초발수성 코팅 및 필름

초발수성은 물과의 접촉각이 150o 이상이고 미끄럼각(sliding angle)이 10o 이하인 이화 학적인 현상으로 고체의 낮은 표면 에너지에 기인하는 화학적 특성과 계층적 거칠기에 서 생성되는 물리적 특성이 공존한다. 이러한 특성을 이용한 초발수성 코팅 (superhydrophobic coating)은 물이 스며들지 않도록 물방울이 튀어나오는 나노범위의 표 면층을 갖고 있다. 낮은 젖음성을 갖는 초발수성 표면은 오염되기 어렵고 이물질을 쉽 게 제거할 수 있는 장점 등을 가지고 있어 소재산업과 나노기술의 비약적인 발전과 함 께 폭넓은 산업적인 응용 가능성을 갖고 있다. 그간 초발수성 코팅은 스포츠 의류 등 기능성 섬유소재를 중심으로 한 발수성에 초점을 맞춰 왔지만 최근 운행 중 선명한 시 야의 확보, 초발수성 표면을 이용한 태양 전지판이나 건축물을 이물질과 부식으로부터 보호할 수 있는 자기세정 능력의 부여, LED나 휴대폰 등의 디스플레이 소자, 의료기기 및 장비와 안경 등의 광학 소재, 선박, 항공기와 우주항공 산업 등 기존의 단순 발수기 능을 벗어난 고성능 기능성 소재로의 응용이 기대되고 있을 뿐 아니라 산업적으로 초발 수 코팅은 초-건성 표면 도포에 이용된다. 한편 철강은 부식에 의한 열화는 심각한 문 제로 세계 각국은 연간 총 생산액의 1∼5%를 철강 부식에 지출하고 있어 철강의 부식은 주요한 산업적인 문제로 경제와 환경에 미치는 영향은 잘 알려져 있으며 초발수성 코팅 은 부식 환경으로부터 철강을 보호하는 해결방안들 중 유망한 방법이다 본 보고서에서 는 초발수성 코팅 및 필름에 관한 제조 기술과 응용을 중심으로 살펴보자 한다.  

 초발수성 부여 2-1. 방법 발수 표면을 구현하는 방법으로는 두 가지 접근방법 즉, 낮은 표면에너지를 갖는 소재 를 이용하는 화학적 접근법과 소재표면에 거칠기를 부여하여 액체와 소재 간의 접촉면 을 줄이는 구조적 방법이 있다. 화학적 접근법의 하나로는 낮은 표면에너지를 갖는 불 소(fluorine) 소재가 가장 많이 이용된다. 불소는 원자들 중 가장 큰 전기음성도를 갖고 있으므로 탄소와 매우 안정한 공유결합을 형성하여 낮은 표면에너지를 형성할 수 있어 -CF3기는 소재표면에 낮은 표면에너지를 부여함으로써 발수표면을 형성하게 한다. 그러 나 대표적으로 낮은 표면에너지를 갖는 불소기를 이루어진 소재인 경우에도 물과의 접 촉각이 120o 정도에 불과하여 150o 이상의 접촉각을 나타내야 하는 초발수성 표면은 불 가능하다. 반면 표면에 나노복합구조를 부여하여 고체 표면의 기하학적인 마이크로/나노 구조와 낮은 표면에너지를 갖는 화학적 조성의 코팅을 조합하여 젖음성을 극단적으로 감소시킴으로써 고체 표면에 대한 물의 접촉각을 150o 이상으로 구현하여 물방울이 고 체 표면에 맺히지 못하고 작은 충격이나 경사에도 쉽게 굴러 떨어지는 초발수성을 부여 한다. (2) 2-2. 코팅 소재 초발수성 코팅은 다양한 물질들 예로 산화망간 폴리스티렌(MnO2/PS) 나노 복합재료; 산 화아연 폴리스티렌(ZnO/PS) 나노 복합재료, 침강성 탄산칼슘, 탄소나노튜브 구조물 및 실리카 나노-도료 등으로 만들며 실리카-기반 코팅제가 가장 비용효율이 높다. 이들 물 질은 겔-기반으로 코팅 대상을 겔에 침지하거나 에어로졸 스프레이를 통해 도포된다. 반면 산화물 폴리스티렌 복합재료는 겔-기반 도료에 비해 내구성이 있지만 코팅제를 도 포하는 공정을 수반하고 비용이 더 든다. 탄소 나노튜브는 비싸고 현 기술로 생산이 어 렵다. 따라서 현재로서는 실리카-기반 겔이 가장 경제성을 갖는다.

출처: 한국과학기술정보연구원