KR20230070871A - 해상구조물 및 선박 표면의 오염방지 기능이 개선된 방오필름과 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 해상구조물 또는 선박 표면의 오염을 방지하도록 복수의 레이어로 마련되어 부착되는 방오필름은 상기 방오필름을 상기 해상구조물 또는 선박 표면에 부착시키는 접착제 레이어 및 일측은 상기 접착제 레이어와 접하고 타측은 외부에 개방되는 방오필름 레이어로 구성되며, 상기 방오필름 레이어는 폴리우레아(polyurea, 폴리요소) 및 CNT(carbon nanotube, 탄소 나노튜브)로 마련하되, 상기 폴리우레아를 상기 접착제 레이어에 분사한 후, 상기 폴리우레아가 경화되면 상기 CNT를 분사하여 경화시킴으로써 표면에 복수의 돌기부 내지 니들을 형성하고, 상기 복수의 돌기부 내지 니들 사이의 공간으로 인해 초소수 성질을 갖는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 해상구조물 또는 선박 표면에 사용되는 방오필름에 관한 것으로서 폴리우레아의 분사 공정을 통해 초소수성을 공간을 마련하여 해상 오염(바이오 파울링)을 방지함으로써 기존 기술에 비해 공정이 개선되고 경제적으로 우수한 방오필름에 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 대신하여 폴리우레아를 분사하여 제작함으로써 경제적이며 오염 방지 효과가 향상된 해상 구조물 및 선박용 방오필름을 제공하려는 것이다.
본 발명에 따른 해상구조물 또는 선박 표면의 오염을 방지하도록 복수의 레이어로 마련되어 부착되는 방오필름은 상기 방오필름을 상기 해상구조물 또는 선박 표면에 부착시키는 접착제 레이어 및 일측은 상기 접착제 레이어와 접하고 타측은 외부에 개방되는 방오필름 레이어로 구성된다.
상기 방오필름 레이어는 폴리우레아(polyurea, 폴리요소) 및 CNT(carbon nanotube, 탄소 나노튜브)로 마련하되, 상기 폴리우레아를 상기 접착제 레이어에 분사한 후, 상기 폴리우레아가 경화되면 상기 CNT를 분사하여 경화시킴으로써 표면에 복수의 돌기부 내지 니들을 형성하고, 상기 복수의 돌기부 내지 니들 사이의 공간으로 인해 초소수 성질을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 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 초소수성을 증대하기 위해 샌드 페이퍼를 이용한 샌딩 공정, 광조사 공정, 에칭 공정 및 화학적 식각 중 어느 하나 이상의 공정을 추가하는 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 폴리우레아 재료를 준비하는 단계, 상기 폴리우레아를 접착제 레이어 위에 분사하는 단계, 상기 폴리우레아 경화 후 CNT를 분사하는 단계, 상기 CNT 경화 후 재단 및 롤링하는 단계 및 표면 마무리 단계를 포함하며, 상기 폴리우레아 및 CNT 분사를 통해 방오필름 표면에 복수의 돌기부 내지 니들 형태가 마련되고 상기 돌기부 내지 니들 사이의 공간이 초소수성을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 방오필름의 재료는 폴리우레아(polyurea, 폴리요소) 및 CNT(carbon nanotube, 탄소 나노튜브)로 마련하되, 상기 방오필름이 사용되는 환경 및 목적에 따라 재료를 추가하거나 변경하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방오필름은 재료를 분사하여 제작함으로써 그 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 설명도,
도 3은 본 발명에 따라 재료를 분사하여 방오필름을 제작하는 장치를 설명하는 설명도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방오필름의 작용 효과에 대한 설명도,
도 3은 본 발명에 따라 재료를 분사하여 방오필름을 제작하는 장치를 설명하는 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 비용이 저렴하고 그 제작이 용이하도록 PDMS를 대체한 폴리우레아를 상기 접착제 레이어(110)에 분사하여 제작한다. 경우에 따라서는 분사량, 분사 시간 및 횟수 등의 조건을 변경할 수 있다. 또한, 상기 분사 시 원재료의 크기 및 형태 등도 요구 조건에 따라 다양하게 변경하여 혼합할 수 있다.
분사는 스프레이에 의한 분사가 일반적이며 분사 노즐의 크기, 직경 등을 조정할 수 있으며, 경우에 따라서 분사 공정 이후에 증착 공정에 의해 상기 폴리우레아가 상기 접착제 레이어에 도포되는 것을 보완 할 수도 있다
또한, 상기 방오필름 레이어(130)는 PDMS(polydimethyl siloxane, 폴리디메틸실록산) 및 CNT(carbon nanotube, 탄소 나노튜브)를 혼합하여 마련할 수도 있으므로 본 발명에 따라 분사 공정과 함께 그 제조 방법 및 공정을 선택하거나 병합할 수도 있을 것이다.
여기서 상기 폴리우레아(Polyurea)에 관하여 추가 설명하면, 상기 폴리우레아는 코팅 또는 라이닝 물질을 만들 때 쓰이는 고분자 재료로서 부식과 마모 저항을 제공해야 하는 대부분의 제품들에 사용되며 빠른 경화시간, 대기 중이나 주변 환경의 공격에 대한 저항성이 우수하고, 긴 유통기한과 내구성 때문에 부식 방지에 많이 사용될 수 있다.
상기 폴리우레아는 코팅에서 건설, 자동차, 그리고 생산이나 가공업 같은 분야에서 부식 방지에 널리 쓰이며, 합성 수지와 이소시아네이트(플라스틱, 접착제에 쓰임)반응 물질을 합성한 것을 포함한 계단식 성장 중합반응에서 유래된 탄성중합체(고무와같은성질을 가진 물질)이다.
상기 폴리우레아의 성질을 간단히 요약하면, 휘발성 유기화합물(VOCs) 이 쓰이지 않았기 때문에 친환경이고, 짧은 가용시간, 화학 및 마모 저항, 내후성(날씨저항) 및 내식성(부식 저항), 내열성(열저항), 습기에 민감하지 않음, 방음, 방수성을 갖는다.
이들은 양질의 코팅막을 제공하기 위해 스프레이 도장(분사, 페인팅) 기법으로 사용되며, 매끈하고 티없는 텍스쳐(질감)를 제공하고 콘크리트와 금속 물질에 사용하여 훌륭한 마감은 얻는데 이는 기질에 쉽게 붙는 본 폴리우레아의 특성과 균열을 메우는 능력 때문이다. 또한, 폴리우레아 재료는 레이어(겹) 제한을 줄이며 코팅 효과를 줄 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따라 기본 재료인 상기 폴리우레아를 상기 접착제 레이어(110)에 분사하여 표면에 돌기부(131) 내지 니들(133)을 형성하거나, CNT를 상기 폴리우레아 위에 분사함으로써 보다 많은 돌기부(131) 내지 니들(133)을 형성하게 되는 것이다. 이러한 물리적 구조로 인해 상기 방오필름(100)의 표면에는 무수히 많은 소수성, 초소수성 공간(P)이 형성되는 것이다.
즉, 본 발명에 따른 방오필름 및 이의 제조방법은 표면에 초소수성 공간을 형성하기 위한 다양한 방법 중에서 특히, 환경오염을 방지하고, PDMS 등의 재료를 사용하지 않아 비용이 절감되고, 별도의 물리적 식각(샌드 페이퍼, 에칭 등)을 하지 않아도 됨으로써 보다 용이하고 쉽게 우수한 성능의 방오필름을 제작할 수 있는 것이다.
상기 방오필름 레이어(130)의 제작 시 상기 폴리우레아의 경화 후 분사하는 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)는 분사 공정 이외에도 샌드 페이퍼를 이용한 샌딩 공정 또는 식각 공정이 추가될 수 있으며 상기 추가되는 식각 공정은 광조사, 에칭 및 화학적 식각 중 어느 하나 이상이 더 추가로 마련될 수 도 있다. 즉, 본 발명에 따라 화학적 공정은 최대한 생략하되 분사에 의한 제조공정, 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 재료(폴리우레아, CNT)의 분사 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 재료를 분사하여 제조하는 방오필름의 제조방법은 방오필름 레이어(130)의 제작을 위한 재료를 준비하는 단계(S100), 상기 재료 중 폴리우레아를 접착제 레이어에 분사하는 단계(S200), 상기 폴리우레아를 경화시키는 단계(S300), 경화된 폴리우레아 위에 CNT를 분사하는 단계(S400), 상기 CNT를 경화시키는 단계(S500) 및 표면 마무리 단계(S700)를 포함한다.
이때, 본 발명의 특징은 재료인 폴리우레아 및 CNT를 분사하여 초소수성 공간(P)을 마련하는 것이 특징이므로 방오필름(100) 즉, 방오필름 레이어(130)의 재료 준비 및 분사 도포시의 조건과 환경이 매우 중요하며, 분사되는 성분은 폴리우레아 및 CNT인 것이다. 또한, 상술한 바와 같이 상기 성분은 크기, 비율 등의 조건을 다양하게 변형하여 실시 할 수 있다.
또한, 상기 경화 공정(S300, S500)는 섭씨 30 내지 70 도로 진행할 수 있으며, 분사공정은 상기 재료인 폴리우레아와 CNT를 미리 준비하여 순서에 따라 분사하거나 필요 시 혼합하여 분사할 수도 있을 것이다.
도 3은 본 발명에 따라 재료를 분사하여 초소수성 공간이 형성된 방오필름의 제조장치에 대한 설명도로서 도시된 바와 같이 상기 폴리우레아를 상기 방오필름의 접착제 레이어(110)에 분사하고, 경화시킨 후 다시 CNT를 분사하여 돌기부 내지 니들을 마련하게 된다.
또한, 상술한 바와 같이 분사 공정에 의해 상기 방오필름이 제작된 후 경우에 따라서는 초소수성 공간의 추가 확보를 위해 물리적 식각 공정이 추가될 수 있는데 상기 물리적 식각 공정은 상기 폴리우레아 경화 이후 또는 CNT 경화 이후 1 회 내지 2 회 진행될 수 있다.
필요에 따라 상기 물리적 식각을 진행하는 경우 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 폴리우레아 내지 CNT의 분사 후 경화가 되면 복수의 돌기부(131) 내지 니들(133) 형태가 마련되고 상기 돌기부 내지 니들 사이의 공간(P)이 초소수성을 갖는 것이다. 또한, 앞서 설명한 바와 같이 상기 돌기부, 니들의 크기, 형태, 개수 등은 조정 및 변경 가능하다.
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 재료의 분사 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(폴리우레아, CNT) 준비 단계
S200: 폴리우레아 분사 단계
S300: 폴리우레아 경화 단계
S400: CNT 분사 단계
S500: CNT 경화 단계
S700: 표면 마무리 단계
120: 보호 레이어 130: 방오필름 레이어
131: 돌기부 133: 니들
P: 초소수성 공간
S100: 방오필름 재료(폴리우레아, CNT) 준비 단계
S200: 폴리우레아 분사 단계
S300: 폴리우레아 경화 단계
S400: CNT 분사 단계
S500: CNT 경화 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 폴리우레아(polyurea, 폴리요소) 및 CNT(carbon nanotube, 탄소 나노튜브)로 마련하되, 상기 폴리우레아를 상기 접착제 레이어에 분사한 후, 상기 폴리우레아가 경화되면 상기 CNT를 분사하여 경화시킴으로써 표면에 복수의 돌기부 내지 니들을 형성하고, 상기 복수의 돌기부 내지 니들 사이의 공간으로 인해 초소수 성질을 갖는 것을 특징으로 하는 방오필름.
- 제1항에 있어서,
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 초소수성을 증대하기 위해 샌드 페이퍼를 이용한 샌딩 공정, 광조사 공정, 에칭 공정 및 화학적 식각 중 어느 하나 이상의 공정을 추가하는 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,
폴리우레아 재료를 준비하는 단계;
상기 폴리우레아를 접착제 레이어 위에 분사하는 단계;
상기 폴리우레아 경화 후 CNT를 분사하는 단계;
상기 CNT 경화 후 재단 및 롤링하는 단계; 및
표면 마무리 단계; 를 포함하며,
상기 폴리우레아 및 CNT 분사를 통해 방오필름 표면에 복수의 돌기부 내지 니들 형태가 마련되고 상기 돌기부 내지 니들 사이의 공간이 초소수성을 갖는 것을 특징으로 하는 방오필름 제조방법.
- 제 5항에 있어서,
상기 방오필름의 재료는 폴리우레아(polyurea, 폴리요소) 및 CNT(carbon nanotube, 탄소 나노튜브)로 마련하되, 상기 방오필름이 사용되는 환경 및 목적에 따라 재료를 추가하거나 변경하는 것을 특징으로 하는 방오필름 제조방법.
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| KR1020210156890A KR102619698B1 (ko) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | 해상구조물 및 선박 표면의 오염방지 기능이 개선된 방오필름과 이의 제조 방법 |
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| JP2000167955A (ja) * | 1998-12-04 | 2000-06-20 | Nippon Carbide Ind Co Inc | 超撥水性貼着フィルム |
| 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 |
| KR101477213B1 (ko) | 2011-05-02 | 2014-12-30 | 가부시끼가이샤 도시바 | 풍력 발전 시스템 및 그 제어 방법 |
| KR20170035076A (ko) * | 2015-09-22 | 2017-03-30 | 벽산페인트 주식회사 | 자기 윤활성을 가지는 방오도료 조성물 |
| KR102132728B1 (ko) * | 2019-04-16 | 2020-07-10 | 울산과학기술원 | 방오성을 가지는 방오 표면 구조 |
-
2021
- 2021-11-15 KR KR1020210156890A patent/KR102619698B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
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