KR20200136280A

KR20200136280A - 나노 다공성 지지체

Info

Publication number: KR20200136280A
Application number: KR1020190062190A
Authority: KR
Inventors: 박장대; 조재현; 남필우
Original assignee: 나노화인테크 주식회사
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2020-12-07
Also published as: KR102198089B1

Abstract

본 발명은 슬립제가 코팅된 나노 다공성 지지체로서, 상기 나노 다공성 지지체는 표면거칠기가 2.0㎛ 내지 4.0㎛이고, 접촉각은 110° 내지 160°이며, 전락각은 1° 내지 15°로서, 슬립성을 향상시키고, 표면 부착력을 안정화시킬 수 있는 나노 다공성 지지체에 관한 것이다.

Description

나노 다공성 지지체{Nano Porous Support}

본 발명은 나노 다공성 지지체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 키틴과 키토산으로 형성된 다공성 지지체 상에 슬립제가 코팅된 나노 다공성 지지체에 관한 것이다.

액상 내용물이 수용되는 용기에는 내용물에 대한 신속한 배출성이 요구된다. 물과 같이 점성이 낮은 액체를 수용하는 경우, 이와 같은 배출성이 문제가 되지 않지만, 화장품, 샴푸, 케첩 등과 같이 점도가 높은 액상형 내용물을 수용하는 경우 배출성에 문제가 있는 경우가 많다. 이와 같은 내용물의 용기를 기울여서 배출할 때 내용물이 용기의 내벽을 타고 잘 흐르지 않아 신속히 배출되지 않는 문제가 있고, 용기의 바닥 부위에 상당한 양의 내용물이 배출되지 않고 남아 있게 되는 문제가 발생한다.

이러한 문제를 해결하기 위한 기술로서, 내용물이 용기 내면을 잘 흐를 수 있도록 용기 내면에 슬리퍼리(Slippery) 기능을 적용한 기술이 제안되었으며, 이러한 슬리퍼리 기능은 일반적으로 용기 내면에 슬리퍼리 기능의 재료를 코팅하여 구현되고 있다.

한국 공개특허공보 제10-2002-0073305호에는 필름의 적어도 일면에 4급암모늄설페이트 유도체와 폴리실록산 수지를 함유하는 도포층을 형성함으로써 대전방지성과 슬립성, 내블로킹성을 개선할 수 있다고 제안하고 있다. 그러나, 이러한 특허와 같이 실리콘계 슬립제를 사용할 경우 슬립성은 향상되지만 용제접착력이 사용 불가 수준으로 떨어지는 단점이 있다.

한국 공개특허공보 제10-2016-0016995호에는 슬립성이 향상된 열수축성 폴리에스테르 필름이 기재되어 있고, 한국 등록특허 제1682454호에는 슬립성과 같은 물성이 개선된 음료병 소재용 합성수지 조성물이 기재되어 있으나, 표면 부착력이 충분하지 않은 등의 문제점이 있다.

[특허문헌 1] 한국 공개특허공보 제10-2002-0073305호 [특허문헌 2] 한국 공개특허공보 제10-2016-0016995호 [특허문헌 3] 한국 등록특허 제1682454호

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 슬립성을 향상시키고, 표면 부착력을 안정화시킬 수 있는 나노 다공성 지지체를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노 다공성 지지체는 슬립제가 코팅된 나노 다공성 지지체로서,

상기 나노 다공성 지지체는 표면거칠기가 2.0㎛ 내지 4.0㎛이고, 접촉각은 110° 내지 160°이며, 전락각은 1° 내지 15°일 수 있다.

상기 나노 다공성 지지체는 다음의 단계들을 포함하는 방법에 의해 제조될 수 있다:

1) 키틴 및 키토산을 혼합하여 지지체를 형성하는 단계;

2) 상기 지지체에 비드를 강제 주입하는 단계;

3) 상기 강제 주입된 비드를 지지체로부터 제거하여 다공성 지지체를 형성하는 단계;

4) 상기 다공성 지지체를 슬립제 코팅액으로 코팅하는 단계;

5) 상기 슬립제 코팅액이 코팅된 다공성 지지체를 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산 용액에 함침하는 단계; 및

6) 상기 5) 단계에서 수득된 다공성 지지체를 건조하는 단계.

상기 1) 단계에서, 상기 키틴 및 키토산의 혼합 중량비는 1：4∼6일 수 있다.

상기 비드는 폴리스티렌 비드, 폴리메틸메타크릴레이트 비드 및 실리카 비드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

상기 2) 단계에서, 상기 지지체에 비드를 강제 주입하는 단계는 비드와 물의 혼합물을 지지체에 분사 주입하는 것을 포함할 수 있다.

상기 비드와 물의 혼합물 중 상기 비드의 농도는 1∼3%(w/v)일 수 있다.

상기 2) 단계에서 강제 주입된 비드는 폴리스티렌 비드이고, 상기 지지체에 강제 주입된 폴리스티렌 비드는 상기 3) 단계에서 테트라하이드로퓨란에 용해시켜 제거할 수 있다.

상기 4) 단계에서, 상기 슬립제 코팅액은 슬립제 및 용매로 이루어지고, 상기 슬립제로서 흄드 실리카 및 폴리디메틸실록산을 포함할 수 있다.

상기 용매는 클로로포름(CHCl₃)일 수 있다.

상기 슬립제 코팅액 중 상기 슬립제의 농도는 20∼30%(w/v)일 수 있다.

상기 4) 단계에서, 상기 코팅은 분사 코팅일 수 있다.

상기 5) 단계에서, 상기 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산 용액은 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산과 용매로 이루어지고, 상기 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산 용액 중 상기 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산의 농도는 10∼30%(w/v)일 수 있다.

상기 6) 단계에서, 상기 건조는 70∼90℃에서 3∼5분 동안 수행될 수 있다.

상기 나노 다공성 지지체는 식품용기, 생활용품 용기, 또는 화장품 용기로 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 나노 다공성 지지체는 슬립성을 향상시키고, 표면 부착력을 안정화시킬 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 폴리스티렌 비드 제거 전 지지체 및 폴리스티렌 비드 제거 후 다공성 지지체의 형상을 촬영한 SEM 사진이다.
도 2는 실시예 3의 슬립제로 코팅된 다공성 지지체의 표면의 사진(a) 및 접촉각(적색선) 및 전락각(청색선)을 측정한 그래프(b)이다.
도 3은 본 발명의 일구체예에 따른 슬립제 코팅 공정을 나타낸 사진이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구체예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 구체예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 발명의 구체예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 본 발명에 따른 나노 다공성 지지체를 더욱 상세히 설명한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노 다공성 지지체는 슬립제가 코팅된 나노 다공성 지지체로서, 상기 나노 다공성 지지체는 표면거칠기가 2.0㎛ 내지 4.0㎛이고, 접촉각은 110° 내지 160°이며, 전락각은 1° 내지 15°일 수 있다.

상기 표면거칠기는 2.0㎛ 내지 4.0㎛, 바람직하게는 2.0㎛ 내지 3.0㎛인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 장력이 커지고, 웨팅(wetting) 현상이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.

상기 접촉각은 110° 내지 160°, 바람직하게는 120° 내지 150°일 수 있고, 전락각은 1° 내지 15°, 바람직하게는 전락각은 1° 내지 11°일 수 있는데, 상기 접촉각의 범위를 벗어나면 전락각을 1° 내지 15°로 유지할 수가 없고, 상기 전락각의 범위를 벗어나면 슬립성이 떨어지므로 바람직하지 않다.

1) 키틴 및 키토산을 혼합하여 지지체를 형성하는 단계;

2) 상기 지지체에 비드를 강제 주입하는 단계;

4) 상기 다공성 지지체를 슬립제 코팅액으로 코팅하는 단계;

6) 상기 5) 단계에서 수득된 다공성 지지체를 건조하는 단계.

상기 1) 단계에서, 키틴 및 키토산의 혼합 중량비는 1：4∼6인 것이 바람직하고, 1：3∼5인 더욱 바람직하며, 1：4인 것이 가장 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 다공이 형성됨과 동시에 주름이 너무 많이 생길 수 있어 단차 문제로 고른 표면 형성이 어려워 슬립제 코팅시 불균일한 면이 형성될 수 있어 바람직하지 않다.

상기 2) 단계에서, 비드는 폴리스티렌 비드, 폴리메틸메타크릴레이트 비드 및 실리카 비드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 가장 바람직하게는 폴리스티렌 비드이다.

상기 비드의 입경은, 특별히 한정이 없으나, 주입 용이성 및 지지체에 다공성을 형성하는 관점에서, 예를 들어 0.5∼2㎛인 것이 바람직하고, 1∼1.5㎛인 것이 더욱 바람직하며, 1㎛인 것이 가장 바람직하다.

상기 비드와 물의 혼합물 중 상기 비드의 농도는 1∼3%(w/v)인 것이 바람직하고, 1∼2%(w/v)인 것이 더욱 바람직하며, 가장 바람직하게는 1%(w/v)일 수 있는데, 상기 범위를 벗어날 경우, 지지체에 효과적으로 적정 수준의 다공성을 부여하기에 적합하지 않아 바람직하지 않다.

바람직한 일 구체예에서, 상기 2) 단계에서 강제 주입된 비드는 폴리스티렌 비드이고, 상기 지지체에 강제 주입된 폴리스티렌 비드는 상기 3) 단계에서 테트라하이드로퓨란에 용해시켜 제거할 수 있는데, 상기 강제 주입된 폴리스티렌 비드를 포함하는 지지체를 테트라하이드로퓨란에 5∼30분, 바람직하게는 5∼10분 함침하여 비드를 용해시켜 제거할 수 있다. 이 때, 상기 함침 시간이 5분 미만이면 폴리스티렌 비드가 충분히 용해되지 않을 수 있고, 30분 이하이면 충분히 용해될 수 있으므로, 30분을 초과하는 것은 비효율적이어서 바람직하지 않다.

상기 용매는 클로로포름일 수 있다.

상기 4) 단계에서, 상기 코팅은, 그 방법에 특별히 제한이 없고, 나이프 코팅, 롤 코팅, 커텐 코팅, 캐스트 코팅, 거품 코팅, 리버스 롤 코팅, 캘린더 코팅, 압출 코팅, 침지 코팅, 에어나이프 코팅 및 분사 코팅으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 코팅 방법으로 코팅할 수 있는데, 바람직하게는 분사 코팅일 수 있다.

상기 슬립제 코팅액 중 상기 슬립제의 농도는 20∼30%(w/v)인 것이 바람직한데, 20%(w/v) 미만이면 스프레이 코팅 시 슬립제의 농도가 너무 낮아 슬립성을 가지는 표면 코팅이 되지 않는 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않고, 30%(w/v)를 초과하면 스프레이 코팅 시 노즐을 막는 문제가 발생할 수 있어 바람직하지 않다.

상기 흄드 실리카 및 폴리디메틸실록산의 혼합중량비는 1：5∼6인 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 폴리디메틸실록산끼리 서로 겔화가 일어나 굳게 되므로, 코팅이 불가능할 수 있어 바람직하지 않다.

상기 5) 단계에서, 상기 슬립제 코팅액이 코팅된 다공성 지지체를 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산 용액에 함침할 수 있는데, 이는 상기 4) 단계에서, 코팅액으로 코팅된 다공성 지지체의 슬립 현상을 극대화하고, 웨팅(wetting) 현상을 최소화하며, 또한 낮은 전락각을 더욱 확보하기 위해 수행될 수 있다.

상기 5) 단계에서, 상기 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산 용액은 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산과 용매로 이루어지고, 상기 용액에 상기 4) 단계에서 얻어진 슬립제로 코팅된 다공성 지지체를 함침시킬 수 있다.

상기 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산 용액 중 상기 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산의 농도는 10∼30%(w/v)인 것이 바람직하고, 20∼25%(w/v)인 것이 더욱 바람직한데, 10%(w/v) 미만이면 함침이 충분히 이루어지지 않아 슬리퍼리 특성이 구현되지 않을 수 있어 바람직하지 않고, 30%(w/v)를 초과하면 기공에 함침되는 것 이상으로 흘러넘쳐 표면에 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산이 남을 수 있어 바람직하지 않다.

상기 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산 용액에 포함되는 상기 용매는 헥산일 수 있다.

상기 6) 단계에서, 상기 건조는 70∼90℃에서 3∼5분 동안 수행되는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나면 코팅제가 와이퍼로 닦을 시 묻어나올 수 있고, 접촉각 및 전락각이 현격히 나빠지는 현상이 발생할 수 있어 바람직하지 않다.

상기 나노 다공성 지지체는 식품용기, 생활용품 용기, 또는 화장품 용기로 사용될 수 있으나, 이들 용도에 제한되는 것은 아니다.

이하에서는, 본 발명의 나노 다공성 지지체의 우수성을 입증하기 위해 실시한 실시예 및 실험결과를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 예시를 위한 것으로, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1∼4 및 비교예 1∼2

<물성평가>

(1) 접촉각

접촉각 측정 장치(쿄와계면카가쿠사제DM901)를 이용하여 측정하였다.

(2) 전락각

액체방울이 실린 기재 표면을, 수평인 위치로부터 서서히 비스듬한 위치로 전환해 가면서 액체방울이 미끄러지기 시작하는 각도를 측정한 것이다.

(3) 표면거칠기

표면거칠기 측정기(알백테크노(주)제, DEKTAK3)를 이용해서 측정하였다.

실시예 1∼3 및 비교예 1∼2

실시예 1

1：4의 혼합중량비로 키틴과 키토산을 혼합하여 지지체를 형성하고, 1%(w/v)의 농도로 폴리스티렌 비드를 포함하는 초순수 혼합물을 상기 지지체에 분사하여 강제 주입한 후, 폴리스티렌 비드가 강제 주입된 지지체를 테트라하이드로퓨란에 함침하여 폴리스티렌 비드를 제거하여 다공성 지지체를 제조하였다. 그런 다음, 슬립제로서 흄드 실리카 및 폴리디메틸실록산을 혼합 중량비 1：6으로 혼합하여 용매로서 클로로포름에 혼합하여 20% 농도의 슬립제를 포함하는 슬립제 코팅액을 제조하였다. 상기 슬립제 코팅액을 나노 스프레이 코터를 이용하여 스프레이 분사 압력 0.06Mpa, 용액 주입 속도 15ml/min, Nozzle 이동 Pitch X_Y15mm, 및 속도 4000rpm의 조건으로 분사코팅하여 상기에서 제조된 다공성 지지체에 코팅한 다음, 상기 슬립제가 코팅된 다공성 지지체를 20% 농도의 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산 용액에 3분 동안 함침 후, 80℃에서 3분 동안 건조를 수행하여, 슬립제가 코팅된 다공성 지지체 상에 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산 용액으로 함침된 다공성 지지체를 제조하였다. 상기와 같이 제조된 결과의 다공성 지지체의 접촉각, 전락각, 표면거칠기를 측정하고, 그 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 2

상기 실시예 1에서, 상기 건조를 80℃에서 4분 동안 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 슬립제가 코팅된 다공성 지지체를 제조 및 측정하였고, 그 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

실시예 3

상기 실시예 1에서, 상기 건조를 80℃에서 5분 동안 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 슬립제가 코팅된 다공성 지지체를 제조 및 측정하였고, 그 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 1

상기 실시예 1에서, 상기 건조를 80℃에서 6분 동안 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 슬립제가 코팅된 다공성 지지체를 제조 및 측정하였고, 그 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

비교예 2

상기 실시예 1에서, 상기 건조를 80℃에서 2분 동안 수행한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일하게 실시하였는데, 와이퍼로 닦았을 때 표면의 코팅제가 묻어나와, 슬립제 코팅이 제대로 이루어지지 않았다.

	접촉각(°)¹⁾	전락각(°)²⁾	표면거칠기(㎛)³⁾	두께(㎛)⁴⁾
실시예 1	146.2	10	2.5066	24.19
실시예 2	125.08	9	2.445	15.19
실시예 3	121.29	10.5	2.175	14.81
비교예 1	113.96	42	1.938	7.13

주) 1) 접촉각이 110° 내지 160°일 때, 전락각이 1° 내지 15°로 유지된다.

2) 전락각은 1° 내지 15°일 때, 슬립성이 우수하다.

3) 표면거칠기는 2.0㎛ 내지 4.0㎛일 때, 장력을 최소화하고, 웨팅 현상을 없앨수 있다.

4) 상기 두께는 지지체와 코팅제를 포함하는 전체 두께이다.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 4는 접촉각은 110° 내지 160°이며, 전락각은 1° 내지 15°이고, 표면거칠기가 2.0㎛ 내지 4.0㎛를 충족함으로써 슬립성이 우수하고, 표면 부착력이 안정화됨을 알 수 있는 반면에, 비교예 1은 접촉각이 113.96°이며, 전락각은 42°이고, 표면거칠기가 1.938㎛로서 슬립성 및 표면 부착력이 떨어짐을 알 수 있다.

Claims

다공성 지지체에 슬립제가 코팅된 나노 다공성 지지체로서,
상기 나노 다공성 지지체는 표면거칠기가 2.0㎛ 내지 4.0㎛이고, 접촉각은 110° 내지 160°이며, 전락각은 1° 내지 15°인 나노 다공성 지지체.
제1항에 있어서,
상기 나노 다공성 지지체는 다음의 단계들을 포함하는 방법에 의해 제조되는 나노 다공성 지지체.
1) 키틴 및 키토산을 혼합하여 지지체를 형성하는 단계;
2) 상기 지지체에 비드를 강제 주입하는 단계;
3) 상기 강제 주입된 비드를 지지체로부터 제거하여 다공성 지지체를 형성하는 단계;
4) 상기 다공성 지지체를 슬립제 코팅액으로 코팅하는 단계;
5) 상기 슬립제 코팅액이 코팅된 다공성 지지체를 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산 용액에 함침하는 단계; 및
6) 상기 5) 단계에서 수득된 다공성 지지체를 건조하는 단계.
제2항에 있어서,
상기 1) 단계에서, 상기 키틴 및 키토산의 혼합 중량비는 1：4∼6인 나노 다공성 지지체.
제2항에 있어서,
상기 2) 단계에서, 상기 비드는 폴리스티렌 비드, 폴리메틸메타크릴레이트 비드 및 실리카 비드로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상인 나노 다공성 지지체.
제2항에 있어서,
상기 2) 단계에서, 상기 지지체에 비드를 강제 주입하는 단계는 비드와 물의 혼합물을 지지체에 분사 주입하는 것을 포함하는 나노 다공성 지지체.
제5항에 있어서,
상기 비드와 물의 혼합물 중 상기 비드의 농도는 1∼3%(w/v)인 나노 다공성 지지체.
제2항에 있어서,
상기 2) 단계에서 강제 주입된 비드는 폴리스티렌 비드이고, 상기 지지체에 강제 주입된 폴리스티렌 비드는 상기 3) 단계에서 테트라하이드로퓨란에 용해시켜 제거하는 나노 다공성 지지체.
제2항에 있어서,
상기 4) 단계에서, 상기 슬립제 코팅액은 슬립제 및 용매로 이루어지고, 상기 슬립제로서 흄드 실리카 및 폴리디메틸실록산을 포함하는 나노 다공성 지지체.
제8항에 있어서,
상기 용매는 클로로포름인 나노 다공성 지지체.
제8항에 있어서,
상기 슬립제 코팅액 중 상기 슬립제의 농도는 20∼30%(w/v)인 나노 다공성 지지체.
제2항에 있어서,
상기 4) 단계에서, 상기 코팅은 분사 코팅인 나노 다공성 지지체.
제2항에 있어서,
상기 5) 단계에서, 상기 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산 용액은 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산과 용매로 이루어지고, 상기 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산 용액 중 상기 디트리에톡시실릴-폴리디메틸실록산의 농도는 10∼30%(w/v)인 나노 다공성 지지체.
제2항에 있어서,
상기 6) 단계에서, 상기 건조는 70∼90℃에서 3∼5분 동안 수행되는 나노 다공성 지지체.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 나노 다공성 지지체는 식품용기, 생활용품 용기, 또는 화장품 용기로 사용되는 나노 다공성 지지체.