에너지 효율적 열에이징을 통한 폴리프로필렌 직물의 초소수화

Abstract

본 논문에서는 폴리프로필렌(PP) 직물에 산소 플라즈마 에칭 후 별도의 화합물 사용없이 단시간의 열에이징으로 소수화하는 방법으로, 인체친화적이고 에너지 효율적인 초소수성 직물을 개발하고자 하였다. 이를 위해 산소 플라즈마 에칭 후 열에이징 온도 및 시간에 따른 표면젖음성을 비교하고 에너지 소비량을 측정하여 높은 초소수성을 달성하면서도 에너지 소비량을 최소화할 수 있는 열에이징 조건을 도출하였다. 그 결과 PP 직물에 15분 산소 플라즈마 에칭 후 120 ℃에서 1시간 열에이징 시 정적접촉각 162.7±2.4°, shedding angle 5.2±0.7°, 에너지 소비량 136.4 ± 7.0Wh을 나타내어 에너지절감형 인체친화적 PP직물 개발을 위한 최적 조건으로 선정하였다. 15분 산소 플라즈마 에칭 후 120 ℃에서 24시간 열에이징 시 정적접촉각 180.0±0.0°, shedding angle 1.8 ± 0.2°, 에너지 소비량 3628.5±82.6Wh를 나타내어 가장 높은 초소수성을 달성한 최고 조건으로 선정하였다. 한편 초소수성 시료의 sliding angle을 측정한 결과, 최적 조건의 초소수성 시료는 Cassie-Wenzel transition에 의해 shedding angle이 90°이상으로 나타나 petal effect를 보였고 최고 조건에서는 sliding angle이 9.8°로 완전한 lotus effect를 보여, shedding angle과 sliding angle의 만족 조건이 상이함을 확인하였다. 또한 개발된 초소수성 가공이 직물의 수분 및 공기투과도에 크게 영향을 주지 않는 것을 확인하였으며, self-cleaning성을 나타내는 것을 확인하였다.

주요어 : 폴리프로필렌, 플라즈마 에칭, 열에이징, 소수성 회복, 초소수성, 에너지절감형 학 번 : 2018-26595

This study aims to develop superhydrophobic textile via energy-efficient thermal aging after plasma etching. For this, polypropylene fabrics which have low surface energy and high chain mobility were employed. For the specimen treated with thermal aging at 100 ° C for 24 hours after 5 minutes plasma etching, water contact angle was 151.8 ± 1.9 °, shedding angle was 6.6 ± 0.5 °, and thermal energy consumption was 2674.3 ± 30.0 Wh. On the other hand, water contact angle was 162.7 ± 2.4 °, shedding angle was 5.2 ± 0.7 °, and thermal energy consumption was 136.4 ± 7.0 Wh for the specimen treated with thermal aging at 120 ° C for 1 hour after 15minutes plasma etching (E15H120-1h). Therefore, this condition was selected as the optimum one for the development of energy-efficient polypropylene fabric. And the E15H120-24h condition was selected as the one for showing maximum superhydrophobicity, showing water contact angle as 180.0± 0.0 °, shedding angle as 1.8 ± 0.2 °. It was interesting to note that in case of E15H120-1h, the shedding angle was 5.2 °, but the sliding angle showed higher than 90 °, showing petal effect. For E15H100-24h, however, sliding angle and shedding angle were 1.8 ° and 9.8 ° respectively, showing lotus effect. These newly developed superhydrophobic polypropylene specimens showed self-cleaning ability, maintaining water-vapor transmission and air permeability of the untreated specimen.

Keywords: polypropylene, plasma etching, thermal aging, hydrophobic recovery, superhydrophobic, energy-efficient Student Number: 2018-26596