WO2022164147A1 - 가교형 pdms를 이용한 발수 및 발유 표면 구현방법 - Google Patents

가교형 pdms를 이용한 발수 및 발유 표면 구현방법 Download PDF

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WO2022164147A1
WO2022164147A1 PCT/KR2022/001198 KR2022001198W WO2022164147A1 WO 2022164147 A1 WO2022164147 A1 WO 2022164147A1 KR 2022001198 W KR2022001198 W KR 2022001198W WO 2022164147 A1 WO2022164147 A1 WO 2022164147A1
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WO
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repellency
water repellency
formula
oil repellency
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PCT/KR2022/001198
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정찬영
김성희
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동의대학교 산학협력단
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00—Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/16—Antifouling paints; Underwater paints
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    • C09D5/1656—Antifouling paints; Underwater paints characterised by the film-forming substance
    • C09D5/1662—Synthetic film-forming substance
    • C09D5/1675—Polyorganosiloxane-containing compositions

Definitions

  • the present invention relates to a method for realizing the surface of a water- and oil-repellent substrate using a cross-linked PDMS derivative, and may be useful for oil vapor recovery apparatus/equipment, pipes, hoods, parts of hoods, pipelines, nozzles, and the like.
  • water repellency and oil repellency refer to properties that are difficult to get wet with water and oil. It is generally defined as
  • Superhydrophobicity and superoleophobicity refer to physical properties in which the surface of an object is extremely difficult to get wet with water and oil, respectively.
  • the leaves of plants, the wings of insects, or the wings of birds have characteristics that prevent any external contaminants from being removed or contaminated from the beginning without a special removal operation. This is because the leaves of plants, the wings of insects, and the wings of birds have super-repellent properties.
  • Wettability is a major surface property of solid materials, which is mainly governed by both chemical composition and geometric micro/nano structure. Wettable surfaces have attracted much attention due to their potential applications in various fields such as oil-water separation, anti-reflection, anti-bioadhesion, anti-adhesion, anti-fouling, self-cleaning and suppression of fluid turbulence.
  • Ventilators are generally systematized and installed in a specific place, and are implemented by complex facilities such as a ventilation system that is automatically operated according to the degree of indoor pollution, or is installed on a wall adjacent to the outside to simply circulate the air inside and outside the window type fan. is being implemented by
  • the ventilation fan installed in a restaurant or in a place where oil vapor is generated does not have any filtering device that will primarily adsorb oil or fine dust. Not only can it cause serious concern, but it can also expose you to a fire hazard.
  • Another object of the present invention is to provide a substrate to which oil repellency and water repellency are imparted to the surface prepared by the above method.
  • Another object of the present invention is to provide an oil vapor recovery apparatus, an oil vapor recovery facility, a pipe, a hood, parts of the hood, a pipeline, and a nozzle including the above substrate.
  • the present invention is a first invention.
  • Step 1 plasma-treating the substrate to improve wettability by generating -OH functional groups on the surface;
  • Step 2 removing impurities on the surface of the substrate through heat treatment
  • Step 3 coating a cross-linked polydimethylsiloxane (PDMS) derivative represented by the following formula (1) on the surface of the substrate; and
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • Step 4 curing through heat treatment; including,
  • a method for imparting oil repellency and water repellency to a surface of a substrate is provided.
  • a hydroxyl group is formed on the surface of the substrate through plasma treatment, and then some substituents substituted for silicon are used. It can significantly improve the wettability of the coating agent on the substrate and provide sufficient water and oil repellency without the use of other additional components, so it can be useful for oil vapor recovery devices/equipment, pipes, hoods, parts of hoods, nozzles, pipelines, etc. .
  • FIG. 1 is a result of measuring a water/oil contact angle and a contact hysteresis angle according to Example 1.
  • Example 2 is a result of measuring the water/oil contact angle and the contact hysteresis angle according to Example 2.
  • Example 4 is a result of measuring the water/oil contact angle and the contact hysteresis angle according to Example 4.
  • the present invention is a first invention.
  • Step 1 plasma-treating the substrate to improve wettability by generating -OH functional groups on the surface;
  • Step 2 removing impurities on the surface of the substrate through heat treatment
  • Step 3 coating a cross-linked polydimethylsiloxane (PDMS) derivative represented by the following formula (1) on the surface of the substrate; and
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • Step 4 curing through heat treatment; including,
  • a method for imparting oil repellency and water repellency to a surface of a substrate is provided.
  • the cross-linked PDMS derivative represented by Formula 1 is used alone as a coating agent, and the treatment step is monotonous, so the treatment cost for imparting water repellency and oil repellency to the surface of the substrate is saved. There is this.
  • step 1 is a step of improving wettability by plasma-treating the substrate to generate -OH functional groups on the surface.
  • the plasma treatment of step 1 may be performed under O 2 conditions of 180-220W, 40-60 kHz, and 40-60 sccm. If the plasma treatment conditions are out of the above range, there may be a problem that the wettability of the surface of the substrate is not sufficient.
  • step 2 is a step of removing impurities from the surface of the substrate through heat treatment.
  • the heat treatment in step 2 may be performed at 120-300 °C for 3-60 minutes. If the heat treatment conditions in step 2 for removing impurities from the surface of the substrate are less than the above range, there may be a problem in that the removal rate of impurities is low, and if it exceeds the above range, there may be a problem in that the process cost is increased without an increase in the removal rate of impurities.
  • step 3 is a step of coating the cross-linked polydimethylsiloxane (PDMS) derivative represented by Formula 1 on the surface of the substrate.
  • the coating in step 3 may use spin coating, dip coating, bar coating, etc., and preferably spin coating.
  • the molecular weight of the crosslinked PDMS derivative of Formula 1 is 6000-8000 g/mol, preferably 6200-7800 g/mol, more preferably 6500-7500 g/mol, even more preferably 6750-7250 g/mol can be If the molecular weight is less than the above range, there may be a problem in durability because water repellency/oil repellency is not sufficiently imparted, and if the molecular weight is above the above range, there may be a problem in that the coating surface cannot be formed uniformly.
  • methyl and hydrogen are present as substituents substituted for silicon, and among them, hydrogen forms an attractive force with a hydroxyl group formed on the surface of the substrate through plasma treatment to form an attraction with each other, It is characterized in that the wettability of the PDMS derivative is improved.
  • step 4 is a step of hardening through heat treatment.
  • the heat treatment in step 4 may be performed at 250-350° C. for 10-60 minutes. If the heat treatment conditions in step 4 are less than the above range, there may be a problem in that the curing reaction is not completed.
  • the substrate may include metals such as aluminum, aluminum alloy, titanium, titanium alloy, magnesium, magnesium alloy, stainless steel, steel, noble metal, rare metal, amorphous metal, alkali metal, alkaline earth metal, heavy metal, alloy, superalloy; plastic; Glass or the like can be used.
  • metals such as aluminum, aluminum alloy, titanium, titanium alloy, magnesium, magnesium alloy, stainless steel, steel, noble metal, rare metal, amorphous metal, alkali metal, alkaline earth metal, heavy metal, alloy, superalloy; plastic; Glass or the like can be used.
  • the present invention provides a substrate to which oil repellency and water repellency are imparted to the surface prepared by the above method.
  • the present invention provides an oil vapor recovery apparatus, an oil vapor recovery facility, a pipe, a hood, parts of the hood, a pipeline, and a nozzle including the above-mentioned substrate.
  • Aluminum 5052 alloy was used as a substrate to be coated.
  • the substrate was plasma-treated for 15 minutes at 200W, 50kHz, O 2 : 50 sccm conditions.
  • Step 2 Removal of impurities through heat treatment
  • the substrate after plasma treatment in step 1 was heat-treated in an oven at 150° C. for 10 minutes to remove impurities.
  • Step 3 Coating of the coating agent
  • SYLGARD 184 Silicon Elastomer which is a cross-linked PDMS derivative represented by Formula 1, as a coating agent on the substrate from which impurities have been removed in step 2, Curing Agent (manufacturer: Dow chemical company) and/or SYLGARD 184 Silicon Elastomer, a PDMS derivative represented by Formula 2 Base (manufacturer: Dow chemical company) was dropped to 60 ⁇ L per 3 cm ⁇ 2 cm of the substrate area, and then coated by spin coating (corresponding to Examples 2 and 4). Spin coating conditions were performed at 1000 rpm for 30 seconds. In addition, dip coating was performed by another coating method (corresponding to Examples 1 and 3).
  • Examples 3 and 4 were 10:1 of the base (subject, formula 2) and curing agent (curing agent, formula 1) as a coating agent. It was used by mixing in a weight ratio.
  • the substrate coated in step 3 was heat-treated in an oven at 300° C. for 30 minutes to complete curing.
  • x and y are each an integer from 1-1000.
  • n is an integer from 1-1000.
  • coating thickness (1>2>3>4 points in order of thickness) coating cracks (1>2>3>4 points in the order of crack occurrence)
  • Example 1 3 points 2 points
  • Example 2 4 points 4 points
  • Example 3 1 point 3 points
  • Example 2 As shown in Table 2, it was confirmed that the sample of Example 2 was the best in that the coating property of the sample having the thinnest coating thickness and no cracking was the best. Especially,
  • Comparative Example 1 is a sample of aluminum 5052 alloy without any treatment.
  • Example 1 97.58 ⁇ 6.70° 22.75 ⁇ 2.69° 35.13 ⁇ 1.14° 26.32 ⁇ 2.26°
  • Example 2 107.44 ⁇ 1.11° 22.42 ⁇ 1.02° 62.53 ⁇ 0.98° 23.75 ⁇ 1.36°
  • Example 3 91.62 ⁇ 2.73° 37.87 ⁇ 0.92° 47.24 ⁇ 1.32° 26.09 ⁇ 0.76°
  • Example 4 92.12 ⁇ 3.37° 41.84 ⁇ 7.05° 32.13 ⁇ 3.90° 24.06 ⁇ 2.36° Comparative Example 1 (Al 5052 alloy) 77.72 ⁇ 4.64° 41.26 ⁇ 4.31° 31.67 ⁇ 6.02° 33.57 ⁇ 0.68°
  • Example 2 As shown in Table 3, it was confirmed that the contact hysteresis angle of Example 2 was the lowest. In particular, the contact hysteresis angle to the oil of Example 2 was significantly low.
  • Example 2 The contact hysteresis angle of the same sample (Comparative Example 2) was evaluated except that Example 2 and plasma treatment were not performed.
  • Example 2 in which plasma pretreatment was performed, showed lower contact hysteresis compared to Comparative Example 2, confirming that the oil repellency and water repellency were excellent.
  • a hydroxyl group is formed on the surface of the substrate through plasma treatment, and then some substituents substituted for silicon are used. It can significantly improve the wettability of the coating agent on the substrate and provide sufficient water and oil repellency without the use of other additional components, so it can be useful for oil vapor recovery devices/equipment, pipes, hoods, parts of hoods, nozzles, pipelines, etc. .

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Abstract

본 발명은 가교형 PDMS 유도체를 이용한 발수 및 발유 기재 표면 구현방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법은, 기재 표면에 플라즈마 처리를 통해 수산화기를 형성한 다음, 실리콘에 치환되는 일부 치환기가 수소로 이루어져 있는 가교형 PDMS 유도체를 사용함에 따라서, 기재에 코팅제의 젖음성을 현저히 향상시키고, 다른 부가적인 성분의 사용 없이도 충분한 발수성 및 발유성을 부여할 수 있어, 유증기 회수 장치/설비, 파이프, 후드 등에 유용할 수 있다.

Description

가교형 PDMS를 이용한 발수 및 발유 표면 구현방법
본 발명은 가교형 PDMS 유도체를 이용한 발수 및 발유 기재 표면 구현방법에 관한 것으로, 유증기 회수 장치/설비, 파이프, 후드, 후드의 부품, 관로, 노즐 등에 유용할 수 있다.
일반적으로 발수성과 발유성이란 각각 물과 기름에 젖기 어려운 성질을 뜻하는 것으로, 초발수성/초발유성이란 해당 분야에서 고체의 표면에 접촉한 물의 접촉각이 150°이상, 오일에 대한 접촉각이 150°이상인 경우로 일반적으로 정의된다.
최근에 물에 대한 접촉각이 150°이상인 초발수성 표면은 기본적인 연구 및 실제적인 응용 모두에서의 중요성 때문에 상당한 관심을 끌어왔다. 초발수성(superhydrophobicity)과 초발유성(superoleophobicity)은 물체의 표면이 각각 물과 오일에 극히 젖기 어려운 물리적 특성을 말한다. 예를 들어, 식물의 잎, 곤충의 날개 또는 새의 날개는 외부의 어떠한 오염물질이 특별한 제거 작업 없이 제거되거나 처음부터 오염이 되지 않게 하는 특성을 지니고 있다. 이것은 식물의 잎, 곤충의 날개, 새의 날개 등이 초발수성을 지니고 있기 때문이다.
젖음성(wettability)은 고체 재료의 주요 표면 특성이고, 이것은 화학적 조성 및 기하학적 마이크로/나노 구조 둘 다에 의해 주로 지배된다. 젖음성 표면은 기름-물 분리, 반사 방지, 생체 유착 방지, 점착 방지, 오염 방지, 자기 세정 및 유체 난류 억제와 같은 다양한 분야에서 잠재적 응용성으로 인하여 많은 주의를 끌어왔다.
한편, 초발수성 알루미늄 제조에 대한 몇몇 보고가 있어 왔으나 금속 기재상의 초발수성/초발유성은 비교적 많은 주목을 받지 못하였다.
최근의 환경오염에 따른 대기 오염이 심각해지고, 황사나 미세먼지의 발생이 증가하면서, 창문을 열어 환기시키는 것보다 환풍 장치를 가동하여 실내의 공기를 정화시키는 경우가 많다. 또한, 가정, 작업장, 산업 현장, 식당, 사무실, 화장실이나 욕실 등과 같이 주거 시설, 업무용 시설, 상업용 시설 등에서 발생하는 생활 먼지, 음식 냄새, 담배 냄새, 작업시 발생하는 각종 유해 냄새, 일산화탄소와 같은 유해 공기 및 미세먼지, 유증기 등을 제거하기 위해서 상시적으로 환풍 장치를 가동하기도 한다.
이러한 환풍 장치는, 일반적으로 특정 장소에 시스템화되어 설치되어, 실내 오염 정도에 따라 자동 가동되는 환풍 시스템과 같은 복잡한 설비에 의해 구현되거나, 외부와 인접한 벽에 설치되어 내외부의 공기를 단순히 순환시키는 창문형 환풍기에 의해 구현되고 있다.
그러나 이러한 환풍기는 일정시간 사용시에는 필연적으로 환풍기의 내외부에 먼지가 쌓이게 되는 문제점이 발생하고 있어, 비위생적이며, 먼지를 제거하기 위하여 환풍기를 분리하여 세척하는 번거로운 작업을 수행해야 하는 문제점이 있다.
특히, 식당이나 유증기가 발생하는 곳에 설치되는 환풍기에는 유분이나 미세먼지를 1차적으로 흡착하여 줄 어떠한 여과장치도 없어, 장기간 사용시에는 유분과 미세먼지가 결합되어 아래로 흐르는 경우가 발생하는 등, 위생에 심각한 우려를 줄 수가 있을 뿐만 아니라, 화재의 위험에도 노출이 될 여지가 있다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0101193호
본 발명의 목적은 기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 표면에 발유성 및 발수성이 부여된 기재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 기재를 포함하는 유증기 회수 장치, 유증기 회수 설비, 파이프, 후드, 후드의 부품, 관로 및 노즐을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은,
(단계 1) 기재를 플라즈마 처리하여, 표면에 -OH 작용기를 생성함에 따른 젖음성을 향상시키는 단계;
(단계 2) 열처리를 통한 기재 표면의 불순물을 제거하는 단계;
(단계 3) 기재 표면에 하기 화학식 1로 표시되는 가교형 PDMS(Polydimethylsiloxane) 유도체를 코팅하는 단계; 및
(단계 4) 열처리를 통해 경화시키는 단계;를 포함하는,
기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법을 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2022001198-appb-img-000001
(상기 화학식 1에서, x 및 y는 각각 1-1000의 정수이다.)
본 발명에 따른 기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법은, 기재 표면에 플라즈마 처리를 통해 수산화기를 형성한 다음, 실리콘에 치환되는 일부 치환기가 수소로 이루어져 있는 가교형 PDMS 유도체를 사용함에 따라서, 기재에 코팅제의 젖음성을 현저히 향상시키고, 다른 부가적인 성분의 사용 없이도 충분한 발수성 및 발유성을 부여할 수 있어, 유증기 회수 장치/설비, 파이프, 후드, 후드의 부품, 노즐, 관로 등에 유용할 수 있다.
도 1은 실시예 1에 따른 물/오일 접촉각 및 접촉이력각을 측정한 결과이다.
도 2는 실시예 2에 따른 물/오일 접촉각 및 접촉이력각을 측정한 결과이다.
도 3은 실시예 3에 따른 물/오일 접촉각 및 접촉이력각을 측정한 결과이다.
도 4는 실시예 4에 따른 물/오일 접촉각 및 접촉이력각을 측정한 결과이다.
도 5는 비교예 1(무처리군)에 따른 물/오일 접촉각 및 접촉이력각을 측정한 결과이다.
상기 목적을 달성하기 위하여,
본 발명은,
(단계 1) 기재를 플라즈마 처리하여, 표면에 -OH 작용기를 생성함에 따른 젖음성을 향상시키는 단계;
(단계 2) 열처리를 통한 기재 표면의 불순물을 제거하는 단계;
(단계 3) 기재 표면에 하기 화학식 1로 표시되는 가교형 PDMS(Polydimethylsiloxane) 유도체를 코팅하는 단계; 및
(단계 4) 열처리를 통해 경화시키는 단계;를 포함하는,
기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법을 제공한다.
[화학식 1]
Figure PCTKR2022001198-appb-img-000002
(상기 화학식 1에서, x 및 y는 각각 1-1000의 정수이다.)
본 발명에 따른 방법은, 코팅제로서 화학식 1로 표시되는 가교형 PDMS 유도체를 단독으로 사용한다는 점, 그리고 처리 단계가 단조롭다는 점에서, 기재 표면에 발수성 및 발유성을 부여하는 처리비용이 절약되는 장점이 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 단계 1은 기재를 플라즈마 처리하여, 표면에 -OH 작용기를 생성함에 따른 젖음성을 향상시키는 단계이다. 구체적으로, 상기 단계 1의 플라즈마 처리는 180-220W, 40-60kHz 및 40-60 sccm의 O2 조건으로 실시할 수 있다. 만약, 플라즈마 처리 조건이 상기 범위를 벗어날 경우 기재 표면의 젖음성이 충분하지 못한 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 단계 2는 열처리를 통한 기재 표면의 불순물을 제거하는 단계이다. 구체적으로, 상기 단계 2의 열처리는 120-300 ℃에서 3-60분 동안 실시할 수 있다. 만약, 기재 표면 불순물 제거를 위한 단계 2의 열처리 조건이 상기 범위 미만일 경우 불순물의 제거율이 낮은 문제가 있을 수 있고, 상기 범위 초과일 경우 불순물 제거율의 증가없이 공정 비용이 증가되는 문제가 있을 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 단계 3은 기재 표면에 상기 화학식 1로 표시되는 가교형 PDMS(Polydimethylsiloxane) 유도체를 코팅하는 단계이다. 구체적으로, 상기 단계 3의 코팅은 스핀코팅, 딥코팅, 바코팅 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 스핀 코팅을 사용할 수 있다.
상기 화학식 1의 가교형 PDMS 유도체의 분자량은 6000-8000 g/mol, 바람직하게는 6200-7800 g/mol, 더욱 바람직하게는 6500-7500 g/mol, 더욱 더 바람직하게는 6750-7250 g/mol일 수 있다. 만약, 분자량이 상기 범위 미만일 경우 발수성/발유성이 충분히 부여되지 못하여 내구성에 문제가 있을 수 있고, 상기 범위 초과일 경우 코팅면이 균일하게 형성되지 못하는 문제가 있을 수 있다.
상기 화학식 1의 가교형 PDMS 유도체는 실리콘에 치환되는 치환기로서 메틸과 수소가 존재하고, 이 중에서 수소는 플라즈마 처리를 통해 기재 표면에 형성된 수산화기와 서로 인력을 형성하여, 기재 표면에 화학식 1의 가교형 PDMS 유도체의 젖음성을 향상시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 단계 4는 열처리를 통해 경화시키는 단계이다. 구체적으로, 상기 단계 4의 열처리는 250-350℃에서 10-60분 동안 실시할 수 있다. 만약, 단계 4의 열처리 조건이 상기 범위 미만일 경우 경화 반응이 미완성되는 문제가 있을 수 있고, 상기 범위 초과일 경우 경화 완료 후에 공정 비용이 증가하는 문제와 물성이 저하되는 문제가 있을 수 있다.
상기 기재는 알루미늄, 알루미늄 합금, 타이타늄, 타이타늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 스테인리스강, 철강, 귀금속, 희귀금속, 비결정성 금속, 알카리 금속, 알카리 토금속, 중금속, 합금, 초합금 등의 금속; 플라스틱; 유리 등을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 표면에 발유성 및 발수성이 부여된 기재를 제공한다.
나아가, 본 발명은 상기 기재를 포함하는 유증기 회수 장치, 유증기 회수 설비, 파이프, 후드, 후드의 부품, 관로 및 노즐을 제공한다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예> 발수성 및 발유성 부여 금속의 제조
알루미늄 5052 합금을 코팅 대상 기재로 사용하였다.
단계 1: 플라즈마 처리
상기 기재를 200W, 50kHz, O2 : 50sccm 조건으로 15분 동안 플라즈마 처리하였다.
단계 2: 열처리를 통한 불순물 제거
상기 단계 1에서 플라즈마 처리가 끝난 기재를 150℃의 오븐에서 10분 동안 열처리하여 불순물을 제거하였다.
단계 3: 코팅제의 코팅
상기 단계 2에서 불순물이 제거된 기재에 코팅제로서 화학식 1로 표시되는 가교형 PDMS 유도체인 SYLGARD 184 Silicon Elastomer Curing Agent(제조사: Dow chemical company) 및/또는 화학식 2로 표시되는 PDMS 유도체인 SYLGARD 184 Silicon Elastomer Base(제조사: Dow chemical company)를 기재 면적 3cm×2cm 당 60μL 드롭한 다음, 스핀 코팅법으로 코팅하였다(실시예 2 및 4에 해당함). 스핀 코팅 조건은 1000rpm에서 30초간 실시하였다. 또한, 다른 코팅 방법으로 딥코팅을 실시하였다(실시예 1 및 3에 해당함).
실시예 1 및 2는 코팅제로 상기 Curing Agent(경화제, 화학식 1)를 단독으로 사용하였고,
실시예 3 및 4는 코팅제로 상기 Base(주제, 화학식 2) 및 Curing Agent(경화제, 화학식 1)를 10:1 중량비로 혼합하여 사용하였다.
단계 4: 열처리를 통한 경화
상기 단계 3에서 코팅이 완료된 기재를 300℃의 오븐에서 30분 동안 열처리하여 경화를 완료하였다.
코팅제
(SYLGARD 184 Silicon Elastomer)		 코팅 방법
Base(주제) Curing agent(경화제)
실시예 1 X O 딥코팅
실시예 2 X O 스핀코팅
실시예 3 O O 딥코팅
실시예 4 O O 스핀코팅
[화학식 1: Curing agent]
Figure PCTKR2022001198-appb-img-000003
x 및 y는 각각 1-1000의 정수이다.
[화학식 2: Base]
Figure PCTKR2022001198-appb-img-000004
m은 1-1000의 정수이다.
<실험예 1> 코팅성(두께 및 갈라짐) 평가
실시예 1 내지 4에서 제조한 샘플의 코팅성을 평가하기 위하여, 코팅 두께 및 코팅의 갈라짐을 평가하였다.
코팅 두께
(두꺼운 순으로 1>2>3>4점)		 코팅 갈라짐
(갈라짐 발생 순으로 1>2>3>4점)
실시예 1 3점 2점
실시예 2 4점 4점
실시예 3 1점 3점
실시예 4 2점 1점
표 2에 나타난 바와 같이, 코팅 두께가 가장 얇으면서, 갈라짐이 발생하지 않는 샘플의 코팅성이 가장 우수하다는 점에서, 실시예 2의 샘플이 가장 우수함을 확인할 수 있었다. 특히,
<실험예 2> 접촉각 및 접촉이력각 평가
물(정제수) 및 오일(식용유)을 시료로 하여, 접촉각 및 접촉이력각을 평가하였고, 그 결과를 도 1 내지 4에 나타내었으며, 도 1 내지 4의 결과를 요약하여 하기 표 3에 나타내었다. 비교예 1은 알루미늄 5052 합금에 아무런 처리를 하지 않음 샘플이다.
참조로, 발수성/발유성 평가에 있어서 접촉이력각이 낮을수록 발수성/발유성이 우수하다 할 수 있다.
물 오일
접촉각(0초) 접촉이력각 접촉각(60초) 접촉이력각
실시예 1 97.58±6.70° 22.75±2.69° 35.13±1.14° 26.32±2.26°
실시예 2 107.44±1.11° 22.42±1.02° 62.53±0.98° 23.75±1.36°
실시예 3 91.62±2.73° 37.87±0.92° 47.24±1.32° 26.09±0.76°
실시예 4 92.12±3.37° 41.84±7.05° 32.13±3.90° 24.06±2.36°
비교예 1
(Al 5052 합금)		 77.72±4.64° 41.26±4.31° 31.67±6.02° 33.57±0.68°
표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 2의 접촉이력각이 가장 낮게 나타남을 확인할 수 있었다. 특히, 실시예 2의 오일에 대한 접촉이력각이 유의미하게 낮게 나타났다.
<실험예 3> 플라즈마 처리 여부에 따른 접촉이력각 평가
실시예 2와 플라즈마 처리를 하지 않은 것을 제외하고는 동일한 샘플(비교예 2)의 접촉이력각을 평가하였다.
플라즈마 처리여부 물 오일
접촉이력각 접촉이력각
실시예 2 O 22.42±1.02° 23.75±1.36°
비교예 2 X 25.67±0.51° 26.37±0.85°
표 4에 나타난 바와 같이, 플라즈마 전처리를 실시한 실시예 2가 비교예 2 대비 접촉이력각지 낮게 나타나 발유성 및 발수성이 우수함을 확인할 수 있었다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특히 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법은, 기재 표면에 플라즈마 처리를 통해 수산화기를 형성한 다음, 실리콘에 치환되는 일부 치환기가 수소로 이루어져 있는 가교형 PDMS 유도체를 사용함에 따라서, 기재에 코팅제의 젖음성을 현저히 향상시키고, 다른 부가적인 성분의 사용 없이도 충분한 발수성 및 발유성을 부여할 수 있어, 유증기 회수 장치/설비, 파이프, 후드, 후드의 부품, 노즐, 관로 등에 유용할 수 있다.

Claims (17)

  1. (단계 1) 기재를 플라즈마 처리하여, 표면에 -OH 작용기를 생성함에 따른 젖음성을 향상시키는 단계;
    (단계 2) 열처리를 통한 기재 표면의 불순물을 제거하는 단계;
    (단계 3) 기재 표면에 하기 화학식 1로 표시되는 가교형 PDMS(Polydimethylsiloxane) 유도체를 코팅하는 단계; 및
    (단계 4) 열처리를 통해 경화시키는 단계;를 포함하는,
    기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법.
    [화학식 1]
    Figure PCTKR2022001198-appb-img-000005
    (상기 화학식 1에서, x 및 y는 각각 1-1000의 정수이다.)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단계 1의 플라즈마 처리는 180-220W, 40-60kHz 및 40-60 sccm의 O2 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는, 기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단계 2의 열처리는 120-300 ℃에서 3-60분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는, 기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 단계 3의 코팅은 스핀코팅법을 사용하는 것을 특징으로 하는, 기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 단계 4의 열처리는 250-350℃에서 10-60분 동안 실시하는 것을 특징으로 하는, 기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기재는,
    알루미늄, 알루미늄 합금, 타이타늄, 타이타늄 합금, 마그네슘, 마그네슘 합금, 스테인리스강, 철강, 귀금속, 희귀금속, 비결정성 금속, 알카리 금속, 알카리 토금속, 중금속, 합금 및 초합금 중 1종의 금속; 플라스틱; 또는 유리인 것을 특징으로 하는, 기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 1의 가교형 PDMS 유도체의 분자량이 6000-8000 g/mol인 것을 특징으로 하는, 기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 화학식 1의 가교형 PDMS 유도체의 분자량이 6500-7500 g/mol인 것을 특징으로 하는, 기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 화학식 1의 가교형 PDMS 유도체의 분자량이 6750-7250 g/mol인 것을 특징으로 하는, 기재 표면에 발유성 및 발수성을 부여하는 방법.
  10. 제1항의 방법으로 제조된 표면에 발유성 및 발수성이 부여된 기재.
  11. 제10항의 기재를 포함하는 유증기 회수 장치.
  12. 제10항의 기재를 포함하는 유증기 회수 설비.
  13. 제10항의 기재를 포함하는 파이프.
  14. 제10항의 기재를 포함하는 후드(hood).
  15. 제10항의 기재를 포함하는 후드(hood)의 부품.
  16. 제10항의 기재를 포함하는 관로.
  17. 제10항의 기재를 포함하는 노즐.
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