플라즈마 처리에 의한 레이온 니트의 신장률 변화에 따른 자가세정 효과

Abstract

초소수성 표면은 일반적으로 표면 거칠기를 갖고 표면에너지가 낮을 때 구현된다. 이 때 액체가 초소수성 표면 위에 떨어지면 액체와 고체 표면 사이에 공기층이 형성되어 젖지 않는 표면이 된다. 그러나 나노구조의 거칠기를 갖는 초소수성 표면이 신장되면 표면 젖음성이 크게 달라져 초소수성이 유지되지 못할 것으로 예상된다. 따라서 본 연구에서는 플라즈마 처리한 레이온 니트의 이축신장(biaxial tensile strain)에 따른 젖음성 변화를 관찰하여, 신장률이 변화해도 초소수성이 유지되는 레이온 니트를 제작하는 것을 목표로 하였다. 플라즈마 코팅 시 신장률을 달리하여 접촉각과 기울기 각을 측정하였으며, 신장 시킨 상태로 코팅한 시료를 신장 시켜 가면서 표면 초소수성과 마이크로/나노구조의 변화를 측정하였다. 미신장상태에서 처리한 레이온 니트의 접촉각과 기울기각은 에칭시간이 늘어날수록 표면의 거칠기가 커져서, 접촉각이 증가하고 기울기각은 감소하여 초소수성 표면이 구현됨을 확인하였다. 시료의 표면을 7분 혹은 그 이상으로 에칭 처리를 한 후 HMDSO로 코팅처리를 하면 바운싱현상을 보이면서 180°의 접촉각을 가지며, 2°이하의 기울기각을 갖는 최적의 초소수성 표면이 구현되었다. 하지만 이러한 초소수성 레이온 니트 표면은 이축방향으로 신장률을 변화시키면 초소수성 표면이 유지되지 않았고, 신장률 변화가 클수록 초소수성이 크게 저하되었다. 반면 코팅 시에만 이축방향으로 30%, 50% 신장 시켜서 처리한 시료를 신장 시키면서 측정하였을 때 접촉각은 180°, 기울기각은 8°이하의 값을 가지며 초소수성이 유지되었다. 한편, 신장 시킨 상태로 HMDSO를 증착하면 신장률 변화량이 클수록 강도와 신도는 저하되었지만, 투습성은 미처리 시료 대비 약 21%로 향상되었음을 확인하였다. 신장률 증가로 인해 마이크로구조인 기공크기가 증가하고, 나노구조 간격이 커짐에 따라 정적 접촉각이 떨어지고, 기울기각은 증가하였다. 반면에, 플라즈마 에칭시간이 길어짐에 따라 나노구조의 종횡비가 커지면서 표면의 초소수성은 향상되는 것으로 나타났다.