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KR101641537B1 - Surface Modification Method for Superamphiphilic Surface - Google Patents

Surface Modification Method for Superamphiphilic Surface Download PDF

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KR101641537B1
KR101641537B1 KR1020140159047A KR20140159047A KR101641537B1 KR 101641537 B1 KR101641537 B1 KR 101641537B1 KR 1020140159047 A KR1020140159047 A KR 1020140159047A KR 20140159047 A KR20140159047 A KR 20140159047A KR 101641537 B1 KR101641537 B1 KR 101641537B1
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Abstract

본 발명은 표면이 양친매성을 나타내도록 하기 위한 표면 개질 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (A) 기판 상에 나노실리카-고분자 컴포짓을 코팅하는 단계; 및 (B) (A) 단계에 의해 코팅된 기판을 플라즈마 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양친매성 표면을 위한 표면 개질 방법에 관한 것이다. More particularly, the present invention relates to a method for modifying a surface to exhibit amphiphilic properties, the method comprising: (A) coating a nanosilica-polymer composite on a substrate; And (B) subjecting the substrate coated by step (A) to plasma treatment.

Description

양친매성 표면을 위한 표면 개질 방법{Surface Modification Method for Superamphiphilic Surface}{Surface Modification Method for Superamphiphilic Surface}

본 발명은 표면이 양친매성을 나타내도록 하기 위한 표면 개질 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a surface modification method for causing a surface to exhibit amphiphilic properties.

액체에 의한 고체 표면의 젖음성은 자가세척(self-cleaning), 발수성, 스마트 섬유, 초소수성 코팅, 의료용 고분자의 감염과 같은 다양한 응용분야에서 중요한 역할을 담당하기 때문에 물질 표면의 젖음성을 조절하는 표면 개질 방법이 많은 관심을 받고 있다. 액체 방울이 고체 표면에 접촉하면, 극단적으로는 액체는 방울의 모양을 그대로 유지하거나 고체의 표면에 퍼져서 얇은 박막을 형성하며, 대개는 일부가 퍼져서 방울과 박막의 중간형태를 갖게된다. 이와 같이 액체의 방울이 고체의 표면에 접하였을 때의 특성을 젖음성이라 하며, 통상 접촉각(CA, contact angle)으로 측정되어진다. 표면과 액체의 친화력이 클수록 접촉각은 작아지며, 접촉각이 0˚이라는 것은 표면에 완전히 확산되어 박막을 형성하였음을 나타낸다. 고체 표면에서 물 (또는 기름)의 접촉각이 150˚보다 큰 경우, 표면은 각각 초소수성( 또는 초소유성)을 갖는다고 한다. 반대로 물( 또는 기름)과의 접촉각이 5˚보다 작은 경우 표면은 초친수성( 또는 초친유성)을 갖는다고 한다. Wetting of solid surfaces by liquids plays an important role in various applications such as self-cleaning, water repellency, smart fibers, super-hydrophobic coatings, and infection of medical polymers, so surface modification The method is receiving much attention. When a droplet comes into contact with a solid surface, the liquid retains the shape of the droplet in the extreme, or spreads on the surface of the solid to form a thin film, usually a part of which has an intermediate form of droplet and thin film. The wetting property of the droplet in contact with the surface of the solid is measured by the contact angle (CA). The larger the affinity between the surface and the liquid, the smaller the contact angle. The contact angle of 0 ° indicates that the thin film is completely diffused on the surface. If the contact angle of water (or oil) on the solid surface is greater than 150 °, the surface is said to have superhydrophobic (or superfine) properties, respectively. Conversely, if the contact angle with water (or oil) is less than 5 °, the surface is said to have superhydrophilic (or superficial) properties.

고체 표면의 젖음성은 표면 에너지나 기하 구조에 영향을 미치는 화학적 조성이나 구조적 거칠기에 의해 주로 결정된다(Rhiz A. 등). 표면의 자유에너지의 감소는 표면의 소수성을 증가시키며, 표면 자유에너지의 증가는 친수성을 증가시키는 것으로 알려져 있다. 또한 표면에 마이크로/나노 패턴을 도입하여 표면 거칠기를 증가시키면 소수성과 친수성의 증가에 모두 효과적이다. 따라서 이러한 성질을 이용하면 소재의 전체 특성에는 큰 영향을 미치지 않으면서도 표면 특성을 용도에 맞도록 적절히 조절할 수 있다. The wettability of solid surfaces is mainly determined by the chemical composition or structural roughness affecting the surface energy or geometry (Rhiz A. et al.). Decreasing the free energy of the surface increases the hydrophobicity of the surface, and increasing the surface free energy is known to increase the hydrophilicity. It is also effective to increase the hydrophobicity and hydrophilicity by increasing the surface roughness by introducing micro / nano pattern on the surface. Therefore, by using these properties, the surface properties can be appropriately adjusted to suit the application without greatly influencing the overall properties of the material.

고분자의 전체적인 특성에는 큰 영향을 미치지 않으면서 표면의 젖음성을 조절하기 위하여 화학 약품 처리나, 증착 또는 식각에 의한 마이크로/나노 패턴의 도입, 플라즈마 처리, UV나 레이저 처리 등 많은 표면 개질 방법들이 개발되었다. 대부분의 고분자들은 소수성으로 인하여 생의학 또는 산업 분야에서 적용에 적절하지 않기 때문에, 고분자 표면의 친수성을 증가시키는 것에 많은 연구가 이루어졌다. 등록특허 제601308호에서는 폴리이미드 표면을 플라즈마로 처리하는 것에 의해 표면에 산소를 함유하는 극성관능기가 도입되고, 표면 에칭에 의해 거칠기가 향상되는 한편 표면 자유에너지가 증가하는 것에 의해 친수성이 크게 증가됨을 보고하였다. J. Kong 등은 폴리스티렌에 실리콘 주형을 사용하여 핫 엠보싱(hot embossing) 공정에 의해 미세패턴을 형성하면 물에 대한 접촉각이 76˚에서 130˚로 크게 상승하여 소수성이 증가하며, 미세패턴이 형성된 표면을 플라즈마 처리하는 것에 의해 접촉각이 5˚ 이하로 감소하여 초친수성을 나타내게 됨을 보고하였다. 상기 특허 및 논문에서는 친유성에는 큰 변화가 없거나 별도의 언급이 없었다. Many surface modification methods such as chemical treatment, introduction of micro / nano patterns by vapor deposition or etching, plasma treatment, UV or laser treatment have been developed to control the wettability of the surface without significantly affecting the overall properties of the polymer . Much research has been done to increase the hydrophilicity of the polymer surface, since most polymers are not suitable for biomedical or industrial applications due to their hydrophobicity. Patent No. 601308 discloses that by treating a polyimide surface with a plasma, a polar functional group containing oxygen is introduced into the surface, the roughness is improved by the surface etching, and the hydrophilic property is greatly increased by the increase of the surface free energy Respectively. J. Kong et al. Have found that when a fine pattern is formed by a hot embossing process using a silicon template in polystyrene, the contact angle with water increases greatly from 76 DEG to 130 DEG to increase hydrophobicity, The contact angle is reduced to 5 deg. Or less and the superhydrophilic property is exhibited. In the above patents and papers, there is no significant change or no mention of lipophilic properties.

통상은 친수성을 나타내는 물질은 소유성을, 소수성을 나타내는 물질은 친유성을 갖는 것으로 인식되지만, 젖음성에 있어서는 친수성과 친유성 또는 소수성과 소유성을 동시에 갖도록 할 수 있다. 이중 친수성과 친유성을 동시에 나타내는 것을 양친매성(amphiphilic)이라 한다. Wang 등이 빛의 조사에 의해 TiO2 표면이 물과 기름 모두에 초젖음성을 갖는 초양친매성(super amphiphilic)으로 전환 됨을 보고한 이래, 양친매성 소재는 기능성 섬유, 냉장 캐비넷에서의 투명 디스플레이, 수영 고글, 안경렌즈 등 다양한 산업분야에의 응용가능성으로 주목을 받고 있으나 아직 많은 보고가 되어 있지는 않다. Wang 등이 보고한 TiO2는 자외선의 조사에 의해 초양친매성을 나타내지만 자외선을 끄면 다시 소수성을 회복하기 때문에 어두운 곳이나 자외선이 조사되지 않는 곳에서는 사용이 제한되며, 유연성 기판 등에 적용하고자 할 때 박막이 쉽게 갈라지는 등의 문제로 사용할 수 있는 소재에도 제한이 있다. In general, a substance exhibiting hydrophilicity is regarded as possessing lipophilicity, while a substance exhibiting hydrophobicity is regarded as having lipophilicity. However, in terms of wettability, hydrophilicity and lipophilicity or hydrophobicity and lipophobicity can be simultaneously obtained. Both hydrophilic and lipophilic are referred to as amphiphilic. Since Wang et al. Reported that light irradiation converts the surface of TiO 2 to super amphiphilic with super wettability to both water and oil, the amphipathic material has been used for functional fibers, transparent displays in refrigeration cabinets, Goggles, and spectacle lenses, but it has not been reported yet. TiO 2 reported by Wang et al. Shows super-amphipathic effect by irradiation of ultraviolet rays. However, since the hydrophobicity is restored by turning off the ultraviolet rays, the use of TiO 2 is restricted in a place where it is not exposed to the dark or ultraviolet rays. There is a limitation in the materials that can be used because of problems such as the thin film being easily cracked.

본 발명자를 포함한 Xuyan Liu 등은 은 나노입자(Ag-NPs)가 카본나노튜브(CNTs)에 부착된 Ag@CNTs 복합체에 대하여, (A) 먼저 Ag-NPs와 CNTs를 에틸 셀루로오스와 터피네올에 분산시켜 페이스트를 제조하고, (B) 상기 페이스트를 사용하여 주조 공정에 의해 실리콘 웨이퍼를 이용하여 박막을 제작한 후 (C) 박막을 250℃에서 열처리하여 유기물질을 제거한 후 (D) 유기물질이 제거된 박막을 상압플라즈마 처리하여 양친매성을 갖는 Ag@CNTs 필름을 제조할 수 있음을 게시한 바 있다. 그러나 상기 방법은 CNTs와 Ag의 성질을 이용한 것으로, 다른 소재의 물질의 표면을 개질하는 데에 폭넓게 적용할 수 있는 방법을 제시하지는 못하였다.
Xuyan Liu et al., Including the present inventors, found that silver nanoparticles (Ag-NPs) attached to carbon nanotubes (CNTs) exhibit (A) Ag-NPs and CNTs in the form of ethylcellulose (B) a thin film is formed using a silicon wafer by a casting process using the paste, (C) a thin film is subjected to heat treatment at 250 ° C to remove organic substances, and (D) CNT films having amphipathic properties can be prepared by subjecting the thin film from which the material has been removed to atmospheric plasma treatment. However, this method is based on the properties of CNTs and Ag. Therefore, this method can not be applied widely to modify the surface of materials of other materials.

등록특허 제601308호Patent No. 601308

Rhiz A. 등, Langmuir, 23, 12984??12989 (2007).Rhiz A. et al., Langmuir, 23, 12984-12989 (2007). Wang 등, Adv. Mater. 10, 135 (1998) Wang et al., Adv. Mater. 10, 135 (1998) Xuyan Liu 등, Current Applied Physics 13 S122-S126 (2013)Xuyan Liu et al., Current Applied Physics 13 S122-S126 (2013)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 간단한 방법에 의해 다양한 기판의 표면이 양친매성을 갖도록 하는 표면 개질방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to provide a method for modifying a surface of a substrate having various amphipathic properties by a simple method in order to solve the problems of the related art as described above.

또한, 본 발명은 기판의 재질이나 사용 환경에 상관없이 양친매성을 나타낼 수 있도록 하는 표면 개질방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
It is another object of the present invention to provide a surface modification method capable of exhibiting amphipathicity regardless of the material and environment of use of the substrate.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 (A) 기판 상에 나노실리카-고분자 컴포짓을 코팅하는 단계; 및 (B) (A) 단계에 의해 코팅된 기판을 플라즈마 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 양친매성 표면을 위한 표면 개질 방법에 관한 것이다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: (A) coating a nanosilica-polymer composite on a substrate; And (B) subjecting the substrate coated by step (A) to plasma treatment.

본 명세서에서 '양친매성'은 친수성과 친유성을 모두 나타냄을 의미하며, '친수성'과 '친유성'은 소재에 대한 물과 기름의 접촉각이 20˚ 이하임을 의미한다. 특히, 소재에 대한 물과 기름의 접촉각이 각각 0~5˚인 경우에는 '초친수성', '초친유성'을 나타낸다고 정의하며, 초친수성과 초친유성을 모두 갖는 경우 '초양친매성'을 갖는다고 한다.
In the present specification, 'amphipathic' means both hydrophilic and lipophilic, and 'hydrophilic' and 'lipophilic' means that the contact angle of water and oil to the material is less than 20 °. In particular, when the contact angles of water and oil to the material are 0 ° to 5 °, they are defined as 'super hydrophilic' and 'super-hydrophobic oil,' respectively. If they have both superhydrophilic and super- do.

본 발명에서 기판 상에 나노실리카-고분자 컴포짓 층을 코팅한 후 플라즈마를 처리하면, 플라즈마에 의해 저분자량 물질 및 비결정성의 유기물질이 나노실리카 입자에 비해 쉽게 에칭되는 것에 의해 표면 거칠기가 증가하는 것과 함께 나노실리카 입자가 돌출되어 형성된 층과 기판 또는 일부 에칭된 코팅층에 의해 형성된 층이 두 개의 층을 이루는 미세구조를 갖게되고, 또한 플라즈마로 인해 산소가 표면에 결합하면서 표면자유에너지가 증가함에 따라 친수성과 친유성이 모두 증가하여 양친매성을 갖게되는 것이다. 따라서 본 발명은 기판의 재질과 무관하게 표면을 양친매성으로 개질하는 데 사용될 수 있다. 즉, 고분자 수지나 유리 등에 제한되지 않고 어떠한 재질을 사용하여도 무방하다.
In the present invention, when the substrate is coated with the nano-silica-polymer composite layer and then the plasma is treated, the surface roughness is increased due to the fact that the low molecular weight material and the amorphous organic material are more easily etched than the nano silica particles by plasma The layer formed by protruding the nanosilica particles together and the layer formed by the substrate or the partially etched coating layer have a microstructure constituting two layers and the oxygen bonds to the surface due to the plasma and the hydrophilic And the lipophilicity are both increased to have amphiphilic properties. Therefore, the present invention can be used to modify the surface to be amphipathic regardless of the material of the substrate. That is, any material may be used without being limited to polymer resin or glass.

상기 나노실리카-고분자 컴포짓의 코팅은 나노실리카 입자와 고분자의 혼합물로 나노실리카 입자와 용융된 고분자 자체를 혼합하여 코팅하거나, 나노실리카 입자와 고분자를 용매에 용해시킨 후 코팅하고 용매를 건조할 수 있다. 또는 나노실리카 입자와 고분자 모노머 (필요 시 용매 포함)를 혼합하여 기판에 코팅한 후 중합하여 나노실리카-고분자 컴포짓 층이 형성되도록 할 수도 있다. 이때 나노실리카 입자와 고분자 모노머의 혼합액에는 중합를 위한 개시제나 촉매가 포함될 수 있으며, 나노실리카 입자와 고분자 모노머의 혼합액에 용매가 포함되어 있는 경우에는 중합 전 또는 후에 용매를 제거할 수 있음은 당연하다. 고분자의 중합 방법이나 촉매, 개시제 등은 널리 알려진 것으로 당업자라면 종래 기술로부터 적절하게 선택하여 사용할 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한 코팅방법 역시 나노실리카-고분자 컴포짓 또는 그 전구체의 점도 등의 특성에 따라 스핀코팅, 딥코팅, 스프레이 코팅 등 적절한 방법을 사용할 수 있으며, 코팅 방법에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다. The coating of the nanosilica-polymer composite can be performed by mixing the nanosilica particles with the polymer and mixing the nanosilica particles with the molten polymer itself or by coating the nanosilica particles and the polymer after dissolving the nanosilica particles and the polymer in the solvent, and drying the solvent . Or nano silica particles and a polymer monomer (including a solvent if necessary) are mixed and coated on a substrate, followed by polymerization to form a nano-silica-polymer composite layer. In this case, the mixed solution of the nanosilica particles and the polymeric monomer may contain an initiator or a catalyst for polymerization. When the solvent is contained in the mixture of the nanosilica particles and the polymeric monomer, it is of course possible to remove the solvent before or after the polymerization. Polymerization methods, catalysts, initiators, and the like of polymers are well-known and those skilled in the art can appropriately select and use them from the prior art, so that detailed description thereof will be omitted. In addition, the coating method may be appropriately applied, such as spin coating, dip coating, spray coating, etc., depending on the properties of the nanosilica-polymer composite or the precursor thereof, and the present invention is not limited by the coating method.

상기 나노실리카-컴포짓 층의 두께는 나노실리카가 단일층을 형성하는 범위인 것이 바람직하다. 나노실리카-고분자 컴포짓 층의 두께는 컴포짓을 구성하는 나노실리카의 입경에 따라 변화할 수 있으나 나노실리카의 입경정도인 것이 바람직하며, 나노실리카 입자는 평균 입경이 1㎛ 이하인 것이 표면층에 입자의 부착안정성을 보장하는데 유리하였다. 즉, 본 발명에 사용하는 나노실리카는 평균 입경이 5~1,000nm인 것이 바람직하였다. 나노실리카-고분자 컴포짓의 코팅층의 두께가 두꺼워 다층구조를 형성하는 경우에는 입자들과 표면과의 부착안정성이 떨어질 뿐 아니라 내부에 기포를 형성하게 되는 등의 문제가 발생할 수 있다. The thickness of the nanosilica-composite layer is preferably in the range where the nanosilica forms a single layer. The thickness of the nano silica-polymer composite layer may vary depending on the particle diameter of the nanosilica composing the composite, but it is preferable that the particle size of the nanosilica is about the same. The nanosilica particles have an average particle diameter of 1 μm or less, . That is, the nanosilica used in the present invention preferably has an average particle diameter of 5 to 1,000 nm. When the thickness of the coating layer of the nanosilica-polymer composite is too thick to form a multi-layer structure, adhesion stability between the particles and the surface may be deteriorated, and bubbles may be formed inside.

본 발명에서는 표면에 코팅된 나노실리카-고분자 컴포짓 층에서 플라즈마 처리에 의해 표면에 산소를 포함하는 극성 작용기가 도입되어 표면에너지가 증가함과 동시에 나노실리카 입자는 에칭되지 않는 반면 고분자층만이 에칭되어 표면구조가 변화하는 것에 의한 것이다. 따라서 나노실리카 입자에 의한 표면 덮힘율은 양친매성을 나타내는 데 중요한 요인이 되며, 상기 표면 덮힘율은 5~78.5% 인 것이 바람직하다. 표면 덮힘율이 5% 이하인 경우에는 표면자유에너지는 증가하지만 표면 미세구조 형성에 의한 거칠기의 증가 효과가 적다. 따라서 (초)친수성은 증가하지만 친유성에 대한 영향이 적어 양친매성을 나타내기 어렵고, 양친매성을 나타낸다 하더라도 플라즈마의 처리 시 높은 전압을 요하거나 처리시간이 너무 길어지게 된다. 표면 덮힘율이 78.5% 이상인 경우에는 다층구조를 형성하게 되어 양친매성으로의 표면개질이 곤란하다. In the present invention, the polar functional group including oxygen is introduced into the surface of the nanosilica-polymer composite layer coated on the surface by the plasma treatment to increase the surface energy, while the nanosilica particles are not etched while only the polymer layer is etched, This is due to the change in structure. Therefore, the surface covering ratio by the nano silica particles is an important factor for showing the amphipathic property, and the surface covering ratio is preferably 5 to 78.5%. When the surface coverage is less than 5%, the surface free energy is increased but the surface roughness is not increased by microstructure formation. Therefore, the (hydrophobicity) increases, but the effect on the lipophilic property is small and the amphiphilic property is hardly exhibited. Even if the amphiphilic property is exhibited, the high voltage is required for the plasma treatment or the treatment time becomes too long. When the surface coverage is 78.5% or more, a multi-layered structure is formed, which makes it difficult to modify the surface to an amphipathic surface.

나노실리카의 표면 덮힘율은 나노실리카 입자의 크기와 농도에 의해 모두 영향을 받기 때문에, 상기 표면 덮힘율을 실현할 수 있는 나노실리카-고분자 컴포짓에서의 나노실리카의 함량은 사용하는 나노실리카 입자의 크기에 따라 달라질 수 있지만, 3~20 wt%인 것이 바람직하였다. 나노실리카의 함량이 너무 많은 경우에는 표면 덮힘율에 의한 요인 이외에도 나노실리카-고분자 컴포짓의 점도가 증가하여 균일한 코팅층을 구현하기 어려웠다. Since the surface coverage of the nanosilica is affected by the size and concentration of the nanosilica particles, the content of the nanosilica in the nanosilica-polymer composite, which can realize the surface coverage, But it is preferably 3 to 20 wt%. When the content of the nanosilica is too large, the viscosity of the nanosilica-polymer composite increases in addition to the factor due to the surface coverage, and it is difficult to realize a uniform coating layer.

본 발명은 나노실리카-고분자 컴포짓 층에서 나노실리카에 비해 고분자 영역이 상대적으로 플라즈마에 의해 쉽게 에칭되는 것을 이용하는 것이므로, 상기 나노실리카-고분자 컴포짓을 구성하는 고분자의 종류에 의해 제한을 받는 것은 아니다. 하기 실시예에서는 폴리우레탄과 폴리아크릴레이트에 대한 예시만을 기재하였으나, 폴리에틸렌, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리카보네이트 역시 플라즈마 처리시간에는 차이가 있었으나 모두 나노실리카-고분자 컴포짓의 고분자로서 사용되어 양친매성을 나타내도록 하는 표면개질 방법에 유효하게 사용될 수 있었다. 여기서, 상기 고분자의 종류는 고분자 계열을 의미하는 것으로 단순히 그 자체를 의미하는 것은 아니다. 예를 들어, 폴리에틸렌은 에틸렌 유도체의 폴리머를 통칭하는 것으로 폴리에틸렌, 폴리스타이렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리프로필렌, 폴리비닐알콜(PVA)를 모두 통칭한다. 특히, 등록특허 제601308호에 기재된 것과 동일한 폴리이미드를 사용한 경우에도 나노실리카-폴리이미드 컴포짓의 형태로 코팅 후 플라즈마를 처리하면, 양친매성을 나타내도록 표면이 개질되어 친수성만이 증가한 등록특허 제601308호의 결과와는 차이가 있었다. The present invention utilizes that the polymer region is relatively easily etched by the plasma in the nano-silica-polymer composite layer compared with the nano silica, so that the present invention is not limited by the kind of the polymer constituting the nano-silica-polymer composite. Although only examples of polyurethane and polyacrylate were described in the following examples, the polyethylene, polyether, polyester, polyimide, and polycarbonate also differed in plasma treatment time, but all of them were used as polymers of nano silica- And thus can be effectively used in a surface modifying method that exhibits a high melting point. Here, the kind of the polymer means a polymer series, and does not mean simply a per se. For example, polyethylene is collectively referred to as a polymer of an ethylene derivative, and is collectively referred to as polyethylene, polystyrene, polyethylene terephthalate (PET), polyvinyl chloride (PVC), polypropylene and polyvinyl alcohol (PVA). Particularly, even when the same polyimide as that described in Japanese Patent No. 601308 is used, if the plasma is treated after coating in the form of a nanosilica-polyimide composite, the surface is modified so as to exhibit amphipathicity, There was a difference between the results.

본 발명에서의 플라즈마의 처리 조건은 나노실리카-고분자 컴포짓의 종류, 성분이나 두께에 따라 적절히 조절될 수 있으므로 특정 조건을 한정하는 것은 의미가 없으나, 통상의 플라즈마 반응기의 전력이 50~500W임을 고려하면, 10초~30분간 처리하는 것이 바람직하다. 플라즈마 반응기의 전력이 셀수록 동일한 효과를 낼 수 있도록 표면을 처리하는 데 걸리는 시간은 단축되며, 친수성과 친유성의 증가는 플라즈마 처리 시간 및 처리 전력의 세기에 비례하였다. 따라서 플라즈마의 전력과 처리시간을 조절하는 것에 의해 원하는 범위의 친수성과 친유성을 갖도록 표면을 개질하는 것이 가능하였다. 특히, 실리카의 함량이 상기 지정된 범위 이내이고, 플라즈마의 처리 시간이나 세기가 충분하다면 본 발명의 표면 개질방법에 의해 기판의 표면은 극성을 갖는 물과, 비극성인 디아이오도메탄에 대한 접촉각이 모두 5˚이하로 되어 초양친매성을 나타내었다.Since the treatment conditions of the plasma in the present invention can be appropriately adjusted depending on the type, composition and thickness of the nanosilica-polymer composite, it is not meaningful to limit the specific conditions, but considering that the power of a conventional plasma reactor is 50 to 500 W , For 10 seconds to 30 minutes. As the power of the plasma reactor increases, the time required to treat the surface is reduced so that the same effect can be obtained. The increase in hydrophilicity and lipophilicity is proportional to the plasma processing time and the processing power. Therefore, it was possible to modify the surface to have a desired range of hydrophilicity and lipophilicity by controlling the electric power of the plasma and the treatment time. In particular, if the content of silica is within the above specified range and the treatment time or intensity of the plasma is sufficient, the surface of the substrate can be polished by the surface modification method of the present invention in such a manner that the contact angle with respect to the polar water and the nonpolar diiodomethane is 5 Deg.], Indicating a second amphipathic state.

이때, 플라즈마의 처리는 산소분위기에서 이루어지는 것이 바람직하였다. 본 발명에서 '산소분위기'라 함은 플라즈마 반응기 내에 산소가 존재함을 나타내는 것으로 주입가스로서 산소를 주입하는 것 뿐 아니라, 별도로 산소를 주입하지 않더라도 반응기 내에 존재하던 대기 중 산소로도 충분하다. 산소분위기에서 소재의 표면은 케톤, 카복시 및 퍼옥사이드기를 포함한 친수성 산소가 도입되어 친수성을 나타내게 된다. At this time, the treatment of the plasma is preferably performed in an oxygen atmosphere. In the present invention, 'oxygen atmosphere' means that oxygen is present in the plasma reactor. It is sufficient not only to inject oxygen as an injection gas but also to oxygen in the atmosphere existing in the reactor even if oxygen is not separately injected. In the oxygen atmosphere, hydrophilic oxygen including ketone, carboxy and peroxide groups is introduced on the surface of the material to exhibit hydrophilicity.

본 발명에서 사용되는 플라즈마 장치는 상용의 어떤 장치를 사용하여도 무관하나 경제성과 편의성, 공정의 안정성을 고려하면 상압플라즈마 장치인 것이 바람직하다. 그러나 상압 이외에도 10-8~1000 torr에서 작동하는 모든 압력범위의 플라즈마 장치에 의해서도 동일한 효과를 얻을 수 있음은 당연하며, 이들을 제외하는 것은 아니다.
The plasma apparatus used in the present invention may be any commercially available apparatus, but it is preferably an atmospheric pressure plasma apparatus in view of economical efficiency, convenience, and process stability. It should be understood, however, that the same effect can be obtained by plasma apparatuses of all pressure ranges operating at 10 -8 to 1000 torr in addition to atmospheric pressure.

본 발명은 또한 상기 방법에 의해 표면개질된 양친매성 소재에 관한 것이다. 양친매성 소재는 땀과 분비물의 흡수가 뛰어나므로 기능성 섬유로 활용될 수 있으며, 수영 고글이나 안경렌즈, 자동차의 사이드미러에 유용하게 적용할 수 있다. 또한, 소재의 코팅력과 접착력이 우수하므로 태양전지나 투명 디스플레이 등의 전자 기기에도 활용도가 높다. 투명하고 유연한 성질을 갖는 고분자 필름은 OLED의 터치 스크린과 같은 투명 전극의 기판으로 널리 사용되지만, 전도성 코팅층과의 접착력과 코팅능이 낮다는 문제가 있다. 또한 전도성 코팅층이 균일하게 형성되지 않는 경우 신뢰성 및 효율성이 크게 저하되므로 전도성 코팅층을 균일하게 코팅할 수 있는 것이 중요하다. 본 발명의 방법에 의해 표면개질된 소재는 표면개질되지 않은 소재와 비교하였을 때 투명전극의 제작 시 투명도는 물론 면저항이 낮아 유연 재질의 투명전극에 유용하게 이용될 수 있음을 확인할 수 있었다. 상기 양친매성 소재는 극성물질과 비극성물질 모두에 대해 접촉각이 5˚ 이하인 초젖음성을 갖는 경우 특히 유용성이 배가될 수 있다.The present invention also relates to an amphipathic material surface-modified by the method. The amphipathic material is excellent in absorption of sweat and secretions, so it can be used as a functional fiber, and can be applied to swimming goggles, eyeglass lenses, and side mirrors of automobiles. In addition, it has high coating strength and adhesive force of materials, so it is highly applicable to electronic devices such as solar cells and transparent displays. Polymer films having transparency and flexibility properties are widely used as substrates for transparent electrodes such as OLED touch screens, but have a problem of low adhesion and coating ability to the conductive coating layer. In addition, when the conductive coating layer is not uniformly formed, it is important that the conductive coating layer can be uniformly coated because the reliability and efficiency are greatly reduced. It was confirmed that the surface modified material by the method of the present invention is useful for a transparent electrode of a flexible material because the surface resistance is low as well as transparency when the transparent electrode is manufactured. The amphipathic material may be particularly useful when it has an ultra-wettability with a contact angle of 5 DEG or less for both polar and non-polar materials.

이상과 같이 본 발명에 의하면 간단한 방법에 의해 표면자유에너지를 증가시키는 것과 동시에 표면에 미세구조를 형성하여 표면 거칠기를 증가시키는 것에 의해 기판의 표면이 양친매성을 갖도록 표면을 개질할 수 있으므로, 양친매성 소재의 제조에 효율적으로 이용될 수 있다.As described above, according to the present invention, by increasing the surface free energy by a simple method and by forming a fine structure on the surface to increase the surface roughness, the surface of the substrate can be modified to have amphiphilic property, And can be efficiently used for manufacturing materials.

또한 본 발명은 상압플라즈마 장치를 사용하는 것에 의해 보다 경제적이고 편리하게 소재의 표면이 양친매성을 갖도록 표면을 개질할 수 있다.Further, by using the atmospheric pressure plasma apparatus, the surface of the workpiece can be modified more economically and conveniently so that the surface of the workpiece has amphiphilic property.

특히 본 발명에 의해 표면 개질된 소재는 종래의 TiO2와는 달리 양친매성을 나타내기 위해 빛을 요하지 않고, 기판의 재질에 무관하게 표면을 개질할 수 있어 그 적용범위가 제한되지 않아 더욱 유용하게 사용될 수 있다.In particular, unlike conventional TiO 2 , the surface-modified material according to the present invention does not require light in order to exhibit amphipathic properties, and the surface can be modified irrespective of the material of the substrate, .

본 발명에 의해 표면개질된 양친매성 소재는 기능성 섬유, 투명전극, 안경 등 다양한 산업 분야에 적용이 가능하다.
The amphiphilic material surface-modified by the present invention can be applied to various industrial fields such as functional fibers, transparent electrodes, glasses, and the like.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의해 표면처리한 소재와 비교예 소재의 FESEM 이미지 및 플라즈마 처리시간에 따른 접촉각 및 표면에너지의 변화를 보여주는 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의해 표면처리한 소재의 XPS 분석 결과를 보여주는 스펙트럼 및 그래프.
도 3은 플라즈마 표면 처리 전 후의 소재의 표면 특성을 보여주는 FESEM 이미지 및 AFM 이미지.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의해 표면처리된 소재의 플라즈마 처리 시간에 따른 접촉각과 표면자유에너지의 변화를 보여주는 그래프 및 FESEM 이미지 사진.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서 컴포짓 층의 나노실리카 함량에 따른 접촉각과 표면자유에너지의 변화를 보여주는 그래프 및 FESEM 이미지 사진.
도 6은 나노실리카 입자의 표면 덮힘율 계산을 위한 이미지 변환 예.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 소재에 대한 전도성 페이스트의 코팅력과 투명전극의 전극특성을 보여주는 이미지와 그래프.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a graph showing changes in contact angle and surface energy according to an FESEM image of a surface material treated by an embodiment of the present invention and a material of a comparative example, and a plasma treatment time.
FIG. 2 is a spectrum and a graph showing XPS analysis results of a surface-treated material according to an embodiment of the present invention. FIG.
Fig. 3 is an FESEM image and AFM image showing the surface characteristics of the material before and after the plasma surface treatment.
FIG. 4 is a graph and FESEM image showing the change of the contact angle and surface free energy according to the plasma treatment time of the surface-treated material according to one embodiment of the present invention. FIG.
5 is a graph and FESEM image showing the change of contact angle and surface free energy according to the content of nano silica in the composite layer in one embodiment of the present invention.
6 is an image conversion example for calculation of the surface coverage of nano silica particles.
FIG. 7 is an image showing a coating force of a conductive paste and an electrode characteristic of a transparent electrode according to an embodiment of the present invention. FIG.

이하 첨부된 실시예를 들어 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이러한 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, these embodiments are merely examples for explaining the content and scope of the technical idea of the present invention, and thus the technical scope of the present invention is not limited or changed. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the technical idea of the present invention based on these examples.

실시예 Example

실시예 1 : 나노실리카-고분자 컴포짓이 코팅된 소재의 제조Example 1: Preparation of nanosilica-polymer composite coated material

고형분 30%를 함유한 아크릴 기반 폴리우레탄 용액(PU340, Worldtex Specialty Chemical)에 폴리우레탄에 대한 중량비가 0~20 wt%가 되도록 나노실리카(Aerosil R972, Degussa Huls)를 첨가하고 60℃에서 1시간 동안 교반하여 나노실리카-폴리우레탄 컴포짓 용액을 제조하였다. 폴리우레탄 용액 내 용매는 톨루엔/이소프로판올/에틸아세테이트의 부피비가 6:3:1로 구성된다. 사용된 나노실리카의 평균 직경은 약 16 nm 였다.Nano silica (Aerosil R972, Degussa Huls) was added to an acryl-based polyurethane solution (PU340, Worldtex Specialty Chemical) containing 30% solids so that the weight ratio to polyurethane was 0 to 20 wt% Followed by stirring to prepare a nanosilica-polyurethane composite solution. The solvent in the polyurethane solution is composed of toluene / isopropanol / ethyl acetate in a volume ratio of 6: 3: 1. The average diameter of the nanosilica used was about 16 nm.

상기 방법에 의해 제조된 나노실리카-고분자 컴포짓의 분산액 1g을 Rod Mayer 기술(wire-would rod, bar #3)을 사용하여 PET 필름 상에 6.86 ㎛ 습도막 두께로 코팅하고, 25℃에서 24시간 건조하여 나노실리카-고분자 컴포짓 층이 형성되도록 하였다.
1 g of the nanosilica-polymer composite dispersion prepared by the above method was coated on a PET film with a film thickness of 6.86 쨉 m using a rod-will rod (bar # 3) technology and dried at 25 캜 for 24 hours To form a nano-silica-polymer composite layer.

실시예 2 : 소재의 플라즈마 처리Example 2: Plasma treatment of material

제조예 : 나노실리카-고분자 컴포짓 코팅층을 갖는 소재의 플라즈마 처리 Manufacturing Example: Plasma treatment of materials with nano-silica-polymer composite coating layer

실시예 1에서 제조된 소재를 3cm×3cm 크기로 자른 후 상압 플라즈마로 처리하였다. 상압 플라즈마 처리는 주파수 13.56 MHz에서 발생하는 AC 플라즈마(ATMOS, 창조엔지니어링)를 사용하였으며, 플라즈마 전력은 100W, 시료 홀더의 이동 속도는 20mm/min, 전극과 시료 홀더의 간격은 3mm로 각각 고정하였다. Ar을 5lpm, O2를 6sccm의 속도로 흘려주며 혼합하여 주입 가스로 사용하였다.
The material prepared in Example 1 was cut into a size of 3 cm x 3 cm and then treated with atmospheric plasma. AC plasma (ATMOS, creative engineering) generated at a frequency of 13.56 MHz was used as the atmospheric plasma treatment, and the plasma power was fixed to 100 W, the moving speed of the sample holder was 20 mm / min, and the gap between the electrode and the sample holder was 3 mm. Ar was mixed at a flow rate of 5 lpm and O 2 at a flow rate of 6 sccm, and mixed to be used as an injection gas.

비교예 : 고분자 코팅층만이 형성된 소재의 플라즈마 처리 Comparative Example: Plasma treatment of a material formed only with a polymer coating layer

나노실리카의 함량을 0%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 고분자 층을 코팅한 소재에 대하여도 동일한 방법에 의해 플라즈마를 처리하였다.
Plasma was treated in the same manner for the material coated with the polymer layer by the same method as in Example 1, except that the content of the nano-silica was 0%.

실시예 3 : 소재의 접촉각 측정Example 3: Measurement of contact angle of material

실시예 2에서 플라즈마 처리된 소재에 대하여 drop shape analyzer(Krㆌss DSA 100, 독일)을 사용하여 접촉각을 측정하였다. 증류수(DW)와 디아이오도메탄(DI)를 극성과 비극성 프로브로 사용하였다. 각 실험은 5회 반복하였으며, 평균값을 시료의 접촉각으로 사용하였다. The contact angle of the plasma-treated material in Example 2 was measured using a drop shape analyzer (Krans DSA 100, Germany). Distilled water (DW) and diiodomethane (DI) were used as polar and nonpolar probes. Each experiment was repeated 5 times and the average value was used as the contact angle of the sample.

도 1의 a와 b는 각각 900초간 플라즈마 처리한 제조예(나노실리카(5 wt%)-폴리우레탄 컴포짓의 코팅층이 형성된 PET 소재)와 비교예의 PET 소재의 FESEM(JSM-7000F, JEOL) 이미지이며, c는 플라즈마 처리시간에 따른 제조예의 접촉각 및 표면에너지의 변화를 보여주는 그래프이다. 1 (a) and 1 (b) are images of FESEM (JSM-7000F, JEOL) of the production example (nanosilica (5 wt%) -Polyurethane composite coating formed PET layer) , and c is a graph showing changes in the contact angle and surface energy of the production example according to the plasma treatment time.

제조예의 PET 필름은 플라즈마를 처리하기 전에는 DW와 DI에 대한 접촉각이 각각 90˚와 52.2˚였으나, 플라즈마 처리 시간이 경과함에 따라 각 접촉각이 점차 감소하여 720초 후에는 DW와 DI 모두에 대한 접촉각이 0˚로 극성물질과 비극성물질 모두에 대해 초젖음성을 나타내게 되었다(도 1의 c 참조). The contact angles of DW and DI before the plasma treatment were 90 ° and 52.2 °, respectively. However, after the plasma treatment, the contact angle gradually decreased with the elapse of the plasma treatment time, and after 720 seconds, 0 < / RTI > to exhibit ultra wettability for both polar and non-polar materials (see Fig. 1c).

반면 비교예의 PET 필름은 제조예와 동일하게 900초간 플라즈마를 처리한 경우 DW에 대한 접촉각은 68˚에서 0˚로 감소하여 초친수성을 나타내었으나, DI의 접촉각은 27˚로 플라즈마 처리 전인 34.1˚에 비해 약간 감소하였을 뿐 초친유성을 나타내지는 않았다.On the contrary, in the comparative PET film, when the plasma was treated for 900 seconds, the contact angle for DW decreased from 68 ° to 0 °, and the contact angle of DI was 27 °, which was 34.1 ° before the plasma treatment But it did not show the superficial meteors.

실시예 4 : 표면의 화학적 특성 분석Example 4: Chemical characterization of the surface

플라즈마 처리에 의한 소재 표면의 화학적 성분 변화를 XPS(VG Micro Tech Co.)로 관측하였다. 챔버 내의 압력은 10-9 Torr를 유지하였으며, 표면 분석 면적은 1mm×1mm, 광전자의 takeoff angle은 45˚였다. 데이터의 분석과 정량화는 XPSPEAK 4.1 소프트웨어를 사용하여 실시하였다. Changes in the chemical composition of the material surface by plasma treatment were observed with XPS (VG Micro Tech Co.). The pressure in the chamber was maintained at 10 -9 Torr, the surface area of analysis was 1 mm x 1 mm, and the takeoff angle of the photoelectron was 45 °. Data analysis and quantification were performed using XPSPEAK 4.1 software.

도 2는 제조예(나노실리카-폴리우레탄 컴포짓의 코팅층이 형성된 PET 소재)의 XPS 분석 결과로, a는 XPS 스펙트럼을, b는 XPSPEAK 4.1 소프트웨어로 분석한 결과를 보여준다. 도 2에서 플라즈마 처리 전 제조예는 O 1s, C 1s와 폴리우레탄 유래의 N 1s 피크를 보여주며, 플라즈마 처리 시간이 경과함에 따라 N1s 피크가 감소하고, Si 2s 및 Si 2p가 새롭게 관측되었다. 이는 플라즈마 처리에 의해 코팅층 중 폴리우레탄 부분은 에칭되고, 단단한 실리카 나노입자가 표면에 남기 때문이라 사료된다. Fig. 2 shows the results of XPS analysis of the production example (a PET material in which a coating layer of a nano-silica-polyurethane composite was formed), a shows the XPS spectrum and b shows the XPSPEAK 4.1 software. In FIG. 2, the production examples before plasma treatment show O 1s, C 1s and N 1s peaks derived from polyurethane. As the plasma treatment time elapses, N 1s peaks decrease and Si 2s and Si 2p are newly observed. This is presumably because the polyurethane portion of the coating layer is etched by the plasma treatment and the hard silica nanoparticles remain on the surface.

또한 XPS 스펙트럼에서는 플라즈마의 처리에 의해 C 1s 피크에 대한 O 1s 피크의 강도가 크게 증가함을 나타내었다. 즉, 플라즈마 처리 전에는 C 1s에 대한 O 1s 피크 면적의 비율이 36%였으나, 30초 플라즈마 처리 후에는 46.1%, 900초 처리 후에는 77%로 크게 증가하였다. 이는 산소가 필름의 표면에 도입된 것을 나타내며, 친수성의 증가에 중요한 역할을 할 것이라 판단된다. O 1s 피크는 531.7eV의 C-O* 피크와 533.1eV의 케톤이나 퍼옥사이드기의 C=O*에 의한 피크로 구성되는데, 도 2의 b에서 볼 수 있듯이 플라즈마의 처리에 의해 C-O*의 비율은 감소하고, C=O*의 비율이 증가하게 된다. 이는 표면의 플라즈마 처리에 의해 케톤, 카복시 및 퍼옥사이드기를 포함한 친수성 산소가 증가하고, 고분자 사슬 내에 존재하는 에스테르의 C-O 결합이 감소하는 것으로 해석될 수 있다. In the XPS spectrum, the intensity of the O 1s peak for the C 1s peak was greatly increased by the plasma treatment. That is, before the plasma treatment, the ratio of O 1s peak area to C 1s was 36%, but increased to 46.1% after 30 sec plasma treatment and 77% after 900 sec treatment. This indicates that oxygen is introduced on the surface of the film, and it is considered that it plays an important role in increasing the hydrophilicity. The O 1s peak is composed of a CO * peak at 531.7 eV and a peak due to C = O * of a ketone or peroxide group at 533.1 eV. As shown in FIG. 2 b, the ratio of CO * , And the ratio of C = O * increases. It can be interpreted that the plasma treatment of the surface increases hydrophilic oxygen including ketone, carboxy and peroxide groups and decreases the C-O bond of the ester present in the polymer chain.

이로부터 플라즈마의 처리는 친수성의 관능기를 증가시키는 것에 의해 표면의 친수성을 증가시킴을 알 수 있었다.
From this, it can be seen that the treatment of the plasma increases the hydrophilicity of the surface by increasing the hydrophilic functional group.

실시예 5 : 표면의 물리적 특성 분석Example 5: Physical property analysis of the surface

플라즈마 처리 전 후의 표면 특성을 FESEM 및 AFM(Atomic Force Microscope, Pork Science Instruments)으로 관측하고, 그 결과를 도 3에 도시하였다. 도 3의 a와 b는 플라즈마 처리 전, 도 3의 c와 d는 플라즈마 처리 후의 FESEM 이미지 및 AFM 이미지를 각각 나타낸다.The surface characteristics before and after the plasma treatment were observed by FESEM and AFM (Atomic Force Microscope, Pork Science Instruments), and the results are shown in FIG. 3 (a) and 3 (b) show the FESEM image and AFM image after the plasma treatment, and c and d in FIG. 3 respectively show the FESEM image and the AFM image after the plasma treatment, respectively.

플라즈마 처리 전에는 실리카 나노입자의 일부만이 표면에 돌출되어 있으며, AFM으로부터 측정한 표면거칠기는 8.3nm였다. 플라즈마 처리에 의해 저분자량의 오염물이나 아모포스 상의 유기물(고분자) 영역은 플라즈마에 의해 쉽게 제거되는 반면 실리가 나노 입자는 상대적으로 안정하여 표면에 많이 잔류하게 됨에 따라 900초간 플라즈마 처리한 제조예의 시료에서는 표면거칠기가 16.4nm로 크게 증가하였다. 900초간 플라즈마 처리한 제조예의 시료의 FESEM 이미지(도 3의 c)는 시료 표면이 두 개의 층으로 이루어져 있음을 보여준다. 하나는 완만한 거칠기를 갖는 아래의 표면층으로 PET 필름 기판에 해당하며, 나노실리카 입자들의 응집에 의해 형성된 나노클러스터가 위의 층을 형성한다. 이는 도 1의 b에 도시된 비교예의 FESEM 이미지와 대조되는 구조로, 상기의 구조가 제조예의 소재가 DW 및 DI 모두에 대해 초젖음성을 나타내는 원인이 됨을 확인할 수 있다.
Before the plasma treatment, only a part of the silica nanoparticles protruded on the surface, and the surface roughness measured by AFM was 8.3 nm. As a result of the plasma treatment, low-molecular-weight contaminants and organic (polymer) regions on the amorphous phase are easily removed by plasma, whereas silylated nanoparticles are relatively stable and remain on the surface to a large extent. The surface roughness increased greatly to 16.4 nm. The FESEM image (Fig. 3 (c)) of the sample of the production example plasma treated for 900 seconds shows that the sample surface consists of two layers. One of them is a lower surface layer with a gentle roughness, which corresponds to a PET film substrate, and nanoclusters formed by agglomeration of nanosilica particles form the upper layer. This is a structure contrasted with the FESEM image of the comparative example shown in FIG. 1 (b), and it can be confirmed that the above structure causes the material of the manufacturing example to exhibit ultra wettability for both DW and DI.

실시예 6 : 나노실리카 입자 간격에 따른 초젖음성의 영향 관측Example 6: Observation of effect of super wettability on the spacing of nanosilica particles

유리기판 상에 나노실리카-PMMA(Poly(methyl methacrylate)) 컴포짓의 코팅층을 형성시킨 소재를 제조하였다. 보다 구체적으로는, 10 g의 PMMA(Aldrich, USA)를 100g의 anisole(Aldrich, USA)에 녹이고, 이 혼합용액에 나노실리카를 첨가하고 초음파로 균일하게 분산시켰다. 조제된 균일 분산용액은 유리기판 상에서 spin coating 의 방법으로 1000 rpm에서 20초, 2000rpm에서 30초동안 코팅하고, 50℃에서 1시간 동안 잔여용매를 제거하였다. 형성된 코팅층의 두께는 스핀코팅 각속도에 따라서 10~50 nm의 값을 나타내었다.And a coating layer of nano-silica-PMMA (poly (methyl methacrylate)) composite was formed on a glass substrate. More specifically, 10 g of PMMA (Aldrich, USA) was dissolved in 100 g of anisole (Aldrich, USA). Nano silica was added to the mixed solution and dispersed uniformly by ultrasonication. The prepared uniform dispersion solution was coated on a glass substrate by spin coating at 1000 rpm for 20 seconds and 2000 rpm for 30 seconds, and the remaining solvent was removed at 50 ° C for 1 hour. The thickness of the formed coating layer was 10 ~ 50 nm according to the spin coating angular velocity.

이때, 컴포짓 중 PMMA에 대한 나노실리카의 중량비가 0.1~20 wt%가 되도록 코팅 조성물 중 나노실리카의 함량을 조절하였다. 제조된 소재는 실시예 2의 방법에 따라 플라즈마를 조사한 후 FESEM 이미지 및 접촉각을 관측하고 그 결과를 도 4 및 도 5에 도시하였다.At this time, the content of the nanosilica in the coating composition was adjusted so that the weight ratio of the nanosilica to the PMMA in the composite was 0.1 to 20 wt%. The prepared material was irradiated with plasma according to the method of Example 2, and the FESEM image and the contact angle were observed, and the results are shown in Figs. 4 and 5. Fig.

도 4는 5 wt% 나노실리카를 함유하는 컴포짓 층을 갖는 소재의 플라즈마 처리 시간에 따른 접촉각과 표면자유에너지의 변화를 보여주는 그래프 및 FESEM 이미지 사진이다. 도 4에서 플라즈마 처리 시간이 경과함에 따라 표면자유에너지와 표면 거칠기가 증가하며, 접촉각은 감소하여 500초간 플라즈마를 처리하였을 때 DW와 DI에 대한 접촉각이 모두 0˚이 되어 극성용매와 비극성용매 모두에 초젖음성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.FIG. 4 is a graph and FESEM image showing changes in contact angle and surface free energy with plasma treatment time for a composite layer containing 5 wt% nano-silica. 4, the surface free energy and the surface roughness were increased with the elapse of the plasma treatment time, and the contact angle was decreased. When the plasma was treated for 500 seconds, the contact angle with respect to both DW and DI was 0 °, It can be confirmed that it shows an ultra wettability.

도 5는 360초간 플라즈마를 처리한 시료에서 나노실리카 함량에 따른 접촉각과 표면자유에너지의 변화를 보여주는 그래프 및 FESEM 이미지 사진이다. 나노실리카의 함량이 증가함에 따라 접촉각이 빠르게 감소하여, 표면 구조가 젖음성에 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.
FIG. 5 is a graph and FESEM image showing changes in contact angle and surface free energy according to the content of nano-silica in a plasma treated sample for 360 seconds. As the content of nano silica increases, the contact angle decreases rapidly, and the surface structure affects the wettability.

전체 표면 단면적에서 나노실리카 입자의 표면 단면적이 차지하는 비율을 나노실리카의 표면 덮힘율(Φs)로 정의하고, 양친매성을 나타내는 구간의 표면 덮힘율을 계산하였다. 표면 덮힘율 계산을 위하여 먼저 표 4의 시간에 따른 접촉각 그래프로부터 고분자인 PMMA가 충분히 에칭될 수 있는 시간을 500초로 확인한 후, 상기 방법에 의해 제조한 나노실리카-PMMA(Poly(methyl methacrylate)) 컴포짓의 코팅층을 형성시킨 소재들을 500초간 플라즈마로 처리하였다. 처리된 시료의 고해상도 SEM 이미지를 ImageJ 소프트웨어를 사용하여 바이너리 흑백이미지로 변환하였다. 고해상도를 유지함과 동시에 오차를 최소화할 수 있도록 하기 위하여 반복 시험에 의해 50,000배의 이미지를 선택하여 사용하였다. 도 6은 고해상 SEM 이미지와 이를 변환한 이미지의 예시로, 변환된 이미지에서 검은색이 나노실리카 입자를 나타낸다. 전체 면적 중 검은색이 차지하는 면적을 계산하여 표면 덮힘율을 산출하였으며, 5~78.5%의 표면 덮힘율에서 양친매성의 구현이 가능하였다.
The ratio of the surface cross-sectional area of the nanosilica particles in the total surface cross-sectional area was defined as the surface coverage (? S) of the nanosilica, and the surface coverage of the section showing the amphipathicity was calculated. For the calculation of the surface coverability, first, the time required for PMMA as a polymer to be sufficiently etched was found to be 500 seconds from the contact angle graph according to time in Table 4, and then the poly (methyl methacrylate) composite Were coated with plasma for 500 seconds. A high resolution SEM image of the treated sample was converted to a binary monochrome image using ImageJ software. In order to maintain the high resolution and to minimize the error, a 50,000 times image was selected by repeated test. FIG. 6 is an illustration of a high resolution SEM image and an image transformed therefrom, showing black colored nanosilica particles in the converted image. The surface coverability was calculated by calculating the area occupied by the black color of the entire area. The amphipathic effect was achieved at the surface coverage of 5 ~ 78.5%.

실시예 7 : 고효율 투명전극에의 응용Example 7: Application to high efficiency transparent electrode

실시예 2에 의해 처리된 제조예의 PET 필름(나노실리카-폴리우레탄 컴포짓의 코팅층이 형성된 PET 소재)을 사용하여, 투명전극에서 도전성 폴리머인 PEDOT:PSS( Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)) 전도성 페이스트를 PET 표면에 균일하고 강한 접착력으로 코팅하는 데 본 발명의 표면개질 방법이 유용한 지 접착일(work of adhesion)을 계산하여 확인하였다. 접착일은 다음 수식에 의해 계산하였다.Poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (3,4-ethylenedioxythiophene) conductive polymer PEDOT: PSS was used as a transparent electrode in the production example PET film styrenesulfonate)) conductive paste onto the PET surface with a uniform and strong adhesive force, the work-of-adhesion of the surface modification method of the present invention was ascertained. The bonding work was calculated by the following formula.

Figure 112014110005006-pat00001
Figure 112014110005006-pat00001

상기 수식에서, γ는 표면자유에너지를 나타내며, 아래 첨자 S1은 PET를 S2는 전도성 페이스트를 나타낸다. γD와 γP는 각각 표면자유에너지의 분산기여도와 극성기여도를 의미하며 DW 및 DI와의 접촉각으로부터 Owens-Wendt 수식에 의해 계산할 수 있다. In the above equation,? Represents the surface free energy, and the subscript S 1 represents PET and S 2 represents a conductive paste. γ D and γ P mean the dispersion contribution and the polarity contribution of the surface free energy, respectively, and can be calculated from the contact angle with DW and DI by the Owens-Wendt equation.

도 7의 a는 계산된 접착일의 변화를 플라즈마 처리시간에 따라 도시한 그래프이와 전도성 페이스트의 코팅력을 보여주는 FESEM 이미지이다. 도 7에서 플라즈마 처리에 의해 접촉일이 크게 증가하는 것을 볼 수 있는데, 30초의 짧은 기간동안 처리한 경우에도 93.74mN/m에서 107.95mN/m로 15% 이상 증가하였으며 이후 플라즈마 처리시간이 길어짐에 따라 접촉일 역시 증가하는 경향을 나타내었으나 600초 이상 처리한 경우에는 더 이상의 큰 차이가 없었다.7 (a) is a graph showing a change in the calculated bonding work in accordance with the plasma treatment time and a FESEM image showing the coating power of the conductive paste. In FIG. 7, it can be seen that the contact time is greatly increased by the plasma treatment. Even when treated for a short period of 30 seconds, it increased by more than 15% from 93.74 mN / m to 107.95 mN / m. The contact days also showed a tendency to increase, but there was no big difference when treated for more than 600 seconds.

투명 전극의 기판으로서의 응용가능성을 실험적으로 확인하기 위하여, 제조예의 PET 필름에 PEDOT:PSS 전도성 페이스트(Baytron HC grade, solid content 1.4 wt. % in water)를 코팅하고 면저항 및 투명도를 측정하였다. 보다 상세하게는 플라즈마 처리시간을 달리한 제조예의 PET 필름 각각에 5 중량%의 에틸렌글리콜(EG)과 5wt%의 DMSO, PEDOT:PSS 전도성 페이스트의 혼합물을 PET 필름 상에 바코팅 방법(bar No.10) 또는 doctor blade machine(CKAF-1006D, C.K Trading Co,)을 이용하여 코팅하고 이를 120 'C에서 5분 동안 건조하여 투명전극을 제작하였다. UV-VIS 스펙트로메터(Perkin-Elmer Lambda 25 spectrometer)을 사용하여 JIS K 7105 방법으로 평균 투과율로 투명도를 측정하고 4 point probe method (SONICS vibra cell) 로 면저항을 측정하여 도 7의 b에 도시하였다. PEDOT: PSS conductive paste (Baytron HC grade, solid content: 1.4 wt.% In water) was coated on the PET film of the production example and the sheet resistance and transparency were measured in order to experimentally confirm the applicability of the transparent electrode as the substrate. More specifically, a mixture of 5% by weight of ethylene glycol (EG) and 5% by weight of DMSO and PEDOT: PSS conductive paste was added to each PET film of the production example having different plasma treatment times on a PET film Coated using a bar coating machine (bar No.10) or a doctor blade machine (CKAF-1006D, CK Trading Co.), and dried at 120 ° C for 5 minutes to prepare a transparent electrode. Transparency was measured with an average transmittance using JIS K 7105 method using a UV-VIS spectrometer (Perkin-Elmer Lambda 25 spectrometer), and the sheet resistance was measured with a 4 point probe method (SONICS vibra cell).

도 7의 b에서 본 발명의 방법에 의해 표면개질된 PET 필름을 사용한 투명전극은 투명도가 크게 향상되어 전도성 페이스트가 균일하게 코팅된 것을 확인할 수 있으며, 면저항 역시 유의적으로 감소하여 적극 특성이 향상된 것을 알 수 있다.In FIG. 7 (b), the transparency of the transparent electrode using the surface-modified PET film by the method of the present invention was remarkably improved to confirm that the conductive paste was uniformly coated, and the sheet resistance was also significantly decreased, Able to know.

Claims (11)

(A) 기판 상에 나노실리카-고분자 컴포짓을 코팅하는 단계; 및
(B) (A) 단계에 의해 코팅된 기판을 플라즈마 처리하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 양친매성 표면을 위한 표면 개질 방법.
(A) coating a nanosilica-polymer composite on a substrate; And
(B) plasma processing the substrate coated by step (A);
≪ / RTI > The method of claim 1, wherein the surface modification method comprises the steps of:
제 1 항에 있어서,
나노실리카-고분자 컴포짓 코팅층에서 나노실리카 입자에 의한 표면 덮힘율은 5~78.5%인 것을 특징으로 하는 양친매성 표면을 위한 표면 개질 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the surface coverage of the nanosilica-polymer composite coating layer is from 5 to 78.5%.
제 2 항에 있어서,
상기 나노실리카의 평균 입경이 5~1,000 nm인 것을 특징으로 하는 양친매성 표면을 위한 표면 개질 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the nanosilica has an average particle size of 5 to 1,000 nm.
제 1 항에 있어서,
상기 나노실리카-고분자 컴포짓에서 나노실리카의 함량은 3~20 wt%인 것을 특징으로 하는 양친매성 표면을 위한 표면 개질 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the content of the nano-silica in the nano-silica-polymer composite is 3 to 20 wt%.
제 1 항에 있어서,
상기 고분자는 폴리에틸렌, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 또는 둘 이상인 것을 특징으로 하는 양친매성 표면을 위한 표면 개질 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer is one or more selected from the group consisting of polyethylene, polyether, polyester, polyimide, polyurethane, polyacrylate, and polycarbonate.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양친매성은 극성을 갖는 물과, 비극성인 디아이오도메탄에 대한 접촉각이 모두 0~5˚인 초양친매성인 것을 특징으로 하는 양친매성 표면을 위한 표면 개질 방법.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein said amphipathic is water having polarity and a sec-ampholytic surfactant having a contact angle to non-polar diiodomethane of from 0 to 5 degrees.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마 처리는 산소분위기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 양친매성 표면을 위한 표면 개질 방법.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
Wherein the plasma treatment is performed in an oxygen atmosphere.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 플라즈마는 상압 플라즈마인 것을 특징으로 하는 양친매성 표면을 위한 표면 개질 방법.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
RTI ID = 0.0 > 1, < / RTI > wherein the plasma is an atmospheric plasma.
기판 상에 플라즈마로 처리된 나노실리카-고분자 컴포짓 코팅층을 갖는 것을 특징으로 하는 양친매성 소재.
Polymer composite coating layer on the substrate, the nanosilica-polymer composite coating layer being treated with a plasma on the substrate.
제 9 항에 있어서,
상기 양친매성은 극성을 갖는 물과, 비극성인 디아이오도메탄에 대한 접촉각이 모두 0~5˚인 것을 특징으로 하는 양친매성 소재.
10. The method of claim 9,
Wherein the amphipathic is a water having a polarity and a contact angle with respect to a non-polar diiodomethane is 0 to 5 degrees.
제 10 항의 소재 상에 전도층을 형성하여 제조한 것을 특징으로 하는 투명전극. A transparent electrode produced by forming a conductive layer on a material of claim 10.
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