[논문]산소 저온 플라즈마 처리에 의한 실리콘코팅 막 구조원단의 접착특성

박법; 구강

doi:10.5764/TCF.2011.23.3.195

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산소 저온 플라즈마 처리에 의한 실리콘코팅 막 구조원단의 접착특성

Properties of Silicone-coated Fabric for Membrane Treated by Oxygen Low Temperature Plasma

韓國染色加工學會誌 = Textile coloration and finishing v.23 no.3 , 2011년, pp.195 - 200

박법 (영남대학교 섬유공학과 ) ; 구강 ( 영남대학교 섬유패션학부)

Abstract

Silicone-coated fabric were treated by oxygen low temperature plasma to improve the adhesion. The surface of silicone-coated fabric was modified with gaseous plasma of several discharge power in the presence of oxygen gas at 1Torr pressure. Oxygen plasma treatment introduces oxygen-containing functional groups and micro-pittings on the silicone-coated fabric surface. The treated fabrics with oxygen low temperature plasma were measured by contact angle analyzer and XPS(X-ray photoelectron spectroscopy), and interfacial adhesion was measured by T-peel test. The surface of fabric was investigated by SEM photographs. The chemical and physical modification of the surface wettabillity by plasma treatment can increase the adhesion.

주제어

#awning #silicone-coated fabric #oxygen low temperature plasma #adhesion #surface modification

본문요약
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문제 정의

이 논문에서는 실리콘 코팅된 유리섬유 막의 접착력을 향상을 위하여 산소 저온 플라즈마를 처리하여 화학적, 물리적 변화를 관찰하였다.

이 논문에서는 실리콘 코팅된 유리섬유 막의 접착력을 향상을 위하여 산소 저온 플라즈마를 처리하여 화학적, 물리적 변화를 관찰하였다.

제안 방법

25℃, RH 60%의 조건에서 마이크로 피펫을 이용하여 증류수 2㎕를 채취한 후 원단에 떨어뜨려 10회를 실시하고 평균값을 구하였다.

25℃, RH 60%의 조건에서 마이크로 피펫을 이용하여 증류수 2㎕를 채취한 후 원단에 떨어뜨려 10회를 실시하고 평균값을 구하였다.
XPS는 X선 source로 Al Kα(14.86.6eV) 선을 사용하였고, X선 출력은 300W, Pass Energy는 20eV, Lens mode는 large Area XPS를 사용하여 분석하였다.

XPS는 X선 source로 Al Kα(14.86.6eV) 선을 사용하였고, X선 출력은 300W, Pass Energy는 20eV, Lens mode는 large Area XPS를 사용하여 분석하였다.
1차 코팅은 실리콘 코팅제는 DOW CORNING® 3730-5050 A와 DOW CORNING® 3730-5050 B를 1 : 1로 배합하여 사용하였고, 2차 코팅제는 DOW CORNING® 3730-9280/75 A와 DOW CORNING® 3730-9280/75 B) 1 : 1로 배합하여 SYL-OFF® SL 9250을 전체 배합 액의 1%를 넣어 사용하였다.

1차 코팅은 실리콘 코팅제는 DOW CORNING® 3730-5050 A와 DOW CORNING® 3730-5050 B를 1 : 1로 배합하여 사용하였고, 2차 코팅제는 DOW CORNING® 3730-9280/75 A와 DOW CORNING® 3730-9280/75 B) 1 : 1로 배합하여 SYL-OFF® SL 9250을 전체 배합 액의 1%를 넣어 사용하였다.
3은 C1s 및 O1s 스펙트럼으로부터 화학조성분석을 하였다.

Fig. 3은 C_1s 및 O_1s스펙트럼으로부터 화학조성분석을 하였다. 미처리 시료에 비해 출력 100W로 10분 처리한 시료의 O_1s의 peak가 높게 나타났다.
실리콘코팅 유리섬유 원단을 플라즈마 장치를 이용하여 산소가스 존재 하에 50W, 100W의 출력으로 처리시간 5분, 10분으로 변화시켜 처리하였다.

실리콘코팅 유리섬유 원단을 플라즈마 장치를 이용하여 산소가스 존재 하에 50W, 100W의 출력으로 처리시간 5분, 10분으로 변화시켜 처리하였다.
유리섬유의 코팅 조건은 기계온도 160~170℃에서 Knife 높이 24mm, Speed는 9M/min으로 코팅→검사→그라비아의 순서로 2차에 걸쳐 반복하여 진행하였다.

유리섬유의 코팅 조건은 기계온도 160~170℃에서 Knife 높이 24mm, Speed는 9M/min으로 코팅→검사→그라비아의 순서로 2차에 걸쳐 반복하여 진행하였다.
접착제는 DOW CORNING® SE6777을 균일하게 도포한 후 실온에서 24시간동안 두 유리판 사이에 의 무게를 가하여 방치하고 측정하였다.

접착제는 DOW CORNING® SE6777을 균일하게 도포한 후 실온에서 24시간동안 두 유리판 사이에 의 무게를 가하여 방치하고 측정하였다.
진공도는 1Torr로 처리방법은 15×20cm의 시료를 플라즈마 내의 전극 위에 놓고 상부전극과 하부전극간 거리는 5cm에서 실시하였다.

진공도는 1Torr로 처리방법은 15×20cm의 시료를 플라즈마 내의 전극 위에 놓고 상부전극과 하부전극간 거리는 5cm에서 실시하였다.
표면 개질 후 실리콘코팅 원단의 박리 강도를 측정하여 접착력 향상에 미치는 영향을 조사하였다.

이 논문에서는 실리콘 코팅된 유리섬유 막의 접착력을 향상을 위하여 산소 저온 플라즈마를 처리하여 화학적, 물리적 변화를 관찰하였다. 표면 개질 후 실리콘코팅 원단의 박리 강도를 측정하여 접착력 향상에 미치는 영향을 조사하였다.
표면의 화학적 구조변화를 관찰하기 위해서 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 사용하였다.

표면의 화학적 구조변화를 관찰하기 위해서 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)를 사용하였다. XPS는 Multilab 2000(Thermo Fischer Scientific Co.
플라즈마 처리에 의한 시료의 화학적 변화를 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)로 측정하였다.

플라즈마 처리에 의한 시료의 화학적 변화를 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS)로 측정하였다. Fig.
플라즈마 처리에 의한 표면에너지의 변화를 관찰하기 위해 물에 대한 표면의 젖음성을 접촉각 측정을 통해 알아보았다.

플라즈마 처리에 의한 표면에너지의 변화를 관찰하기 위해 물에 대한 표면의 젖음성을 접촉각 측정을 통해 알아보았다. 접촉각의 측정은 고분자의 표면상태 변화를 간접적으로 확인할 수 있으며, 일반적으로 접촉각이 작을수록 고분자 표면의 젖음성은 우수한 것으로 알려져 있다⁷⁾.
플라즈마 처리한 실리콘코팅 원단의 접착성 변화를 박리 강도 측정으로 검토하였다.

플라즈마 처리한 실리콘코팅 원단의 접착성 변화를 박리 강도 측정으로 검토하였다.

대상 데이터

시료는 0.03Torr, 12㎃에서 120sec동안 백금 증착을 하여, 가속 전압 15㎸, 배율 5,000배로 표면 상태를 촬영하였다.

, Japan)을 사용하였다. 시료는 0.03Torr, 12㎃에서 120sec동안 백금 증착을 하여, 가속 전압 15㎸, 배율 5,000배로 표면 상태를 촬영하였다.
실리콘코팅 유리섬유 원단은 경사 E-GRADE GLASS FIBER 150D 4/2와 위사 E-GRADE GLASS FIBER 150D 4/2로 제직된 유리섬유를 사용하였다.

실리콘코팅 유리섬유 원단은 경사 E-GRADE GLASS FIBER 150D 4/2와 위사 E-GRADE GLASS FIBER 150D 4/2로 제직된 유리섬유를 사용하였다.
에탄올(Duksan Pure Chemical Co., Ltd.)은 1급 시약을 사용하였다.

99% 이상의 초고순도 공업용 가스를 별도의 정체를 사용하지 않고 그대로 사용하였다. 에탄올(Duksan Pure Chemical Co., Ltd.)은 1급 시약을 사용하였다.
저온 플라즈마 장치는 주파수 13.56㎒의 고주파 발생기를 사용하는 진공 저온 플라즈마 장치를 사용하였다.

플라즈마 처리하기 전에 원단을 먼저 에탄올로 수회 세척하여 표면의 불순물을 제거하고 실온에서 충분히 건조한 후 사용하였다. 저온 플라즈마 장치는 주파수 13.56㎒의 고주파 발생기를 사용하는 진공 저온 플라즈마 장치를 사용하였다. 진공도는 1Torr로 처리방법은 15×20cm의 시료를 플라즈마 내의 전극 위에 놓고 상부전극과 하부전극간 거리는 5cm에서 실시하였다.

성능/효과

1. 플라즈마 출력과 처리시간이 증가할수록 접촉각은 작아지는 현상을 보였다.

1. 플라즈마 출력과 처리시간이 증가할수록 접촉각은 작아지는 현상을 보였다. 이는 플라즈마 처리를 통해 표면이 친수화된 것을 알 수 있다.
2. SEM 관찰로 통해 플라즈마 처리 시 표면의 유기물 제거로 인해 뚜렷하게 보였고, 표면의 거칠기 증가를 확인하였다.

2. SEM 관찰로 통해 플라즈마 처리 시 표면의 유기물 제거로 인해 뚜렷하게 보였고, 표면의 거칠기 증가를 확인하였다.
3. XPS 분석을 통하여 플라즈마 처리에 의해 시료 표면의 O1s/C1s 증가로 극표면에서의 친수성능이 개선 되었음을 알 수 있다.

3. XPS 분석을 통하여 플라즈마 처리에 의해 시료 표면의 O_1s/C_1s 증가로 극표면에서의 친수성능이 개선 되었음을 알 수 있다. 이는 상기관 접촉각의 특성변화 중에서 화학적 특성이 개질의 주요인으로 판단된다.
4. 미처리 시료의 박리 강도보다 플라즈마의 출력과 처리시간이 증가할수록 박리 강도는 증가하였다.

4. 미처리 시료의 박리 강도보다 플라즈마의 출력과 처리시간이 증가할수록 박리 강도는 증가하였다. 이는 표면의 세정작용과 에칭효과로 인해 표면의 젖음성의 향상과 표면에너지의 증가로 친수화 되었고, 표면의 화학적 조성이 변화하였기 때문으로 생각된다.
동일한 처리시간에서 출력을 변화시켜 접촉각을 측정한 결과 출력 50W에서 10분 처리 시 63.9°였고 출력 100W에서 10분 처리 시 55.1°로 출력이 높을수록 접촉각은 낮아졌다.

동일한 처리시간에서 출력을 변화시켜 접촉각을 측정한 결과 출력 50W에서 10분 처리 시 63.9°였고 출력 100W에서 10분 처리 시 55.1°로 출력이 높을수록 접촉각은 낮아졌다.
표를 보게 되면 미처리 시료의 C1s는 54.98%에서 46.28%로 감소하였고, O1s의 경우 23.25%에서 33.42%로 증가하였다.

표를 보게 되면 미처리 시료의 C1s는 54.98%에서 46.28%로 감소하였고, O1s의 경우 23.25%에서 33.42%로 증가하였다.
플라즈마 미처리 시료의 박리 강도는 2.89kgf를 나타내었으나 플라즈마 처리 시간이 증가할수록 50W 출력의 경우 2.94kgf에서 4.86kgf으로 100W 출력의 경우 4.45kgf에서 8.03kgf로 박리 강도는 증가하였다.

플라즈마 미처리 시료의 박리 강도는 2.89kgf를 나타내었으나 플라즈마 처리 시간이 증가할수록 50W 출력의 경우 2.94kgf에서 4.86kgf으로 100W 출력의 경우 4.45kgf에서 8.03kgf로 박리 강도는 증가하였다.

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핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
막 구조재	일반적인 막 구조재에는 어떤 것들이 있는가?	PVC코팅 폴리에스터막, 실리콘코팅 유리섬유막, PTFE코팅 유리섬유 막 등이 있다 구조용 막재는 풍하중 및 설하중에 충분히 감당할 수 있도록 강도와 내구성을 가지고 있어야 한다. 일반적으로 막 구조재는 PVC코팅 폴리에스터막, 실리콘코팅 유리섬유막, PTFE코팅 유리섬유 막 등이 있다1). 제직되는 원단의 크기가 한정되어 있기 때문에 재단 후 접착하여 제작한다.
에칭 효과	에칭 효과는 어떤 현상을 말하는가?	플라즈마 상태에서 높은 에너지를 가진 이온이나 중성입자들은 고분자 물질 표면에 물리적인 충돌을 하게 되면 상대적으로 약한 부분을 제거하게 된다. 플라즈마 상태에서 높은 에너지를 가진 이온이나 중성입자들은 고분자 물질 표면에 물리적인 충돌을 하게 되면 상대적으로 약한 부분을 제거하게 된다. 이를 에칭 효과라 하는데, 플라즈마 중합을 하지 않는 기체들(Ar, He, O2, N2, CO2)은 대체적으로 고분자 물질의 표면을 변화시킨다.
표면처리 기법	여러가지 첨가제와 대기중 유기물이 고분자 소재의 표면에 존재하여 고분자 소재 접착에 방해가 되는 것을 해결하기 위한 표면처리 기법에는 어떤 것들이 있는가?	일반적으로 표면의 물 혹은 유기용매를 이용한 표면 세정, 연마제를 이용하여 표면의 유기물을 제거하고 거칠기를 조절하는 연마, pH조절을 이용하거나 화학산화제 등을 이용하여 표면을 개질하는 화학적 처리와 접착제 및 피착제 양 계면에 친화력을 갖는 물질을 도포하는 프라이머 처리, 플라즈마를 이용하여 표면을 개질하여 젖음성을 향상시키는 플라즈마 처리법 등이 있다 이를 해결하기 위해서 많은 표면처리 기법이 행해지고 있다. 일반적으로 표면의 물 혹은 유기용매를 이용한 표면 세정, 연마제를 이용하여 표면의 유기물을 제거하고 거칠기를 조절하는 연마, pH조절을 이용하거나 화학산화제 등을 이용하여 표면을 개질하는 화학적 처리와 접착제 및 피착제 양 계면에 친화력을 갖는 물질을 도포하는 프라이머 처리, 플라즈마를 이용하여 표면을 개질하여 젖음성을 향상시키는 플라즈마 처리법 등이 있다2,3).

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참고문헌 (11)

1. http://www.tiger.co.kr/html/business_01_0.php
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10. R. H. Hansen, J. V. Pascale, T. D. Benedictis, and P. M. Rentzepis, Effect of Atomic Oxygen on Polymers, J. Polymer Science, 3, 2205-2214(2003).
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