탄소나노튜브 복합 가공제를 이용한 초소수성 직물 개발

Abstract

국문초록

본 연구는 탄소나노튜브(CNT)와 표면에너지가 낮은 발수제를 이용하여 마이크로-나노의 이중구조를 직물표면에 제작함으로써 초소수성 직물을 개발하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 다양한 직물의 표면 거칠기를 계산하고 그 표면 거칠기와 표면에너지가 소수성에 미치는 영향을 분석하였다. 또한 탄소나노튜브를 처리한 직물의 초소수 성능을 평가 분석하고 적절한 평가방법을 제안하였다. 시료는 실의 굵기와 사가공을 달리한 폴리에스터 직물에 필름을 포함하여 총 여섯 가지를 사용하였고 발수제는 표면에너지가 다른 세 가지(Silicone, Fluoro I, Fluoro II)를 사용하여 각 시료에 처리하였다. 나노입자로는 강산에 처리하여 표면 개질된 탄소나노튜브를 사용하였으며 분산성이 가장 우수한 Fluoro II에만 분산하여 여섯 가지 시료에 처리하여 탄소나노튜브에 의한 효과를 분석하였다. 발수제 처리한 시료는 Wenzel과 Cassie-Baxter 수식을 통해 표면 거칠기를 계산하였으며 발수제에 의한 나노사이즈의 표면 거칠기와 화학 조성분을 비교 평가하였다. 또한 가공 전후의 소수성을 평가하기 위해 정적접촉각, shedding angle, 접촉각 히스테리시스로 분석하였으며 공기 및 수분투과 성능을 평가하였다. 실험결과 미처리 직물은 필라멘트수가 많고 실이 굵을수록 높은 표면 거칠기를 가지고 있었고 발수처리한 직물의 표면 거칠기를 Cassie-Baxter 수식을 통해 계산한 결과 모든 시료에서 물방울과 고체표면 사이에 끼어 있는 공기와의 접촉비율()이 0보다 큰 값을 가지며 물방울이 고체표면과의 접촉비율()과 를 더한 값이 1보다 커 Transitional state에 속하는 것을 확인하였다. 직물 표면의 거칠기와 표면에너지가 소수성에 미치는 영향을 살펴보면 표면에너지가 낮을수록 값이 커져 더 높은 접촉각을 나타냈으며 값이 크면서 가 1에 가까울수록 높은 접촉각과 낮은 shedding angle 을 가지고 있었다. Cassie-Baxter의 수식으로 계산한 접촉각과 실제 측정한 접촉각을 비교한 결과 상당히 일치하는 경향을 보여 이 수식을 통해 특정 접촉각을 가지는 직물의 밀도를 돌기 사이즈별로 계산할 수 있었다. 탄소나노튜브는 수백나노 사이즈의 표면거칠기를 가지고 있으며 접촉각 향상과 shedding angle을 낮추는 기능을 가지고 있었다. 또한 탄소나노튜브의 농도를 증가 시켰을 때 더 낮은 shedding angle 값을 가져 탄소나노튜브가 표면과 물방울 사이에서 접촉면적을 줄여주는 역할을 하는 것으로 나타났다. 탄소나노튜브를 두 번 처리한 50D 직물은 158°의 높은 접촉각과 5°의 낮은 shedding angle 값을 가지며 바운싱 현상 등 초소수성 표면에서 보여지는 현상을 확인할 수 있었다. 또한 본 연구를 통해 150°의 높은 접촉각을 가지는 초소수성 표면은 정적 접촉각 보다 시료간의 변별력을 높일 수 있는 shedding angle로 초소수성을 평가하는 것이 더 적합한 방법임을 확인하였다.