부착을 방지하는 표면 처리 기술

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-17

독립행정법인 산업기술 종합연구소 지속가능유형 연구부문 고내구성 재료연구 그룹은 각종 점성 액체나 얼음의 부착을 대폭 억제하는 표면 처리 기술을 개발했다. 현재 표면 처리(발수, 발유)의 대부분은 유기 불소 화합물에 의한 처리나 표면의 미세 가공에 의존하고 있다. 그러나, 유기 불소 화합물은 제조 비용과 폐기 비용이 높고, 미세 가공은 특수한 장치나 긴 가공 시간을 필요로 한다. 이 때문에 유기 불소 화합물과 미세 가공에 의존하지 않는 저렴한 표면 처리 기술이 요구된다. 이번에 개발한 표면 처리 기술에서는 수지나 겔에서 보이는 분리 상이나 블루밍이란 현상을 이용하고 있다. 표면 처리 성분을 포함한 젤을 고체 표면에 형성하면 겔에서 이 상에 따라 표면 처리 성분이 표면으로 드러나 얇은 층을 형성하며 뛰어난 성능을 나타낸다. 표면에 형성된 표면처리 성분 층과 친화성이 없는 액체는 점성 액체라도 표면에 부착하지 못하고, 부드럽게 미끄러져 떨어져 나간다. 이 처리 기술은 특수한 장치와 반응 조건 없이, 액체를 도포하는 것만으로 성형할 수 있고, 처리 후의 표면은 투명이며 대면적화(A4 사이즈)도 가능하다. 이번에 개발한 표면 처리 기술에 의해 다양한 점성 액체의 부착 억제와 얼음의 부착력을 저감하기 위해 포장 용기, 금형, 선저 취수구, 건재, 점성 액체나 얼음이 부착하기 쉬운 고체 표면에 사용이 기대된다. 의장성 유지 비용 삭감, 에너지 소비의 감소, 관리의 간이화, 안전·신뢰성 향상이 기대된다. 에너지와 자원이 부족한 일본에서는 에너지 절약과 자원 절약에 기여하는 새로운 재료와 제조 공정이 요구되고 있다. 고체 표면에 물방울이 부착되면 내포물의 손실, 표면의 부식이나 열화, 외관의 악화, 시인성 저하, 유체 저항 증가 등의 원인이 되며, 장치·기기의 안전성과 신뢰성을 현저히 훼손시키기 때문에 물방울 제거 성능 및 부착 방지에 우수한 표면 처리 기술의 개발이 기초·응용의 관점에서 성행하고 있다. 그러나, 지금까지의 표면 처리 기술의 대부분은 유기 불소 화합물에 의한 표면 처리나 표면의 미세 가공에 의존하고 있다. 보다 간편하게 저렴한 발수, 발유 표면을 제작하기 위해 이들에 의존하지 않는 표면 처리 기술이 요구된다. 이번에 개발한 표면 처리 기술은 겔이나 수지에서 볼 수 있는 상분리 현상을 이용하고 있다. 일반적으로 제품 외관을 나쁘게 하기 때문에 그간 연구의 대부분은 이 상분리나 블루밍을 억제하는데 주안점을 두어 왔다. 이번에 이 상분리 현상을 적극적으로 이용·제어해 발유, 발유 성능의 얇은 층을 표면에 형성시켜 우수한 표면 처리를 실현했다. 이 표면 처리에서는 유연성, 투명성이 뛰어난 폴리 디메틸 실록산(실리콘 수지)을 골격 성분으로 하는 실리콘 수지 원료와 발수, 발유성을 나타내는 액체를 촉매와 함께 혼합하고, 이를 도포하여 성형한 뒤 경화 처리를 한다. 제작 직후의 고체 표면은 투명하지만, 시간의 경과와 함께 발수, 발유 액체의 분리가 관찰됐다(그림 1a). 이 상 분리에 따라 발수, 발유액의 얇은 층이 형성된 표면에서는 다양한 점성 액체(점성 액체로, 마요네즈나 소스 등의 조미료를 사용)가 부드럽게 미끄러져 떨어졌다. 한편, 발수, 발유액체를 포함하지 않는 단독의 실리콘 수지나 분리 상을 나타내지 않는 겔 표면에서는 이러한 점성 액체가 강하게 부착했다(그림 1b, c). 실리콘 수지와 발수, 발유 성분의 친화성을 정밀하게 제어하자, 이 거동이 온도 반응성을 보였다. 그림 2a에 나타낸 습윤 겔은 상온에서는 분리되지 않지만, 영하가 되면 분리 상이 관찰됐으며 이 독립적 거동은 가역적이었다. 또한, 이 표면은 얼음의 부착력이 매우 작기 때문에 이 겔의 표면에서 동결한 고드름(부착빙)은 작은 경사로 표면을 미끄러져 떨어졌다.(그림 2b). 즉, 이 겔에서는 강설 시와 같은 한랭 시에만 분리가 일어나기 때문에 온난 시에는 이 상에 의한 발수, 발유 성분의 헛된 유출을 억제할 수 있다. 이번에 개발한 표면 처리 기술의 최대 특징은 다양한 점성 액체나 얼음에 대해 우수한 난부착성을 보이는 점에 있다. 또한, 투명성이 뛰어나 포장 분야 외에도 농림 수산, 건축, 토목 등의 폭넓은 분야에서 응용이 기대된다. 예를 들면 발전소 취수구와 선체에는 해조, 따개비 등이 부착하기 쉽고 이로 인한 열 전도성의 저하 및 유체 저항 증가가 생겨 에너지 손실이 크다. 이번에 개발한 표면 처리 기술에 의해 이들 생물 부착 억제 효과가 기대된다. 또한, 빙설의 부착력을 크게 저감할 수 있기 때문에 적설에 의한 비닐 하우스의 붕괴 방지, 폭설 지역에서 가옥 보전이나 열차, 항공기의 안전 운행이나 설해 대책에서의 응용이 기대된다. 20141211192203.jpg 20141211192251.jpg 20141211192414.jpg http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2014/pr20141211/pr20141211.html