KR20230070870A - 기능이 개선된 해상구조물 및 선박용 방오필름과 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 방오필름은 해상구조물 또는 선박 표면에 부착시키는 접착제 레이어, 일측은 상기 접착제 레이어와 접하고 타측은 외부에 개방되는 방오필름 레이어로 구성되며, 상기 방오필름 레이어는 PDMS(polydimethyl siloxane, 폴리디메틸실록산), 및 CNT(carbon nanotube, 탄소 나노튜브)를 혼합하여 마련하되, 혼합 성형 후 샌딩(sanding)으로 복수의 돌기부 내지 니들을 형성하고, 상기 복수의 돌기부 내지 니들 사이의 공간으로 인해 초소수 성질을 갖는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 해상 구조물 또는 선박 표면에 사용되는 방오필름에 관한 것으로서 물리적 식각 기술로 표면에 초소수성을 공간을 마련하여 해상 오염(바이오 파울링)을 방지하되 기존 기술에 비해 공정이 개선되고 경제적으로 우수한 방오 필름에 관한 것이다.
해상 구조물 및 선박 표면에는 해조류, 홍합, 따개비와 같은 해양생물이 부착하여 살아가는데 이는 구조물의 하중 증가, 표면 부식과 오염이라는 문제를 일으킨다. 이와 같이 해양생물이 표면에 부착되어 오염을 발생시키는 것을 바이오 파울링(bio fouling)라고 하며 이러한 문제의 해결을 위해 종래는 TBT 성분의 방오 도료를 주로 사용해 왔다.
그러나, TBT의 강한 독성 성분으로 인한 해양 생태계의 파괴라는 문제가 발생하였으며, 이보다 덜 해로운 Copper salts를 사용하기도 하였다. 그러나 정기적인 유지보수 작업이 필요하며 선박 운행 시 방오 도료가 벗겨져 새로운 해양 환경의는 오염 물질로 작용하기도 한다.
또한, CNT(탄소나노뉴브, Carbon nanotube)를 이용하여 표면에 돌기 구조를 형성하며 소수성 공간을 확보하여 바이오 파울링을 방지하려는 노력이 있어 왔으나, 이를 위해서는 화학적 식각 기술 공정이 적용되는데 이러한 화학적인 방법은 공정 절차가 복잡하고 비용이 많이 드는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 물리적 식각 공정을 이용함으로써 간단하고 경제적이며 오염 방지 효과가 향상된 해상 구조물 및 선박용 방오필름을 제공하려는 것이다.
본 발명에 따른 해상구조물 또는 선박 표면의 오염을 방지하는 방오필름은 복수의 레이어로 마련되되 상기 해상구조물 또는 선박 표면에 부착시키는 접착제 레이어 및 일측은 상기 접착제 레이어와 접하고 타측은 외부에 개방되는 방오필름 레이어로 구성되며, 상기 방오필름 레이어는 PDMS(polydimethyl siloxane, 폴리디메틸실록산) 및 CNT(carbon nanotube, 탄소 나노튜브)를 혼합하여 마련하는 것을 특징으로 한다.
또한, 혼합 성형 후 샌딩(sanding)으로 복수의 돌기부 내지 니들을 형성하고, 상기 복수의 돌기부 내지 니들 사이의 공간으로 인해 초소수 성질을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방오필름 레이어의 혼합 재료인 상기 CNT는 튜브형태 또는 와이어 형태로 마련함으로써 상기 방오필름 레이어의 일측 및 타측으로 복수개의 니들이 돌출되며, 상기 접착제 레이어와의 결합 면적을 증대시켜 결합도를 향상시키고, 상기 돌기부 내지 니들 사이의 공간이 초소수성을 갖도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상기 접착제 레이어의 저면에는 접착제 보호 레이어가 더 마련됨으로써 접착력 증대 및 상기 방오필름의 부착 시 사용성을 증대시키고, 상기 방오필름 레이어의 샌드 페이퍼를 이용한 샌딩 공정 이외에 식각 공정이 추가되며 상기 추가되는 식각 공정은 광조사, 에칭 및 화학적 식각 중 어느 하나 이상으로 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방오필름 레이어의 초소수성, 초발수성 마이크로 어레이를 위해 상기 돌기부는 1 내지 30 마이크로 미터의 지름과 0.5 내지 50 마이크로 미터의 높이를 갖는 복수의 돌기부로 마련되고, 상기 CNT가 니들 형태로 마련됨으로써 초소수성 공간이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방오필름의 제조방법은 방오필름 레이어의 제작을 위한 재료를 준비하는 단계, 상기 재료를 혼합 후 탈포하는 단계, 롤링 및 경화단계, 경화를 마친 상기 방오필름 레이어를 물리적으로 식각하되, 샌드페이퍼로 샌딩하는 단계 및 표면 마무리 단계를 포함하며, 상기 샌딩하는 단계를 통해 복수의 돌기부 내지 니들 형태가 마련되고 상기 돌기부 내지 니들 사이의 공간이 초소수성을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방오필름 레이어의 재료는 PDMS(polydimethyl siloxane, 폴리디메틸실록산) 및 CNT(carbon nanotube, 탄소 나노튜브)를 혼합하여 준비하고, 상기 탈포는 1 내지 2 시간, 경화는 섭씨 30 내지 70도로 진행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방오필름은 공정이 간단하고 경제적이며 방오 성능이 향상된 방오필름으로서 선박 및 해양 구조물의 표면에 부착하여 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 방오필름의 제작 방법에 관한 순서도,
도 2는 본 발명에 따른 방오필름의 작용 효과에 대한 설명도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방오필름의 작용 효과에 대한 설명도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 따른 방오필름 및 이의 제조방법에 관하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시 할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 여기에서 설명하는 실시예로 한정되지 않으며, 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이도록 한다.
본 발명에 따른 방오필름(100)은 선박이나 구조물의 표면을 해상 오염으로부터 방지하려는 필름으로서 특히, 바이오 파울링을 방지하기 위해 미생물 등의 부착 가능성을 낮추려는 것이다. 이를 위해 표면에 소수성 공간 내지 초소수성 공간(P)를 마련하려는 것이다.
본 발명에 따라 해상구조물 또는 선박 표면의 오염을 방지하도록 복수의 레이어로 마련되어 부착되는 방오필름(100)은 상기 방오필름을 상기 해상구조물 또는 선박 표면에 부착시키는 접착제 레이어(110) 및 일측은 상기 접착제 레이어(110)와 접하고 타측은 외부에 개방되는 방오필름 레이어(130)로 구성된다.
상기 방오필름 레이어(130)는 PDMS(polydimethyl siloxane, 폴리디메틸실록산) 및 CNT(carbon nanotube, 탄소 나노튜브)를 혼합하여 마련한다. 즉, 분말 등의 형태에서 혼합하여 마련하는 것이며, 경우에 따라서는 혼합의 비율 및 온도 조건과 상태에 대해 변경할 수 있다. 또한, 상기 분말 등의 원재료의 크기 및 형태 등도 요구 조건에 따라 다양하게 변경하여 혼합할 수 있다.
여기서 상기 PDMS에 관하여 추가 설명하면 폴리디메틸실록산(Polydimethyl siloxane, PDMS)으로서 일반적으로 실리콘(Silicone, 끝에 e가 없는 Silicon과는 다른 물질)이라는 대명사로 언급되는 소재이다. PDMS는 고분자(폴리머)로서 PDMS의 화학구조는 용어 그대로 2개의 메틸기를 가진 실리콘의 산화물이 여러개 연결되어 있는 구조를 갖는다.
상기 PDMS는 Si와 O의 결합은 결합 길이가 길고 회전이 비교적 자유롭기 때문에 구조상 유연하다. 덕분에 물성상 단단하지 않고 부드러운 성질을 갖는다. 특히 폴리디메틸실록산(PDMS)의 특징으로는 열적 안정성이 훌륭하고, 자외선 (UV)에 저항력이 좋으며 기체 투과도가 높다. 또한, 소수성 (hydrophobic), 생리 불활성, 전단 안전성, 분자간 힘이 약한 편 및 절연 성능을 가지고 있다.
또한, 분자량 및 가교 (Crosslinking) 정도에 따라 다른 형태를 가지는 데 상기 PDMS는 분자량과 가교 정도에 따라 매우 다른 성질을 보이는 고분자이다. 예를 들면 분자량이 낮고, 가교가 안된 형태는 실리콘 오일로서, 화장품의 발림성을 좋게 만드는 원료나 중탕용 오일로 활용된다. 하지만 분자량을 높이고, 가교시킨 PDMS는 주방기구 같은 용도로 사용할 수 있다.
또한, 상기 폴리디메틸실록산(PDMS)는 이형제, 고무 몰드, 실란트 및 개스킷, 계면 활성제, 발수제, 접착제, 거품 조절제, 생의학 의료 기기, 개인 위생 용품 및 화장품, 유전체 캡슐화, 유리 사이징 제, 그리스, 유압 호스, 열전달유, 윤활제, 정착기 오일, 벽돌 보호제, 공정 보조제 등 다양한 용도로 사용된다.
상기 PDMS는 디메틸디클로로실란(Dimethyl Dichloro silane을 수화킨 뒤, 축합 반응을 통해 합성된다. 이때, 촉매의 도움이 필요하다. 폴리디메틸실록산 (PDMS)의 물리적 특성 녹는점(Tm): 약 섭씨 -30도(비가교 기준), 유리전이 온도 (Tg)약 섭씨 -120도, 밀도: 0.970 g/cm3 (비가교 기준) (자료 출처: Polymer Data Handbook, 1999 - Oxford University Press New York)
상술한 바와 같이 본 발명에 따라 물리적 식각 공정을 통해 소수성 내지 초소수성 공간을 형성하기 위한 재료인 PDMS와 CNT를 혼합 성형 후 샌딩(sanding)으로 복수의 돌기부(131) 내지 니들(133)을 형성하게 된다. 즉, 샌딩을 통해 표면의 거칠기 등이 형성되고 이때, 상기 복수의 돌기부 내지 니들 사이의 공간으로 인해 초소수 성질을 갖게 되는 것이다. 따라서, 이와 같은 초소수 성질을 갖는 공간(P)이 마련되므로 생명체 등의 부착으로 인한 바이오 파울링의 형성을 방지하게 되는 것이다.
상기 방오필름 레이어(130)의 혼합 재료인 상기 CNT는 튜브형태 또는 와이어 형태로 마련함으로써 상기 방오필름 레이어의 일측 및 타측으로 복수 개의 니들이 돌출되며, 상기 접착제 레이어와의 결합 면적을 증대시켜 결합도를 향상시키고, 상기 돌기부 내지 니들 사이의 공간이 초소수성을 갖도록 한다.
상기 상기 접착제 레이어(110)의 저면에는 접착제 보호 레이어(120)가 더 마련됨으로써 접착력 증대 및 상기 방오필름의 부착 시 사용성을 증대시키며 이때 상기 접착제 보호 레이어(120)는 경우에 따라서 부착 후 용해되거나 소멸되는 재질로 마련할 수도 있다.
또한, 상기 접착제 보호 레이어(120)는 사용자, 관리자가 부착 시 별도의 공정에 의해 부착하거나 경우에 따라서는 상기 접착제 레이어(110)와 일체형으로 제작 후 이후 분리하거나 제거할 수도 있다.
상기 방오필름 레이어(130)의 샌드 페이퍼를 이용한 샌딩 공정 이외에 식각 공정이 추가되며 상기 추가되는 식각 공정은 광조사, 에칭 및 화학적 식각 중 어느 하나 이상이 추가로 마련될 수 도 있다. 즉, 본 발명에 따라 환경 오염을 일으키는 화학적 공정은 최대한 생략하되 물리적인 식각 공정 외에 초소수성 공간(P)의 형성을 위한 추가 공정이 마련될 수 있는 것이다.
상기 방오필름 레이어(130)의 초소수성, 초발수성 마이크로 어레이를 위해 상기 돌기부는 1 내지 30 마이크로 미터의 지름과 0.5 내지 50 마이크로 미터의 높이를 갖는 복수의 돌기부로 마련되고, 상기 CNT가 니들 형태로 마련됨으로써 초소수성 공간이 형성될 수 있다.
또한, 상기 방오필름(100)에 해양 생물이 부착되는 것을 방지하기 위해 마련되는 상기 초소수성 공간(P)는 돌기부 내지 니들에 의해 형성되는데 상기 돌기부의 형태는 원뿔, 원추형, 원기둥형, 다각형, 다각뿔 등 다양한 형태로 마련할 수 있으며, 상기 돌기부의 간격, 크기, 높이도 요구 조건에 따라 적합하게 가공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방오필름은 상기 돌기부 내지 니들에 의해 초소수성 공간이 형성되므로 선박과 해양 구조물의 바이오 파울링을 방지하는 표면 부착용 필름으로 사용되는 것과, 반대로 소수성 물질의 흡착을 위한 용도로 사용될 수도 있다. 즉, 미세 플라스틱 등과 같은 물질의 흡착, 검출을 위한 용도로 사용될 수도 있는 것이다.
또한, 본 발명에 따라 물리적 식각 공정에 의해 형성된 돌기부는 상기 방오필름 레이어(130)의 일면과 타면에 형성되도록 하며, 상기 방오필름(100)의 사용 후 일정 기간이 지나면 상기 일면과 타면의 위치를 변경하여 재 사용할 수도 있을 것이다. 따라서, 상기 방오필름 레이어(130)와 접착제 레이어(110)의 탈부착이 가능하도록 마련할 수 있다.
본 발명에 따라 물리적 식각으로 제조하는 방오필름의 제조방법은 방오필름 레이어(130)의 제작을 위한 재료를 준비하는 단계(S100), 상기 재료를 혼합(S200) 후 탈포하는 단계(S300), 롤링 및 경화단계(S400, S500), 경화를 마친 상기 방오필름 레이어를 물리적으로 식각하되, 샌드페이퍼로 샌딩하는 단계(S600) 및 표면 마무리 단계(S700)를 포함한다.
이때, 본 발명의 특징은 물리적 식각을 통해 초소수성 공간(P)을 마련하는 것이 특징이므로 방오필름(100) 즉, 방오필름 레이어(130)의 재료 혼합(S1, S200)이 매우 중요하며, 혼합되는 성분은 PDMS 및 CNT인 것이다. 또한, 상술한 바와 같이 상기 성분은 크기, 비율 등의 조건을 다양하게 변형하여 실시 할 수 있다.
상기 탈포 공정(S300)은 대략 30분 내지 1시간 30분 이내에서 탈포를 진행하며, 이때 별도의 탈포를 위한 추가 장치, 혼합 장치가 사용되거나 경우에 따라서 탈포제가 추가될 수 있다. 또한, 경화 공정(S500)는 섭씨 30 내지 70도로 진행할 수 있다.
또한, 물리적 식각을 위해 샌드 페이퍼를 이용하여 표면을 마무리하게 되는데, 여기서 사용하는 샌드 페이퍼는 P400 규격을 사용할 수 있으며, 샌드 페이퍼를 통한 식각은 자동으로 진행되되 식각의 진행 과정을 센싱하여 그 세기를 조정할 수도 있다. 또한, 식각 공정에서 횟수, 강도, 빈도 등의 조건을 설정하거나 센싱 결과를 기초로 반영할 수도 있을 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이 상기 샌딩하는 단계를 통해 복수의 돌기부(131) 내지 니들(133) 형태가 마련되고 상기 돌기부 내지 니들 사이의 공간(P)이 초소수성을 갖는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서의 단순 치환, 변형 및 변경은 당 분야에서의 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이다.
본 발명에 따른 방오필름은 물리적 식각 공정을 이용하여 환경오염 없이 용이하게 제조할 수 있으며 초소수성 공간을 형성하여 바이오 파울링을 효과적으로 방지하는 방오필름에 이용될 수 있다.
100: 방오필름 110: 접착제 레이어
120: 보호 레이어 130: 방오필름 레이어
131: 돌기부 133: 니들
P: 초소수성 공간
S100: 방오필름 재료(PDMS, CNT) 준비 단계
S200: 재료 혼합 단계
S300: 탈포 단계
S400: 롤링 단계
S500: 경화 단계
S600: 물리적 식각 단계
S700: 표면 마무리 단계
120: 보호 레이어 130: 방오필름 레이어
131: 돌기부 133: 니들
P: 초소수성 공간
S100: 방오필름 재료(PDMS, CNT) 준비 단계
S200: 재료 혼합 단계
S300: 탈포 단계
S400: 롤링 단계
S500: 경화 단계
S600: 물리적 식각 단계
S700: 표면 마무리 단계
Claims (6)
- 해상구조물 또는 선박 표면의 오염을 방지하도록 복수의 레이어로 마련되어 부착되는 방오필름에 있어서,
상기 방오필름을 상기 해상구조물 또는 선박 표면에 부착시키는 접착제 레이어; 및
일측은 상기 접착제 레이어와 접하고 타측은 외부에 개방되는 방오필름 레이어; 로 구성되며,
상기 방오필름 레이어는 PDMS(polydimethyl siloxane, 폴리디메틸실록산), 및 CNT(carbon nanotube, 탄소 나노튜브)를 혼합하여 마련하되, 혼합 성형 후 샌딩(sanding)으로 복수의 돌기부 내지 니들을 형성하고, 상기 복수의 돌기부 내지 니들 사이의 공간으로 인해 초소수 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 방오필름.
- 제1항에 있어서,
상기 방오필름 레이어의 혼합 재료인 상기 CNT는 튜브형태 또는 와이어 형태로 마련함으로써 상기 방오필름 레이어의 일측 및 타측으로 복수개의 니들이 돌출되며, 상기 접착제 레이어와의 결합 면적을 증대시켜 결합도를 향상시키고, 상기 돌기부 내지 니들 사이의 공간이 초소수성을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 방오필름.
- 제 1항에 있어서,
상기 상기 접착제 레이어의 저면에는 접착제 보호 레이어가 더 마련됨으로써 접착력 증대 및 상기 방오필름의 부착 시 사용성을 증대시키고, 상기 방오필름 레이어의 샌드 페이퍼를 이용한 샌딩 공정 이외에 식각 공정이 추가되며 상기 추가되는 식각 공정은 광조사, 에칭 및 화학적 식각 중 어느 하나 이상으로 마련되는 것을 특징으로 하는 방오필름.
- 제 1항에 있어서,
상기 방오필름 레이어의 초소수성, 초발수성 마이크로 어레이를 위해 상기 돌기부는 1 내지 30 마이크로 미터의 지름과 0.5 내지 50 마이크로 미터의 높이를 갖는 복수의 돌기부로 마련되고, 상기 CNT가 니들 형태로 마련됨으로써 초소수성 공간이 형성되는 것을 특징으로 하는 방오필름.
- 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 방오필름의 제조방법에 있어서,
방오필름 레이어의 제작을 위한 재료를 준비하는 단계;
상기 재료를 혼합 후 탈포하는 단계;
롤링 및 경화단계;
경화를 마친 상기 방오필름 레이어를 물리적으로 식각하되, 샌드페이퍼로 샌딩하는 단계; 및
표면 마무리 단계; 를 포함하며,
상기 샌딩하는 단계를 통해 복수의 돌기부 내지 니들 형태가 마련되고 상기 돌기부 내지 니들 사이의 공간이 초소수성을 갖는 것을 특징으로 하는 방오필름 제조방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 방오필름 레이어의 재료는 PDMS(polydimethyl siloxane, 폴리디메틸실록산) 및 CNT(carbon nanotube, 탄소 나노튜브)를 혼합하여 준비하고, 상기 탈포는 1 내지 2 시간, 경화는 섭씨 30 내지 70도로 진행하는 것을 특징으로 하는 방오필름 제조방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020210156889A KR102619697B1 (ko) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 기능이 개선된 해상구조물 및 선박용 방오필름과 이의 제조방법 |
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| JP2009066918A (ja) * | 2007-09-13 | 2009-04-02 | Hitachi Housetec Co Ltd | 樹脂シートとその製造方法、及び樹脂シートを設けた成形品 |
| KR20130058585A (ko) * | 2011-11-25 | 2013-06-04 | 삼성전자주식회사 | 초소수성 표면을 지닌 나노 복합체 및 그 제조 방법 |
| KR101805776B1 (ko) | 2016-09-07 | 2017-12-07 | 울산과학기술원 | 능동형 방오 필름, 이를 이용한 비닐하우스 천막 및 능동형 방오 필름의 제조방법 |
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-
2021
- 2021-11-15 KR KR1020210156889A patent/KR102619697B1/ko active IP Right Grant
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