[논문]불소계면활성제를 함유한 초친수 코팅액의 제조 및 방담 방오 특성

이수; 임선문; 황헌

doi:10.12925/jkocs.2017.34.3.525

불소계면활성제를 함유한 초친수 코팅액의 제조 및 방담 방오 특성
Preparation of superhydrophilic coating solutions containing fluorosurfactants and characterization of their antifogging and antifouling properties 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.34 no.3, 2017년, pp.525 - 535

이수 (창원대학교 화공시스템공학과) , 임선문 (창원대학교 화공시스템공학과) , 황헌 (성균관대학교 생명공학부 바이오메카트로닉스전공)

초록
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내열성이 우수하며, 태양광 모듈의 유리 표면에 방담성(antifogging) 및 방오성(antifouling)을 동시에 부여하여 효율을 향상시키기 위한 친수성 코팅액을 제조하기 위해 초친수성과 우수한 방담효과를 나타내는 Tween 20과 데카플루오로부탄과 폴리에틸렌글리콜 성분으로 구성된 불소계면활성제 수용액에 방오성 부여를 위하여 나노실리카를 분산하였다. 고온 처리에서 나노실리카의 함량에 따른 방담 효과는 모든 코팅액이 우수하였으나, 방오 효과는 나노실리카의 함량이 6 wt%일 때부터 나타났다. 불소계면활성제의 함량이 증가할수록 초기 접촉각이 증가하며 방담 효과도 500회 wiping까지 잘 유지되었다. 방오 효과 역시 불소계면활성제의 함량에 상관없이 우수하여 불소계면활성제의 적절한 첨가량은 0.1 wt%이상 이면 충분하였다. AFM 결과로부터 불소계면활성제가 0.1 wt%에서 0.3 wt%가 첨가된 경우 코팅 표면의 프랙탈구조가 확실히 나타나 방오성 향상에 기여하였다. 코팅된 유리의 투과도는 불소계면활성제가 0.1 wt% 첨가된 TL-1의 경우가 가장 높았으며 더 많은 양의 불소계면활성제를 첨가할 경우 오히려 투과도 향상은 미미하였다. 이러한 결과는 앞의 AFM 결과에서 나타난 표면 조도가 높으며 프랙탈구조 형성도 잘 일어난 TL-1 코팅액의 결과와 잘 일치하는 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In order to produce hydrophilic coating solution, which has superior antifogging and antifouling effect on the glass surface of solar cell module as well as improving photovoltaic efficiency, nanosilica was dispersed in an aqueous solution of Tween 20 and fluorosurfactant composed of decafluorobutane and polyethylene glycol. The antifogging effect at high temperature was excellent for all the coating solutions containing nanosilica, but the antifouling effect was observed when the content of nanosilica was over 6 wt%. As the content of fluorosurfactant increased, the initial water contact angle slightly increased and the antifogging effect remained well until 500 wiping with wet $Wipeol^{(R)}$. The antifouling effect was also excellent regardless of the content of fluorosurfactant, thus 0.1 wt% of the fluorosurfactant was enough for a coating solution production. From the AFM results, when 0.1 wt% to 0.3 wt% of the fluoro surfactant was added, the fractal structure of the coated glass surface was clearly existed and contributed to the better antifouling effect. The transmittance of coated glass surface was highest in TL-1 coating solution containing 0.1 wt% of fluorosurfactant, and the addition of fluorosurfactant in a larger amount than 0.1 wt% did not improve the transmittance. This result is in good agreement with the previous AFM result which shows a high surface roughness as well as a fractal structure formation for the TL-1 coating solution.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 친수 코팅액의 고온에서의 친수성 및 김서림방지, 방오성에 대한 내구성 및 내오염성을 향상시키기 위해 불소계 계면활성제와 나노실리카의 함량에 따른 연구를 수행하여 다음의 결론을 얻었다.

제안 방법

그러므로 본 연구에서는 유리 시편에 친수성 표면을 형성하기 위해 일반적인 비이온계면활성제를 선택하고 내구성 증가와 습윤성을 향상시키기 위해 불소계 계면활성제를 추가로 사용하여 1 차 코팅액을 제조한 후 불소계 계면활성제의 함량에 따른 친수 및 내열 내구성과 무기산화물인 나노실리카의 함량에 따른 유리 표면의 광투과도와 방오 효과에 미치는 영향을 확인하였다.

대상 데이터

2에 나타낸 질량분석 결과와 같은 데카플루오로부탄과 폴리에틸렌글리콜 성분으로 구성된 DuPont사의 불소계면활성제를 사용하였다. 또한, 코팅액의 방오성 향상을 위하여 W. R. Grace사의 표면적이 200 m² /g 인 나노실리카 수분산용액을 사용하였다. 코팅 특성을 조사하기 위해 사용된 유리는 독일제 슬라이드글라스 (315Glass)를 아세톤으로 세척한 뒤 이소프로판 올로 세척하여 상온에서 20분간 건조한 후 사용 하였으며, 세척용 용제는 Daejung Chemical사의 시약을 그대로 사용하였다.
유리 표면에 코팅을 하기 위한 친수성 코팅액을 제조하기 위하여 Aldrich Chemical사의 Tween 20과 아래 Fig. 1에 나타낸 가스크로마토 그램과 Fig. 2에 나타낸 질량분석 결과와 같은 데카플루오로부탄과 폴리에틸렌글리콜 성분으로 구성된 DuPont사의 불소계면활성제를 사용하였다. 또한, 코팅액의 방오성 향상을 위하여 W.

성능/효과

1. 불소계면활성제 용액이 코팅된 슬라이드글라스 표면의 방담 효과를 확인한 결과 C-1 용액을 제외한 불소계면활성제의 함유량이 0.5 wt% 이상이면 우수한 방담 효과를 나타내었다.
2. 불소계면활성제의 첨가량이 0.3 wt% 이하인 경우에는 초기 접촉각이 매우 낮으며 내열성도 우수하였으나 100회 이상의 wiping 후에는 접촉각이 약간 상승하였으며 스팀 테스트의 결과 방담 특성은 잘 유지되었다.
3. 나노실리카의 함량에 따른 방담 효과는 300 회 wiping까지는 상온 및 고온 처리에 관계없이 모든 코팅액이 우수하였다. 그러나 상온에서 처리된 코팅액의 경우 나노실리카 함량에 관계없이 방오 효과를 확인할 수 없었다.
4. 불소계면활성제의 함량이 증가할수록 초기 접촉각이 증가하는 것을 확인하였으며 방담 효과도 500회 wiping 까지 잘 유지되었다. 방오 효과 역시 불소계면활성제의 함량에 상관없이 우수하였다.
5. 불소계면활성제가 0.1 % 첨가된 TL-1이나 0.3%가 첨가된 T-2의 경우 표면의 프랙탈 구조가 확실히 나타났으며 0.3 % 이상이 함유된 경우는 프랙탈 구조를 나타내지는 못하였다.
6. 끝으로 TL series 코팅액이 도포된 유리의 투과도는 불소계면활성제가 0.1 wt% 첨가된 TL-1의 경우가 가장 높았으며 더 많은 양의 불소계면활성제를 첨가할 경우 오히려 투과도 향상은 미미하였다. 이러한 결과는 앞의 AFM 결과에서 나타난 표면 거칠기도 높으며 프랙탈 형성도 잘 일어난 TL-1 코팅액의 결과와 잘 일치하는 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	김서림현상은 무엇인가?	한편, 고체의 표면이 높은 표면 에너지를 갖는 경우 표면에 작은 물방울이 응축하여 빛이 물방울에 의해 굴절되거나 산란하고, 광학적으로 불투명하게 만드는데, 이것을 김서림현상이라 한다. 김서림현상을 방지하기 위해 친수성 표면을 형성하면 수증기의 응결은 계속 일어나지만, 표면에 넓게 퍼져 광학적으로 투명하게 되어 김서림현상을 방지하게 된다[12-13].
	계면활성제의 일반적인 특징은 무엇인가?	때문에 방오 효과를 나타내기 위해서는 친수성 표면을 형성하는 것이 유리하다[15-16]. 일반적으로 계면활성제는 친수성 머리와 긴 소수성 꼬리를 가지고 있어 수용액 중에서 유무기물질의 균일한 분산을 만들 뿐만 아니라 HLB 값이 클 경우 친수성 코팅액으로 사용이 가능하다 [17]. 그 중에서 불소계 계면활성제는 탄소와 불소의 매우 강력한 단일 결합을 가지고 있어 화학적으로 안정하고 열적으로도 안정성을 나타낼 뿐만 아니라 탄소와 불소가 결합하고 있는 부분은 초소수성을 나타내는데, 액체 상태의 유기물에서도 높은 표면 활성을 나타낸다.
	태양광 발전 모듈의 내구성과 안정성 향상을 위한 대표적인 연구에는 어떤 것이 있는가?	이로 인한 유지비용을 감소하기 위해 모듈의 내구성과 안정성 향상을 위한 연구가 필요하게 되었다. 외부의 미세먼지와 수분 흡수로 인해 효율이 감소하는 것을 막기 위한 방오 및 방담 효과를 위한 연구로는 스핀 코팅을 통하여 표면에 증착된 실리카입자가 유리 표면의 조도를 증가시키고 방오 효과를 나타내는 것이 대표적인 것이다[9-10]. 또한 모듈 표면의 조도 증가는 표면에서 반사되는 빛 에너지의 재입사를 통해 광투과성을 증가시키는 효과를 나타낸다고 알려져 있다[4,11].

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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