WO2016163701A1 - 유동 저항 감소를 위한 적층체 및 이의 제조 방법 - Google Patents

유동 저항 감소를 위한 적층체 및 이의 제조 방법 Download PDF

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cavity
layer
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백현종
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윤상열
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    • C10N2050/12—Micro capsules

Definitions

  • the present invention relates to an object surface structure for reducing the flow resistance generated between an interface with a fluid in the movement of the fluid or in the movement of the object and a method of manufacturing such a structure.
  • the resistance due to flow is a frictional resistance caused by friction generated according to the surface state of the object and a shape resistance due to pressure distribution generated by the shape of the object, which is a natural phenomenon inevitably generated.
  • Another representative biomimetic technique is that polymers are sprayed on the surface like mucus secretions in fish, and frictional resistance can be reduced by up to 80% depending on the amount of fish. Only some of the flow can be used, there is a problem of environmental pollution.
  • the inventors of the present invention are fully aware of the problems of the prior art described above, and have come to provide a new type of fluid resistance reduction technology that completely overcomes these problems.
  • the present inventors have developed the present invention by seeing that the penguin fills the air with sufficient feathers at sea level before entering the water.
  • the effect of reducing the frictional resistance by using the air layer of the penguin can be confirmed by comparing the flow rate distribution and the shear force according to the presence or absence of an air layer on the object surface.
  • a large shear force is generated because of a large velocity gradient
  • strong slip occurs on the surface of the air layer, and thus a small shear force is obtained due to a small velocity gradient.
  • the air layer serves to greatly reduce the flow frictional resistance.
  • the present invention aims to provide a reduction in the flow frictional resistance by such an air layer and invents the following configuration to achieve this object.
  • the present invention the substrate; And a flow resistance reducing layer formed on the substrate, wherein the flow resistance reducing layer faces a liquid and generates a flow interface by movement of the liquid or movement of the laminate.
  • the flow resistance reducing layer is configured to have an air layer between the flow resistance reducing layer and the liquid, and the flow interface is formed between the air layer and the liquid to provide a laminate for reducing the flow resistance.
  • the substrate means an object to be treated which requires a reduction in the flow frictional resistance.
  • it may be a surface that meets water such as a ship, an offshore plant, an oil transportation pipeline, and a submarine.
  • Flow resistance means resistance generated at an interface between an object and a fluid generated by the movement of a fluid or the movement of an object. It may be a frictional resistance due to the friction generated according to the surface state of the object and a shape resistance due to the pressure difference generated by the shape of the object.
  • the flow resistance reducing laminates of the present invention can reduce this frictional resistance to near zero, thereby reducing energy loss.
  • the flow resistance reduction layer refers to a layer that is deposited or formed on the surface of the workpiece to reduce the flow frictional resistance to reduce the flow resistance of the workpiece.
  • the flow resistance reducing layer of the present invention is characterized in that it is configured to trap air to form an air layer between the fluid and the reducing layer when the flow resistance is generated by the generation of a flow of fluid on its surface.
  • the surface facing the liquid of the flow resistance reducing layer has a plurality of cavities so that the flow resistance reducing layer traps air and forms an air layer, and when it faces the liquid, air is filled in the cavity,
  • the shape of the cavity is configured such that air filled in the cavity is trapped when the flow interface is generated.
  • the inner surface of the cavity is spherical, and the length of the open surface of the cavity (A in FIG. 2) is such that the air filled in the cavity is trapped. It may be smaller than the diameter (R in FIG. 2). It will be apparent that the size difference between the length A and the diameter R can be set by the person skilled in the art to trap the air in the cavity according to the use environment.
  • the flow resistance reduction layer may include a support layer in contact with the substrate, a plurality of hollow capsules may be dispersed in or on the support layer, and may include a cavity formed by opening the hollow capsule.
  • the cavity surface is water repellent.
  • the present invention comprises the steps of preparing a hollow capsule carrying a thermally expandable material; Preparing a capsule dispersion support layer in which a plurality of the hollow capsules are dispersed in a support layer, and some or all of the hollow capsules are dispersed to expose a part of the hollow capsules on a surface of the support layer; And heating the hollow capsule exposed to the surface of the support layer to swell the material supported in the hollow capsule so that the surface exposed shell of the hollow capsule ruptures.
  • the eggplant provides a method of making a sheet.
  • the support layer is a layer that binds the capsule for forming the capacities on the surface and fixes the capsule.
  • the support layer is named as the support layer to express the support role of the capsule, which is the function, and the present invention is referred to as its name.
  • the range of should not be reduced, and it will be appreciated that the support layer of the present invention means a layer having a flow resistance reducing surface laminated on the substrate.
  • This support layer can be, for example, a polymeric material. It can be obtained by dispersing a capsule in a polymer dissolved in an organic solvent and applying it to a substrate by a method such as spin coating, spraying, or die coating and curing it.
  • the hollow capsules When the hollow capsule is dispersed in the support layer, the hollow capsules may be in close contact with each other such that the shape of the hollow capsule is a rounded rectangle.
  • the close-up hollow capsule ruptures to form a cavity, a dense air layer can be formed in the support layer, thereby maximizing a decrease in flow resistance.
  • the preparing of the support layer includes dispersing the hollow microcapsules in a liquid or gel support precursor, exposing a portion of the hollow microcapsules to the surface of the support layer precursor, and curing the support layer precursor. .
  • the precursor is a liquid or gel-like state, and means a substance that is cured and changes to a state capable of supporting the capsule in a state in which the capsule is flowable in the precursor.
  • the preparing of the support layer may include preparing a support layer precursor in which the hollow capsule is dispersed in a liquid or gel support layer precursor; Applying the dispersed support layer precursor to a surface to be treated such that a portion of the hollow capsule is exposed to the support layer precursor surface; It is characterized in that formed by curing the support layer precursor.
  • the material carried in the hollow capsule may have a specific gravity lower than that of the pate, so that the hollow capsule may be suspended in the paint.
  • the thickness may be smaller than the height of the capsule so as to be exposed to the surface of the precursor.
  • the shell of the hollow microcapsules is characterized in that it has a water repellency.
  • the shell of the hollow microcapsules is characterized in that it has an impermeability to the supported material.
  • the shell of the hollow microcapsules is characterized by having brittleness so that it can rupture in the notch.
  • the shell of the hollow microcapsules is not dissolved in the support layer or the support layer precursor.
  • the supported material in the hollow microcapsules is at least one of a thermally expandable gas, an oil, and a liquid.
  • the present invention provides a self-cleaning sheet comprising the special surface structure of the laminate for reducing the flow resistance described above.
  • the special surface structure of the present invention can provide an excellent self cleaning effect because the flow resistance is reduced to near zero.
  • a soundproof sheet comprising a special surface structure of the laminate for reducing the above flow resistance of the present invention.
  • the special surface structure of the present invention can provide an excellent effect as a sound insulation sheet.
  • the present invention allows the object to form an air layer on the surface of the object when it is in contact with the fluid, and the air layer can generate a strong slip and provide a small shear force with a small velocity gradient to provide a near zero flow frictional resistance.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a laminate for reducing the flow resistance of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram illustrating that the cavity inner surface is spherical.
  • Figure 3 is a schematic diagram illustrating the cavity inner surface is a rounded rectangle or rounded corner cylinder.
  • Fig. 4 is a schematic diagram illustrating how the air filled in the cavity forms the air layer when the laminate for reducing the flow resistance of the present invention meets liquid, for example, when the laminate moves with respect to the liquid.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a method of manufacturing a laminate for reducing the flow resistance of the present invention.
  • Figure 6 is an enlarged photograph of the capsule dispersion support layer prepared by the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is an enlarged photograph of a cavity formed on a surface of the hollow capsule manufactured by the embodiment of the present invention by rupturing the exposed shell of the hollow capsule.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a cross section of a laminate for reducing the flow resistance of the present invention.
  • Laminated body for reducing the flow resistance of the present invention substrate 110;
  • the cavity 130 of the present invention is recessed into a round (see FIG. 2) or a rounded rectangular face (see FIG. 3) formed on the surface of the support layer, as can be seen, for example, from reference numeral 130 in FIGS. 1 to 3. It means space.
  • This recessed space contains air and when the flow resistance reducing laminate of the present invention comes into contact with the liquid, the air is retained in the cavity and an air layer is formed in the movement of the fluid or the movement of the laminate.
  • the length of the open side of the cavity is such that the air layer is maintained in the cavity upon movement of the fluid or movement of the stack.
  • the cavity inner surface may be spherical and the length of the open surface of the cavity (reference A in FIG. 2) is such that air filled in the cavity is trapped. It may be smaller than the diameter of the spherical cavity (reference numeral R in FIG. 2). It will be apparent that limiting the length to a specific value is too limited to the present invention, and those skilled in the art will be able to set the length so that air in the cavity can be trapped even at various flow interfaces generated according to the use environment.
  • the cavity inner surface may be a rounded rectangle, and the depth of the cavity (H in FIG. 3) so that the air filled in the cavity is trapped. And a length of the open surface of the cavity (reference A in FIG. 3). It will be apparent that limiting the length to a specific value is too limited to the present invention, and those skilled in the art will be able to set the length so that air in the cavity can be trapped even at various flow interfaces generated according to the use environment.
  • the surface forming this cavity is preferably water-repellent in order for the cavity to hold air and to form an air layer according to the movement of the fluid.
  • Figure 4 is a view of the laminate for reducing the flow resistance of the present invention meets the liquid, for example, when the laminate moves with respect to the liquid, the air filled in the cavity (marked hollow in Figure 4) to form the air layer A schematic diagram illustrating this.
  • the support layer 120 designated as paint in FIG. 4, and the flow resistance reducing layer having a cavity 130 on the surface of the support layer 120 face liquid (water) 140, and air is trapped in the cavity. It is trapped 150 and an air film 160 is formed when the flow resistance reducing layer moves in the right direction of the figure. That is, the air film 160 is formed between the air layer and the liquid 140 to rapidly reduce the flow resistance.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a method of manufacturing a laminate for reducing the flow resistance of the present invention.
  • FIG. 5A illustrates dispersing the hollow capsule on which the thermally expandable material (eg oil) is carried in the liquid support layer precursor (eg, the applicable liquid paint).
  • Figure 5 (b) illustrates the step in which the hollow oil bearing capsule is suspended to the paint surface and the support layer precursor (e.g. paint) is cured and heat is applied to the surface.
  • Figure 5 (c) illustrates the expansion of the oil contained in the capsule by the heat, Figure 5 (d) is a rupture is made at the notch (notch) point where the shell of the capsule begins to be exposed to the support layer Illustrating the step of forming a hollow on the support layer surface.
  • the oil-supported capsule and PVA polyvinyl alcohol
  • PVA polyvinyl alcohol
  • the specific gravity of the oil was smaller than the specific gravity of the PVA, the capsule was suspended to the surface of the PVA, and after a certain time, the PVA was confirmed to be cured.

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Abstract

본 발명은, 기재; 및 상기 기재 상에 형성된 유동 저항 감소층을 포함하는, 유동 저항 감소를 위한 적층체로서, 상기 유동 저항 감소층은 액체를 마주하고, 상기 액체의 이동 또는 상기 적층체의 이동에 의해 유동 계면의 발생 시, 상기 유동 저항 감소층은 상기 유동 저항 감소층과 상기 액체 사이에 공기층을 가지도록 구성되며, 상기 유동 계면은 상기 공기층과 액체 사이에 형성되는, 유동 저항 감소를 위한 적층체를 제공에 관한 것이다.

Description

유동 저항 감소를 위한 적층체 및 이의 제조 방법
본 발명은 유체의 이동 또는 물체의 이동에서 유체와의 계면 사이에 발생되는 유동 저항의 감소를 위한 물체 표면 구조 및 이러한 구조의 제조 방법에 관한 것이다.
유동에 의한 저항은 물체의 표면 상태에 따라 발생되는 마찰에 의한 마찰 저항과 물체의 형상에 의해 발생하는 압력 분포에 의한 형상 저항으로서, 필연적으로 발생되는 자연현상이다.
선박, 해양플랜트, 석유수송 파이프라인 및 잠수함은 이러한 유동 저항을 이기기 위해 막대한 양의 연료를 소모하고 있어 이의 감소의 필요성은 충분히 인식되고 있다.
물류수송선의 경우, 연간 200조원에 해당되는 연료를 소모하고 있다. 특히 유동저항에서 저속에서 80%, 고속에서 50% 이상이 마찰저항으로 작용하는 것으로 알려져 있고, 만약 마찰저항을 10%만 줄일 수 있다면, 연간 16조원 규모의 연료소모량을 절약할 수 있을 뿐 아니라 지구온난화 및 환경오염을 줄일 수 있는 해결책을 제공할 수 있다.
이러한 마찰저항을 줄이기 위해 생체모방 기술을 적용한 연구가 활발히 진행되어 왔고, 특히 바다에서 수영하는 유영동물의 표면 성질 및 구조를 복제하여 마찰저항을 감소시키는 연구로서 먼저 유연한 돌고래 피부를 복제하여 최대 5%정도까지 저항감소가 가능하다는 결과가 보고되었으며, 유동방향으로 특정한 폭과 깊이를 가진 돌기로 이루어진 상어의 피부를 복제한 리블릿 구조를 적용하여 최대 8%의 마찰저항 감소가 보고되었다. 그러나 200마이크로 이하의 정밀한 가공이 필요하기 때문에 대면적 적용이 어렵고, 미생물의 부착 등의 문제가 있다.
또 다른 대표적인 생체모방 기술로서 물고기의 점액 분비와 같이 표면에 폴리머를 분사하고, 그 양에 따라 최대 80%까지 마찰저항이 감소가 가능함을 보였으나, 지속적으로 폴리머를 표면에 분사해 주어야하기 때문에 파이프 유동만 일부 사용이 가능하고, 환경오염의 문제가 있다.
그리고, 공기 기포를 표면에 분사하여 그 분사량에 따라 마찰저항을 최대 80%까지 감소시키는 Air Injection기술이 소개되었으나, 선박의 경우 기포로 인한 부력 및 추진력의 상실과 케비테이션의 발생, 압축 공기 분사를 위한 엑추에이터 장착 등의 문제가 있어, 현재까지 상용화 사례가 없다.
본 발명의 발명자는 상기한 종래 기술의 문제점을 충분히 인식하고, 이러한 문제점을 완전히 극복한 새로운 형태의 유체 저항 감소 기술을 제공하기에 이르렀다.
본 발명자는 펭귄이 물속으로 들어가기 전에 해수면에서 깃털에 공기를 충분히 채우고 들어가는 것을 보고 본 발명을 개발하였다. 펭귄의 공기층을 이용한 마찰저항 감소 효과는 물체 표면에 공기층이 있느냐 없느냐에 따른 유속 분포와 전단력비교에서 그 차이를 확인할 수 있다. 표면에 공기층이 없는 경우는 속도 구배가 커서 큰 전단력이 발생하는데 비해서 공기층이 있는 경우는 공기층 표면에서 강한 슬립이 발생하고 따라서 속도 구배가 작아 작은 전단력이 얻어진다. 결과적으로 공기층이 유동 마찰 저항을 크게 줄이는 역할을 한다.
본 발명은 이러한 공기층에 의한 유동 마찰 저항 감소를 제공함을 목적으로 하고 이러한 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 구성을 발명하였다.
일 측면으로서 본 발명은, 기재; 및 상기 기재 상에 형성된 유동 저항 감소층을 포함하는, 유동 저항 감소를 위한 적층체로서, 상기 유동 저항 감소층은 액체를 마주하고, 상기 액체의 이동 또는 상기 적층체의 이동에 의해 유동 계면의 발생 시, 상기 유동 저항 감소층은 상기 유동 저항 감소층과 상기 액체 사이에 공기층을 가지도록 구성되며, 상기 유동 계면은 상기 공기층과 액체 사이에 형성되는, 유동 저항 감소를 위한 적층체를 제공한다.
상기 기재는 유동 마찰 저항의 감소가 필요한 피처리 대상을 의미한다. 예를 들어, 선박, 해양플랜트, 석유수송 파이프라인 및 잠수함 등의 물과 만나는 면일 수 있다.
유동 저항이란, 유체의 이동 또는 물체의 이동에 따라 발생되는 물체와 유체 사이의 계면에서 발생되는 저항을 의미한다. 물체의 표면 상태에 따라 발생하는 마찰에 의한 마찰저항과 물체의 형상에 의해 발생하는 압력차에 의한 형상저항일 수 있다. 본 발명의 유동 저항 감소 적층체는 이러한 마찰 저항을 거의 제로에 가깝게 감소시켜 에너지 손실을 감소시킬 수 있다.
상기 유동 저항 감소층은 유동 마찰 저항의 감소가 필요한 피처리물의 표면에 증착 또는 형성되어 피처리물의 유동저항을 감소시키는 역할을 하는 층을 말한다. 본 발명의 유동 저항 감소층은 이의 표면에 유체의 유동 발생에 의해 유동 저항이 발생시 유체와 감소층 사이에 공기층을 형성하기 위해 공기를 가두도록 구성되어 있음을 특징으로 한다.
상기 유동 저항 감소층이 공기를 가두고 공기층을 형성하도록, 상기 유동 저항 감소층의 액체를 마주하는 표면은 다수의 캐비티(cavity)를 가지고, 상기 액체와 마주할 때 공기가 상기 캐비티 내 채워져 있으며, 상기 캐비티의 형상이, 상기 유동 계면 발생 시, 상기 캐비티 내에 채워진 공기가 가둬져(trapped) 있도록 구성되어 있다.
이러한 캐비티의 공기 가둠 역할을 위해, 일 예로서, 상기 캐비티 안쪽 표면은 구형이고, 상기 캐비티 내에 채워진 공기가 가둬져(trapped) 있도록 상기 캐비티의 오픈면의 길이(도2의 A)는 구형 캐비티의 직경(도2의 R)보다 작을 수 있다. 이 길이 A와 직경 R의 크기 차이는 당업자가 사용환경에 따라 캐비티 내에 공기가 가둬지도록 설정할 수 있음은 자명할 것이다.
상기 유동 저항 감소층은 상기 기재에 접하는 지지층을 포함하고, 상기 지지층 내 또는 표면에 다수의 중공 캡슐이 분산되어 있고, 상기 중공 캡슐이 개방되어 형성된 캐비티를 포함할 수 있다.
상기 캐비티 표면은 발수성임이 바람직하다.
다른 측면으로서, 본 발명은, 열 팽창성 물질이 담지된 중공형 캡슐을 준비하는 단계; 지지층에 다수의 상기 중공형 캡슐이 분산되어 있고, 상기 중공형 캡슐 일부 또는 전부가 상기 지지층의 표면에 상기 중공형 캡슐의 일부가 노출되도록 분산되어 있는 캡슐 분산 지지층을 준비하는 단계; 및 상기 지지층의 표면에 노출된 상기 중공형 캡슐을 가열하여 상기 중공형 캡슐 내 담지된 물질이 팽창하도록 하여 상기 중공형 캡슐의 표면 노출된 쉘이 파열되도록 하는 단계를 포함하는 다수의 캐비티를 표면에 가지는 시트를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명에서 지지층은 상기 캐피티를 표면에 형성하기 위한 캡슐을 바인딩(binding)하고 캡슐을 고정시키는 역할을 하는 층으로서 이 기능인 캡슐의 지지 역할을 표현하기 위해 지지층으로 명명되었을 뿐이고 이의 명명으로 본 발명의 범위가 감소되어서는 안될 것이고, 본 발명의 지지층은 기재 상에 적층된 유동 저항 감소 표면을 가진 층을 의미하는 것으로 인식될 것이다. 이 지지층은 일 예로서 고분자 물질일 수 있다. 유기 용매에 용해된 고분자 내에 캡슐을 분산시키고 이를 기재 상에 스핀 코팅, 스프레이, 또는 다이코팅과 같은 방법으로 도포하고 이를 경화시킴으로부터 얻어질 수 있다.
상기 중공형 캡슐의 상기 지지층 내의 분산시, 중공형 캡슐들이 서로 밀착되어 중공형 캡슐의 형상이 모서리 둥근 사각형이 되도록 함을 포함한다. 이렇게 밀착된 중공형 캡슐이 파열되어 캐비티가 형성되면 지지층 내에 밀도 높은 공기층을 형성할 수 있어 유동 저항 감소를 극대화시킬 수 있다.
상기 지지층의 준비 단계는, 액상 또는 젤상 지지층 전구물질에 상기 중공형 마이크로캡슐을 분산시키고, 상기 중공형 마이크로캡슐의 일부를 상기 지지층 전구물질 표면에 노출시키며, 상기 지지층 전구물질을 경화시킴을 포함한다.
상기 전구물질은 액상 또는 젤상과 같은 상태로서, 전구물질 내에서 캡슐이 유동가능한 상태에서, 경화되어 캡슐을 지지할 수 있는 상태로 변화하는 물질을 의미한다.
상기 지지층의 준비 단계는, 액상 또는 젤상 지지층 전구물질에 상기 중공형 캡슐이 분산된 지지층 전구물질을 준비하고; 상기 분산된 지지층 전구물질을 피처리 표면에 상기 중공형 캡슐의 일부가 상기 지지층 전구물질 표면에 노출되도록 도포하며; 상기 지지층 전구물질을 경화시켜 형성함을 특징으로 한다.
상기 전구물질 표면에 노출되도록 하기 위해, 상기 중공형 캡슐 내 담지된 물질은 상기 페이트에 비해 비중이 낮도록 하여, 상기 중공형 캡슐이 상기 페인트 내에서 부유되도록 할 수 있다. 또한, 상기 전구 물질을 도포시 두께를 캡슐의 높이보다 작게하여 상기 전구물질 표면에 노출되도록 할 수 있다.
상기 중공형 마이크로캡슐의 쉘은 발수성을 가짐을 특징으로 한다.
상기 중공형 마이크로캡슐의 쉘은 담지된 물질에 대해 불투과성을 가짐을 특징으로 한다.
상기 중공형 마이크로캡슐의 쉘은 노치에서 파열될 수 있도록 취성을 가짐을 특징으로 한다.
상기 중공형 마이크로캡슐의 쉘은 상기 지지층 또는 상기 지지층 전구물질에 용해되지 않음을 특징으로 한다.
상기 중공형 마이크로캡슐 내 담지된 물질은 열 팽창성 기체, 오일, 및 액체 중 어느 하나 이상임을 특징으로 한다.
또 다른 측면으로서, 본 발명은 상기한 유동 저항 감소를 위한 적층체의 특별한 표면 구조를 포함하는 자가 세정 시트를 제공한다. 본 발명의 특별한 표면 구조는 유동 저항이 거의 제로에 가깝게 감소하기 때문에 우수한 자가 세정(self cleaning) 효과를 제공할 수 있다.
또 다른 측면으로서, 본 발명의 상기한 유동 저항 감소를 위한 적층제의 특별한 표면 구조를 포함하는 방음 시트를 제공한다. 마찬가지로, 본 발명의 특별한 표면 구조는 방음 시트로서 우수한 효과를 제공할 수 있다.
본 발명은 물체가 유체와 마주할 때 물체 표면에 공기층을 형성하도록 하고, 이 공기층이 강한 슬립을 발생시키고 속도 구배가 작아 작은 전단력을 제공하도록 하여 거의 제로에 가까운 유동 마찰 저항을 제공할 수 있다.
도1은 본 발명의 유동 저항 감소를 위한 적층체의 단면을 보여주는 개략도이다.
도2는 캐비티 안쪽 표면이 구형임을 예시하는 개략도이다.
도3은 캐비티 안쪽 표면은 모서리 둥근 사각형 또는 모서리가 둥근 원기둥임을 예시하는 개략도이다.
도4는 본 발명의 유동 저항 감소를 위한 적층체가 액체와 만나, 예를 들어, 적층체가 액체에 대해 이동을 하는 경우, 캐비티 내에 채워진 공기가 상기 공기층을 형성하는 모습을 예시하는 개략도이다.
도5는 본 발명의 유동 저항 감소를 위한 적층체를 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도6은 본 발명의 실시예로 제조한 캡슐 분산 지지층의 확대 사진이다.
도6은 본 발명의 실시예로 제조한 중공형 캡슐의 표면 노출된 쉘이 파열되어 표면에 캐비티(cavity)가 형성된 확대 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도1은 본 발명의 유동 저항 감소를 위한 적층체의 단면을 보여주는 개략도이다. 본 발명의 유동 저항 감소를 위한 적층체는 기재(110); 및 상기 기재(110) 상에 형성된 유동 저항 감소층(100)을 포함하고, 상기 유동 저항 감소층(100)은 상기 기재에 접하는 지지층(120)을 포함하고, 상기 지지층(120)은 표면에 캐비티(130)를 포함한다.
본 발명의 캐비티(130)는 예를 들어 도 1 내지 3에의 도면부호 130으로부터 알 수 있는 바와 같이, 지지층의 표면 상에 형성된 라운드(도2 참조) 또는 둥근 직사각형 면(도3 참조)으로 움푹 파인 공간을 의미한다. 이 움푹 파인 공간 내에는 공기를 포함하며, 본 발명의 유동 저항 감소 적층체가 액체와 접할때 공기는 캐비티 내에 유지되고, 유체의 이동 또는 적층체의 이동에 공기층이 형성되도록 한다. 이와 같이 캐비티의 열린 면의 길이는 유체의 이동 또는 적층체의 이동에 공기층이 캐비티 내에 유지되도록 하는 크기이다.
도2를 통해 예시하는 바와 같이, 상기 캐비티 안쪽 표면은 구형(Cirsular)일 수 있고, 상기 캐비티 내에 채워진 공기가 가둬져(trapped) 있도록 상기 캐비티의 오픈면의 길이(도2에서 도면부호 A)는 구형 캐비티의 직경(도2에서 도면부호 R)보다 작을 수 있다. 이 길이를 특정 수치로 한정함을 본 발명을 지나치게 한정하는 것임은 자명할 것이며, 당업자는 사용환경에 따라 다양하게 발생되는 유동 계면에도 캐비티 내 공기가 가둬질 수 있도록 길이를 설정할 수 있을 것이다.
또한 도3을 통해 예시하는 바와 같이, 상기 캐비티 안쪽 표면은 모서리 둥근 사각형(Rounded Rectangle)일 수 있고, 상기 캐비티 내에 채워진 공기가 가둬져(trapped) 있도록 상기 캐비티의 깊이(도3에서 도면부호 H) 및 상기 캐비티의 오픈면의 길이(도3에서 도면부호 A)를 가질 수 있다. 이 길이를 특정 수치로 한정함을 본 발명을 지나치게 한정하는 것임은 자명할 것이며, 당업자는 사용환경에 따라 다양하게 발생되는 유동 계면에도 캐비티 내 공기가 가둬질 수 있도록 길이를 설정할 수 있을 것이다.
특히, 이 캐비티를 형성하는 면은 캐비티가 공기를 유지하고 유체의 이동에 따른 공기층을 잘 형성하기 위해 발수성임이 바람직하다.
도4는 본 발명의 유동 저항 감소를 위한 적층체가 액체와 만나, 예를 들어, 적층체가 액체에 대해 이동을 하는 경우, 캐비티(도4에서 hollow로 표시됨) 내에 채워진 공기가 상기 공기층을 형성하는 모습을 예시하는 개략도이다.
도4에서 페인트로 명명되어 있는 지지층(120) 및 상기 지지층(120) 표면에 캐비티(130)를 가지는 상기 유동 저항 감소층은 액체(물)(140)를 마주하고, 상기 캐비티 내에는 공기가 가둬져(trapped) 있고(150), 상기 유동 저항 감소층이 그림의 오른쪽 방향으로 이동할 때 공기 필름(160)이 형성된다. 즉, 공기층과 액체(140) 사이는 유동 계면인 공기 필름(160)이 형성되어 유동 저항을 급격히 감소시킨다.
도5는 본 발명의 유동 저항 감소를 위한 적층체를 제조하는 방법을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도5의 (a)는 열 팽창성 물질(예를 들어, 오일)이 담지된 중공형 캡슐을 액상 지지층 전구물질(예를 들어, 도포 가능한 액상 페인트)에 상기 중공형 캡슐을 분산시키는 단계를 예시한다. 도5의 (b)는 상기 중공형 오일 담지 캡슐이 페인트 표면으로 부유되고 지지층 전구물질(예, 페인트)가 경화되고 표면에 열을 가하는 단계를 예시한다. 도5의 (c)는 캡슐에 담지된 오일이 열에 의해 팽창하는 모습을 예시하며, 도5의 (d)는 지지층에 캡슐의 쉘이 노출되기 시작하는 지점인 노치(notch) 지점에 파열일 이뤄져 지지층 표면에 할루우를 형성하는 단계를 예시한다.
[실시예 1]
오일이 담지된 캡슐과 PVA(폴리비닐알코올)을 1:1 비율로 섞어 캡슐이 잘 분산되도록 하였다. 이를 실리콘 표면에 스핀 코팅을 하였다. 오일의 비중이 PVA의 비중보다 작아 캡슐은 PVA 표면으로 부유되었고, 일정 시간 경과후 PVA는 경화됨을 확인하였다. 도6의 SEM 사진이 참조된다. 180℃에서 30초 동안 열을 가하여 담지된 오일이 팽창되도록 하였고, 그 결과 도7의 SEM 사진에서 볼 수 있는 바와 같이, 캡슐의 쉘이 터져서 마이크로 캐비티 표면을 형성함을 보여주었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (19)

  1. 기재; 및 상기 기재 상에 형성된 유동 저항 감소층을 포함하는, 유동 저항 감소를 위한 적층체로서,
    상기 유동 저항 감소층은 표면은 액체를 마주하고, 상기 액체의 이동 또는 상기 적층체의 이동에 의해 유동 계면의 발생 시, 상기 유동 저항 감소층은 상기 유동 저항 감소층과 상기 액체 사이에 공기층을 가지도록 구성되며,
    상기 유동 계면은 상기 공기층과 액체 사이에 형성되는,
    유동 저항 감소를 위한 적층체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유동 저항 감소층의 액체를 마주하는 표면은 다수의 캐비티(cavity)를 가지고,
    상기 액체와 마주할 때 공기가 상기 캐비티 내 채워져 있으며, 상기 캐비티의 형상이, 상기 유동 계면 발생 시, 상기 캐비티 내에 채워진 공기가 가둬져(trapped) 있도록 구성되어, 상기 유동 저항 감소층은 상기 유동 저항 감소층과 상기 액체 사이에 공기층을 가지도록 구성되는,
    유동 저항 감소를 위한 적층체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 캐비티 안쪽 표면은 구형이고, 상기 캐비티 내에 채워진 공기가 가둬져(trapped) 있도록 상기 캐비티의 오픈면의 길이는 구형 캐비티의 직경보다 작음을 특징으로 하는,
    유동 저항 감소를 위한 적층체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 캐비티 안쪽 표면은 모서리 둥근 사각형 또는 모서리가 둥근 원기둥 형상이고, 상기 캐비티 내에 채워진 공기가 가둬져(trapped) 있도록 상기 캐비티의 깊이 및 상기 캐비티의 오픈면의 길이를 가짐을 특징으로 하는,
    유동 저항 감소를 위한 적층체.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 유동 저항 감소층은 상기 기재에 접하는 지지층을 포함하고,
    상기 지지층 내 또는 표면에 다수의 중공 캡슐이 분산되어 있고, 상기 중공 캡슐이 개방되어 형성된 캐비티를 포함하는,
    유동 저항 감소를 위한 적층체.
  6. 제2항 또는 제5항에 있어서,
    상기 캐비티 표면은 공기층을 형성하도록 발수성임을 특징으로 하는,
    유동 저항 감소를 위한 적층체.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 중공 캡슐의 쉘은 팽창이 가능하도록 가스 차단 특성 또는 팽창에 의한 노치에서 파열이 가능하도록 취성을 가짐을 특징으로 하는,
    유동 저항 감소를 위한 적층체.
  8. 열 팽창성 물질이 담지된 중공형 캡슐을 준비하는 단계;
    지지층에 다수의 상기 중공형 캡슐이 분산되어 있고, 상기 중공형 캡슐 일부 또는 전부가 상기 지지층의 표면에 상기 중공형 캡슐의 일부가 노출되도록 분산되어 있는 캡슐 분산 지지층을 준비하는 단계; 및
    상기 지지층의 표면에 노출된 상기 중공형 캡슐을 가열하여 상기 중공형 캡슐 내 담지된 물질이 팽창하도록 하여 상기 중공형 캡슐의 표면 노출된 쉘이 파열되도록 하는 단계를 포함하는,
    다수의 캐비티를 표면에 가지는 시트를 제조하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중공형 캡슐의 상기 지지층 내의 분산시, 중공형 캡슐들이 서로 밀착되어 중공형 캡슐의 형상이 둥근 모서리를 가진 사각형 또는 둥근 모서리를 가진 원기둥이 되도록 함을 포함하는,
    다수의 캐비티를 표면에 가지는 시트를 제조하는 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 지지층의 준비 단계는,
    액상 또는 젤상 지지층 전구물질에 상기 중공형 마이크로캡슐을 분산시키고, 상기 중공형 마이크로캡슐의 일부가 상기 지지층 전구물질 표면에 노출시키며,
    상기 지지층 전구물질을 경화시킴을 포함하는,
    다수의 캐비티를 표면에 가지는 시트를 제조하는 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 지지층의 준비 단계는,
    액상 또는 젤상 지지층 전구물질에 상기 중공형 마이크로캡슐이 분산된 지지층 전구물질을 준비하고;
    상기 분산된 지지층 전구물질을 피처리 표면에 상기 중공형 마이크로캡슐의 일부가 상기 지지층 전구물질 표면에 노출되도록 도포하며;
    상기 지지층 전구물질을 경화시켜 형성함을 특징으로 하는,
    다수의 캐비티를 표면에 가지는 시트를 제조하는 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 중공형 마이크로캡슐의 쉘은 발수성을 가짐을 특징으로 하는,
    다수의 캐비티를 표면에 가지는 시트를 제조하는 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 중공형 마이크로캡슐의 쉘은 담지된 물질의 팽창에 의해 파열이 가능하도록 담지된 물질에 대한 불투과성을 가짐을 특징으로 하는,
    다수의 캐비티를 표면에 가지는 시트를 제조하는 방법.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 중공형 마이크로캡슐의 쉘은 담지된 물질의 팽창에 의해 파열이 가능하도록 취성을 가짐을 특징으로 하는,
    다수의 캐비티를 표면에 가지는 시트를 제조하는 방법.
  15. 제8항 또는 제10항에 있어서,
    상기 중공형 마이크로캡슐의 쉘은 상기 지지층 또는 상기 지지층 전구물질에 용해되지 않음을 특징으로 하는,
    다수의 캐비티를 표면에 가지는 시트를 제조하는 방법.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 중공형 마이크로캡슐 내 담지된 물질은 열 팽창성 기체, 오일, 및 액체 중 어느 하나 이상임을 특징으로 하는,
    다수의 캐비티를 표면에 가지는 시트를 제조하는 방법.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 중공형 마이크로캡슐 내 담지된 물질은 상기 페이트에 비해 비중이 낮아 상기 중공형 마이크로캡슐을 상기 페이트 내에서 부유시킴을 특징으로 하는,
    다수의 캐비티를 표면에 가지는 시트를 제조하는 방법.
  18. 제1항의 유동 저항 감소를 위한 적층체를 포함하는 자가 세정 시트.
  19. 제1항의 유동 저항 감소를 위한 적층체를 포함하는 방음 시트.
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