선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- Polypropylene 용액의 농도는 10∼40 mg/mL의 범위로 용액의 농도에 따른 박막 형성에서의 영향성을 분석하고자 하였다.
제안 방법
- Polypropylene 박막 코팅 방법은 dip-coating을 사용하였다. Polypropylene 박막의 코팅 후에 용매인 p-xylene을 제거하기 위해 진공오븐을 사용하였으며 이때 압력은 93 mTorr로 유지하여 여러 온도에서 90 min간 건조공정을 진행하였다.
- Polypropylene 용액으로 코팅한 표면의 소수성 변화를 확인하기 위하여 접촉각 측정기(DSA-25, Germany)를 이용하여 샘플의 물 접촉각을 측정하였으며, 측정 시 탈 이온수를 3 µL 사용하였다.
- Polypropylene 용액을 사용하여 박막을 형성하기 위한 기판으로 slide glass를 1.5 × 1.5 cm2 크기로 자른 후에 코팅에 영향을 줄 수 있는 오염물을 제거하기 위하여 증류수와 에틸알코올을 사용하여 10 min간 세척하였다.
- 또한 polypropylene 코팅에 소수성 실리카가 미치는 영향을 알아보기 위하여 먼저 용매인 p-xylene에 10 nm 크기의 나노실리카를 1∼2.5 wt% 정도로 분산시킨 후에 polypropylene 용액의 용매로 사용 하여 polypropylene과 나노실리카의 혼합 용액을 만들었다.
- 본 연구에서는 polypropylene과 p-xylene의 용액으로부터 박막제조 과정에서 용액 내의 polypropylene 농도와 건조 압력 및 충진재로 나노 실리카의 함유량을 변화시키는 등 여러 가지 공정 변수를 제어하며 초소수성과 내화학성을 보이는 미세 다공성 polypropylene 코팅 박막을 제조하는 조건을 제시하였으며 제조된 박막의 표면에서 소수성 특성 변화를 비교 분석하였다.
- 본 연구에서는 polypropylene의 농도가 30 mg/mL인 용액을 이용하여 압력을 93 mTorr를 유지하며 진공오븐의 온도를 20∼70 ℃까지 변경하면서 90 min간 건조시켜 형성한 코팅 막의 표면특성을 분석 하였다.
대상 데이터
- 5 wt% 정도로 분산시킨 후에 polypropylene 용액의 용매로 사용 하여 polypropylene과 나노실리카의 혼합 용액을 만들었다. 나노실리카와 p-xylene의 혼합을 위하여 플라스크 용기를 두 재료를 담근 후에 35로 유지하며 120 min 동안 초음파 분산을 시켜 polypropylene과의 혼합용액을 위한 용매로 사용하였다.
- 중량평균분자량이 190,000 g/mol인 범용성 polypropylene (PP, Sigma-Aldrich)과 용매로 p-xylene을 사용하여 polypropylene 용액을 제조하였다. polypropylene은 상온에서 잘 용해가 되지 않으므로 실리콘 오일을 사용하여 플라스크 용기의 온도가 130∼135 ℃로 유지될 수 있게 하였다.
이론/모형
- 5 cm2 크기로 자른 후에 코팅에 영향을 줄 수 있는 오염물을 제거하기 위하여 증류수와 에틸알코올을 사용하여 10 min간 세척하였다. Polypropylene 박막 코팅 방법은 dip-coating을 사용하였다. Polypropylene 박막의 코팅 후에 용매인 p-xylene을 제거하기 위해 진공오븐을 사용하였으며 이때 압력은 93 mTorr로 유지하여 여러 온도에서 90 min간 건조공정을 진행하였다.
- Polypropylene 용액으로 코팅한 표면의 소수성 변화를 확인하기 위하여 접촉각 측정기(DSA-25, Germany)를 이용하여 샘플의 물 접촉각을 측정하였으며, 측정 시 탈 이온수를 3 µL 사용하였다. 코팅 표면의 표면형상을 확인하기 위하여 field emission scanning electron microscopy (FESEM, Hitachi, S-4300)을 이용하였으며 표면 형상에 따른 코팅 층의 지형적 변화를 확인하기 위하여 atomic force microscopy (AFM, Nano Scope, Multimode)를 사용하였다.
성능/효과
- 그러나 30 mg/mL에서는 20 mg/mL에서 형성된 표면과 달리 형성된 공공이 메워진 형상을 보여주나 표면에서의 미세 거칠기가 약간 더 증가하였음을 보여주었다. 40 mg/mL에서는 polypropylene 구조들이 서로 이어진 형상을 보여 polypropylene의 농도 증가는 표면에서의 공공보다 polypropylene이 차지하는 비율을 높이는 결과를 가져왔다. Figure 3과 같이 접촉각의 비교에서 polypropylene의 농도가 30 mg/mL에서 형성된 박막에서의 접촉각이 144°로 가장 크게 나타났으며 그보다 큰 농도에서는 접촉각이 감소함을 보여주었다.
- Polypropylene을 p-xylene에 용해한 용액을 여러 가지 polypropylene의 농도에 대하여 코팅 박막을 형성한 후에 진공건조를 통하여 polypropylene의 농도가 30 mg/mL인 경우에 30 ℃의 90 min 동안 93 mTorr의 건조 조건에서 최대 접촉각 154°를 갖는 초소수성 박막 표면을 구현할 수 있었다. 코팅 박막의 건조 온도가 증가함에 따라 박막의 거칠기 감소효과로 접촉각이 감소하는 특성을 나타내었다.
- 고분자 박막의 초소수성 구현에는 표면 거칠기가 매우 중요한 요인으로 작용함을 본 연구를 통하여서도 확인할 수 있었다. 표면 거칠기가 미치는 초소수성 특성에 대한 나노실리카의 첨가 효과가 어느 정도인지 polypropylene 용액에 10 nm 크기의 나노실리카를 분산하여 polypropylene-실리카 복합막을 형성하였다.
- 30 ℃와 70 ℃의 건조온도에서의 형성 박막의 표면을 AFM으로 분석하여 비교한 것을 Figure 4에같이 나타내었다. 두 온도에서 형성된 박막의 표면은 모두 500 nm 이하의 높이를 가진 기둥이 형성되어 있는 것을 보이지만 70 ℃에서 형성된 박막의 표면의 평균 거칠기의 값은 86 nm에 비하여 30 ℃의 경우는 303 nm로 측정되어 표면 거칠기의 차이로 접촉각의 차이를 나타낸 것으로 보인다.
- 박막 내에 함유되는 나노실리카의 양이 증가함에 따라 접촉각이 증가하며 2 wt%의 나노실리카가 함유된 20 mg/mL polypropylene 용액으로부터 제조된 박막에서 154°의 접촉각이 보였다.
- 30 mg/mL polypropylene 용액인 경우 나노실리카가 함유되면 형성된 박막들에서 초소수성 특성이 나타났다. 이와 같이 나노실리카와 같이 소수성 나노분말의 박막 내 함유에 따른 표면 거칠기 증가 효과로 좀 더 용이하게 초소수성을 구현할 수 있음을 알 수 있었다. 이와 유사하게 SiO2-PDMS (polydimetylsiloxane) 복합소재로 형성한 박막에서도 초소수성 표면특성이 나타나는 것을 확인할 수 있다[18].
- Polypropylene을 p-xylene에 용해한 용액을 여러 가지 polypropylene의 농도에 대하여 코팅 박막을 형성한 후에 진공건조를 통하여 polypropylene의 농도가 30 mg/mL인 경우에 30 ℃의 90 min 동안 93 mTorr의 건조 조건에서 최대 접촉각 154°를 갖는 초소수성 박막 표면을 구현할 수 있었다. 코팅 박막의 건조 온도가 증가함에 따라 박막의 거칠기 감소효과로 접촉각이 감소하는 특성을 나타내었다. 표면의 거칠기를 증가시키기 위하여 나노실리카가 분산된 p-xylene 용매로 여러 polypropylene 농도를 갖는 용액으로 polypropylene-실리카 복합막을 형성하였을 때 나노실리카의 함유량의 증가에 따라 표면 구조가 미세 다공성 구조에서 미세 구형 구조물이 나타나면서 박막의 접촉각이 증가하였다.
- 코팅 박막은 진공오븐에서 50 ℃로 90 min간 건조하여 박막 내에 있는 용매를 제거하였다. 표면형상 비교에서 polypropylene의 농도가 증가함에 따라 표면 거칠기의 증가가 보이며 10 mg/mL의 농도에서는 작은 공공(void)이 형성되어 있으며 20 mg/mL에서는 공공의 크기기 더 증가하였음을 보여준다. 그러나 30 mg/mL에서는 20 mg/mL에서 형성된 표면과 달리 형성된 공공이 메워진 형상을 보여주나 표면에서의 미세 거칠기가 약간 더 증가하였음을 보여주었다.
후속연구
- Figure 3과 같이 접촉각의 비교에서 polypropylene의 농도가 30 mg/mL에서 형성된 박막에서의 접촉각이 144°로 가장 크게 나타났으며 그보다 큰 농도에서는 접촉각이 감소함을 보여주었다. 이 결과는 같은 표면 에너지를 가진 재료의 경우에도 표면 형상에 따라 소수성 특성을 조절할 수 있음을 보여주는 것으로 초소수성 polypropylene 박막을 얻기 위하여 건조 조건 및 용액에서의 polypropylene의 농도 최적화가 필요함을 알 수 있다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.