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Dec 05, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 44(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

소수성 표면을 가진 건축 자재는 표면을 통한 수분 흡수 또는 확산을 방지하여 수명을 연장할 수 있습니다. 건축에 사용되는 콘크리트의 경우 이러한 소수성은 철근의 부식을 방지할 수 있습니다. 지오폴리머는 포틀랜드 시멘트를 대체하기 위해 광범위하게 연구된 새로운 시멘트 없는 결합 재료입니다. 그러나 일반 콘크리트와 마찬가지로 지오폴리머는 수분 흡수에 취약합니다. 본 논문은 수분 흡수를 방지하기 위한 방법으로 플라이애시 지오폴리머에 초소수성 및 자가 세척 표면을 제작하는 방법을 제시합니다. 소수성 표면을 형성하기 위해 분산된 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 칼슘 스테아레이트(CS) 미세입자를 포함하는 폴리디메틸실록산(PDMS) 용액의 복합 코팅을 딥 코팅으로 도포했습니다. 또한, 플라이애시를 PTFE 및 CS 미립자와 혼합하여 표면 거칠기를 높이고 재료비를 절감했습니다. 실험 결과에 따르면 CS 미립자를 함유한 코팅은 접촉각이 140°인 소수성 표면을 생성한 반면, PTFE 미립자를 함유한 코팅은 접촉각이 159°인 초소수성 표면을 제공했습니다. 플라이애시를 혼입하면 표면 거칠기가 증가하여 접촉각이 커지고 미끄럼각이 작아집니다. PTFE/플라이애시 코팅 표면에서는 접촉각 153°, 미끄럼각 8.7°가 관찰되었습니다. 청소 과정은 표면에서 떨어지는 물방울에 의해 먼지가 제거되는 테스트를 통해 시연되었습니다. 테스트된 코팅은 자가 세척 및 방수 특성을 나타내어 건축 자재의 지속 가능성을 향상시킬 수 있습니다.

건축 자재의 표면 친수성 또는 습윤성은 사용 수명에 영향을 미치는 가장 영향력 있는 매개변수 중 하나입니다. 수분은 콘크리트 매트릭스에 흡수되어 균열, 조류 및 곰팡이 성장1, 강화 철근2의 부식을 초래할 수 있습니다. 또한 먼지가 건축 자재에 쌓일 수 있어 청소가 필요하고 추가 유지 관리 비용이 발생합니다. 따라서 건축 자재를 위한 초소수성 및 자가 세척 표면의 개발은 매트릭스를 물 흡입으로부터 보호하고 물을 미끄러뜨려 먼지를 쉽게 제거할 수 있다는 점에서 중요합니다3. 초소수성 표면은 접착력과 표면 에너지가 낮아 먼지 입자의 축적을 줄이고 강우 시 표면 청소를 촉진합니다4. 초소수성은 또한 콘크리트에 항균 및 부식 방지 기능을 제공하여 콘크리트의 수명을 연장시킵니다.

초소수성 표면은 150°5보다 큰 정적 물 접촉각을 갖는 표면으로 정의됩니다. 자가 세척 특성을 위해서는 높은 접촉각6과 함께 10° 미만의 슬라이딩 각도도 필요합니다. 낮은 슬라이딩 각도는 연꽃 잎의 초소수성 및 자체 세척 동작을 따라 "연꽃 효과"라고 ​​합니다7,8.

건설 및 섬유 산업에서 실리콘 기반 화합물은 소수성 코팅을 생성하기 위한 발수제로 자주 사용됩니다9,10,11. 스프레이, 딥 코팅 및 페인팅은 건축 자재에 초소수성 표면을 생성하기 위한 간단하고 비용 효율적인 기술입니다. 낮은 표면 에너지로 인해 폴리디메틸실록산(PDMS)은 소수성을 달성하기 위한 베이스 코팅으로 널리 사용되는 중요한 실리콘 기반 화합물입니다10,11. 그러나 PDMS만 사용하면 직물 표면에 대한 접착력이 떨어지고 표면 거칠기 및 자체 세척 특성을 제공하지 못합니다. 따라서 결과 재료는 불리한 환경에 노출되면 내구성이 제한됩니다. 일반적으로 고체 표면의 습윤성은 표면의 화학적 조성과 기하학적 특징에 의해 제어됩니다.