KR20200062795A - Film with improved water repellency and oil elution properties and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 개선된 발수 특성 및 오일 용출 특성을 가지는 필름 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 표면 거칠기(surface roughness) 및 소수성 부여로 개선된 발수 특성을 나타내며, 이에 부가하여 오일 용출특성을 함께 나타낼 수 있는 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a film having improved water repellent properties and oil elution properties and a method for manufacturing the same, more specifically, it exhibits improved water repellency properties by imparting surface roughness and hydrophobicity, and in addition, exhibits oil elution properties. It relates to a film that can be represented together and a method for manufacturing the same.
물체 표면에 수분의 결빙을 방지하거나, 형성된 얼음의 부착 강도를 낮추는 아이스포빅(icepphobic) 코팅 기술이 최근 주목 받고 있다. An icepphobic coating technology that prevents freezing of moisture on an object surface or lowers the adhesion strength of formed ice has recently attracted attention.
아이스포빅 특성의 구현에는, 일차적으로 물방울을 흡수하지 않고 튕겨내는 초발수(Superhydrophobic) 특성을 제공하는 것이 필요하다. 이러한 초발수 특성은 초소수성 처리에 의해 구현될 수 있으며, 일반적으로 표면에 미세한 요철구조를 형성하고 소수성을 띨 수 있도록 화학적 표면 처리를 행할 때 달성될 수 있는 것으로 알려져 있다. 즉, 소수성 특성을 나타내는 표면이 마이크로 나노 패턴 등에 의해 표면 거칠기가 증가하는 경우 표면에서 물과의 접촉각이 150도 이상으로 초발수성을 나타내는 것으로 알려져 있다. It is necessary to provide the superhydrophobic property that repels water droplets without first absorbing them. It is known that such a super water-repellent property can be realized by a superhydrophobic treatment, and can be generally achieved when chemical surface treatment is performed to form a fine concavo-convex structure on the surface and to obtain hydrophobicity. That is, it is known that when the surface having a hydrophobic property increases surface roughness due to a micro nano pattern or the like, the surface has a contact angle with water of 150 degrees or more and exhibits super water repellency.
이와 같은 초발수성 제공을 위한 표면 구조를 형성하는 것과 관련하여, 식각기술을 이용하여 고체 표면에 미세한 마이크로 나노패턴을 형성하는 기술이 제안된 바 있으나 비용 및 공정성에서 효율이 떨어지고, 아직까지는 대면적 코팅처리에 적용하기 어려운 문제가 있다.In relation to forming a surface structure for providing such super water repellency, a technique for forming a fine micro-nano pattern on a solid surface using an etching technique has been proposed, but the efficiency is low in cost and processability, and a large area coating has not yet been performed. There is a problem that is difficult to apply to the treatment.
따라서, 초발수성을 위한 표면 거칠기 및 소수성 처리와 관련하여 경제성 및 공정성 측면에서 개선된 기술에 대한 연구가 요구되고 있다. 또한, 상기한 초발수 특성에 부가하여, 초발수 특성에도 불구하고 어떠한 원인으로든 표면에 얼음이 형성될 수 있음을 고려하여, 형성된 얼음의 표면 부착을 방지할 수 있는 기술에 대한 연구 개발이 필요하다.Therefore, there is a need for research on improved technology in terms of economic efficiency and fairness with regard to surface roughness and hydrophobic treatment for super water repellency. In addition, in addition to the above-mentioned super water-repellent properties, considering the fact that ice may be formed on the surface for any reason despite the super-water-repellent properties, research and development of a technology capable of preventing the adhesion of the formed ice to the surface is necessary. .
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 초발수 특성에 근접한 개선된 발수 특성을 가짐과 동시에 오일 용출특성을 구비함으로써, 수분의 결빙을 일차적으로 방지할 수 있으며, 그럼에도 결빙이 발생된 경우에는 표면에 얼음이 부착되는 것을 방지할 수 있는, 필름 및 필름의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, by having an improved water repellent characteristics close to the super water repellent characteristics and at the same time having the oil elution characteristics, it is possible to primarily prevent the freezing of moisture, and nevertheless freezing occurs The purpose is to provide a film and a method of manufacturing the film, which can prevent ice from adhering to the surface.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의한 개선된 발수 특성 및 오일 용출 특성을 가지는 필름은, 기본적으로, 고분자 수지 및 오일을 포함하는 기재층 및 표면 거칠기(surface roughness)가 부여된 소수성 코팅층을 포함하는 구조로 이루어진다.In order to achieve the above object, a film having improved water repellency and oil elution properties according to the present invention basically includes a base layer comprising a polymer resin and oil and a hydrophobic coating layer provided with surface roughness. It consists of a structure.
구체적으로, 본 발명의 일 측면에 따른 필름은, 고분자 수지 및 오일을 포함하는 기재층; 및 상기 기재층 위에 소수성 다공질 실리카 입자를 포함하는 코팅층;을 포함할 수 있다.Specifically, the film according to an aspect of the present invention, a base layer comprising a polymer resin and oil; And a coating layer comprising hydrophobic porous silica particles on the substrate layer.
이와 같이 기재층의 고분자 수지에 오일을 함유시킴으로써 오일 성분이 필름 내부로부터 지속적으로 용출되는 특성이 구현될 수 있음과 동시에, 코팅층에 소수성 다공질 실리카 입자를 포함함으로써 필름 표면에 표면 거칠기 및 소수성이 부여되어 개선된 발수 특성을 나타낼 수 있다. 상기 소수성 다공질 실리카 입자는 50 nm 내지 1 마이크로미터의 기공크기의 거대기공(macroporous)을 갖는 실리카 입자일 수 있다.In this way, by incorporating oil in the polymer resin of the base layer, the characteristics of the oil component being continuously eluted from the inside of the film can be realized, and at the same time, surface roughness and hydrophobicity are given to the film surface by including hydrophobic porous silica particles in the coating layer. It may exhibit improved water repellent properties. The hydrophobic porous silica particles may be silica particles having macropores having a pore size of 50 nm to 1 micrometer.
상기 필름의 기재층에 포함되는 고분자 수지는, 특별히 한정되는 것은 아니지만 소수성 고분자 수지를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 수지, 폴리우레탄 수지 등을 포함할 수 있다.The polymer resin included in the base layer of the film is not particularly limited, but may include a hydrophobic polymer resin, and preferably may include a polydimethylsiloxane (PDMS) resin, a polyurethane resin, and the like.
또한, 고분자 수지와 혼합되는 오일은 고분자 수지와 직접 혼합되거나, 기공에 오일이 함침된 형태의 다공성 입자가 고분자 수지와 혼합되는 것과 같이, 고분자 수지와 오일의 혼합 형태에는 특별한 제한이 없다. 다공성 입자의 기공에 오일이 함침된 형태로 기재층에 오일이 혼합될 경우, 오일이 먼저 기공으로부터 용출된 후 기재층 및 코팅층의 표면으로 이동하여 필름 표면에 용출되므로, 직접 오일이 혼합된 경우와 비교하여 서서히 용출되도록 오일 용출 지속시간을 조절할 수 있는 이점이 있다.In addition, there is no particular limitation on the mixing form of the polymer resin and the oil, as the oil mixed with the polymer resin is directly mixed with the polymer resin or the porous particles in the form of impregnating the pores with the polymer resin are mixed with the polymer resin. When oil is mixed in the substrate layer in the form of oil impregnation in the pores of the porous particles, the oil first elutes from the pores and then moves to the surface of the substrate layer and the coating layer and elutes to the film surface, so that when the oil is directly mixed, Compared, there is an advantage in that the oil elution duration can be adjusted so that it elutes slowly.
보다 구체적으로, 상기 기재층은 PDMS 수지와, 실리콘 오일 100CS 또는 실리콘 오일 60CS 중 적어도 하나의 오일을, 10:1~8의 질량비로 포함할 수 있다. More specifically, the base layer may include PDMS resin and at least one oil of silicone oil 100CS or silicone oil 60CS in a mass ratio of 10:1 to 8.
또한, 기재층에 포함되는 오일의 종류로는, 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 실리콘 오일, 불소계 오일, 식물성 오일 및 미네랄 오일 중에서 선택될 수 있다, 바람직하게는, 실리콘 오일을 기재층에 포함시킬 수 있다.In addition, the type of oil included in the base layer is not particularly limited, but may be selected from silicone oil, fluorine-based oil, vegetable oil and mineral oil, preferably, silicone oil may be included in the base layer. have.
상기와 같은 기재층의 고분자 수지와 오일 함량비, 종류 등에 관한 사항은, 후술하는 다른 측면들의 필름에서도 동일하게 적용될 수 있으므로 이하에서는 구체적인 언급을 생략한다.Matters related to the polymer resin and oil content ratio, type, etc. of the base layer as described above may be applied in the same way to films of other aspects to be described later, and thus detailed description thereof will be omitted below.
상기한 본 발명의 일 측면에 따른 필름의 제조방법은, 고분자 수지와 오일을 혼합하여 기재층 전구체를 제조하는 단계; 상기 기재층 전구체를 경화하여 기재층을 형성하는 단계; 상기 기재층 위에 소수성 다공질 실리카 입자를 포함하는 코팅액을 도포 및 건조하여 코팅층을 형성하는 단계;를 포함한다. The method of manufacturing a film according to an aspect of the present invention described above includes mixing a polymer resin and an oil to prepare a base layer precursor; Curing the base layer precursor to form a base layer; And forming a coating layer by applying and drying a coating solution containing hydrophobic porous silica particles on the substrate layer.
여기서, 상기 코팅액은, 다공질 실리카 입자와 실란 커플링제를 톨루엔 용매에 혼합하는 단계; 상기 혼합액을 가열 및 교반하여, 다공질 실리카 입자를 소수성 표면처리하는 단계; 상기 가열 및 교반한 혼합액을 건조하여 소수성 다공질 실리카 입자를 수득하는 단계; 및 상기 소수성 다공질 실리카 입자를 알코올 용매에 재분산하는 단계;를 포함하는 코팅액 제조단계를 통해 제조될 수 있다.Here, the coating solution, mixing the porous silica particles and a silane coupling agent in a toluene solvent; Heating and stirring the mixed solution to perform hydrophobic surface treatment of the porous silica particles; Drying the heated and stirred mixed solution to obtain hydrophobic porous silica particles; And redispersing the hydrophobic porous silica particles in an alcohol solvent.
구체적으로, 상기 기재층 전구체는, PDMS 단량체와 경화제를 9:1의 질량비로 혼합하고, 실리콘 오일 100CS 또는 실리콘 오일 60CS 중 적어도 하나의 오일을, PDMS와 오일의 질량비가 10:1~8이 되도록 혼합함으로써 제조된다. 제조된 기재층 전구체를 80도에서 2시간 동안 경화 처리하여 기재층을 형성한다.Specifically, the substrate layer precursor, a mixture of PDMS monomer and a curing agent in a mass ratio of 9:1, and at least one oil of silicone oil 100CS or silicone oil 60CS, so that the mass ratio of PDMS and oil is 10:1 to 8 It is prepared by mixing. The prepared base layer precursor is cured at 80 degrees for 2 hours to form a base layer.
상기 실란커플링제는 트리에톡시옥틸실란(triethoxyoctylsilane), 트리클로로도데실실란(trichlorododecylsilane)을 포함할 수 있다. 상기 알코올 용매는 에탄올, 프로판올, 또는 부탄올 중에서 선택될 수 있으며, 상기 소수성 다공질 실리카 입자를 에탄올, 프로판올, 또는 부탄올 용매에 대해 0.1:2.5의 질량비로 포함시켜 코팅액을 제조할 수 있다. The silane coupling agent may include triethoxyoctylsilane and trichlorododecylsilane. The alcohol solvent may be selected from ethanol, propanol, or butanol, and the hydrophobic porous silica particles may be included in a mass ratio of 0.1:2.5 with respect to ethanol, propanol, or butanol solvent to prepare a coating solution.
제조된 코팅액은 분무 코팅, 드롭 코팅 방식 등으로 기재층 위에 도포될 수 있으며, 특별한 제한이 있는 것은 아니지만, 공정성 측면에서 분무 코팅 방식으로 도포하는 것이 바람직하다. 분무 코팅된 코팅층은 자연 건조 시 1 내지 4 시간 건조시켜서 본 발명의 필름을 제조한다. The prepared coating solution may be applied on the substrate layer by spray coating, drop coating, or the like, and is not particularly limited, but is preferably applied by spray coating in terms of processability. The spray-coated coating layer is dried for 1 to 4 hours upon drying to prepare the film of the present invention.
본 발명의 다른 측면에 따른 필름은, 고분자 수지, 오일 및 친수성 다공질 실리카 입자를 포함하는 기재층; 및 상기 기재층 위에 소수성 실리카 나노입자를 포함하는 코팅층; 을 포함할 수 있다.The film according to another aspect of the present invention includes a polymer resin, a base layer comprising oil and hydrophilic porous silica particles; And a coating layer comprising hydrophobic silica nanoparticles on the substrate layer. It may include.
이와 같이 기재층의 고분자 수지에 오일을 함유시킴으로써 오일 성분이 필름 내부로부터 지속적으로 용출되는 특성이 구현됨과 동시에, 기재층에 포함된 친수성 다공질 실리카 입자의 친수성 작용기는 기재층 표면으로 돌출하여 기재층 표면에 미세한 요철 구조를 제공하도록 기능할 수 있다. 이와 같이 미세한 요철 구조가 제공된 기재층 표면에 형성된 코팅층은, 기재층 표면의 미세한 요철 구조에 대응하는 요철 구조를 그대로 코팅층 표면에 표출하며, 코팅층 자체에 소수성 실리카 나노입자를 포함함으로 인하여, 필름 표면에 표면 거칠기 및 소수성을 제공할 수 있게 된다. 이로써, 필름 표면에 표면 거칠기 및 소수성이 부여되어 개선된 발수 특성을 나타낼 수 있다. 상기 친수성 다공질 실리카 입자는 기공크기 50 nm에서 1 마이크로미터의 거대기공(macroporous)을 갖는 실리카 입자일 수 있다.In this way, by incorporating oil in the polymer resin of the base layer, the oil component is continuously eluted from the inside of the film, and at the same time, the hydrophilic functional group of the hydrophilic porous silica particles contained in the base layer protrudes to the surface of the base layer to protrude the surface of the base layer. It can function to provide a fine uneven structure. The coating layer formed on the surface of the substrate layer provided with such a fine concavo-convex structure expresses the concavo-convex structure corresponding to the fine concavo-convex structure on the surface of the substrate layer as it is on the surface of the coating layer. It becomes possible to provide surface roughness and hydrophobicity. As a result, surface roughness and hydrophobicity may be imparted to the film surface to exhibit improved water repellency. The hydrophilic porous silica particles may be silica particles having macropores of 1 micrometer at a pore size of 50 nm.
상기한 본 발명의 다른 측면에 따른 필름의 제조방법은, 고분자 수지, 오일 및 친수성 다공질 입자를 혼합하여 기재층 전구체를 제조하는 단계; 상기 기재층 전구체를 경화하여 기재층을 형성하는 단계; 및 상기 기재층 위에 소수성 실리카 나노입자를 포함하는 코팅액을 도포 및 건조하여 코팅층을 형성하는 단계;를 포함한다.The method of manufacturing a film according to another aspect of the present invention described above comprises the steps of preparing a precursor of a base layer by mixing polymer resin, oil, and hydrophilic porous particles; Curing the base layer precursor to form a base layer; And forming a coating layer by applying and drying a coating solution containing hydrophobic silica nanoparticles on the substrate layer.
여기서, 상기 코팅액은, 실리카 나노입자와 실란 커플링제를 톨루엔 용매에 혼합하는 단계; 상기 혼합액을 가열 및 교반하여, 실리카 나노입자를 소수성 표면처리하는 단계; 상기 가열 및 교반한 혼합액을 건조하여 소수성 실리카 나노입자를 수득하는 단계; 및 상기 소수성 실리카 나노입자를 알코올 용매에 재분산하는 단계;를 포함하는 코팅액 제조단계를 통해 제조될 수 있다.Here, the coating solution, mixing the silica nanoparticles and a silane coupling agent in a toluene solvent; Heating and stirring the mixed solution to perform hydrophobic surface treatment of the silica nanoparticles; Drying the heated and stirred mixed solution to obtain hydrophobic silica nanoparticles; And redispersing the hydrophobic silica nanoparticles in an alcohol solvent.
구체적으로, 상기 기재층 전구체는, PDMS 단량체와 경화제를 9:1의 질량비로 혼합하고, 실리콘 오일 100CS 또는 실리콘 오일 60CS 중 적어도 하나의 오일을, PDMS와 오일의 질량비가 10:1~8이 되도록 혼합함으로써 제조된다. 또한, 친수성 다공질 입자와 PDMS는 0.05~0.4 : 2의 질량비로 혼합될 수 있다. 제조된 기재층 전구체를 80도에서 2시간 동안 경화 처리하여 기재층을 형성한다.Specifically, the substrate layer precursor, a mixture of PDMS monomer and a curing agent in a mass ratio of 9:1, and at least one oil of silicone oil 100CS or silicone oil 60CS, so that the mass ratio of PDMS and oil is 10:1 to 8 It is prepared by mixing. In addition, the hydrophilic porous particles and PDMS may be mixed in a mass ratio of 0.05 to 0.4:2. The prepared base layer precursor is cured at 80 degrees for 2 hours to form a base layer.
상기 실란커플링제는 트리에톡시옥틸실란(triethoxyoctylsilane), 트리클로로도데실실란(trichlorododecylsilane)을 포함할 수 있다. 상기 알코올 용매는 에탄올, 프로판올, 또는 부탄올 중에서 선택될 수 있으며, 상기 소수성 실리카 나노입자를 에탄올, 프로판올, 또는 부탄올 용매에 대해 0.1:2.5의 질량비로 포함시켜 코팅액을 제조할 수 있다. 코팅액은 분무 코팅 방식으로 도포될 수 있으며, 자연 건조 시 1 내지 4 시간 건조시켜 본 발명의 필름을 제조한다.The silane coupling agent may include triethoxyoctylsilane and trichlorododecylsilane. The alcohol solvent may be selected from ethanol, propanol, or butanol, and the hydrophobic silica nanoparticles may be included in a mass ratio of 0.1:2.5 with respect to ethanol, propanol, or butanol solvent to prepare a coating solution. The coating solution may be applied by a spray coating method, and dried for 1 to 4 hours during natural drying to prepare a film of the present invention.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 필름은, 고분자 수지 및 오일을 포함하고, 표면에 종이로부터 전사된 미세한 요철 구조가 형성된 기재층; 및 상기 기재층 위에 소수성 실리카 나노입자를 포함하는 코팅층;을 포함할 수 있다.The film according to still another aspect of the present invention includes a polymer resin and an oil, and a substrate layer on which a fine uneven structure transferred from paper is formed; And a coating layer comprising hydrophobic silica nanoparticles on the substrate layer.
이와 같이 기재층의 고분자 수지에 오일을 함유시킴으로써 오일 성분이 필름 내부로부터 지속적으로 용출되는 특성이 구현됨과 동시에, 미세한 요철 구조가 제공된 기재층 표면에 형성된 코팅층은, 기재층 표면의 미세한 요철 구조에 대응하는 요철 구조를 그대로 코팅층 표면에 표출하며, 코팅층 자체에 소수성 실리카 나노입자를 포함함으로 인하여, 필름 표면에 표면 거칠기 및 소수성을 제공할 수 있게 된다. 상기 기재층의 표면에 구비된 미세한 요철 구조는, 종이 표면으로부터 전사되며 종이 표면의 1 내지 백 마이크로미터 크기의 미세한 요철 구조가 음각으로 전사된 형상으로 이루어진다.In this way, by including oil in the polymer resin of the base layer, the oil component is continuously eluted from the inside of the film, and at the same time, the coating layer formed on the surface of the base layer provided with a fine uneven structure corresponds to the fine uneven structure on the surface of the base layer. The uneven structure described above is exposed on the surface of the coating layer as it is, and by including hydrophobic silica nanoparticles in the coating layer itself, it is possible to provide surface roughness and hydrophobicity to the film surface. The fine concavo-convex structure provided on the surface of the substrate layer is transferred from the paper surface, and is formed in a shape in which fine concavo-convex structures having a size of 1 to 100 micrometers on the paper surface are engraved.
상기 본 발명의 또 다른 측면에 따른 필름의 제조방법은, 고분자 수지와 오일을 포함하는 기재층 전구체를 제조하는 단계; 상기 기재층 전구체를 종이 위에 도포하는 단계; 상기 기재층 전구체를 경화하여 기재층을 형성하는 단계; 경화된 기재층에서 종이를 분리하여 종이표면의 요철구조를 기재층 표면에 음각으로 전사하는 단계; 및 상기 기재층 위에 소수성 실리카 나노입자를 포함하는 코팅액을 도포 및 건조하여 코팅층을 형성하는 단계;를 포함한다.The method for manufacturing a film according to another aspect of the present invention comprises the steps of preparing a base layer precursor comprising a polymer resin and an oil; Applying the substrate layer precursor on paper; Curing the base layer precursor to form a base layer; Separating the paper from the cured substrate layer and transferring the uneven structure of the paper surface to the surface of the substrate layer by engraving; And forming a coating layer by applying and drying a coating solution containing hydrophobic silica nanoparticles on the substrate layer.
구체적으로, 상기 기재층 전구체는, PDMS 단량체와 경화제를 9:1의 질량비로 혼합하고, 실리콘 오일 100CS 또는 실리콘 오일 60CS 중 적어도 하나의 오일을, PDMS와 오일의 질량비가 10:1~8이 되도록 혼합함으로써 제조된다. 제조된 기재층 전구체를 PDMS 경화 전에 종이 위에 붓고 80도에서 2시간 동안 경화 처리한 후, 경화된 기재층에서 종이를 떼어냄으로써 종이로부터 전사된 미세한 요철 구조가 형성된 표면을 가진 기재층을 제조한다.Specifically, the substrate layer precursor, a mixture of PDMS monomer and a curing agent in a mass ratio of 9:1, and at least one oil of silicone oil 100CS or silicone oil 60CS, so that the mass ratio of PDMS and oil is 10:1 to 8 It is prepared by mixing. The prepared substrate layer precursor is poured onto paper before PDMS curing, cured for 2 hours at 80 degrees, and then the paper is removed from the cured substrate layer to prepare a substrate layer having a surface on which fine uneven structures transferred from the paper are formed.
코팅액의 제조 및 코팅층 형성단계는, 전술한 다른 측면의 필름 제조방법과 동일한 방법을 적용할 수 있으므로 구체적인 설명을 생략한다.In the step of preparing the coating solution and forming the coating layer, the same method as the method of manufacturing the film of the other aspect described above may be applied, so a detailed description thereof will be omitted.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 기재층의 고분자 수지에 오일을 함유시키고 필름 표면에 표면 거칠기 및 소수성을 부여함으로써, 물방울을 흡수하지 않고 튕겨내는 개선된 발수 특성을 가지며 이러한 발수 특성에도 불구하고 어떤 원인에 의해 수분이 동결되었을 때 얼음이 부착되지 않도록 슬립(slip) 특성을 나타내는 필름을 제공할 수 있는 이점이 있다.According to the present invention constituted as described above, by containing oil in the polymer resin of the base layer and imparting surface roughness and hydrophobicity to the film surface, it has improved water repellency characteristics that does not absorb water droplets, and despite these water repellency characteristics There is an advantage in that a film exhibiting slip properties can be provided so that ice does not adhere when the moisture is frozen for some reason.
또한, 본 발명에 의하면, 공정 및 비용 효용성 측면에서 유리한 방식으로 필름 표면에 표면 거칠기 및 소수성을 부여할 수 있는 이점이 있다.In addition, according to the present invention, there is an advantage in that surface roughness and hydrophobicity can be imparted to the film surface in an advantageous manner in terms of process and cost effectiveness.
또한, 본 발명에 의하면, 필름표면에서 물과의 접촉각이 120도 이상인 초발수 특성에 근접한 발수성을 나타내면서도 오일 용출특성을 나타낼 수 있는 필름을 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, according to the present invention, there is an effect that can provide a film capable of exhibiting oil repellency while exhibiting water repellency close to the super-water repellent property at a contact angle with water of 120 degrees or more on the film surface.
도 1a는 PDMS 필름에 포함된 실리콘 오일의 종류에 따른 접촉각 측정 데이터를 나타내는 도면,
도 1b는 PDMS 필름에 포함된 불소계 오일(103)의 함량에 따른 접촉각 측정 데이터를 나타내는 도면,
도 2은 본 발명의 일 측면에 따른 필름의 단면 구조를 개념적으로 나타낸 도면,
도 3a는 실시예 1에 따라 제조된 소수성 다공질 실리카 분말의 SEM 이미지,
도 3b는 실시예 1에 따라 제조된 소수성 다공질 실리카 분말의 소수성 표면 처리 전과 후의 FT-IR 스펙트럼 데이터,
도 4는 실시예 2에 따라 제조된 소수성 다공질 실리카 입자가 포함된 코팅층이 형성된 필름의 접촉각 측정 결과를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 필름의 단면 구조를 개념적으로 나타낸 도면,
도 6은 실시예 3에 따라 제조된 소수성 실리카 나노입자의 SEM 이미지,
도 7은 실시예 4에 따라 제조된 친수성 다공질 실리카 입자가 포함된 기재층에 소수성 실리카 나노입자 코팅층이 형성된 필름의 접촉각 측정 결과를 나타낸 도면,
도 8은 실시예 4 필름에 대한 비교예 1 내지 3의 접촉각 측정 결과를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 또 다른 측면에 따른 필름의 단면 구조를 개념적으로 나타낸 도면,
도 10은 종이 표면의 SEM 이미지,
도 11은 종이 표면의 미세한 요철구조를 기재층에 전사하는 방법을 개념적으로 나타낸 도면,
도 12a는 실시예 5에 따른 필름의 제조과정에서, 종이 표면의 미세한 요철구조가 전사된 PDMS 기재층 표면의 SEM 이미지,
도 12b는 실시예 5에 따라 제조된 종이로부터 전사된 요철구조가 구비된 기재층에 소수성 실리카 나노입자 코팅층이 형성된 필름 표면의 SEM 이미지,
도 13a는 실시예 5 필름에 대한 비교예 4에 따른 필름의 제조과정에서, 종이 표면의 미세한 요철구조가 전사된 PDMS 기재층 표면의 SEM 이미지,
도 13b는 비교예 4에 따라 제조된 종이로부터 전사된 요철구조가 구비된 기재층에 소수성 실리카 나노입자 코팅층이 형성된 필름 표면의 SEM 이미지,
도 14a는 실시예 5 필름에 대한 접촉각 측정 결과를 나타내는 도면,
도 14b는 실시예 5 필름에 대한 비교예 4의 접촉각 측정 결과를 나타낸 도면.Figure 1a is a view showing the contact angle measurement data according to the type of silicone oil contained in the PDMS film,
Figure 1b is a view showing the contact angle measurement data according to the content of the fluorine-based oil 103 contained in the PDMS film,
2 is a view conceptually showing a cross-sectional structure of a film according to an aspect of the present invention,
3A is an SEM image of a hydrophobic porous silica powder prepared according to Example 1,
Figure 3b is FT-IR spectrum data before and after the hydrophobic surface treatment of the hydrophobic porous silica powder prepared according to Example 1,
4 is a view showing the results of measuring the contact angle of a film formed of a coating layer containing hydrophobic porous silica particles prepared according to Example 2,
5 is a view conceptually showing a cross-sectional structure of a film according to another aspect of the present invention,
6 is an SEM image of hydrophobic silica nanoparticles prepared according to Example 3,
7 is a view showing the results of measuring the contact angle of a film having a hydrophobic silica nanoparticle coating layer formed on a base layer containing hydrophilic porous silica particles prepared according to Example 4,
8 is a view showing the measurement results of the contact angle of Comparative Examples 1 to 3 for Example 4 film,
9 is a view conceptually showing a cross-sectional structure of a film according to another aspect of the present invention,
10 is an SEM image of a paper surface,
11 is a view conceptually showing a method of transferring a fine concavo-convex structure of a paper surface to a base layer;
12A is a SEM image of the surface of the PDMS substrate layer, on which the fine irregularities of the paper surface are transferred, in the process of manufacturing the film according to Example 5;
12B is an SEM image of a film surface on which a hydrophobic silica nanoparticle coating layer is formed on a substrate layer provided with an uneven structure transferred from paper prepared according to Example 5,
13A is a SEM image of the surface of a PDMS substrate layer on which a fine uneven structure of a paper surface is transferred in the process of manufacturing a film according to Comparative Example 4 for a film of Example 5;
13B is a SEM image of a film surface on which a hydrophobic silica nanoparticle coating layer is formed on a substrate layer provided with an uneven structure transferred from paper prepared according to Comparative Example 4;
14A is a view showing a result of measurement of a contact angle for a film of Example 5;
14B is a view showing a measurement result of contact angle of Comparative Example 4 for Example 5 film.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 본 발명의 목적, 특징, 장점은 이하의 실시예를 통하여 쉽게 이해될 것이다. 본 발명은 여기서 설명하는 실시예에 한정되지 않고, 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 여기서 소개되는 실시예는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 이하의 실시예에 의해 본 발명이 제한되어서는 안 된다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. The objects, features, and advantages of the present invention will be readily understood through the following examples. The present invention is not limited to the embodiments described herein, and may be embodied in other forms. The embodiments introduced herein are provided to sufficiently convey the spirit of the present invention to those skilled in the art to which the present invention pertains. Therefore, the present invention should not be limited by the following examples.
본 발명에서는 저온에서 수분의 부착에 의해 야기되는 동결 현상을 해결하기 위하여 고분자 기재층에 오일을 함유하고, 오일을 함유하는 고분자 필름에 개선된 발수성을 부여하기 위해 표면 거칠기(surface roughness)가 부여된 소수성 코팅층을 포함하는 필름을 제공한다. In the present invention, in order to solve the freezing phenomenon caused by the adhesion of moisture at low temperatures, the polymer substrate layer contains oil, and surface roughness is provided to impart improved water repellency to the polymer film containing oil. A film comprising a hydrophobic coating layer is provided.
기재층에 포함된 오일은 필름의 개선된 발수 특성에 기여하는 성분은 아니나, 오일 성분은 표면 거칠기가 부여된 소수성 코팅층으로 인한 필름의 개선된 발수 특성에도 불구하고, 저온에서 수분이 동결될 때 얼음이 표면에 부착되지 않도록 슬립(slip) 특성을 좋게 한다.The oil contained in the base layer is not a component contributing to the improved water repellent properties of the film, but the oil component is ice when the water freezes at low temperatures despite the improved water repellent properties of the film due to the hydrophobic coating layer imparted with surface roughness The slip property is improved so as not to adhere to this surface.
먼저, 기재층에 오일을 포함함에 따른 필름 표면 특성을 확인하기 위해, 기재층에 포함된 오일종류 및 함량에 따른 접촉각을 측정하였고 그 과정 및 결과를 하기에 설명한다.First, in order to confirm the film surface properties according to the inclusion of oil in the base layer, the contact angle according to the type and content of the oil contained in the base layer was measured and the process and results will be described below.
기재층에 포함된 오일종류 및 함량에 따른 접촉각 측정 실험Experiment of measuring the contact angle according to the type and content of oil contained in the base layer
PDMS 수지 1 g에 실리콘 오일 6CS, 100CS, 350CS, 1000CS 를 각각 0.4 g씩 포함시켜 섭씨 80 도에서 2 시간 동안 경화시킨 네 종류의 필름을 준비하고, 각각에 대해 접촉각을 측정한 후 그 결과를 도 1a에 나타내었다. Prepare 4 types of films cured for 2 hours at 80 degrees Celsius by including 0.4 g of silicone oil 6CS, 100CS, 350CS, and 1000CS in 1 g of PDMS resin, and measure the contact angle for each. It is shown in 1a.
또한, PDMS 수지 1 g에 불소계 오일(103)의 함량을 0.1g, 0.2g, 0.3g, 0.4g, 0.5g, 0.6g씩 포함하여 섭씨 80 도에서 2 시간 동안 경화시킨 여섯 종류의 필름을 준비하고, 각각에 대해 접촉각을 측정한 후 그 결과를 도 1b에 나타내었다. In addition, six types of films prepared by curing the fluorine-based oil 103 in 0.1 g, 0.2 g, 0.3 g, 0.4 g, 0.5 g, and 0.6 g in 1 g of PDMS resin for 2 hours at 80 degrees Celsius are prepared. After measuring the contact angle for each, the results are shown in Figure 1b.
도 1a, 1b의 접촉각 측정결과로부터, 오일의 점도나 성분 등 종류와, 함량에 따라 접촉각 측정값에 차이가 있음을 확인하였다. 오일은 소량 첨가 시 접촉각이 높게 측정되는 경향이 있었고, 이는 역으로 오일 첨가량이 늘어날수록 표면 소수성이 감소하여 발수 특성이 떨어질 수 있는 것을 의미한다. 따라서, 아이스포빅 필름재로서 표면 오일 용출을 통한 슬립성을 촉진하기 위해서는, 발수 특성의 큰 저하 없이 슬립성을 도모할 수 있는 오일의 종류 및 함량을 고려하여 오일 첨가가 이루어져야 함을 알 수 있다.From the contact angle measurement results of FIGS. 1A and 1B, it was confirmed that there was a difference in the contact angle measurement value according to the type and content of the viscosity or component of the oil. When oil was added in small amounts, the contact angle tended to be measured high, and conversely, as the oil addition amount increased, surface hydrophobicity decreased and water repellency could be deteriorated. Therefore, it can be seen that in order to promote slip property through elution of surface oil as an iSPOBIC film material, oil addition should be made in consideration of the type and content of oil capable of promoting slip property without significantly degrading water repellency. .
본 발명은 이와 같이 필름의 발수 특성과 오일 용출 특성을 적절히 균형시킴으로써, 초발수성에 근접한 개선된 발수성을 제공하는 한편 어떠한 원인에 의해 발수 특성이 제대로 발현되지 않아 결빙이 발생하였을 때 얼음이 부착되는 것을 방지할 수 있는 필름을 제공한다.The present invention provides an improved water repellency close to super water repellency by properly balancing the water repellent properties and oil elution properties of the film as described above, while preventing the ice from adhering when freezing occurs because water repellent properties are not properly expressed for any reason. Provided is a film that can be prevented.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 필름의 단면 구조를 개념적으로 나타낸다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따른 필름은, 고분자 수지(130) 및 오일(110)을 포함하는 기재층(100)과, 상기 기재층 위에 소수성 다공질 실리카 입자(230)를 포함하는 코팅층(200)이 구비된 구성으로 이루어진다. 2 conceptually illustrates a cross-sectional structure of a film according to an aspect of the present invention. As shown, the film according to an aspect of the present invention, a
상기 소수성 다공질 실리카 입자(230)은, 친수성 다공질 실리카 입자의 표면을 탄화수소기를 갖는 실란 커플링제로 표면 개질하여 소수성 처리한 것을 사용한다. 이와 같은 소수성 다공질 실리카 입자는, 본 실시예에서 필름의 코팅층에 적용될 때 마이크로미터 단위의 입자크기를 가지며, 50 nm 이상의 크기의 다수 기공을 갖는 거대 기공(macroporous) 실리카 입자 자체가 필름 표면에 미세 요철 구조를 제공하는 한편, 표면 개질에 의한 탄화수소기에 의해 필름 표면이 소수성을 띠게 한다. For the hydrophobic
도 2의 필름 제조에 적용될 수 있는 실시예를 하기에 설명한다.An example that can be applied to the film production of Figure 2 will be described below.
<실시예 1><Example 1>
소수성 다공질 실리카 입자의 제조 Preparation of hydrophobic porous silica particles
먼저, 다공질 실리카 분말을 합성하여 준비하였다. 다공질 실리카 분말은 상용의 것을 사용할 수도 있으며, 합성 방법에 특별한 제한이 있는 것은 아니나, 본 실시예에서는 특허 제1875454호에 개시된 바와 같은 자기조립 기술에 의해 거대기공(macropore)을 갖는 다공질 실리카 분말을 합성하여 준비하였다. 즉, 고정된 온도로 열을 공급하게 되면, 고분자 입자(예, 폴리스티렌 입자) 및 전구체(TEOS)를 포함하는 분산매질로 구성된 에멀젼 액적으로부터 수분과 에탄올이 증발하여 액적이 수축되고, 이때 액적이 수축하는 힘을 활용하여 액적 내부의 고분자 입자와 전구체가 자기 조립되고, 이후 하소와 같은 연속적 열처리를 통해 다공질 세라믹 입자가 형성되는 방법을 사용하였다. First, porous silica powder was prepared by synthesis. The porous silica powder may be a commercially available one, and there is no particular limitation on the synthesis method, but in this embodiment, the porous silica powder having macropores is synthesized by a self-assembly technique as disclosed in Patent No. 1875454. Was prepared. That is, when heat is supplied at a fixed temperature, water and ethanol evaporate from an emulsion droplet composed of a dispersion medium containing polymer particles (eg, polystyrene particles) and a precursor (TEOS), thereby causing the droplets to shrink, and at this time, the droplets shrink A method was used in which the polymer particles and precursors inside the droplets were self-assembled by utilizing the force to be formed, and then porous ceramic particles were formed through continuous heat treatment such as calcination.
이와 같이 준비된 다공질 실리카 분말 0.4g과 실란 커플링제(triethoxyoctylsilane) 2.5 ml를 톨루엔 용매 10 ml에 혼합한 후, 혼합액을 섭씨 65도에서 가열 및 3시간 교반하여 다공질 실리카 입자를 소수성 표면 처리하였다. 다음, 처리된 혼합액을 건조하여 거대기공(macroporous)을 갖는 소수성 다공질 실리카 분말을 수득하였다.After mixing 0.4 g of the porous silica powder prepared as described above and 2.5 ml of a silane coupling agent (triethoxyoctylsilane) in 10 ml of a toluene solvent, the mixture was heated at 65 degrees Celsius and stirred for 3 hours to treat the porous silica particles with a hydrophobic surface. Next, the treated mixed solution was dried to obtain a hydrophobic porous silica powder having macropores.
상기한 방법으로 얻어진 소수성 다공질 실리카 분말의 SEM 이미지를 도 3a에 나타내었으며, FT-IR 스펙트럼 데이터를 도 3b에 나타내었다. 도 3a는 상기 소수성 다공질 실리카 분말이 550 nm 크기의 거대기공이 다수 형성된 구조로 이루어진 것을 보여주며, 이로써 상기 다공질 실리카 분말을 필름의 코팅층에 포함시킬 경우 그 자체로서 필름 표면에 표면 거칠기를 부여하는 미세 요철 구조로 기능할 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도 3b는 상기 다공질 실리카 분말의 소수성 표면 처리 전과 후의 데이터를 나타내며, 소수성 표면 처리 후의 다공질 실리카 분말에는 처리에 사용된 실란 커플링제의 탄화수소 사슬에서 유래하는 특성 피크가 약 2,700 내지 3,000 cm-1의 파수에서 나타남을 확인할 수 있어, 상기 다공질 실리카 분말로써 필름 표면에 소수성 특성을 부여할 수 있는 것으로 확인되었다. The SEM image of the hydrophobic porous silica powder obtained by the above method is shown in Fig. 3A, and the FT-IR spectrum data is shown in Fig. 3B. Figure 3a shows that the hydrophobic porous silica powder is made of a structure in which a large number of macropores having a size of 550 nm is formed, whereby, when the porous silica powder is included in the coating layer of the film, the fine itself imparts surface roughness to the film surface. It can be confirmed that it can function as an uneven structure. In addition, Figure 3b shows the data before and after the hydrophobic surface treatment of the porous silica powder, the porous silica powder after the hydrophobic surface treatment has a characteristic peak derived from the hydrocarbon chain of the silane coupling agent used in the treatment is about 2,700 to 3,000 cm -1 It can be confirmed that it appears in the wave number of, it was confirmed that the porous silica powder can impart hydrophobic properties to the film surface.
다음으로 도 2에 개념적으로 도시된 필름을 제조하는 구체적인 실시예를 기술한다. 이하에서 설명되는 실시예는 고분자 수지로서 PDMS 필름 기재층을 사용하여 필름을 제조하는 것에 특정하여 기술되었지만, 본 발명의 적용범위가 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특징을 해치지 않는 범위에서 가능한 다양한 고분자 수지가 본 발명의 기재층 재료로 적용될 수 있을 것이다. Next, a specific example of manufacturing the film conceptually illustrated in FIG. 2 will be described. The examples described below have been specifically described for producing a film using a PDMS film base layer as a polymer resin, but the scope of application of the present invention is not limited thereto. Various polymer resins that can be applied within the scope of not impairing the features of the present invention may be applied as the base material of the present invention.
<실시예 2><Example 2>
오일이 포함된 PDMS 기재층에 소수성 다공질 실리카 입자가 포함된 코팅층이 형성된 필름 제조Preparation of a film in which a coating layer containing hydrophobic porous silica particles is formed on a PDMS base layer containing oil
PDMS 단량체와 경화제를 9:1의 질량비로 혼합하고, 경화 전에 PDMS 1g에 대해 실리콘 오일(100 CS)을 0.4g 첨가하여 균일하게 혼합한 후 섭씨 80도에서 2시간 동안 경화 처리하여 고분자 기재층을 제조하였다.The PDMS monomer and the curing agent were mixed at a weight ratio of 9:1, and 0.4 g of silicone oil (100 CS) was uniformly mixed with 1 g of PDMS before curing, and then cured for 2 hours at 80 degrees Celsius to obtain a polymer base layer. It was prepared.
실시예 1에 따라 제조된 소수성 다공질 실리카 분말을 부탄올에 분산시켜 코팅액을 제조하되, 소수성 다공질 실리카 분말 0.1g 당 부탄올 2.5g을 적용하여 코팅액을 제조하였다.The hydrophobic porous silica powder prepared according to Example 1 was dispersed in butanol to prepare a coating solution, but 2.5 g of butanol per 0.1 g of hydrophobic porous silica powder was applied to prepare a coating solution.
제조된 코팅액을 상기 기재층 표면에 분무한 후, 수 시간 자연 건조하여 필름을 제조하였다. After spraying the prepared coating solution on the surface of the substrate layer, it was naturally dried for several hours to prepare a film.
특성 평가Characteristic evaluation
제조된 필름의 발수 특성을 평가하기 위해, 필름 표면에 대한 물의 접촉각(static water contact angle)을 측정하였다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 필름의 제조 직후, 접촉각은 120.2° 로서 코팅층을 형성하지 않은 PDMS 필름의 접촉각 111.7°에 비해 큰 것으로 확인되었고, 1일 경과 후의 접촉각은 124.4°, 2일 경과 후의 접촉각은 121.2°로 측정되었다. 이와 같이, 제조된 필름은 120° 이상의 접촉각을 가지며, 이에 따라 오일 용출 특성을 구비함과 동시에 초발수성에 근접한 발수 특성을 나타낼 수 있는 것으로 확인되었다.In order to evaluate the water repellent properties of the prepared film, a static water contact angle was measured for the film surface. As shown in FIG. 4, immediately after the film was prepared, the contact angle was 120.2°, which was confirmed to be larger than that of the PDMS film without forming a coating layer, 111.7°, and the contact angle after 1 day was 124.4° and the contact angle after 2 days was It was measured to be 121.2°. As described above, it was confirmed that the prepared film has a contact angle of 120° or more, and thus has oil elution characteristics and at the same time can exhibit water repellency characteristics close to super water repellency.
도 5는 본 발명의 다른 측면에 따른 필름의 단면 구조를 개념적으로 나타낸다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 측면에 따른 필름은, 고분자 수지(130) 및 오일(110)과, 친수성 다공질 실리카 입자(150)를 포함하는 기재층(100)과, 상기 기재층 위에 소수성 실리카 나노입자(210)를 포함하는 코팅층(200)이 구비된 구성으로 이루어진다. 5 conceptually illustrates a cross-sectional structure of a film according to another aspect of the present invention. As shown, the film according to another aspect of the present invention, a
기재층에 포함된 친수성 다공질 실리카 입자의 친수성 작용기는 기재층 표면으로 돌출하여 기재층 표면에 미세한 요철 구조를 제공하도록 기능할 수 있고, 이와 같이 미세한 요철 구조가 제공된 기재층 표면에 도포되는 소수성 실리카 나노입자를 포함하는 코팅층은, 필름 표면으로 표면 거칠기 및 소수성을 제공할 수 있게 된다. 상기 친수성 다공질 실리카 입자는, 전술한 실시예 1에서와 마찬가지로 상용의 또는 특허 제1875454호에 개시된 바와 같은 자기조립 기술에 의해 합성된 거대기공(macropore) 실리카 입자를 사용할 수 있다.The hydrophilic functional group of the hydrophilic porous silica particles contained in the substrate layer may function to provide a fine uneven structure to the surface of the substrate layer by protruding to the surface of the substrate layer, and hydrophobic silica nano applied to the surface of the substrate layer provided with such a fine uneven structure The coating layer containing the particles can provide surface roughness and hydrophobicity to the film surface. As the hydrophilic porous silica particles, as in Example 1 described above, macropore silica particles synthesized by commercial or self-assembly techniques as disclosed in Patent No. 1875454 may be used.
다음으로 도 5에 개념적으로 도시된 필름을 제조하는 구체적인 실시예를 기술한다. Next, a specific example of manufacturing the film conceptually illustrated in FIG. 5 will be described.
<실시예 3><Example 3>
소수성 실리카 나노입자의 제조Preparation of hydrophobic silica nanoparticles
상용의 실리카 나노입자(Aldrich Chemical)를 준비한 후, 준비된 실리카 나노입자(2g)와 실란 커플링제(trichlorododecylsilane) 1 ml를 톨루엔 용매 40 ml에 혼합한 후, 혼합액을 섭씨 70도에서 가열 및 3시간 교반하여 실리카 나노입자를 소수성 표면 처리하였다. 다음, 처리된 혼합액을 건조하여 소수성 실리카 나노입자 분말을 수득하였다.After preparing the commercial silica nanoparticles (Aldrich Chemical), 1 ml of the prepared silica nanoparticles (2 g) and a silane coupling agent (trichlorododecylsilane) were mixed in 40 ml of toluene solvent, and the mixture was heated at 70 degrees Celsius and stirred for 3 hours. The silica nanoparticles were treated with a hydrophobic surface. Next, the treated mixed solution was dried to obtain hydrophobic silica nanoparticle powder.
상기한 방법으로 얻어진 소수성 실리카 나노입자의 SEM 이미지를 도 6에 나타내었다. 소수성 실리카 나노입자는 대략 10-20nm 크기이며 코팅액에 포함되어 수 마이크로미터 단위의 친수성 다공질 실리카 입자와 친수성 돌기가 돌출된 기재층 표면에 코팅될 때, 친수성 다공질 실리카 입자와 친수성 돌기에 대응하는 표면 거칠기를 코팅층 표면으로 그대로 표출할 수 있다.The SEM image of the hydrophobic silica nanoparticles obtained by the above method is shown in FIG. 6. Hydrophobic silica nanoparticles are approximately 10-20 nm in size, and when coated on the surface of a substrate layer on which hydrophilic porous silica particles and hydrophilic protrusions in a few micrometers are included in a coating solution, surface roughness corresponding to hydrophilic porous silica particles and hydrophilic protrusions Can be expressed as it is on the surface of the coating layer.
<실시예 4><Example 4>
오일과 친수성 다공질 실리카 입자가 포함된 PDMS 기재층에 소수성 실리카 나노입자 코팅층이 형성된 필름 제조Preparation of a film in which a hydrophobic silica nanoparticle coating layer is formed on a PDMS base layer containing oil and hydrophilic porous silica particles
PDMS 단량체와 경화제를 9:1의 질량비로 혼합하고, 경화 전에 PDMS 2g에 대해 친수성 다공질 실리카 0.2g과 실리콘 오일(100 CS)을 0.8g 첨가하여 균일하게 혼합한 후 섭씨 80도에서 2시간 동안 경화 처리하여 고분자 기재층을 제조하였다.The PDMS monomer and the curing agent are mixed at a mass ratio of 9:1, and before curing, 0.2 g of hydrophilic porous silica and 0.2 g of silicone oil (100 CS) are added to 2 g of PDMS, followed by uniform mixing, followed by curing for 2 hours at 80 degrees Celsius. A polymer base layer was prepared by treatment.
실시예 3에 따라 제조된 소수성 실리카 나노입자 분말을 부탄올에 분산시켜 코팅액을 제조하되, 소수성 실리카 나노입자 분말 0.2g 당 부탄올 5g을 적용하여 코팅액을 제조하였다.The coating solution was prepared by dispersing the hydrophobic silica nanoparticle powder prepared according to Example 3 in butanol, but applying 5 g of butanol per 0.2 g of the hydrophobic silica nanoparticle powder.
제조된 코팅액을 상기 기재층 표면에 분무한 후, 수 시간 자연 건조하여 필름을 제조하였다. After spraying the prepared coating solution on the surface of the substrate layer, it was naturally dried for several hours to prepare a film.
특성 평가Characteristic evaluation
제조된 필름의 발수 특성을 평가하기 위해, 필름 표면에 대한 물의 접촉각(static water contact angle)을 측정하였다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 필름의 제조 직후 접촉각은 98° 였고, 2회 분무 코팅 후에는 97°, 추가 2회 분무 코팅 후에는 접촉각 127°로 측정되었다. 이와 같이, 제조된 필름은 120° 이상의 접촉각을 가지며, 이에 따라 오일 용출 특성을 구비함과 동시에 초발수성에 근접한 발수 특성을 나타낼 수 있는 것으로 확인되었다.In order to evaluate the water repellent properties of the prepared film, a static water contact angle was measured for the film surface. As shown in FIG. 7, the contact angle was 98° immediately after preparation of the film, and it was measured to be 97° after two spray coatings and 127° after the additional two spray coatings. As described above, it was confirmed that the prepared film has a contact angle of 120° or more, and thus has oil elution characteristics and at the same time can exhibit water repellency characteristics close to super water repellency.
<비교예 1 내지 3><Comparative Examples 1 to 3>
실시예 4의 필름에 대한 비교예: 오일을 함유시키지 않고, 친수성 다공질 실리카 입자가 포함된 PDMS 기재층에 소수성 실리카 나노입자 코팅층이 형성된 필름 제조Comparative Example for the film of Example 4: Preparation of a film in which hydrophobic silica nanoparticle coating layer is formed on the PDMS base layer containing no oil and hydrophilic porous silica particles
PDMS 단량체와 경화제를 9:1의 질량비로 혼합하고, 경화 전에 PDMS 2g에 대해 친수성 다공질 실리카를 각각 0.05g, 0.075g, 0.2g 혼합한 후 섭씨 80도에서 2시간 동안 경화 처리하여 세 종류의 고분자 기재층을 제조하였다. 이때 오일은 첨가하지 않았다.Three types of polymers are mixed by mixing PDMS monomer and curing agent in a mass ratio of 9:1, hydrophilic porous silica with respect to 2g of PDMS, 0.05g, 0.075g, and 0.2g, respectively, before curing, and then curing at 80°C for 2 hours. A base layer was prepared. At this time, no oil was added.
실시예 4에서와 동일하게 코팅액을 제조한 후, 제조된 코팅액을 상기 각각의 기재층에 분무한 후, 수 시간 자연 건조하여 비교예 1(친수성 다공질 실리카 0.05g), 비교예 2(친수성 다공질 실리카 0.075g), 비교예 3(친수성 다공질 실리카 0.2g)의 필름을 제조하였다.After preparing the coating liquid in the same manner as in Example 4, spraying the prepared coating liquid on each of the base layers, followed by natural drying for several hours to prepare Comparative Example 1 (hydrophilic porous silica 0.05 g), Comparative Example 2 (hydrophilic porous silica) 0.075g) and Comparative Example 3 (hydrophilic porous silica 0.2g) were prepared.
각각의 비교예에 대해 코팅액을 2회 분무 및 건조 한 후 접촉각을 측정하고, 추가 2회 분무 및 건조 후 접촉각을 측정하였으며, 그 결과를 도 8에 나타내었다. For each comparative example, the contact angle was measured after spraying and drying the coating solution twice, and the contact angle was measured after additional two spraying and drying, and the results are shown in FIG. 8.
도 8의 접촉각 측정 결과로부터 오일이 첨가된 필름의 경우(실시예 4) 오일이 첨가되지 않은 필름(비교예 1 내지 3)과 비교할 때 접촉각 상승효과가 약간 미미한 것으로 확인되었으나, 필름의 개선된 발수 특성과 오일의 표면 용출을 통한 슬립 특성을 구현할 수 있다는 면에서, 실시예 4의 필름은 충분히 아이스포빅 필름재로 적용될 수 있음이 이해될 수 있다.In the case of the film to which the oil was added from the measurement result of the contact angle in FIG. 8 (Example 4), the synergistic effect of the contact angle was found to be slightly insignificant compared to the film to which the oil was not added (Comparative Examples 1 to 3), but improved water repellency of the film It can be understood that the film of Example 4 can be sufficiently applied as an iSPOBIC film material in that the property and the slip property through surface elution of oil can be realized.
도 9는 본 발명의 또 다른 측면에 따른 필름의 단면 구조를 개념적으로 나타낸다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 필름은, 고분자 수지(130) 및 오일(110)을 포함하는 기재층(100)과, 상기 기재층 위에 소수성 실리카 나노입자(210)를 포함하는 코팅층(200)을 포함하고, 상기 기재층의 표면에 종이로부터 전사된 미세한 요철 구조(170)가 구비된 것을 특징으로 한다.9 conceptually illustrates a cross-sectional structure of a film according to another aspect of the present invention. As shown, the film according to another aspect of the present invention, the
상기 기재층의 표면에 구비된 미세한 요철 구조는, 종이 표면으로부터 전사되며 도 10에 나타낸 종이 표면의 SEM이 미지로부터 확인되는 바와 같은 종이 표면의 1 내지 100 마이크로미터 크기의 미세한 요철 구조가 음각으로 전사된 형상으로 이루어진다. 본 발명의 필름은 종이로부터 전사된 미세한 요철구조가 형성된 기재층 위에, 상기 요철구조를 그대로 표면에 표출할 수 있는 소수성 실리카 나노입자를 포함하는 코팅층을 구비함으로써, 필름 표면에 표면 거칠기 및 소수성을 제공할 수 있다.The fine concavo-convex structure provided on the surface of the substrate layer is transferred from the paper surface, and the fine concavo-convex structure of the size of 1 to 100 micrometers of the paper surface as shown in FIG. 10 is confirmed by the SEM of the paper surface. It is made in a shape. The film of the present invention provides a surface roughness and hydrophobicity on the film surface by providing a coating layer containing hydrophobic silica nanoparticles capable of exposing the uneven structure to the surface on the substrate layer on which a fine uneven structure transferred from paper is formed. can do.
다음은 도 9에 개념적으로 도시된 필름을 제조하는 구체적인 실시예이다.The following is a specific example of manufacturing the film conceptually illustrated in FIG. 9.
<실시예 5><Example 5>
PDMS 단량체와 경화제를 9:1의 질량비로 혼합하고, 경화 전에 PDMS 1g에 대해 실리콘 오일(100 CS)을 0.4g 첨가하여 균일하게 혼합한 후, 종이 위에 부은 다음 섭씨 80도에서 2시간 동안 경화 처리하였다. 이후, 경화된 PDMS로부터 종이를 떼어냄으로써, 경화된 PDMS 표면에 종이표면의 요철구조가 음각으로 전사된 기재층을 제조하였다. 도 11에 종이 표면의 미세한 요철구조를 기재층에 전사하는 방법을 개략적으로 나타내었다.The PDMS monomer and the curing agent are mixed at a mass ratio of 9:1, and 0.4 g of silicone oil (100 CS) is uniformly mixed with 1 g of PDMS before curing, poured over paper, and then cured for 2 hours at 80°C. Did. Thereafter, by removing the paper from the cured PDMS, a substrate layer having an uneven structure of the paper surface transferred to the cured PDMS surface was engraved was prepared. 11 schematically shows a method of transferring a fine concavo-convex structure of a paper surface to a substrate layer.
실시예 3에 따라 제조된 소수성 실리카 나노입자 분말을 부탄올에 분산시켜 코팅액을 제조하되, 소수성 실리카 나노입자 분말 0.2g 당 부탄올 5g을 적용하여 코팅액을 제조하였다. The coating solution was prepared by dispersing the hydrophobic silica nanoparticle powder prepared according to Example 3 in butanol, but applying 5 g of butanol per 0.2 g of the hydrophobic silica nanoparticle powder.
제조된 코팅액을 상기 기재층 표면에 분무한 후, 수 시간 자연 건조하여 필름을 제조하였다. After spraying the prepared coating solution on the surface of the substrate layer, it was naturally dried for several hours to prepare a film.
도 12a는 실시예 5에 따른 필름의 제조과정 중에 종이 표면의 미세한 요철구조가 전사된 오일을 함유하는 PDMS 기재층 표면의 SEM 이미지를 나타내며, 도 12b는 실시예 5에 따라 종이로부터 전사된 요철구조가 구비된 기재층에 소수성 실리카 나노입자 코팅층이 형성된 필름 표면의 SEM 이미지를 나타낸다.FIG. 12A shows an SEM image of the surface of a PDMS substrate layer containing the oil with which the fine uneven structure of the paper surface has been transferred during the manufacturing process of the film according to Example 5, and FIG. 12B shows the uneven structure transferred from paper according to Example 5 Shows a SEM image of the film surface on which the hydrophobic silica nanoparticle coating layer is formed on the substrate layer provided with.
<비교예 4><Comparative Example 4>
실시예 5 필름에 대한 비교예: 종이로부터 전사된 요철구조가 구비된, 오일을 함유하지 않은 PDMS 고분자 수지 기재층에 소수성 실리카 나노입자 코팅층이 형성된 필름 제조Example 5 Comparative Example for Film: Preparation of a film having a hydrophobic silica nanoparticle coating layer formed on a PDMS polymer resin base layer that does not contain oil, provided with an uneven structure transferred from paper
기재층 제조시에 오일을 첨가하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 5와 동일한 조건으로 필름을 제조하였다.A film was prepared under the same conditions as in Example 5, except that no oil was added at the time of manufacturing the base layer.
도 13a는 비교예 4에 따른 필름 제조 과정에서, 종이 표면의 미세한 요철구조가 전사된 PDMS 기재층 표면의 SEM 이미지를 나타내며, 도 13b는 비교예 4에 따라 종이로부터 전사된 요철구조가 구비된 기재층에 소수성 실리카 나노입자 코팅층이 형성된 필름 표면의 SEM 이미지를 나타낸다.13A shows an SEM image of the surface of the PDMS substrate layer on which the fine uneven structure of the paper surface is transferred in the process of manufacturing the film according to Comparative Example 4, and FIG. 13B is a substrate provided with the uneven structure transferred from paper according to Comparative Example 4 The SEM image of the film surface on which the hydrophobic silica nanoparticle coating layer is formed is shown.
특성평가Characteristic evaluation
실시예 5와 비교예 4에 대해 접촉각을 측정하였으며, 그 결과를 도 14a 및 도 14b에 나타내었다. 오일이 첨가된 실시예 5 필름의 경우, 필름의 내부에서 표면으로 오일이 용출되는 것을 도 12a에 나타낸 전자현미경 이미지로부터 관찰할 수 있었다. 분무 코팅을 1회 수행한 경우 접촉각이 87.4도에 불과하였으나, 5회까지 분무 코팅 횟수를 늘린 경우는 131.2도의 상태적으로 높은 접촉각에 도달하는 것을 확인하였다. 오일이 포함된 PDMS 표면에 분무 코팅을 수행한 시편의 표면은 도 12b의 전자현미경 이미지에 나타내었다.The contact angle was measured for Example 5 and Comparative Example 4, and the results are shown in FIGS. 14A and 14B. In the case of the film of Example 5 to which oil was added, it was observed from the electron microscope image shown in FIG. 12A that the oil eluted from the inside of the film to the surface. When the spray coating was performed once, the contact angle was only 87.4 degrees, but when the number of spray coatings was increased up to 5 times, it was confirmed that a high contact angle of 131.2 degrees was reached. The surface of the specimen subjected to spray coating on the surface of the PDMS containing oil is shown in the electron microscope image of FIG. 12B.
또한, 오일이 첨가되지 않은 비교예 4의 필름은, 1회의 분무 코팅으로 접촉각 134.7도로 측정되었으며, 2회 이상 코팅시 물방울이 구르는 현상에 의해 접촉각 측정이 불가능하였다.In addition, the film of Comparative Example 4, to which no oil was added, was measured at a contact angle of 134.7 degrees with one spray coating, and measurement of contact angle was impossible due to the phenomenon that water droplets rolled over two or more coatings.
비교예 4 필름은 오일이 함유된 실시예 5의 필름보다는 접촉각 상승효과가 크며, 이는 실시예 5의 필름의 내부에서 표면으로 유출되는 오일 성분에 의해 코팅층 표면의 미세 거칠기가 다소 상쇄되는 원인에 의한 것으로 이해된다. 그럼에도, 실시예 5의 필름은 초발수성에 근접한 개선된 발수 특성과 더불어 오일의 표면 용출 특성을 나타내므로 아이스포빅 특성 구현에 충분히 활용될 수 있을 것으로 예상된다.Comparative Example 4 film has a higher contact angle synergistic effect than the film of Example 5 containing oil, which is due to the reason that the fine roughness of the surface of the coating layer is slightly offset by the oil component flowing out from the inside of the film of Example 5 It is understood that. Nevertheless, the film of Example 5 is expected to be able to be sufficiently utilized in implementing the iSpobic properties because it exhibits the surface dissolution properties of the oil in addition to the improved water repellency properties close to super water repellency.
상술한 바와 같이, 본 발명의 필름 및 이의 제조방법에 의하면, 필름표면에서 물과의 접촉각이 120도 이상인 초발수 특성에 근접한 발수성을 나타내면서도 오일 용출특성을 나타낼 수 있는 필름을 제공할 수 있으며, 공정 및 비용 효용성 측면에서 유리한 방식으로 필름 표면에 표면 거칠기 및 소수성을 부여할 수 있어 상용화 가능성이 높은 이점이 있다. 따라서, 광학렌즈, 자동차 윈도, 전자장치, 섬유의 오염방지, 부식방지, 결빙방지, 생체 오염방지 등 다양한 용도에 활용될 수 있을 것으로 기대된다. As described above, according to the film of the present invention and a method for manufacturing the same, it is possible to provide a film capable of exhibiting oil repellency while exhibiting water repellency close to the super water repellent property at which the contact angle with water on the film surface is 120 degrees or more, In terms of process and cost effectiveness, it is possible to impart surface roughness and hydrophobicity to the film surface in an advantageous manner, and thus has a high commercialization potential. Therefore, it is expected that it can be used for various purposes, such as preventing contamination of optical lenses, automobile windows, electronic devices, fibers, preventing corrosion, preventing freezing, and preventing biological contamination.
100:
기재층
110:
오일
130:
고분자 수지
150:
친수성 다공질 실리카
170:
요철구조
200:
코팅층
210:
소수성 실리카 나노입자
230:
소수성 다공질 실리카
231:
기공100: base layer 110: oil
130: polymer resin 150: hydrophilic porous silica
170: uneven structure 200: coating layer
210: hydrophobic silica nanoparticles 230: hydrophobic porous silica
231: Qigong
Claims (5)
상기 기재층 위에 소수성 다공질 실리카 입자를 포함하는 코팅층;
을 포함하는 개선된 발수 특성 및 오일 용출 특성을 가지는 필름.
A base layer comprising a polymer resin and oil; And
A coating layer comprising hydrophobic porous silica particles on the substrate layer;
A film having improved water repellency and oil elution characteristics, including a.
상기 기재층 위에 소수성 실리카 나노입자를 포함하는 코팅층;
을 포함하는 개선된 발수 특성 및 오일 용출 특성을 가지는 필름.
A base layer comprising a polymer resin, oil and hydrophilic porous silica particles; And
A coating layer comprising hydrophobic silica nanoparticles on the substrate layer;
A film having improved water repellency and oil elution characteristics, including a.
상기 기재층은 PDMS 수지와, 실리콘오일 100CS 또는 실리콘 오일 60CS 중 적어도 하나의 오일을, 10:1~8의 질량비로 포함하는 것을 특징으로 하는 개선된 발수 특성 및 오일 용출 특성을 가지는 필름,
The method according to claim 1 or 2,
The base layer is a film having improved water repellency and oil elution characteristics, characterized in that it comprises a PDMS resin and at least one oil of silicone oil 100CS or silicone oil 60CS at a mass ratio of 10:1 to 8,
상기 기재층 전구체를 경화하여 기재층을 형성하는 단계;
상기 기재층 위에 소수성 다공질 실리카 입자를 포함하는 코팅액을 도포 및 건조하여 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 코팅액은,
다공질 실리카 입자와 실란 커플링제를 톨루엔 용매에 혼합하는 단계;
상기 혼합액을 가열 및 교반하여, 다공질 실리카 입자를 소수성 표면처리하는 단계;
상기 가열 및 교반한 혼합액을 건조하여 소수성 다공질 실리카 입자를 수득하는 단계; 및
상기 소수성 다공질 실리카 입자를 알코올 용매에 재분산하는 단계;를 포함하는 코팅액 제조단계를 통해 제조된 것을 특징으로 하는 개선된 발수 특성 및 오일 용출 특성을 가지는 필름의 제조 방법.
Preparing a base layer precursor by mixing a polymer resin and an oil;
Curing the base layer precursor to form a base layer;
Including the step of applying a coating liquid containing hydrophobic porous silica particles on the base layer and drying to form a coating layer;
The coating solution,
Mixing porous silica particles and a silane coupling agent in a toluene solvent;
Heating and stirring the mixed solution to perform hydrophobic surface treatment of the porous silica particles;
Drying the heated and stirred mixed solution to obtain hydrophobic porous silica particles; And
A method for producing a film having improved water repellency and oil elution characteristics, characterized in that the hydrophobic porous silica particles are redispersed in an alcohol solvent.
상기 기재층 전구체를 경화하여 기재층을 형성하는 단계; 및
상기 기재층 위에 소수성 실리카 나노입자를 포함하는 코팅액을 도포 및 건조하여 코팅층을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 코팅액은,
실리카 나노입자와 실란 커플링제를 톨루엔 용매에 혼합하는 단계;
상기 혼합액을 가열 및 교반하여, 실리카 나노입자를 소수성 표면처리하는 단계;
상기 가열 및 교반한 혼합액을 건조하여 소수성 실리카 나노입자를 수득하는 단계; 및
상기 소수성 실리카 나노입자를 결과물을 알코올 용매에 재분산하는 단계;를 포함하는 코팅액 제조단계를 통해 제조된 것을 특징으로 하는 개선된 발수 특성 및 오일 용출 특성을 가지는 필름의 제조 방법.Preparing a base layer precursor by mixing polymer resin, oil, and hydrophilic porous particles;
Curing the base layer precursor to form a base layer; And
Includes; coating and drying the coating solution containing the hydrophobic silica nanoparticles on the substrate layer to form a coating layer;
The coating solution,
Mixing silica nanoparticles and a silane coupling agent in a toluene solvent;
Heating and stirring the mixed solution to perform hydrophobic surface treatment of the silica nanoparticles;
Drying the heated and stirred mixed solution to obtain hydrophobic silica nanoparticles; And
A method for producing a film having improved water repellency and oil elution characteristics, characterized in that the hydrophobic silica nanoparticles are produced through a coating liquid production step comprising redispersing the result in an alcohol solvent.
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