR20180063244 A KR 20180063244A KR 1020187012538 A KR1020187012538 A KR 1020187012538A KR 20187012538 A KR20187012538 A KR 20187012538A KR 20180063244 A KR20180063244 A KR 20180063244A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- texture
- hydrophobic
- interface
- contact angle
- hydrophilic
- Prior art date
Links
- 239000004744 fabric Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 claims abstract description 40
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 72
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 35
- 230000003075 superhydrophobic effect Effects 0.000 claims description 26
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 25
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 44
- 239000003570 air Substances 0.000 abstract description 10
- 239000003921 oil Substances 0.000 abstract description 7
- 239000004753 textile Substances 0.000 abstract description 4
- UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N Benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1 UHOVQNZJYSORNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 45
- 239000000463 material Substances 0.000 description 37
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 9
- -1 rod array Substances 0.000 description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 7
- 238000004049 embossing Methods 0.000 description 6
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 6
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 5
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 5
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 5
- 241000220317 Rosa Species 0.000 description 5
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 235000019198 oils Nutrition 0.000 description 5
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 5
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 230000005660 hydrophilic surface Effects 0.000 description 4
- 230000005661 hydrophobic surface Effects 0.000 description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 3
- 238000004883 computer application Methods 0.000 description 3
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 2
- 235000019476 oil-water mixture Nutrition 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000009736 wetting Methods 0.000 description 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 1
- 241000238631 Hexapoda Species 0.000 description 1
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 description 1
- 239000004687 Nylon copolymer Substances 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 244000181025 Rosa gallica Species 0.000 description 1
- 235000000533 Rosa gallica Nutrition 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000003373 anti-fouling effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 239000002801 charged material Substances 0.000 description 1
- 239000008199 coating composition Substances 0.000 description 1
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000009760 electrical discharge machining Methods 0.000 description 1
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 229920001600 hydrophobic polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000010985 leather Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008450 motivation Effects 0.000 description 1
- 239000010705 motor oil Substances 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002940 repellent Effects 0.000 description 1
- 239000005871 repellent Substances 0.000 description 1
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
- 239000008149 soap solution Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 239000008247 solid mixture Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 241000894007 species Species 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- 230000000699 topical effect Effects 0.000 description 1
- 210000005239 tubule Anatomy 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A41—WEARING APPAREL
- A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
- A41D19/00—Gloves
- A41D19/015—Protective gloves
- A41D19/01547—Protective gloves with grip improving means
- A41D19/01558—Protective gloves with grip improving means using a layer of grip improving material
-
- A41D31/0011—
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A41—WEARING APPAREL
- A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
- A41D31/00—Materials specially adapted for outerwear
- A41D31/04—Materials specially adapted for outerwear characterised by special function or use
- A41D31/12—Hygroscopic; Water retaining
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B42/00—Surgical gloves; Finger-stalls specially adapted for surgery; Devices for handling or treatment thereof
- A61B42/10—Surgical gloves
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
- B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
- B81B3/0067—Mechanical properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00023—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems without movable or flexible elements
- B81C1/00031—Regular or irregular arrays of nanoscale structures, e.g. etch mask layer
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00206—Processes for functionalising a surface, e.g. provide the surface with specific mechanical, chemical or biological properties
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M23/00—Treatment of fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, characterised by the process
- D06M23/16—Processes for the non-uniform application of treating agents, e.g. one-sided treatment; Differential treatment
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A41—WEARING APPAREL
- A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
- A41D19/00—Gloves
- A41D19/015—Protective gloves
- A41D19/01547—Protective gloves with grip improving means
- A41D19/01558—Protective gloves with grip improving means using a layer of grip improving material
- A41D19/01564—Protective gloves with grip improving means using a layer of grip improving material using strips of material
-
- A41D2400/60—
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A41—WEARING APPAREL
- A41D—OUTERWEAR; PROTECTIVE GARMENTS; ACCESSORIES
- A41D2600/00—Uses of garments specially adapted for specific purposes
- A41D2600/20—Uses of garments specially adapted for specific purposes for working activities
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2207/00—Microstructural systems or auxiliary parts thereof
- B81B2207/05—Arrays
- B81B2207/056—Arrays of static structures
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06M—TREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
- D06M2200/00—Functionality of the treatment composition and/or properties imparted to the textile material
- D06M2200/05—Lotus effect
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N2209/00—Properties of the materials
- D06N2209/14—Properties of the materials having chemical properties
- D06N2209/141—Hydrophilic
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D06—TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N—WALL, FLOOR, OR LIKE COVERING MATERIALS, e.g. LINOLEUM, OILCLOTH, ARTIFICIAL LEATHER, ROOFING FELT, CONSISTING OF A FIBROUS WEB COATED WITH A LAYER OF MACROMOLECULAR MATERIAL; FLEXIBLE SHEET MATERIAL NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- D06N2211/00—Specially adapted uses
- D06N2211/10—Clothing
- D06N2211/103—Gloves
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B2401/00—Physical properties
- D10B2401/02—Moisture-responsive characteristics
- D10B2401/021—Moisture-responsive characteristics hydrophobic
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B2401/00—Physical properties
- D10B2401/02—Moisture-responsive characteristics
- D10B2401/022—Moisture-responsive characteristics hydrophylic
-
- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B2501/00—Wearing apparel
- D10B2501/04—Outerwear; Protective garments
- D10B2501/041—Gloves
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Textile Engineering (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
- Professional, Industrial, Or Sporting Protective Garments (AREA)
- Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
- Gloves (AREA)
Abstract
본 발명은 직물 물품 및 실외용 의류, 실내용 의류, 그리고, 물 및 오일의 혼합물과의 접촉에 노출되는 상용 보호복, 수영복 및 물 및 공기의 혼합물에 노출되는 겨울용 의복과 같은 옷에 관한 것이다. 이러한 직물 물품의 적어도 일부는 1) 큰 표면적, 2) 계층적 패턴, 3) 접촉 혼합체의 친수성 부분이 큰 접촉각을 가지도록 그리고 접촉 혼합체의 소수성 부분이 작은 접촉각을 가지도록 하는 접촉각, 및 4) 5도 초과의 이력 각도 중 적어도 하나를 구비하는 표면을 갖는다. 본 발명의 소수성/친수성 접촉 혼합체는, 오일 및/또는 공기와 조합되어 물 및/또는 얼음이 존재하는 표면일 수 있다. 본 발명의 직물 물품은 소수성/친수성 접촉 혼합체를 가지는 표면 상에서의 미끄러짐을 저지한다.
Description
관련 출원
본원은, 개재 내용의 전체가 본원에서 참조로 포함되는, 2015년 10월 5일자로 출원된 미국 가출원 제62/237,460호의 이익 향유를 주장한다.
본 개시 내용은 직물 물품 및 실외용 의류, 실내용 의류, 의료용 보호복, 물 및 오일의 혼합물과의 접촉에 노출되는 상용 보호복, 수영복 및 물 및 공기의 혼합물에 노출되는 겨울용 의복과 같은 옷을 제공한다. 이러한 직물 물품의 적어도 일부는 1) 큰 표면적, 2) 계층적 패턴, 3) 접촉 혼합체의 친수성 부분이 큰 접촉각을 가지도록 그리고 접촉 혼합체의 소수성 부분이 작은 접촉각을 가지도록 하는 접촉각, 및 4) 5도 초과의 이력 각도(hysteresis angle) 중 적어도 하나를 구비하는 마이크로구조 표면을 갖는다.
본 항목은 주로 확립된 관찰 및 이론에 관한 것이지만, 이러한 항목에 포함된 재료의 일부는 해석 또는 인식된 적용예와 관련하여 새로운 것일 수 있지만, 그럼에도 불구하고 기본적인 이론은 알려져 있다. 따라서, 이러한 항목에서 개시된 생각이 종래 기술을 구성하는 것 그리고 종래 기술의 변형된 상태들 사이에서 이루어진 연결의 일부가 본 발명을 구성할 수 있다는 것을 의도하지는 않는다.
기체 환경 내의 고체 텍스쳐 표면과 물의 상호작용이 캐시-백스터(Cassie-Baxter) 모델에 의해서 설명된다. 이러한 모델에서, 공기는 텍스쳐 표면의 미세홈 내에 포획되고 물의 액적은 공기를 포함하는 화합물 표면 및 미세돌출부의 상단부 상에 놓인다. 텍스쳐의 다수의 스케일들(scales) 사이의 프랙탈 치수(fractal dimension)의 중요성이 잘 인지되었고, 많은 접근 방식이 프랙탈 기여(fractal contribution) 즉, 텍스쳐의 상이한 스케일들 사이의 치수적 관계를 기초로 하였다. 그러나, 사용되는 재료(유기 또는 무기) 및 표면 텍스쳐의 기하형태적 구조(입자, 막대 어레이, 또는 기공)와 관계없이, 소위 초소수성 표면을 획득하기 위해서, 작은 표면 에너지와 조합된 텍스쳐의 다수의 스케일이 요구되었다.
초소수성은, 매끄럽지만 강한 소수성을 가지는 재료로 달성 가능한 접촉각보다 큰 물과의 접촉각을 나타내는 재료로서 다양하게 보고되었다. 소수성 표면은 물을 밀어낸다. 표면의 소수성은, 예를 들어, 표면 상의 물방울의 접촉각을 결정하는 것에 의해서 측정될 수 있다. 접촉각은 정적인 상태 또는 동적인 상태에서 측정될 수 있다. 동적 접촉각 측정은, 물방울과 같은 부착 종(adherent species)에 대한 전진 접촉각 또는 후행 접촉각을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 전진 접촉각과 후행 접촉각 사이의 차이가 작은(즉, 작은 접촉각 이력) 소수성 표면은 평면내 병진 운동에 대한 작은 저항(작은 접촉)을 가지는 표면을 초래한다. 물은, 큰 접촉각 이력을 가지는 표면을 가로지르는 것보다, 작은 접촉각 이력을 가지는 표면을 더 용이하게 가로질러 이동할 수 있고, 그에 따라 접촉각 이력의 크기는 물질을 이동시키는데 필요한 에너지의 양과 마찬가지로 취급할 수 있다.
표면 텍스쳐 연구에 대한 자연으로부터의 고전적인 동기는, 물과 큰 접촉각 이력 및 작은 접촉각 이력을 가지고 강력한 자가-세정 성질을 나타내는, 볼록 세포 돌기(convex cell papillae) 및 무작위로 배향된 소수성 왁스 세관의 계층적 구조로 인해서 초소수성을 가지는 연꽃 잎이다.
덜 알려진 자연으로부터의 동기는, 중간 접촉각과 큰 각도 접촉 차이를 가지는, 원주방향으로 배열되고 축방향으로 지향된 융기부로 장식된 볼록 세포 돌기의 계층적 구조물을 가지는, 붉은 장미 꽃잎이다. 접촉각은 텍스쳐 표면과 직접적으로 접촉되는 물의 양의 측정치인 반면, 접촉각 이력은 물이 표면 상에서 이동될 수 있는 정도의 측정치이다.
이러한 상태의 각각에 대한 진화적 동기는 매우 분명하다. 연꽃 잎 및 일반적인 식물 잎의 경우에, 물과의 최소 접촉 및 큰 물 이동성은, 물이 흐름에 따라 잎으로부터 세정되는 미립자 오염물질에 대한 물의 우선적인 접촉을 초래한다. 이는 표면 오염물질에 의한 광 흡수량을 감소시키고, 광합성 효율을 증가시키는 역할을 한다. 장미 꽃잎 및 일반적인 식물 꽃잎의 경우에, 대부분의 꽃가루 매개체(pollinator)가 큰 장력의 물 공급원에 끌어 당겨지고, 이는 곤충이 익사되지 않고 용이하게 접근할 수 있게 한다. 그에 따라, 진화적인 자극이 식물의 번식인 경우에, 큰 접촉각 이력과 쌍을 이루는 큰 접촉각이 바람직하고, 진화적인 자극이 대사 및 성장인 경우에, 작은 접촉각 이력과 쌍을 이루는 큰 접촉각이 바람직하다.
잠깐 동안 단일 텍스쳐 스케일을 고려하면, 물이 텍스쳐 표면 상에 배치될 때, 물은 텍스쳐의 정점 상에 안착되거나 계곡부 내로 적셔질(wick) 수 있다. 정점 상에 안착되는 것이 캐시 상태로 지칭되고, 계곡부 내로 적셔지는 것이 벤젤(Wenzel) 상태로 지칭된다. 벤젤 상태가 우세할 때, 표면 조도가 증가됨에 따라 접촉각 및 접촉각 이력 모두가 증가된다. 그러나, 조도 인자가 임계 레벨을 초과할 때, 접촉각이 계속 증가되는 한편, 이력은 감속되기 시작한다. 이러한 지점에서, 표면과 물 액적 사이의 계면에서의 소수성 구성요소(이러한 경우에, 공기)의 양의 증가로 인해서, 우세 습윤 거동이 변화된다.
다수의 텍스쳐 스케일이 이용될 때, 일부는 벤젤일 수 있고 다른 것이 캐시일 수 있다. 2개의 상태 중, 벤젤 상태는 작은 접촉각, 큰 접촉각 이력 및 작은 이동성을 갖는다. 혼합된 벤젤-캐시 상태에서, 큰 접촉각 및 큰 접촉각 이력을 가질 수 있다. 그러나, 상호작용하는 소수성 구성요소 및 친수성 구성요소에 대한 텍스쳐 고체의 소수성은 매우 중요하다.
물은, 대전된 임의의 다른 물질을 끌어당기게 하는 쌍극 구조를 갖는다. 분자 상의 특정 위치에 과잉 전하가 국소화된 분자는 그러한 분자가 친수성이 되게 한다. 중합체의 경우에, 전하들이 연관되고, 벌크 물질은 거시적인 전하를 갖는다. 그리고 그러한 거시적 집합체에서, 그러한 재료는 강력하게 물을 끌어 당긴다. 그리고, 그러한 거시적 전하의 국소부들이 표면 텍스쳐와 연관될 때, 물질은 초친수성이 된다.
초친수성이라는 용어는 문헌에서 다양한 의미를 가지고, 많은 경우에 단순히 물질을 더 친수성이 되게 하는 것, 또는 동일한 물질의 편평한 표면에 대한 접촉각의 감소를 지칭한다. 여기에서, 임의의 특별한 물 분자가 중합체 표면 상에서 짧은 체류 시간을 가질 수 있지만, 물이 항상 기재 표면에 결합되도록 표면 전하 및 표면 에너지를 강조하는 것을 의미한다. 이는, 표면으로부터의 물 분자의 통계적(stochastic) 부착/탈착으로 인해서, 본 직물의 부착 표면이 오염 파편으로부터 차폐되고 그리고 또한 자가-세정된다는 상업적인 장점을 갖는다.
식물 세계에서, 대부분의 텍스쳐 표면은 소수성 기재 상에서 발생된다. 그러나, 소수성 유체가 물을 대체할 때, 캐시 상태는 벤젤 상태로 용이하게 변환된다. 이는 항상 그러한 것이 아니고, 소수성 재료의 증기압 및 점도 그리고 표면 텍스쳐 내에 포획된 공기가 얼마나 빨리 소산될 수 있는지에 따라 달라진다.
이하와 같이, 소수성 코팅 및 표면을 성취하기 위한 다양한 노력이 있어왔다: 미국 특허 제6,994,045호는 매우 작은 점도의 기체 윤활제를 위한 기재로서 작용하는 초소수성 코팅을 설명하고, 제1 계층적 레벨의 형태가 코팅의 기재에 위치되고, 각각의 연속적인 계층적 레벨의 형태가 이전의 계층적 레벨의 표면 상에 위치되고, 그리고 개별적인 더 높은 계층적 레벨이 더 낮은 계층적 레벨의 형태를 되풀이하는, 계층적 프랙탈 구조의 표면을 갖는다. 미국 특허 제7,419,615호는 소수성 재료와 가용성 입자를 혼합하여 혼합물을 형성하는 것에 의해서 초소수성 재료를 형성하는 방법을 개시한다. 미국 특허 제7,887,736호는, 큰 면적에 걸친 초소수성 중합체의 대량 생산이 경제적으로 이루어질 수 있도록, 형판을 이용하여 반복적으로 임프린트된(imprinted) 초소수성 표면을 개시한다. 미국 공개 제20030147932호는, 오염방지 성질을 가지는 자가-세정 또는 연꽃 효과 표면을 개시한다. 미국 공개 제20060029808호는 1주일 동안 물에 침잠된 후에도 초소수성을 유지할 수 있는 코팅을 개시한다. 미국 공개 제20080015298호는 초소수성 코팅 조성물을 개시한다. 미국 공개 제20080241512호는 초친수성 표면 성질, 또는 초소수성 표면 성질, 또는 그러한 성질의 조합을 주어진 표면 상의 여러 위치에서 제공하기 위한 재료의 층을 피착하는 방법을 개시한다. 미국 공개 제20090011222호는 다양한 시스템 적용예를 위한 초소수성 보호 코팅으로서 연꽃 효과 재료를 도포하는 방법뿐만 아니라, 연꽃 효과 코팅을 제조/준비하는 방법을 개시한다. 미국 공개 제20090076430호는, 제1 표면을 가지는, 통기적일 수 있는, 재료, 및 제1 표면에 부착된 복수의 초소수성 입자를 포함하는 붕대를 개시한다. 그러한 재료는 친수성인 제1 표면에 대향되는 제2 표면을 가질 수 있다. 미국 공개 제20090227164호는 텍스쳐(texture) 및 나노 범위 내의 스펀지 메시 구조로 코팅된 부직 재료의 초소수성 코팅을 개시한다. 미국 공개 제20100112286호는 인공적으로 구조화된 초소수성 표면 상에서의 액체 액적 상태의 제어 및 전환을 개시한다. 미국 공개 제20100021692호는 다수 스케일(계층적) 초소수성 표면이 제공되는 제조 방법을 개시한다. 그러한 방법은, 프랙탈-유사 또는 의사(pseudo) 프랙탈-유사 방식, 나노스케일인 가장 작은 스케일 및 가장 큰 마이크로 스케일의, 3개 크기의 스케일로 중합체 표면을 텍스쳐링하는 것을 포함한다. 미국 공개 제20100028604호는 기재 및 기재의 적어도 하나의 표면 상에 배치된 계층적 표면 구조물을 포함하는 초소수성 구조물을 개시하고, 그러한 계층적 표면 구조물은, 기재의 적어도 하나의 표면 상에서 이격된 기하형태적 패턴으로 배치된 복수의 마이크로조도부(microasperity)를 포함하는 마이크로구조물을 포함한다. 미국 공개 제20110077172호는 재료의 국소적인 피착 방법을 개시하고, 상승된 표면 구조물을 포함하는 초소수성 기재를 포함한다.
전술한 내용에 비추어 볼 때, 소수성/친수성 혼합체를 가지는 표면에 노출될 때 캐시 상태 및 벤젤 상태를 생성하는 텍스쳐로 이루어진 부착 직물 재료가 요구된다. 그러한 직물 재료는 의류, 특히 수술용 장갑과 같은 의료 환경에서 이용되는 의류에 있어서 특히 유용하다.
본 발명은, 의료용 의복, 특히 수술용 또는 보호용 장갑을 포함하는, 얼음 또는 오일 및 물의 혼합물과 접촉되는 의류와 같은, 직물 물품 또는 옷에 관한 것이다. 습윤된(wet) 피부와 접촉되는 욕조 또는 욕실 바닥 표면을 라이닝하는 미끄럼-방지 표면과 같은, 실내용 천이 습윤 피부 및 비누 용액에 노출된다. 산업용 장갑과 같은 실외용 천 또는 표면은 오일-물 혼합물과 접촉되고, 신발은 모터 오일과 같은 윤활제와 혼합된 물 또는 얼음과 접촉된다. 본 부착 직물은 미끄럼 방지 표면이고, 동일한 치수의 매끄러운 표면에 비해서 큰 표면적을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
상호작용의 스케일은 이러한 부착 직물의 표면 텍스쳐에 의해서 규정되고, 전형적으로 계층적이며, 하나는 마이크로미터(미크론) 정도이고 다른 하나는 100 미크론 정도인, 적어도 2개의 공간적 스케일을 특징으로 한다. 표면 텍스쳐는 선행 및 후행 접촉각들 사이의 차이(접촉각 이력)가 큰 하나의 상태, 또는 대안적으로 작은 접촉각 이력을 가지는 다른 상태를 유도할 수 있다. 관심 대상이 되는 상태는 각각 벤젤 상태 및 캐시 상태로 알려져 있다. 계층적 공간 스케일의 각각은 벤젤 상태 또는 캐시 상태를 별개로 유도할 수 있고, 그에 따라 조합이 다수의 공간적 스케일 상에서 가능할 수 있다.
이러한 상태는 텍스쳐 표면 계면에 존재하는 혼합체의 소수성 구성요소와 친수성 구성요소 사이의 현상이다. 캐시 상태의 경우에, 부착 직물(textile)은 소수성 파편 부착에 대해서, 예를 들어 오일 물 혼합물 내의 오일에 대해서 저항(resistant)을 갖는다. 벤젤 상태에서, 임플란트(implant)는 친수성 표면, 예를 들어 습윤 또는 얼음 표면에 가역적으로 부착된다. 하나의 텍스쳐 스케일에 벤젤이고 다른 하나가 캐시인, 복합 캐시-벤젤 상태에서, 부착 직물은 습윤 표면에 대해서 국소화될 수 있고 오일과 같은 소수성 오염물질에 대해서 저항을 가질 수 있다. 고체 텍스쳐 표면과 기체 환경 내의 상호작용이 캐시-백스터 모델에 의해서 설명된다. 이러한 모델에서, 공기는 텍스쳐 표면의 마이크로-홈 내에 포획되고 물의 액적은 공기를 포함하는 화합물 표면 및 미세돌출부의 상단부 상에 놓인다.
텍스쳐의 수의 스케일들(scales) 사이의 프랙탈 치수(fractal dimension)의 중요성이 잘 인지되었고, 많은 접근 방식이 프랙탈 기여(fractal contribution) 즉, 텍스쳐의 상이한 스케일들 사이의 치수적 관계를 기초로 하였다. 그러나, 사용되는 재료(유기 또는 무기) 및 표면 텍스쳐의 기하형태적 구조(입자, 막대 어레이, 또는 기공)와 관계없이, 소위 초소수성 표면을 획득하기 위해서, 작은 표면 에너지와 조합된 텍스쳐의 다수의 스케일이 요구되었다.
초소수성은, 매끄럽지만 강한 소수성을 가지는 재료로 달성 가능한 접촉각보다 큰 물과의 접촉각을 나타내는 재료로서 다양하게 보고되었다. 초소수성 기재를 위한 최소 접촉각에 대한 합의는 150도이고, 그에 따라 이러한 맥락에서, 본 발명의 실시예의 대부분은 엄격하게 초소수성이 아니나, 이러한 선택사항은 배제되지 않는다. 그 이유는, 벤젤-캐시 상태가, 캐시-백스터 계면을 생성하는 표면과 비텍스쳐 표면 사이에서 그 소수성에 있기 때문이다. 본 발명의 직물의 부착의 최적화에서, 초소수성은 많은 수의 관심 텍스쳐 제어 메커니즘의 단지 하나의 양태이고, 이러한 맥락에서, 접촉각은 접촉각 이력보다 덜 중요하다.
큰 표면적은 다수의 구조물을 다른 구조물의 상단부에 중첩되게 중첩시키는 것에 의해서 달성된다. 이러한 다수의 구조물은 치수가 충분히 상이하고, 그에 따라 이러한 구조물의 중첩은 계층적 구조물 또는 패턴으로 지칭된다. 본 발명에서 유용한 표면의 하위세트는 초소수성으로서 특성화된다. 초소수성 표면은, 물방울이 120도 초과의 접촉각을 만들게 하는 임의 표면이다. 소수성/친수성 접촉 혼합체는 액체/고체 혼합물 또는 액체/기체 혼합물이고, 고체, 액체 또는 기체의 제1 성분은 고체, 액체 또는 기체의 제2 성분 보다 더 친수성이다.
본 발명자는, 본 발명의 마이크로구조 표면이 소수성/친수성 접촉 혼합체로 이루어진 표면과 부착적으로 상호 작용한다는 것을 놀랍게도 발견하였다. 이러한 표면은 매우 다양한 미끄러짐, 미끈함, 또는 다른 매끈한 표면과 미끄럼 방지 접촉을 생성한다.
특히 본 발명은 초소수성 성질을 가지는 얇고, 양호하게 부착되고, 다공적이거나 비다공적인 코팅으로 표면의 적어도 일부가 코팅된 직물에 관한 것이다. 매끄럽고 평면인 표면에서 측정된 정적인 물 접촉각 값은 약 120 °초과, 바람직하게 130 °초과, 더 바람직하게 150 °초과이다.
예를 들어, 이러한 방법으로 처리된 직물은 현저하게 개선된 소수성을 갖는다. 예를 들어, 그러한 직물은 물 반박성, 흙/분진 점착 방지, 표면 상에서의 감소된 축적을 개선하거나 수증기/공기 투과성을 저해하지 않는 개선을 제공할 수 있다. 부가적으로, 이러한 표면은, 소수성/친수성 접촉 혼합체를 포함하는 벤젤-캐시 계면을 구축한다는 점에서, 많은 초소수성 표면과 상이하다. 접촉 혼합체의 소수성 구성요소가 표면에 끌리는 반면, 접촉 혼합체의 친수성 구성요소는 반발된다. 결과적으로, 전단 응력 하에서, 선행 연부 및 후행 연부의 접촉각의 차이로 인해서, 접촉되는 2개의 표면은 상대적인 이동을 저지한다. 선행 및 후행 접촉각의 이러한 차이는, 미끄러짐 발생 이전에 극복되어야 하는 에너지 차이를 나타낸다.
본 발명의 관심 대상이 되는 직물 기재는 웨브, 테이프, 막, 가죽 또는 모피와 같은 동물 피부, 직조된 층 및 부직 층 형태의 넓은 범위의 재료를 포함할 수 있고; 이들은 다공적 또는 비다공적, 강성 또는 가요성, 중합체 제조, 천연 또는 인공 섬유, 가죽, 생분해성 재료, 또는 직물 또는 직물을 포함하는 실외용 용도를 위한 제품을 만드는데 이용되는 임의의 통상적인 재료일 수 있다. 일 실시예에서, 의료용 또는 수술용 장갑은 본원에서 설명된 마이크로구조 표면 텍스쳐를 유리하게 포함한다.
유기 합성 수지가 선택되는 경우, 그러한 기재 재료는 폴리에틸렌, 폴리아크릴, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리아미드, 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리플루오로카본, 폴리에스테르, 실리콘 고무, 탄화수소 고무, 폴리카보네이트 및 다른 합성 중합체로 제조 될 수 있다. 특히 바람직한 중합체 기재는, 예를 들어 부직 직물 기재의 제조에서 이용되는 바와 같은, 폴리우레탄 또는 폴리프로필렌이다. 본 발명의 계층적 패턴으로 인상될(impressed) 수 있는, 솔벤트 주조된(solvent cast), 중합된, 또는 용융된 주조 중합체의 얇은 층이 이러한 직물에 부착된다.
대안적으로, 큰 에너지 표면 경화가 후속되는 보다 통상적인 박막 코팅 프로세스가 이용될 수 있다. 이러한 방법에서, 형성 중에 계층적 패턴으로 인상될 수 있는 직물 기재 상에 내구적이고 얇은 물 반발 코팅을 생성하기 위한 고속 진공 코팅 프로세스가 있다.
패턴 전사 프로세스는 진공 챔버 내의 회전 드럼과 같은 가동형 지지부를 포함할 수 있다. 지지부의 표면은 챔버 내에서 피착되는 증발된 재료의 응축을 허용하기에 충분한 온도에서 유지된다. 재료는 비교적 작은 분자량을 가지는 경화 가능 단량체이다. 단량체 증기는 플래시 증발기(flash vaporizer)를 이용하여 생성된다. 경화 가능 단량체의 희망량이, 재료가 증발되는 가열된 플래시 증발기 시스템으로 계량 공급된다. 이어서, 단량체는, 예를 들어 그 고유의 압력에 의해서, 회전 드럼 상에 놓인 직물 기재로 운반되고 직물 기재의 표면 상에서 응축된다. 동시에, 드럼이 계층적 패턴을 가지는 인접 드럼 상에서 인상된다. 방법에 따라, 이어서, 직물 기재는, 전자 빔, UV 광 복사선을 방출하는 에너지원 또는 전자기장에의 노출과 같은 경화 수단으로 운반된다. 대안적으로, 경화 가능 단량체는 또한 플라즈마 통과에 의해서 라디칼로 전달될 수 있다. 계층적 패턴이 전사되기 이전, 도중 또는 이후에 경화 수단에 의한 단량체의 경화는, 120 °초과의 정적 물 접촉각을 가지는 직물 기재 표면 상의 코팅을 제공한다. 계층적 패턴은 계층적 패턴과 소수성/친수성 접촉 혼합체 사이에 벤젤-캐시 계면을 형성한다.
도 1은 부착 직물에 유용한 마이크로구조 표면의 실시예를 도시한다.
도 2는 부착 직물에 유용한 표면의 실시예의 화상이다.
도 3은 반전 패턴을 가지는 마이크로구조 표면의 실시예의 화상이다.
도 4a 내지 도 4d는, 기재(410)에 걸쳐 대안적인 곡선형 표면 텍스쳐 특징부를 제공하는 다양한 정현파형 파형 패턴을 가지는 기재(410)의 선택을 도시한다.
도 5는 기재의 표면 상에 배치된 제2 세트의 특징부를 가지는 본 개시 내용에 따른 기재 상의 마이크로구조 표면의 실시예의 측면도를 도시한다.
도 6은 본 개시 내용에 따른 얇은 막 기재 상의 마이크로구조 표면의 다른 실시예의 측면도를 도시한다.
도 7은 제4 세트의 마이크로특징부를 가지는 마이크로구조 표면의 사시도를 도시한다.
도 8은 제4 세트의 마이크로특징부를 가지는 마이크로구조 표면의 개략적 상면도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 마이크로텍스쳐 소수성/친수성 표면을 가지는 의류, 특히 장갑을 도시한다.
도 2는 부착 직물에 유용한 표면의 실시예의 화상이다.
도 3은 반전 패턴을 가지는 마이크로구조 표면의 실시예의 화상이다.
도 4a 내지 도 4d는, 기재(410)에 걸쳐 대안적인 곡선형 표면 텍스쳐 특징부를 제공하는 다양한 정현파형 파형 패턴을 가지는 기재(410)의 선택을 도시한다.
도 5는 기재의 표면 상에 배치된 제2 세트의 특징부를 가지는 본 개시 내용에 따른 기재 상의 마이크로구조 표면의 실시예의 측면도를 도시한다.
도 6은 본 개시 내용에 따른 얇은 막 기재 상의 마이크로구조 표면의 다른 실시예의 측면도를 도시한다.
도 7은 제4 세트의 마이크로특징부를 가지는 마이크로구조 표면의 사시도를 도시한다.
도 8은 제4 세트의 마이크로특징부를 가지는 마이크로구조 표면의 개략적 상면도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 마이크로텍스쳐 소수성/친수성 표면을 가지는 의류, 특히 장갑을 도시한다.
본 발명 내용의 원리를 이해하는 것을 돕기 위한 목적으로, 이제 도면에 도시된 실시예를 참조할 것이고, 특정의 언어가 그러한 실시예를 설명하기 위해서 이용될 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 범위에 관한 제한이 그에 의해서 의도되지 않는다는 것, 그리고 도시된 장치의 그러한 변경 및 추가적인 수정, 그리고 도시된 바와 같은 본 발명의 원리의 그러한 추가적인 적용이, 본 발명이 관련된 기술 분야의 통상의 기술자에 의해서 일반적으로 이루어지는 바와 같이, 고려된다는 것이 이해될 것이다. 본 발명의 적어도 하나의 실시예가 설명되고 도시될 것이고, 본원은 본 발명의 다른 실시예를 도시 및/또는 설명할 수 있다. 달리 기술되지 않는 한, "본 발명"에 관한 임의의 언급이 본 발명의 군의 실시예에 대한 언급이고, 모든 실시예에 포함되어야 하는 장치, 프로세스, 또는 조성을 하나의 실시예가 포함하지 않는다는 것이 이해된다.
본 발명은, 소수성 구성요소를 포함하는 수성 환경에 노출될 때 캐시 상태 및 벤젤 상태를 초기에 생성하는 텍스쳐로 이루어진 표면을 가지는 직물에 관한 것이다. 소수성 구성요소는 오일과 같은 액체 또는 주변 공기와 같은 기체일 수 있다. 이러한 상태는 소수성/친수성 혼합체로 이루어진 계면의 결과로서 발전된다. 액체 소수성/액체 친수성 혼합체가, 물/공기 혼합물 상에서 발전되는 전형적인 벤젤-캐시 상태와 유사한 계면을 생성한다는 것을 발견하였다. 수정된 벤젤-캐시 상태에서, 통상적인 기체 상과 유사한 포획된 상은 액체 소수성 상(phase)이다.
이제 도 1를 참조하면, 일반적으로 본 발명의 부착 직물(100)의 표면은 기재(108)의 적어도 하나의 표면 상에서 기하형태적 패턴으로 배치된 복수의 돌기부 및 함몰부를 가지는 큰 스케일 구조물로 이루어진 계층적 표면(106)을 가지고, 큰 스케일 레벨 구조물(108)의 적어도 하나의 표면 상에 배치된 중간 스케일 구조물(110)은 돌기부(112)로 구성된다. 작은 스케일 구조물(114)은 중간 스케일 구조물(110) 상에 배치된 돌기부(116) 및 함몰부(118)로 유사하게 구성된다. 소수성/친수성 접촉 혼합체의 친수성 구성요소가 인접한 돌기부들(108) 사이의 큰 스케일 함몰부와 접촉되지 않도록, 큰 스케일 돌기부(108)는 충분히 높아야 한다. 도 1의 실시예에서, 큰 스케일 돌기부(108)는 약 25 내지 약 1000 미크론의 높이(H) 및 약 25 내지 약 2000 미크론의 직경(D)을 가질 수 있고, 돌기부(108)에 의해서 덮인 기재(104)의 표면적의 분율(fraction)은 약 0.1 내지 약 1.0의 범위일 수 있다. 중간 스케일 돌기부(110)는 5 내지 약 25 미크론의 높이(120) 및 5 내지 약 50 미크론의 직경(122)을 가질 수 있고, 돌기부(108)에 의해서 덮인 기재(110)의 표면적의 분율은 약 0.1 내지 약 0.9의 범위일 수 있다. 작은 스케일 구조물(112)은 중간 스케일 구조물(110) 상에 주로 배치될 수 있다.
계층적 구조물의 배열체가 기하형태적일 수 있고 수학식으로 일반적으로 설명될 수 있다. 대안적으로, 계층적 구조물은 무작위적으로 배치될 수 있고, 더 전형적으로 자연적인 구조물인 가변 피치(varying pitch)를 가질 수 있다. 계층적 구조물의 배열체는 일반적으로 프랙탈 치수에 의해서 설명될 수 있다. 프랙탈 치수는, 다수의 공간적 스케일 상의 구조물을 검사할 때, 구조물의 집합체가 어떻게 완전히 공간을, 본 경우에 평면을, 채우는 것으로 보이는 지에 관한 표시를 제공하는 통계량이다. 본질적으로 통계적인 프랙탈 치수를 구체화하는 것은, 계층적 구조물이 수학식에 의해서 확실하게 규정된다는 것을 반드시 나타낼 필요가 없다. 일반적으로, 특정 스케일 내의 구조물의 무작위적 배열은 1보다 큰 프랙탈 치수를 가지며, 구조물은 표면 상의 모든 지점에서 수학적으로 설명된다. 따라서, 무작위적 구조물은, 본 발명의 부착 표면이 자연적인 표면과 상호작용할 때 더 큰 이용성을 갖는다는 양태에서, 장점을 가질 수 있다. 특정 공간적 스케일 내의 더 큰 프랙탈 치수는 기재에 다수 피치 배열체를 적용하는 것에 의해서 달성될 수 있다. 돌기부 및 함몰부는 국소적인 피치와 관련하여 국소적으로 스케일링될(scaled) 수 있다. 따라서, 피치는 스케일 구조물 내에서 변경될 수 있다. 더 큰 프랙탈 치수 구조물의 실제적인 실현에서, 피치의 변동은 수학식, 예를 들어, 피치의 정현파형 변동에 의해서, 설명될 수 있고, 이는 자연 표면의 모방에서 유용성을 가질 수 있다.
일반적으로, 구조물은 날카로운-연부형 또는 둥근형으로 설명될 수 있고, 이러한 특징부는 전형적으로 프랙탈 치수에 의해서 캡쳐되지(captured) 않는다. 전술한 설명적 매개변수에 의해서 처리되지 않는 다른 구조적 양태는 구조물들 사이의 연통 정도이다. 연통된다는 것은, 돌기부 또는 함몰부와 같은, 구조물이 피치보다 큰 공간적 범위를 갖는다는 것을 의미한다. 예를 들어, 돌기부를 둘러싸는 계곡부는 다른 돌기부를 둘러싸는 다른 계곡부에 연결될 수 있고, 그에 따라 함몰부는 연통된다고 할 수 있는 반면 돌기부들은 연통되지 않는다. 그러한 연통은 1 내지 약 1000의 범위일 수 있고, 보다 특히 연통은 기재의 전체 표면에 걸쳐 연장될 수 있다.
이러한 구조물은, 본 발명의 부착 직물이 소수성/친수성 접촉 혼합체와 접촉될 때, 다수의 스케일 상에서, 벤젤 및 캐시 상태를 생성하기 위해서 구성된다. 벤젤 상태로의 전이가 표면의 평면 내의 날카로운 모서리의 특징부의 이용에 의해서 방해 받을 수 있다는 것이 당업계에 알려져 있다. 그러나, 장미 꽃잎과 같은 자연 구조물 내의 날카로운 모서리의 구조물의 발생은 덜 일반적이다. 자연 구조물은 둥근 표면 특징부, 특히 반경화된 또는 필렛화된(radiused or filleted) 모서리를 가지는 경향이 있다. 본질적으로, 벤젤 상태로의 변환에 대한 저항은 날카로운 연부가 아니라 나선형의(involute) 둥근 구조물의 생성을 포함하는 것으로 생각된다. 나선은, 기재 표면에 직각이 아닌 라인으로 배향된 오목부(concavity)를 의미한다. 그러한 구조물은 식각 또는 주조 방법에 의해서 생성하기 어려우나, 구조물의 배가(folding)를 수반하는 엠보싱 방법에 의해서 용이하게 생성될 수 있다. 유사하게, 벤젤 상태는, 직선 연통과 대향되는 것으로서, 구조물들 사이의 곡선 연통을 이용하는 것에 의해서 방해 받을 수 있다. 대부분의 경우에, 더 큰 소수성은 더 작은 벤젤 전이 경향과 마찬가지이다.
표면의 소수성은 함몰부 주위에 외부 모서리를 배치하는 것에 의해서 향상된다. 일부 실시예에서, 이는, 함몰부의 내측부 내로 돌출되고 그러한 내측부에서 접합되는 부가적인 인접 함몰부 벽의 쌍의 생성에 의해서 달성된다. 일부 실시예에서, 이는, 제1 계층의 함몰부의 정돈된(ordered) 어레이(예: 삼각형, 직사각형, 오각형, 또는 육각형 형상, 규칙적 또는 불규칙적; 그리고 또한 직선 단편에 의해서 일반적으로 형성되는 다각형 형상)를 설계하는 것에 의해서 달성된다. 이어서, 더 작은 크기 및 상이한 계층적 순서의 제2 특징부가 제1 패턴의 함몰부 벽 상에 중첩된다. 그러한 구조물을 생성하는데 이용되는 방법은 첫 번째로 큰 스케일 구조물을 엠보싱하는 것 그리고 이어서 부가적인 작은 스케일 구조물을 엠보싱하는 것을 포함할 수 있고, 바람직하게 작은 스케일 구조물은 큰 스케일 구조물 상에서 엠보싱된다.
본 발명의 부직 부착 직물의 제조 방법은, 리소그래피, 주조, 압축/엠보싱, 및 텍스쳐를 표면에 전사하기 위한 몇몇 방법 중 임의의 방법을 포함한다. 바람직한 방법은 엠보싱이고, 여기에서 중합체 물질이 용융 상태로 가열되고 이중 롤러를 통과하며, 그러한 롤러 중 적어도 하나는 희망 엠보싱 구조의 음화를 포함한다. 작은 스케일 텍스쳐가 평면형 시트 상에 엠보싱된다. 이러한 엠보싱된 평면형 시트는 가단적(malleable)까지 가열되나 유체 상태까지는 가열되지 않고, 반전 화상을 인상(impress)하는 중간 스케일 텍스쳐를 가지는 이중 롤러를 통과한다. 이러한 프로세스는 다수 횟수로 반복될 수 있다. 중간 스케일 텍스쳐는 작은 스케일 텍스쳐에 비해서 크고, 그에 따라 중간 스케일 텍스쳐의 인상은 작은 스케일 텍스쳐를 배가하여, 나선형 구조를 가능하게 하며, 그러한 나선형 구조는 일반적으로 리소그래피 또는 주조 방법으로 가능하지 않을 것이다. 본 개시 내용에서 유용한 그러한 계층적인 마이크로구조화 표면을 형성하는 방법은, 전체가 여기에서 참조로서 포함되는, 미국 출원 제14/802,632호에 설명되어 있다.
본 발명의 부착 직물은, 액체 유동 및 침투를 허용하여 제1 경우에 표면 세척을 그리고 제2 경우에 표면 부착을 촉진하기 위해서, 텍스쳐들 사이의 최소 간격을 유지하면서; 그리고 모든 특징부의 높이 대 폭 종횡비를 재료 강도가 초과되는 임계 레벨 미만으로 유지하는 것에 의해서 획득된 최소 구조적 강도를 유지하면서, 큰 표면적을 초래하는 방식으로 조립된 3개 이상의 텍스쳐의 레벨을 갖는다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 직물 표면 상의 텍스쳐 배열체의 제1 실시예가, 전체적으로 210으로 표시된, 기재를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 도시된 실시예에서, 기재(210)는, 기재(210)의 적어도 일부에 걸쳐 연속적인 곡선화 표면을 생성하는 일련의 둥근 정점 및 계곡부를 포함하는 정현파형 파형을 갖는다. 기재(10)의 정현파형 파형은, 전체적으로 212로 표시된, 제1 세트의 큰 스케일 특징부를 형성한다. 도 2에서, 기재(210)는, 정점들(215) 사이에 배치된 연관된 계곡부(217)를 가지는 표면으로부터 상향 돌출된 정점(215)을 형성하는 일련의 둥근 노브(knob) 상에 포커스되도록 구성되고 배열된다.
도 3에 도시된 제2 실시예에서, 반전 배열체가 도시되어 있고, 여기에서 기재(310)는, 계곡부들(317) 사이에 배치된 연관된 정점(315)을 가지는 우세한 특징부로서, 기재(10) 내로 내향 연장되는 계곡부(317)를 형성하는 일련의 둥근 공동에 포커스되도록 구성되고 배열된다. 양 실시예에서, 기재(310)의 표면은 정현파형 파형 패턴 지역 전체를 통해서 연속적으로 곡선화된다.
본 발명에 따라, 본원에서 사용된 바와 같은 정현파형 파형이라는 용어는, 삼각함수 사인, 코사인, 탄젠트 또는 지수함수 및 멱급수 함수를 포함하는 수학적 공식에 의해서 설명되는, 둥글고, 편평하지 않은 곡률의 반복적인 발진을 가지는 표면을 지칭한다. 이러한 수학적 공식은, 정현파형 파형 텍스쳐 특징부를 가지는 중합체 또는 금속 표면을 생성하기 위해서 신속 원형화(prototyping), 밀링, 전기 방전 가공 또는 유사한 기술을 이용하여 텍스쳐 표면을 생성하기 위한 컴퓨터 응용 설계 및 컴퓨터 응용 제조 소프트웨어에서 이용된다. 수학적 공식 이용의 장점은, 컴퓨터 응용 설계 및 컴퓨터 응용 제조 소프트웨어에서 많은 수의 둥글고, 편평하지 않은 특징부가 신속하게 생성될 수 있다는 것이다. 이러한 유형의 텍스쳐 특징부는 리소그래피 기술을 이용하여 생성될 수 없다.
도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 기재(410)에 걸쳐 대안적인 곡선형 표면 텍스쳐 특징부를 제공하는 다양한 정현파형 파형 패턴을 가지는 기재(410)의 선택이 도시되어 있다. 이러한 실시예는 단지 기재(410)의 예시적인 실시예를 설명하기 위한 것이고, 본 발명 및 본원에서 사용된 바와 같은 정현파형 파형이라는 용어를 제한하기 위한 것은 아니다.
본 발명에 따라, 제1 세트의 텍스쳐 특징부(412)는 약 100 미크론 내지 약 1000 미크론 범위 내의 크기로부터 선택된 치수를 포함한다. 더 구체적으로, 이하에서 구체적으로 설명되는 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 제1 세트의 텍스쳐 특징부(12)가 750 미크론의 정현파형의 둥근 공동, 750 미크론의 피치, 및 약 240 내지 500 미크론의 깊이를 가지도록, 정현파형 파형이 배열된다. 기재의 이러한 배열은 소수성/친수성 접촉 혼합체로 부착 벤젤-캐시 상태를 촉진하도록 의도된 것이다.
도 5를 참조하면, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(514)가 기재(510)의 표면 상에 배치된다. 일 실시예에서, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(514)는 기재(510)의 제1 세트의 텍스쳐 특징부(512) 상에 몰딩된다. 이하에서 구체적으로 설명되는 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 기재(510)는 압축 몰딩된 중합체 재료이고, 여기에서 제1 및 제2 세트의 텍스쳐 특징부(512, 514)가 단일 몰딩 단계 중에 기재(510) 상에 형성된다. 제1 및 제2 세트의 텍스쳐 특징부(512, 514)가 협력하여 기재(510)의 표면적을 증가시키고 부착, 마찰, 친수성 및 소수성 중 적어도 하나에 영향을 미친다.
바람직하게, 기재(510)를 형성하는 압축 몰딩된 중합체 재료는 환경적으로 내구적인 중합체이다. 일 실시예에서, 기재(510)는 폴리에틸렌나일론 공중합체를 포함한다. 도시된 실시예에서, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(514)는 마이크로구조 돌출부 및 마이크로구조 공동, 그리고 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 도 3의 도시된 실시예에서, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(314)는 기재(310) 내로 하향 연장되는 마이크로구조 공동을 포함한다.
또한 도 5 내지 도 8에서, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(514, 614, 714 및 814)는 기재(510, 610, 710, 및 810)로부터 상향 연장되는 마이크로구조 돌출부를 각각 포함한다. 바람직하게, 도 5 내지 도 8의 도시된 실시예에서, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(514, 614, 714 및 814)의 마이크로구조 돌출부는 일반적으로 원통형인 기둥을 포함한다.
바람직하게, 도 3의 도시된 실시예에서, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(314)의 마이크로구조 공동은 일반적으로 원통형인 함몰부를 포함한다. 도 5를 참조하면, 기재(510)가 박막 기재이고 동작 가능한 대향된 상단부 표면 및 하단부 표면을 가지는 일 실시예에서, 기재(510)의 상단부 표면(521) 상에 배치된 제1 세트의 텍스쳐 특징부(512)는 기재(510)의 하단부 표면(523) 상에서 상보적인 형상을 형성하고, 그에 따라 상단부 표면(521) 상의 둥근 정점은 하단부 표면(523) 상의 둥근 계곡부를 형성하고, 상단부 표면(521) 상의 둥근 계곡부는 하단부 표면(523) 상의 둥근 정점을 형성한다.
도 5를 다시 참조하면, 기재(510)가 박막 기재이고 동작 가능한 대향된 상단부 표면 및 하단부 표면을 가지는 실시예에서, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(514)는 기재(510)의 상단부 표면(521) 및 하단부 표면(523) 중 하나 상에서 일련의 마이크로구조 돌출부를 포함하고, 상단부 표면 및 하단부 표면(521, 523) 중 다른 하나 상에서 일련의 상보적인 마이크로구조 공동을 형성한다. 유사하게, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(514)가 상단부 표면(521)으로부터 기재(510)를 통해서 하향 돌출되는 마이크로구조 공동을 포함하는 실시예에서, 제2 세트의 텍스쳐 특징부는 대향되는 하단부 상에서 상보적인 마이크로구조 돌출부를 형성한다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 도시된 실시예에서, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(214, 514)는, 개별적인 마이크로구조를 위한 주어진 지점에서 기재(210 및 510)의 정현파형 파형의 곡선에 수직인 축을 따라서 연장되는 텍스쳐 특징부의 적어도 일부를 포함한다. 이러한 방식으로, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(214, 514)는 제1 세트의 텍스쳐 특징부(212, 512)의 곡률을 따른다.
본 발명에 따라, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(514)는 약 10 미크론 내지 약 100 미크론 범위 내의 크기로부터 선택된 치수를 포함한다. 또한, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(514)는 바람직하게 5 미만의 높이 대 폭 종횡비 및 제2 세트의 텍스쳐 특징부의 각각의 텍스쳐 특징부 사이의 1 미크론의 최소 간격을 가지며, 그에 따라 구조적 강도를 유지하는 한편, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(214)를 포함하는 개별적인 마이크로구조들 사이의 액체 유동 및 침투를 허용한다.
도 5 내지 도 8을 다시 참조하면, 제3 세트의 텍스쳐 특징부(520, 620, 720, 820)는 또한 기재(510, 610, 710, 810) 상에 각각 배치될 수 있다. 바람직하게, 제3 세트의 텍스쳐 특징부(520, 620, 720, 820)는 마이크로구조 돌출부 및 마이크로구조 공동, 그리고 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 일 실시예에서, 제3 세트의 텍스쳐 특징부의 마이크로구조 돌출부는 일반적으로 원통형인 기둥을 포함한다.
도 3을 다시 참조하면, 일 실시예에서, 제3 세트의 텍스쳐 특징부(320)의 마이크로구조 공동은 일반적으로 원통형인 함몰부를 포함한다. 바람직하게, 제3 세트의 텍스쳐 특징부(320)는 제1 및 제2 세트의 텍스쳐 특징부(312, 314)와 동시에 압축 몰딩된다. 추가적인 바람직한 실시예에서, 제3 세트의 텍스쳐 특징부(320)는 5 미만의 높이 대 폭 종횡비 및 제3 세트의 텍스쳐 특징부(320)의 각각의 텍스쳐 특징부 사이의 1 미크론의 최소 간격을 가지며, 그에 따라 구조적 강도를 유지하는 한편, 제3 세트의 텍스쳐 특징부들 사이의 액체 유동 및 침투를 허용한다. 장치가 낮은 강도의 재료로 제조될 때 종횡비는 더 작고, 더 강한 재료로 제조될 때 더 크다. 특징부들 사이의 간격은 낮은 점성 액체에서 더 작고 더 큰 점성의 경우에 더 크다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 도시된 실시예에서, 제3 세트의 텍스쳐 특징부(220 및 520)는, 기재(210 및 510)의 정현파형 파형의 곡선에 수직인 축을 따라서 연장되는 텍스쳐 특징부의 적어도 일부를 각각 포함한다. 제2 및 제3 세트의 텍스쳐 특징부(214, 514, 220, 520)가 정현파형 파형의 곡선에 수직인 축을 따라 연장되는 본 발명을 위해서, 곡선에 수직인 라인은, 특별한 지점에서 곡선의 접선에 수직인 라인이다. 도시된 실시예에서, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(214, 514)는 제1 세트의 텍스쳐 특징부(212, 512)보다 작고, 제3 세트의 텍스쳐 특징부(220, 520)는 제2 세트의 텍스쳐 특징부(214, 514)보다 작다.
본 발명에 따라, 제3 세트의 텍스쳐 특징부(220)는 약 1 미크론 내지 약 10 미크론 범위 내의 크기로부터 선택된 치수를 포함한다. 도 5 내지 도 8을 참조하면, 일 실시예에서, 제3 세트의 텍스쳐 특징부는 제2 세트의 텍스쳐 특징부(14)의 단부 표면(522, 622, 722, 822) 상에 배치된다.
추가적인 유리한 실시예에서, 제3 세트의 텍스쳐 특징부(520, 620 720, 820)는 제2 세트의 텍스쳐 특징부들(514, 614, 712, 814) 사이의 제1 세트의 텍스쳐 특징부(512, 612, 712, 812) 상에 배치된다. 추가적인 유리한 실시예에서, 제3 세트의 텍스쳐 특징부(520, 620, 720, 820)는 제2 세트의 텍스쳐 특징부(514, 614, 712, 814)의 단부 표면(522, 622, 722, 822) 상에 배치될 뿐만 아니라, 제2 세트의 텍스쳐 특징부들 사이의 제1 세트의 텍스쳐 특징부(512, 612, 712, 812) 상에 배치된다.
도 7을 참조하면, 제4 세트의 텍스쳐 특징부(724)가 제2 세트의 텍스쳐 특징부(714)의 측면 표면 상에 배치될 수 있다. 제4 세트의 텍스쳐 특징부(724)는 세로 홈(flute)(716) 및 리브(718) 그리고 그 조합으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 도시된 실시예에서, 세로 홈 및 리브(716, 718)는, 제2 세트의 텍스쳐 특징부(714)를 포함하는 각각의 마이크로구조의 외측 외주 상에서 측면 표면의 높이를 따라 수직으로 연장된다. 제4 세트의 텍스쳐 특징부(724)는 바람직하게 약 1 미크론 내지 약 10 미크론 범위 내의 크기로부터 선택된 치수를 포함한다. 바람직하게, 제4 세트의 텍스쳐 특징부(724)는 제1, 제2 및 제3 세트의 텍스쳐 특징부와 동시에 기재(710) 내로 압축 몰딩된다.
바람직하게, 1 미크론 초과의 간격 및 특징부를 가지는 세로 홈 및/또는 리브(716, 718)가 제2 세트의 텍스쳐 특징부(714)를 형성하는 원통형 기둥 또는 공동의 외측부에 부가되어, 표면적을 부가하고 굽힘 및 파괴에 대한 구조적 내성을 증가시킨다. 제4 세트의 특징부(714)의 개별적인 마이크로구조들 사이의 간격은 낮은 점성 액체에서 더 작고 더 큰 점성 액체에서 더 크다. 제3 세트의 텍스쳐 특징부(720)는 기둥의 상단부 및 공동의 하단부 모두 그리고 제2 세트의 텍스쳐 특징부(714)를 형성하는 기둥들 또는 공동들 사이의 지역을 실질적으로 균일한 방식으로 덮는다. 제2 및 제3 세트의 텍스쳐 특징부(714, 720)는 기재(710)로부터의 대향 표면을 덮는 액체에 노출되는 표면적을 실질적으로 함께 증가시킨다.
희망하는 적용예에 따라, 제1, 제2, 제3 및 제4 세트의 텍스쳐 특징부가 협력하여 기재(710)의 표면적을 증가시킴으로써, 기재(710)의 부착, 마찰, 소수성 및 친수성 중 적어도 하나에 영향을 미친다. 일 실시예에서, 소수성/친수성 혼합체를 포함하는 표면에 대해서 적용될 때, 기재는 50 gr/cm2 초과의 활주 마찰력을 가지는 표면 부착을 갖는다.
바람직한 실시예에서, 소수성/친수성 혼합체를 포함하는 표면에 대해서 적용될 때, 기재는 약 325 gr/cm2의 활주 마찰력을 가지는 표면 부착을 갖는다. 초기 연구에서, 발명자는 장미 꽃잎 구조를 특징화하였고 마이크로구조 내의 '롤링 힐(rolling hill)' 효과를 관찰하였다. 부가적으로, 더 작은 마이크로구조는, 초소수성 효과에 강하게 기여하는 것으로 보이는 '헤어(hair)'로서 주목되었다. 이러한 계획을 가장 잘 시뮬레이트하기 위해서, 발명자는, 300 미크론 직경 및 100 미크론의 피치로부터 특징부를 가지는 정현파형 파형 기재로 시작하여, 자연스럽게 보이는 둥근 마이크로구조 효과를 재생 및 개선할 수 있는 본원에서 설명된 바와 같은 정현파형 설계를 생성하였다. 제3 세트의 텍스쳐 특징부에 대한 치수는, 일 실시예에서, 3 마이크로미터 직경, 6 마이크로미터 피치, 및 5 마이크로미터 높이를 가지는 기둥을 포함한다. 제2 세트의 텍스쳐 특징부는, 일 실시예에서, 적어도 35 마이크로미터의 직경, 35 마이크로미터 높이, 및 10 마이크로미터 간격의 세로 홈 마이크로구조 기둥을 포함한다. 함께 중첩될 때, 제2 및 제3 세트의 마이크로 특징부는 정현파형 파형 특징부의 표면에 수직인 축을 따라 형성된다(예를 들어, 도 5 및 도 6 참조). 이들은 또한 둥근 부분에 걸쳐 다수의 치수로 유지된다.
본질적으로 장미 꽃잎에서 발견되는 초소수성 효과를 개선하기 위해서, 제2 세트의 텍스쳐 특징부, 예를 들어 714에 측면 표면 아래로 연장되는 '세로 홈형' 또는 '리브형' 특징부가 부가되었다. 제4 세트의 텍스쳐 특징부(724)를 형성하는 이러한 세로 홈형 및 리브형 특징부는 장미 꽃잎의 마이크로구조와 유사한 작은 헤어를 시뮬레이트하여 소수성을 더 촉진한다. 따라서, 제1, 제2, 제3 및 제4 세트의 텍스쳐 특징부(712, 714, 720 및 724)의 각각의 마이크로구조는 각각의 피치, 높이/깊이, 및 직경을 가지며, 액체로 덮인 표면에 대해서 인가될 때 액체가 벤젤 완전 습윤 상태에서 적어도 제1 및 제2 세트의 텍스쳐 특징부들 사이에 침투하여 기재(710)와 인접 표면 사이의 부착을 촉진하도록, 배열된다.
바람직하게, 제1 세트의 텍스쳐 특징부(712)의 정현파형 파형은, 액체로 덮인 표면에 대해서 가압될 때 기재에(710) 걸친 압력 분포를 돕는 둥근 정점을 포함한다. 바람직하게, 제2 및 제3 세트의 텍스쳐 특징부(714, 720)가 제1 세트의 텍스쳐 특징부(712)의 둥근 정점에 걸쳐 균일하게 분포되어 증가된 표면적을 제1 세트의 텍스쳐 특징부(712)에 제공한다. 둥근 정점은, 기재(710)가 액체로 덮인 표면에 대해서 적용될 때, 증가된 압력의 지역을 형성하고, 이는 적어도 제1 및 제2 세트의 텍스쳐 특징부 사이에서 액체 액적의 현수된(suspended) 캐시-백스터 상태로부터 벤젤 완전 습윤 상태로의 전이를 촉진한다. 바람직한 실시예에서, 제1, 제2 및 제3 세트의 텍스쳐 특징부, 예를 들어 712, 714, 720는 액체 침투가 벤젤 완전 습윤 상태가 될 수 있게 하는 한편, 제4 세트의 텍스쳐 특징부(724)는 초소수성 특성을 유지하도록 구성 및 배열된다. 제2 및 제3 세트의 텍스쳐 특징부(714, 720)의 기능은, 점성 액체가 낮은 압력에서 구조물을 통해서 유동될 수 있게 할 정도로 충분 넓은 간격을 가지는 큰 표면적을 동시에 생성하는 것이다. 이러한 적용예의 낮은 압력은, 인접한 액체로 덮인 표면에 대한 기재(710)의 부착을 촉진하기 위한 벤젤 완전 습윤 상태를 생성하기에 충분한, 액체 액적과 연관된 중량의 맥락으로 정의된다. 따라서, 본 발명의 마이크로구조 표면은 크기가 10 텍스쳐 리터 초과인 물 액적에서 캐시-백스터 현수된 액적 상태로부터 벤젤 완전 습윤 상태로의 전이를 돕도록 설계된다.
제1 세트의 텍스쳐 특징부(12)의 정현파형 파형의 하나의 기능은, 특징부의 정점에서 증가된 압력의 면적을 생성하면서 표면적을 더 증가시키는 것이다. 증가된 표면적의 이러한 면적이 먼저 습윤되어, 캐시-백스터 현수된 액적 상태로부터 벤젤 완전 습윤 상태로의 신속한 전이를 유발한다. 제1 세트의 텍스쳐 특징부, 예를 들어 612의 정현파형 파형의 제2 기능은, 표면 상의 액체 층을 통한 하부 재료 내로의 침투가 없도록 또는 거의 없도록, 정점 압력을 충분히 낮게 유지하고 압력을 확전(spread)시키는 것이다. 제2 및 제3 세트의 텍스쳐 특징부(614)는 제1 세트의 텍스쳐 특징부(612)의 정현파형 파형에 걸쳐 균일하게 확전되고 표면의 곡선에 수직이다. 즉, 이는 표면 상의 마이크로구조의 각각의 지점에서의 표면 접선에 수직이다. 이는, 몰딩될 수 있는 구조 내에 최대 표면적인 생성되게 보장한다.
도 9는 본 발명의 소수성/친수성 표면을 가지는, 수술용 장갑과 같은, 장갑을 도시한다. 수술용 장갑(901)은 텍스쳐 아일랜드(textured island)(905)로 이루어진 탄성 재료(903)로 이루어진다. 텍스쳐 아일랜드(905)의 구체적인 구조가 도 1 내지 도 8에 주어졌다. 텍스쳐 아일랜드(905)는 수술용 장치 및 미끄러운 조직을 파지하고 조작하는데 필요한 위치(707)에 배치된다. 아일랜드 구조물의 기하형태는 일반적인 굽힘 작용 및 전형적인 접촉점과 일치되도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 손가락 끝 지역에서, 아일랜드가 원형(909)이다. 손가락이 굽히는 영역에서, 아일랜드가 선형적(911)이고 손가락 굽힘부(915)의 라인에 평행하게(913) 배열된다. 관절이 없는 손바닥 지역에서, 손바닥의 전체 표면을 실질적으로 덮는 더 큰 아일랜드(917)가 선택될 수 있다. 아일랜드(5)는 장갑의 2개의 측면(919) 상에 존재할 수 있고, 그에 따라 장갑이 양손에서 사용될 수 있다. 아일랜드(5)는 상승될(923) 수 있거나, 장갑(921)의 텍스쳐되지 않은 영역과 실질적으로 같은 높이일 수 있다.
본원에서 인용된 모든 참조는 그 전체가 본원에서 참조로 포함된다.
Claims (14)
- 소수성/친수성 혼합체를 포함하는 표면에 대한 부착을 형성할 수 있는 마이크로구조 표면을 포함하는 텍스쳐 물품이며, 전단 응력이 정상 압력을 초과할 때 접착이 발생되고, 마이크로구조 표면은 계층적 패턴을 포함하는, 직물 물품.
- 제1항에 있어서,
마이크로구조 표면의 적어도 일부는 동일한 크기의 매끄러운 평면의 면적의 적어도 2배의 표면적을 가지는, 직물. - 제1항에 있어서,
표면은 약 120 °초과의 정적 친수성 접촉각 및 약 120 °미만의 소수성 접촉각을 포함하는, 직물. - 제1항에 있어서,
마이크로구조 표면은 5도 초과의 이력 각도를 포함하는, 직물. - 제1항에 있어서,
마이크로구조 표면은 1) 동일한 크기의 매끄러운 평면의 면적의 적어도 2배인 표면적, 2) 계층적 텍스쳐 표면, 3) 약 120 °보다 큰 정적 친수성 접촉각 및 약 120 °미만의 소수성 접촉각, 및 4) 5 °초과의 이력 각도 중 적어도 하나를 포함하는, 직물. - 제5항에 있어서,
소수성/친수성 혼합체는 오일 및/또는 공기 및 수성 용액 및/또는 얼음을 포함하는, 직물 물품. - 제6항에 있어서,
계층적 패턴은 0.5 내지 5 미크론 치수의 제1 구조물, 5 내지 25 미크론 치수의 제2 구조물, 25 내지 1000 미크론 치수의 제3 구조물을 포함하고, 제1 구조물은 제2 구조물 상에 중첩되고, 제1 및 제2 구조물의 조합이 제3 구조물 상에 중첩되는, 직물 물품. - 제7항에 있어서,
구조물의 기하형태가 a) 2-차원적인 정현파, b) 원통형, 및 c) 핀(fin)으로부터 선택되는, 직물 물품. - 제7항에 있어서,
계층적 패턴과 소수성/친수성 접촉 혼합체 사이의 계면이 벤젤-캐시 유형의 계면인, 직물 물품. - 제5항에 있어서,
직물 기재 상의 표면 텍스쳐는 공기에 노출된 수성 액체와의 적어도 하나의 계면을 형성하고, 여기서 표면 텍스쳐의 일부는 직물과 계면 사이에서 공기를 포획하고 표면 텍스쳐의 적어도 하나의 다른 부분은 공기를 포획하지 않고, 결과적으로 계면은 적어도 5 도의 접촉 이력 각도를 생성하는, 직물 물품. - 제5항에 있어서,
직물 기재 상의 표면 텍스쳐는 오일과 혼합된 수성 액체와의 적어도 하나의 계면을 형성하고, 여기서 표면 텍스쳐의 일부는 직물과 계면 사이에서 오일을 포획하고 표면 텍스쳐의 적어도 하나의 다른 부분은 오일을 밀어내고, 결과적으로 계면은 적어도 5 도의 접촉 이력 각도를 생성하는, 직물 물품. - 제1항에 있어서,
마이크로구조 표면은 소수성/친수성 혼합체와 계면을 형성하고, 계면은 1) 초소수성, 2) 벤젤-캐시, 및 3) 캐시-백스터 중 적어도 하나인, 직물 물품. - 제1항에 있어서,
마이크로구조 표면 부분은 1) 동일한 크기의 매끄러운 평면의 면적의 적어도 2배인 표면적, 2) 계층적 텍스쳐 표면, 3) 약 120 °보다 큰 정적 친수성 접촉각 및 약 120 °미만의 소수성 접촉각, 및 4) 5°초과의 이력 각도 중 적어도 하나를 포함하고, 표면은, 1) 초소수성, 2) 벤젤-캐시, 및 3) 캐시-백스터 중 적어도 하나를 특징으로 하는 계면을 형성하는, 직물 물품. - 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
직물 물품이 장갑인, 직물 물품.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201562237460P | 2015-10-05 | 2015-10-05 | |
| US62/237,460 | 2015-10-05 | ||
| PCT/US2016/055558 WO2017062497A1 (en) | 2015-10-05 | 2016-10-05 | Textiles having a microstructured surface and garments comprising the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180063244A true KR20180063244A (ko) | 2018-06-11 |
Family
ID=57233833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020187012538A KR20180063244A (ko) | 2015-10-05 | 2016-10-05 | 마이크로구조 표면을 가지는 직물 및 직물을 포함하는 의류 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US11613461B2 (ko) |
| EP (2) | EP4098799A1 (ko) |
| JP (1) | JP7373903B2 (ko) |
| KR (1) | KR20180063244A (ko) |
| CN (1) | CN108699764B (ko) |
| AU (1) | AU2016333984B2 (ko) |
| BR (1) | BR112018006814B1 (ko) |
| CA (1) | CA3000986C (ko) |
| MX (1) | MX2018004201A (ko) |
| TW (2) | TWI787690B (ko) |
| WO (1) | WO2017062497A1 (ko) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017062497A1 (en) * | 2015-10-05 | 2017-04-13 | Bvw Holding Ag | Textiles having a microstructured surface and garments comprising the same |
| RU2688736C1 (ru) | 2016-02-05 | 2019-05-22 | Хави Глобал Солюшенз, Ллк | Поверхность с микроструктурами, обладающая улучшенными изоляционными свойствами и сопротивлением конденсации |
| US10687642B2 (en) | 2016-02-05 | 2020-06-23 | Havi Global Solutions, Llc | Microstructured packaging surfaces for enhanced grip |
| CA3018786A1 (en) | 2016-04-07 | 2017-10-12 | Havi Global Solutions, Llc | Fluid pouch with inner microstructure |
| JP2020519492A (ja) * | 2017-05-09 | 2020-07-02 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 把持材料 |
| GB2570482A (en) * | 2018-01-26 | 2019-07-31 | Assist Garments Ltd | A bed mobility aid |
| DE102018108074A1 (de) * | 2018-04-05 | 2019-10-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Verwendung eines Bauteils mit mikrostrukturierter Oberfläche als Fließbett für diskrete Mengen einer Flüssigkeit |
| DE102018108053A1 (de) * | 2018-04-05 | 2019-10-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein | Mikrostrukturierter Gegenstand |
| US20200146373A1 (en) * | 2018-11-10 | 2020-05-14 | John C. Ramirez | Performance Gloves |
| CN113039062B (zh) * | 2018-11-16 | 2023-05-26 | 电化株式会社 | 具有毛状体的热塑性树脂片材及其成型品 |
| CN110226890A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-09-13 | 国家康复辅具研究中心 | 一种多功能且具有自清洁接触面的可折叠洗浴装置 |
| JP2021017666A (ja) * | 2019-07-19 | 2021-02-15 | ショーワグローブ株式会社 | 手袋 |
| US11800906B2 (en) * | 2020-08-03 | 2023-10-31 | Matthew Furstenburg | Athletic glove with high-grip surface |
| WO2022213156A1 (en) * | 2021-04-09 | 2022-10-13 | Gale Pacific Limited | Surface finish and fabric |
| DE102023101636B3 (de) | 2023-01-24 | 2024-04-18 | Alexandra Plewnia | Verfahren zum Herstellen einer hydrophoben Faser, Faser, Garn und textiles Flächengebilde |
Family Cites Families (39)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3487888B2 (ja) * | 1993-12-28 | 2004-01-19 | 花王株式会社 | 撥水表面を有する固体およびその生成方法 |
| DE10139574A1 (de) | 2001-08-10 | 2003-02-20 | Creavis Tech & Innovation Gmbh | Erhalt des Lotus-Effektes durch Verhinderung des Mikrobenwachstums auf selbstreinigenden Oberflächen |
| PL204021B1 (pl) | 2001-11-02 | 2009-12-31 | Cnt Spo & Lstrok Ka Z Ogranicz | Powłoka superhydrofobowa |
| US7811272B2 (en) * | 2003-12-29 | 2010-10-12 | Kimberly-Clark Worldwide, Inc. | Nanofabricated gecko-like fasteners with adhesive hairs for disposable absorbent articles |
| US20060029808A1 (en) | 2004-08-06 | 2006-02-09 | Lei Zhai | Superhydrophobic coatings |
| US7419615B2 (en) | 2005-06-30 | 2008-09-02 | The Boeing Company | Renewable superhydrophobic coating |
| DE102005051550A1 (de) | 2005-10-27 | 2007-05-03 | Fibertex A/S | Superhydrophobe Beschichtung eines Polymervlieses, insbesondere eines Polypropylenvlieses |
| US20090011222A1 (en) | 2006-03-27 | 2009-01-08 | Georgia Tech Research Corporation | Superhydrophobic surface and method for forming same |
| US20080015298A1 (en) | 2006-07-17 | 2008-01-17 | Mingna Xiong | Superhydrophobic coating composition and coated articles obtained therefrom |
| IL178239A (en) | 2006-09-21 | 2012-02-29 | Eduard Bormashenko | Super-hydrophobic surfaces containing nano-texture of polymer and metal |
| US8236379B2 (en) | 2007-04-02 | 2012-08-07 | Applied Microstructures, Inc. | Articles with super-hydrophobic and-or super-hydrophilic surfaces and method of formation |
| US8193406B2 (en) | 2007-05-17 | 2012-06-05 | Ut-Battelle, Llc | Super-hydrophobic bandages and method of making the same |
| US8927464B2 (en) | 2007-11-29 | 2015-01-06 | President And Fellows Of Harvard College | Assembly and deposition of materials using a superhydrophobic surface structure |
| KR101033273B1 (ko) | 2008-03-27 | 2011-05-09 | 서울대학교산학협력단 | 초소수성 폴리머 구조물의 제조 |
| US20100028604A1 (en) | 2008-08-01 | 2010-02-04 | The Ohio State University | Hierarchical structures for superhydrophobic surfaces and methods of making |
| US20100112286A1 (en) | 2008-11-03 | 2010-05-06 | Bahadur Vaibhav A | Superhydrophobic surfaces |
| US20150368838A1 (en) | 2014-06-20 | 2015-12-24 | Hoowaki, Llc | Microstructured high friction surface for high friction to fabric, yarn and fibers |
| US9908274B2 (en) | 2011-02-24 | 2018-03-06 | Hoowaki, Llc | System and method for extruding parts having microstructures |
| WO2012116301A2 (en) | 2011-02-24 | 2012-08-30 | Hoowaki, Llc | System and method for extruding parts having microstructures |
| US9556554B2 (en) * | 2011-02-28 | 2017-01-31 | Research Foundation Of The City University Of New York | Flexible fabric having superhydrophobic surface |
| US9040145B2 (en) * | 2011-02-28 | 2015-05-26 | Research Foundation Of The City University Of New York | Polymer having superhydrophobic surface |
| US20150056406A1 (en) * | 2011-11-08 | 2015-02-26 | Technion R&D Foundation Ltd. | Adhesive microstructure |
| CN104039368B (zh) * | 2011-12-16 | 2016-04-06 | 赫伯特·詹尼森 | 具有结构化表面的基材及产生该基材的方法和确定该基材的润湿特性的方法 |
| EP2872573A1 (en) * | 2012-07-13 | 2015-05-20 | President and Fellows of Harvard College | Multifunctional repellent materials |
| CN108371567B (zh) * | 2013-01-11 | 2021-08-17 | Bvw控股公司 | 可植入的超疏水表面 |
| US20140276407A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Boston Scientific Scimed, Inc. | Medical Devices Having Micropatterns |
| WO2016149735A1 (en) * | 2015-03-24 | 2016-09-29 | The Australian National University | Mesh |
| US20170014111A1 (en) * | 2015-07-17 | 2017-01-19 | Hoowaki, Llc | Microstructured Surface |
| WO2017062497A1 (en) * | 2015-10-05 | 2017-04-13 | Bvw Holding Ag | Textiles having a microstructured surface and garments comprising the same |
| WO2017127500A1 (en) * | 2016-01-20 | 2017-07-27 | Battelle Memorial Institute | Stretchable hydrophobic materials and methods for making the same |
| US10687642B2 (en) | 2016-02-05 | 2020-06-23 | Havi Global Solutions, Llc | Microstructured packaging surfaces for enhanced grip |
| RU2688736C1 (ru) | 2016-02-05 | 2019-05-22 | Хави Глобал Солюшенз, Ллк | Поверхность с микроструктурами, обладающая улучшенными изоляционными свойствами и сопротивлением конденсации |
| TWI804467B (zh) * | 2016-06-07 | 2023-06-11 | 瑞士商Ｂｖｗ控股公司 | 卡西-溫佐（Ｃａｓｓｉｅ-Ｗｅｎｚｅｌ）手套 |
| CN105926304B (zh) * | 2016-06-24 | 2018-01-09 | 万桦（常州）新材料科技有限公司 | 一种水性pu止滑材料的制造方法 |
| WO2018031813A1 (en) | 2016-08-10 | 2018-02-15 | Hoowaki, Llc | Microstructure arrangement for gripping low coefficient of friction materials |
| US20190062155A1 (en) | 2017-08-29 | 2019-02-28 | Hoowaki, Llc | Microstructured surface having discrete touch aesthetics |
| US11051567B2 (en) * | 2017-09-28 | 2021-07-06 | Bvw Holding Ag | Device for dynamic fluid pinning |
| US20200338808A1 (en) | 2019-04-23 | 2020-10-29 | Hoowaki, Llc | Thin film with high grip microfeatures |
| JP7197017B2 (ja) | 2019-08-01 | 2022-12-27 | 日本電気株式会社 | 処理装置、システム、生体認証システム、処理方法、及びプログラム |
-
2016
- 2016-10-05 WO PCT/US2016/055558 patent/WO2017062497A1/en active Application Filing
- 2016-10-05 TW TW109145437A patent/TWI787690B/zh active
- 2016-10-05 CA CA3000986A patent/CA3000986C/en active Active
- 2016-10-05 AU AU2016333984A patent/AU2016333984B2/en active Active
- 2016-10-05 CN CN201680070588.5A patent/CN108699764B/zh active Active
- 2016-10-05 BR BR112018006814-4A patent/BR112018006814B1/pt active IP Right Grant
- 2016-10-05 KR KR1020187012538A patent/KR20180063244A/ko active IP Right Grant
- 2016-10-05 MX MX2018004201A patent/MX2018004201A/es unknown
- 2016-10-05 EP EP22173481.7A patent/EP4098799A1/en active Pending
- 2016-10-05 TW TW105132232A patent/TWI715643B/zh active
- 2016-10-05 US US15/285,529 patent/US11613461B2/en active Active
- 2016-10-05 EP EP16791137.9A patent/EP3359726B1/en active Active
- 2016-10-05 JP JP2018517546A patent/JP7373903B2/ja active Active
-
2023
- 2023-03-24 US US18/125,891 patent/US20230234838A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11613461B2 (en) | 2023-03-28 |
| US20170095019A1 (en) | 2017-04-06 |
| CA3000986A1 (en) | 2017-04-13 |
| CN108699764B (zh) | 2022-09-09 |
| JP7373903B2 (ja) | 2023-11-06 |
| EP3359726A1 (en) | 2018-08-15 |
| JP2018532897A (ja) | 2018-11-08 |
| BR112018006814B1 (pt) | 2022-06-07 |
| TW201730405A (zh) | 2017-09-01 |
| CA3000986C (en) | 2024-04-30 |
| EP4098799A1 (en) | 2022-12-07 |
| TW202132653A (zh) | 2021-09-01 |
| TWI715643B (zh) | 2021-01-11 |
| AU2016333984A1 (en) | 2018-05-24 |
| AU2016333984B2 (en) | 2022-01-27 |
| CN108699764A (zh) | 2018-10-23 |
| WO2017062497A1 (en) | 2017-04-13 |
| TWI787690B (zh) | 2022-12-21 |
| BR112018006814A2 (pt) | 2018-10-16 |
| EP3359726B1 (en) | 2022-05-18 |
| US20230234838A1 (en) | 2023-07-27 |
| MX2018004201A (es) | 2019-01-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR20180063244A (ko) | 마이크로구조 표면을 가지는 직물 및 직물을 포함하는 의류 | |
| US11559367B2 (en) | Wenzel-cassie glove | |
| Torun et al. | Superhydrophobic coatings made from biocompatible polydimethylsiloxane and natural wax | |
| EP3390273B1 (en) | Microstructured surface | |
| TWI733703B (zh) | 包含微織構型表面之低法向力的退縮裝置 | |
| Gao et al. | Reusable hydrophilic–superhydrophobic patterned weft backed woven fabric for high-efficiency water-harvesting application | |
| Liu et al. | A new method for producing “Lotus Effect” on a biomimetic shark skin | |
| Wolfs et al. | Superhydrophobic fibrous polymers | |
| Bormashenko et al. | Superhydrophobicity of lotus leaves versus birds wings: different physical mechanisms leading to similar phenomena | |
| Quek et al. | Physical texturing for superhydrophobic polymeric surfaces: a design perspective | |
| Kim et al. | Superhydrophobicity | |
| Kodihalli Shivaprakash et al. | Advanced polymer processing technologies for micro‐and nanostructured surfaces: A review | |
| Zhang et al. | Turning hierarchically micro-/nanostructured polypropylene surfaces robustly superhydrophobic via tailoring contact line density of mushroom-shaped nanostructure | |
| Jose et al. | Super-hydrophobicity of casted PDMS surfaces | |
| Tuteja et al. | Engineering robust omniphobic surfaces with fluoro-POSS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) |