폴리피롤 증착 초소수성 직물의 self-cleaning 특성

AF55_H

AF27_H

F100_H

Figure 52. Images of self-cleaning effect by water at tilting angle 10°.

AF55_H

AF27_H

F100_H

Figure 53. Images of self-cleaning effect by water at tilting angle 7°.

AF55_H

AF27_H

F100_H

Figure 54. Images of self-cleaning effect by water at tilting angle 5°.

물방울의 roll-off에 의하여 self-cleaning 특성을 구현하기 위해서는 높은 접촉각뿐만 아니라 낮은 접촉각 히스테리시스(contact angle hysteresis)를 가져야 한다[54-60]. 접촉각 히스테리시스란 동적접촉각에 서 전진각(advancing angle, _)과 후진각(receding angle, _)의 차이를 말하며, 이 때, 전진각은 물방울이 굴러 떨어지기 시작할 때의 앞부분의 각도를, 후진각은 뒷부분의 각도를 가리킨다. 따라서 접촉각 히스테리시 스(contact angle hysteresis)가 작을수록 물방울이 잘 굴러 떨어져 우수 한 자가 세정 효과를 발휘한다.

Self-cleaning 특성이 발현되는 기울어진 표면에서 물방울의 roll-off 현상은 Figure 55와 같이 물방울에 가해지는 중력과 물방울과 고체 표면 사이의 접착력(pinning force)에 의하여 결정된다. 물방울이 고체 표면에 서 굴러 떨어지지 않고 머물러 있을 때, 중력과 접착력의 관계는 식 (11) 와 같이 표현할 수 있다[101, 102].

  cos_cos_ ₍₁₁₎

Figure 55. Schematic view of water droplet on a tilted surface.

이 때 는 물방울의 질량을, 는 중력가속도, 는 표면의 기울어진 각(tilting angle)을 의미한다. 은 물방울의 표면장력, 는 물방울의 반지 름, _와 _은 각각 전진접촉각과 후진접촉각이다.

식에 따라서 접촉각 히스테리시스가 작거나 표면의 기울기 각이 크면 중력이 pinning force보다 커져 물방울의 roll-off가 일어나는 반면, 접촉 각 히스테리시스가 크거나 표면의 기울기 각이 작으면 중력보다 pinning force가 커져서 물방울이 굴러 떨어지지 않고 표면에 머무르게 된다.

Self-cleaning 실험 결과, 10°의 기울기에서는 3가지 시료 모두에서 물 방울의 roll-off에 의하여 면직물 표면에 부착되었던 silicon carbide가 표 면으로부터 제거되는 것을 확인할 수 있었다. 이 때 물방울이 굴러간 거 리는 모두 2cm 이상이었다. 오구 입자로 사용한 silicon carbide는 친수 성을 가지며, 초소수성 표면보다는 물방울과의 친화력이 크다[54]. 이에 따라 고체 입자가 쉽게 물방울에 흡착되어 표면으로부터 제거된 것으로 판단된다.

기울기를 7°로 떨어뜨렸을 경우, F100_H는 10° 조건과 동일하게 물방 울이 2cm 이상 굴러 떨어지면서 self-cleaning 현상을 보였으나, AF27_H와 AF55_H는 물방울의 roll-off에 의한 오구 입자의 제거가 불 완전하게 나타났다. 물방울이 굴러 떨어진 거리는 AF27_H가 평균 1.4±0.1cm, AF55_H는 평균 1.3±0.2cm으로 물방울이 고체 입자를 흡착하

여 굴러가기는 했지만 얼마 가지 못하고 중간에 멈춤으로써

self-cleaning 효과를 구현하지는 못하였다. 이는 시료 표면과 물방울 사 이의 접착력이 중력보다 크게 작용하면서 물방울의 roll-off를 저지했기 때문으로 추측된다. Shedding angle 측정 결과, AF27_H와 AF55_H는 7.3°와 7.4°로 표면의 기울기각보다 높은 값을 기록하였으며, 이에 따라 중력이 표면과의 접착력보다 작아지면서 물방울의 roll-off 현상이 일어

날 수 있는 없었던 것으로 풀이된다.

기울기를 5°인 조건에서는 3가지 시료 모두에서 물방울의 roll-off 현 상을 관찰할 수 없었다. 이는 모든 시료의 shedding angle이 5° 이상으 로 roll-off가 일어날 수 없는 조건이기 때문이다. 물방울 적하 후, F100_H는 평균 1.2±0.3cm, AF27_H는 0.6±0.3cm, AF55_H는 0.5±0.1cm 의 거리를 굴러가다가 멈추어 시료에 따른 차이를 보였다.