Material-Independent Surface Chemistry using Phenolic and Non-Phenolic Molecules: Fundamental Study and Industrial Applications

정연우 충북대학교 2021 국내박사

Surface modification chemistry is one of the most important strategy for various fields which could highly affected by interfacial properties including chemical, biomedical, material science, and applied engineering fields. In the past, self-assembled monolayer, polyelectrolyte multilayer, and surface bindable proteins were used for surface modification and coatings. However, these methods have several drawbacks: appliable only specific type of substrate, requiring expensive, complicated instruments and time-consuming multiple steps. To overcome these limitations, polyphenolic compounds have been frequently used for facile surface coatings. Due to multiple interactions of phenolic compounds such as hydrogen bonding, pi-pi stacking, pi-cation bonding, and high affinity with nucleophilic moieties and metal ions, it is able to coat versatile surfaces. Various studies have been conducted to expand molecular pools with surface coating properties, but most reports have still been limited to phenolic molecules as surface coating agents. This thesis reports about material-independent surface chemistry using phenolic and non-phenolic molecules. Biofouling gives rise to serious problems in various fields. For example, biofouling on medical devices leads to bacterial infection, blood coagulation, and malfunctioning. In the case of maritime industry, unwanted adhesion of marine foulants on the artificial surface results in ecological and economic issues. In order to overcome these problems, from the past to present, much effort has been made. As a result, it was known that biofouling is highly affected by surface properties, and therefore, various studies have been made focusing on the modification of surface properties. Chapter 1 introduces the superhydrophilic conversion of stainless steel (SS) by diatom-inspired silicification. Superhydrophilic surfaces could form hydration layers that prevent adhesion of marine foulants. This superhydrophilic surface could effectively reduce initial adhesion of marine diatoms. In chapter 2 and 3, the surface hydrophilicity was controlled by using a natural polysaccharide dextran. Dextran is consisting of a simple glucose unit that is hydrophilic. Dextran was conjugated with mussel adhesive moiety catechol for robust surface coating, resulting in catechol-conjugated dextran (Dex-C). Dex-C with various catechol contents were prepared. After that, surface coating and anti-fouling properties were investigated. In chapter 4, the effect of surface charge on the anti-fouling property was investigated by using a natural sulfated polysaccharide fucoidan. Fucoidan is derived from brown algal species and known as anti-coagulant, anti-inflammatory, and anti-virus active functional polysaccharide. Fucoidan was also conjugated with catechols for robust surface coating. Catechol-conjugated fucoidan (FD-C) was grafted on various solid substrates and the resultant surfaces showed excellent anti-fouling performance. Chapter 5 introduces a facile, robust, and direct polysaccharide immobilizing method using ZrIV coordination chemistry. ZrIV ion can form strong and multiple coordination bonds with oxygen containing ligands. The solid surfaces were pretreated with tannic acid/ZrIV complex and then anti-fouling functional polysaccharide heparin was immobilized on it via ZrIV mediated cross-linking reaction. Heparin immobilization by this approach endows excellent and sustainable human platelet repulsion property on the surface up to 4 weeks. Moreover, in chapter 6, various oxygen containing ligands that can be used for ZrIV coordination were analyzed. As a result, surface functionalities such as carboxyl, catechol, polydopamine, and tannic acid were successfully used for ZrIV coordination. Chapter 7 reports the material-independent surface coating property of non-phenolic molecules. Multi-sulfonated pyrenes are capable of complex formation with ZrIV ions, and the resulting complexes can coat various solid substrates. Furthermore, pyrene/ZrIV-based coatings allow post-modification by functional polysaccharides. 표면 개질 기술은 화학, 생체, 의학, 재료 및 공학 분야를 포함한 계면의 특성에 영향을 받을 수 있는 다양한 응용 분야에서 핵심적으로 사용되고 있다. 과거에는 표면을 개질하기 위해 자기조립 단분자막, 다층 고분자 전해질막, 표면에 흡착될 수 있는 재조합 단백질 등을 이용하였다. 하지만 이러한 방법들은 특정 유형의 기판에만 적용할 수 있다는 단점을 가진다. 또한, 고가나 복잡한 기기를 이용해야 하고, 여러 단계의 합성 과정을 거쳐야 한다는 단점을 가진다. 이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 페놀계 분자를 이용한 표면 개질 기술이 개발되었다. 페놀계 분자는 수소 결합, 파이-파이, 파이-양이온 상호작용, 금속 이온 및 친핵성 분자와의 높은 친화성 등 여러가지 상호작용을 통해 다양한 표면을 개질해 줄 수 있으며, 2차적인 표면 기능화도 가능하다. 이러한 재료무관성 표면 개질에 관한 후속 연구들이 많이 진행되어 왔으며, 표면 개질 능력을 보이는 물질 개발에 대해서도 꾸준히 연구가 진행되었지만 대부분의 연구는 여전히 페놀계 분자를 이용하고 있다는 한계점이 있다. 본 논문은 페놀 및 비페놀계 분자를 이용한 재료 무관성 표면 개질에 대한 보고이다. 비특이적인 흡착으로 인해 발생하는 생물 오염은 다양한 분야에서 심각한 문제를 일으킨다. 예를 들어 생체 의학 분야에서 의료용 기기의 오염은 세균 및 박테리아의 감염이나 혈전의 응고를 일으키며 생명에 직접적인 타격을 주거나 오작동을 일으킬 수 있다. 해양 산업분야에서는 해양생물들의 비특이적인 흡착으로 인해 생태계적으로나 경제적으로 여러 문제가 야기되고 있다. 이러한 문제를 극복하기 위해 과거부터 현재까지 방오 기능성 표면을 개발하기 위한 연구가 이루어져 왔으며, 그 결과 생물 오염은 표면의 특성에 크게 영향을 받는 것으로 알려졌으며, 방오 기능성 표면을 개발하기 위해 표면의 특성을 변화시켜주는 방향으로 다양한 연구가 진행되고 있다. 1장에서는 규조류를 모방한 표면 실리카 형성 전략으로 강철 기판을 초친수성 표면으로 개질하였다. 초친수성으로 개질된 표면은 표면의 수화층을 형성하여 해양 생물들의 비특이적인 흡착을 방지할 수 있다. 이렇게 형성된 초친수성 표면은 해양 미세조류의 초기 흡착을 효과적으로 막아줄 수 있음을 확인하였다. 2~3장에서는 천연 다당류인 덱스트란을 이용하여 표면의 친수성 정도를 조절하였다. 덱스트란은 친수성을 띄는 포도당으로 구성되어 있는 천연 다당류이다. 덱스트란을 표면에 도입해주기 위해 홍합의 접착성 작용기인 카테콜을 도입하여 카테콜이 도입된 덱스트란 (Dex-C)을 합성하였다. 카테콜의 함량이 다른 다양한 종류의 Dex-C를 합성하였으며, 그에 따른 표면 개질 효율과 방오 성능을 조사하였다. 4장에서는 황산화 다당류인 후코이단을 이용하여 고체 표면상으로 전하를 도입, 그에 따른 방오 성능을 조사하였다. 후코이단은 갈조류에 풍부한 기능성 다당류로 항 응고, 항 염증, 항바이러스 활성 화 기능이 있다고 알려져 있다. 후코이단을 고체 표면으로 도입시켜 주기 위해 카테콜을 결합하였다. 카테콜이 도입된 후코이단은 다양한 고체 소재를 개질해 줄 수 있었으며, 그 결과 우수한 방오 성능을 보여주었다. 5장에서는 지르코늄 이온과의 배위 결합을 통해 기능성 다당류를 표면에 직접적으로 도입할 수 있는 간단하고 강력한 방법에 대해 소개하였다. 지르코늄 이온은 산소를 포함하는 리간드와 다중 배위 결합을 형성할 수 있다. 고체 표면을 우선적으로 탄닌산/지르코늄 이온 복합체로 전처리 한 다음, 방오 기능성 다당류인 헤파린을 지르코늄 이온을 매개로 가교 결합하여 표면을 개질하였다. 본 방법으로 도입된 헤파린은 뛰어난 혈소판 부착 방지 성능을 나타냈으며, 그 기능은 최소 4주 이상 지속될 수 있었다. 또한 6장에서는 지르코늄 이온과 배위결합 가능한 다양한 산소를 포함하는 유기 작용기를 조사하였다. 그 결과 카르복실, 카테콜, 폴리 도파민, 탄닌산으로 개질 된 표면은 지르코늄 이온과 배위결합을 형성할 수 있었다. 7장에서는 비페놀계 분자를 이용한 재료 무관성 표면 개질에 관한 연구 결과를 소개하였다. 술폰기를 많이 가지고 있는 피렌 분자는 지르코늄 이온과 가교결합 하여 복합체를 형성할 수 있으며 다양한 고체 표면을 개질해 줄 수 있다. 또한 피렌/지르코늄 이온 복합체로 개질된 표면은 기능성 다당류를 이용한 2차적인 표면 개질도 가능하였다.

표면개질에 의한 친수성 메조포러스 실리카의 합성 및 특성에 관한 연구

오영권 충남대학교 대학원 2005 국내석사

In many applications of mesoporous materials modification of their silanol groups is advantageous. Modified mesoporous materials are usually prepared by grafting silyls to calcined mesoporous materials, co-condensation with the silica/surfactant sources in sol-gel preparation, and reflux of the as-synthesized mesoporous materials in tryalkylalkoxysilanes. Grafting of functional organosilanes by using surface hydroxyl groups as anchor points has been widely used. Recently, a new synthetic approach has been developed for the preparation of hybrid inorganic-organic mesoporous materials based on the co-condensation of siloxane and organosiloxane precursors in the presence of different templating surfactant solutions Under basic conditions and using block copolymers, a wide range of functional groups have been incorporated through direct syntheses, including thiol, amine, epoxide, imadizole, chromophore, phenyl, and alkylorganosilane moieties. We report a direct procedure to modify efficiently the surface silanols of the base-synthesized mesoporous silica by using 3-mercaptopropyltrimethoxysilane (MPTMS) in ethanol solution under moderate conditions, and then the hydrophobic mesoprous silica with immobilized mercaptopropyl groups was oxidized to the hydrophilic sulfonic acid group with H₂O₂, followed by ionization with sodium sulfonate to result in hydrophilic property. The prepared silica retained mesoporous silica pore structure with ~ 45 average pore diameter when MPTMS was loaded upto 10%, as investigated by SAXs and BET. Surface modification chemistry of the mesoporous silica was widely investigated using various instruments such as FT-IR, TGA/DTA, ICP-AES, solid-state ^(29)Si- and ^(13)C- MAS NMR, and by measuring acid-base titration, contact angle at various stage. 기공을 갖는 물질들은 높은 표면적을 갖기 때문에 전통적으로 촉매 또는 촉매의 담체 물질로 응용되어 왔으며, 기공의 크기에 따라 크게 마이크로포러스(microporous), 메조포러스(mesoporous) 및 마크로포러스(macroporous)물질로 분류된다.1 이중 최근 전 세계적으로 활발히 연구되고 있는 메조포러스 물질은 대표적인 나노포러스물질로 인식되고 있다. 그 구조는 나노크기의 기공이 매우 규칙적으로 배열되어 있는 모습을 하고 있다. 이러한 메조포러스 물질은 촉매 활성점 및 나노 입자의 담체, 흡착, 분리, 센서 등 다양한 분야에서 응용되고 있으며, 21세기에 들어와 나노화(nanochemistry) 또는 나노기술(nano-technology), 초분자화학(supramolecular chemistry) 등과 맞물려 다양한 분야에서 연구가 진행되고 있다. 이러한 나노포러스 물질을 다양한 분야에서 활용되고 있다. 대부분의 고체 재료가 표면의 성질에 의해 그 기능이 결정된다는 사실이 알려진 후 고체 표면의 성질과 기능화에 대한 연구가 활발해지기 시작하였다. 특히 표면 기능화는 고체 재료 자체의 물리적 성질을 유지하면서 새로운 화학적 성질을 부여하므로 새로운 고체 재료의 개발에 중요한 연구 분야로 인식되고 있다. 표면 기능화의 특징을 좀 더 자세히 알아보면 고체 재료에 원하는 화학적 성질을 부여할 수 있고 고체 재료 단독으로는 나타낼 수 없는 새로운 성질을 가진 재료를 만들 수 있으며 또한 고체의 표면에만 기능성을 부여하므로 경제적인 효율성이 높다. 공업적으로도 고체 내부와 표면의 성질을 분리하여 설비 설계상에 많은 장점을 가진다. 지금까지 사용된 표면 기능화 방법들을 살펴보면 주로 금속이나 무기 박막을 증착하거나 유기 또는 고분자 물질을 이용하였다. 그러나 금속이나 무기 박막의 경우 현재 요구되고 있는 선택성과 특정성을 만족시키기에는 아직 부족하다. 왜냐하면 선택적이고 특수한 표면 반응을 위해서는 표면의 기능기를 다양하게 바꿀 수 있어야 하는데 금속과 무기 재료의 경우 이것이 본질적으로 어렵기 때문이다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위해서 유기 또는 고분자 물질을 고체 표면 위에 여러 가지 방법으로 입혀 사용하여 왔으나 이것들 역시 선택적으로 기능기를 조절하거나 고체 표면과의 결합력에 아직 문제점이 많다. 기존의 표면 기능화 방법이 가지고 있는 여러 가지 문제들을 해결하기 위해서는 분자 수준에서 기능기를 선택적이고 다양하게 변화시킬 수 있어야 하며 또한 그 조절도 용이하고 기질과의 결합력도 강한 유기 분자막의 제조 방법이 필요하다.2 무기재료의 화학적인 표면개질은 원하는 성질과 물질의 성능을 얻는데 널리 이용되어 왔다. 표면구조의 개질은 고체표면의 젖음성, 파우더의 분산도, 크로마토그래피 칼럼의 선택도, 충진제와 기질과의 계면결합 향상에 의한 복합재의 강도개선 등 많은 유효한 효과를 나타내는데 중요하다.3 개질제에 따라 표면의 구조는 소수성 또는 친수성으로 개질이 가능하며4 개질제와 표면구조의 관계에 대한 연구가 많이 행하여져 왔으며 이것은 표면의 성질을 조절하는데 아주 중요한 요소가 되어오고 있다. 개질된 표면의 성질은 개질제, 개질된 작용기의 성능, 표면에 도입된 작용기의 양과 기질의 표면상태 조건에 따라서 아주 많은 영향을 받게 되며 원하는 성질을 얻는데 아주 중요하다. 본 연구에서는 메조포러스 실리카의 제조와 술폰화를 통한 메조포러스 실리카의 화학적인 개질을 하고자 한다. 소수성을 띄고 있는 MPTMS를 포함하는 메조포러스 실리카를 제조하는 1차 합성과 -SH기의 술폰화를 통한 2차 표면개질, 그리고 Na+를 치환하는 3차 표면개질을 통하여 초친수성표면을 갖는 메조포러스 물질을 만들고자 하였다. 작용기의 존재와 결합형태는 FT-IR, ATR, TGA/DTA, ^(29)Si-, ^(13)C-NMR 그리고 적정 및 ICP-AES, Zeta Potential, Powder Contact Angle을 통하여 확인하고자 하였다.

무기계 난연제의 표면 개질을 통한 물리적 특성 평가

이은주 전남대학교 2019 국내석사

본 연구에서는 전선 컴파운드 분야에서 비할로겐 계열 대표적인 무기 난연제로 사용되는 수산화알루미늄과, 수산화마그네슘을 대상으로 커플링제의 종류 및 함량에 따라 컴파운드 특성 평가와 함께 화학가교를 통해 가교 특성 평가를 진행하였다. 플라스틱 컴파운드에 무기 난연제가 배합되어 산소지수가 올라가는 장점이 있지만, 인장강도, 신율, 용융흐름지수와 같은 물리적 특성이 저하되는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 무기 난연제를 표면개질 사용하게 되며 커플링제 종류와 함량에 따른 컴파운드 특성은 다음과 같다. 수산화알루미늄의 경우 커플링제 종류와 무관하게 투입량이 증가할수록 인장강도, 신율, 용융흐름지수가 증가하는 경향을 보였으며, 가교 후에는 인장강도가 증가하고 신율은 감소하는 경향을 보였다. 실험 결과 커플링제의 적합한 투입량으로 실란, 스테아르산 모두 3% 조건을 확인하였다. 수산화마그네슘의 경우 커플링제 종류와 무관하게 투입량이 증가할수록 인장강도, 신율, 용융흐름 지수가 증가하는 동일한 경향을 보이는 반면 가교 후에는 수산화알루미늄과 달리 인장강도, 신율이 증가하는 경향을 보였다. 실험 결과 커플링제의 적합한 투입량으로 실란, 스테아르산 모두 5% 조건을 확인하였다. 원료를 분말과 케잌 상태로 습식 표면개질 후 컴파운드 평가결과, 케잌으로부터 제조된 컴파운드가 인장강도, 신율, 용융흐름 지수 등 모든 면에서 상대적으로 우수한 결과를 확인하였으며, 원료가 분말인 경우 1차 건조 후 분말 응집현상으로 인해 특성 저하가 야기 되었을 걸로 사료 된다. In this study, the crosslinking properties of aluminum hydroxide and magnesium hydroxide, which are used as representative non-halogen flame retardants in the wire compounding field, were evaluated by chemical crosslinking and evaluation of compound properties according to the kind and content of coupling agent. An inorganic flame retardant is added to the plastic compound to increase the oxygen index, but the physical properties such as tensile strength, elongation and melting flow index are deteriorated. In order to overcome these disadvantages, surface modification of inorganic flame retardants will be used. Compound characteristics according to the type and content of coupling agent are as follows. In the case of aluminum hydroxide, the tensile strength, elongation and melting flow index tended to increase as the amount of the coupling agent increased, regardless of the type of coupling agent. After the crosslinking, tensile strength increased and elongation tended to decrease. As a result of the experiment, 3% of all silane and stearic acid were confirmed by the appropriate amount of coupling agent. In the case of magnesium hydroxide, the tensile strength, elongation, and melt flow index increased with increasing the amount of the coupling agent regardless of the type of coupling agent. However, unlike aluminum hydroxide, tensile strength and elongation tended to increase after crosslinking. As a result of the experiment, 5% of silane and stearic acid were confirmed as a suitable amount of coupling agent. After the wet surface treatment of the raw materials in the form of powders and cakes, the results of the compound evaluation showed that the compound prepared from the cake had relatively excellent results in terms of tensile strength, elongation and melting flow index, and the like. It is considered that the agglomeration phenomenon caused the degradation of properties.

유한요소해석을 이용한 초음파나노표면개질 표면잔류응력 예측

석태현 서울과학기술대학교 2023 국내석사

본 연구에서는 초음파나노표면개질 공정에 따라 표면에 형성되는 표면잔류응력을 유한요소해석으로 예측하기 위한 해석방법론을 제안 및 검증하였으며 제안한 해석방법론을 적용하여 초음파나노표면개질 공정변수에 따른 표면잔류응력 변화를 예측하였다. 초음파나노표면개질은 피닝 기술 중 하나로 재료 표면에 높은 압축잔류응력을 형성한다. 재료 표면에 형성된 높은 압축잔류응력은 재료 표면의 균열 개시 및 진전을 억제하고 피로 수명을 증진시키는 등 구조건전성에 긍정적인 영향을 미친다. 초음파나노표면개질에 의해 발생하는 압축잔류응력 크기 및 깊이에 대한 분석은 구조건전성 효과 분석을 위해 필수적이며 이를 위해 실험 또는 유한요소해석이 활용된다. 이 중 실험을 통한 방법은 상당한 시간 및 비용의 소모가 요구되므로 경제적이지 못하다. 이에 유한요소해석을 통한 초음파나노표면개질 공정에 따른 압축잔류응력 분석 연구가 수행되고 있으나 각각의 연구에서 공정에 의한 하중을 정의하는 방법이 상이하고 충분한 검증이 수행되지 않았다. 본 연구에서는 초음파나노표면개질 공정에 따른 압축잔류응력을 분석하기 위한 해석방법론을 제안하였다. 초음파나노표면개질 공정에서 발생하는 하중을 모사하기 위해 등가변위 개념을 제안 및 적용하였으며 실험과 비교하여 제안한 등가변위를 검증하였다. 초음파나노표면개질 공정에 따른 높은 변형률 속도를 고려하기 위한 재료 모델을 선정 및 적용하였고 유한요소모델을 작성하였다. 두 재료에 대하여 유한요소해석을 수행하여 깊이에 따른 압축잔류응력을 계산하였으며 실험결과와 비교하여 제안한 해석방법론을 검증하였다. 검증된 해석방법론을 적용하여 초음파나노표면개질 공정변수에 따른 표면 압축잔류응력 변화를 분석하였다. 정하중, 진폭, 이송 속도, 줄 간격을 고려하였으며 이송 속도와 줄 간격은 타격 간 중첩되는 비율을 나타내는 중첩비 관점으로 분석하였다. 본 연구로부터 초음파나노표면개질 공정을 모사하기 위한 해석방법론이 제안 및 검증되었으며 초음파나노표면개질 공정변수에 따른 표면잔류응력이 분석되었다. 본 연구의 결과물은 추후 초음파나노표면개질 공정변수를 선정하는데 도움이 될 것으로 판단되며 추후 실 구조물에 대한 해석방법론을 정립하는데 활용 가능할 것으로 판단된다. This study proposed and validated an finite element analysis(FEA) methodology for predicting the surface residual stress generated on the surface according to the ultrasonic nanocrystal surface modification(UNSM) process. Moreover, the variations of surface residual stress according to the UNSM process variables were predicted by applying the proposed FEA methodology. UNSM is one of the peening techniques and generates high compressive residual stress on the surface. The high compressive residual stress generated on the material surface suppresses crack initiation and propagation, and improves the fatigue life. Quantitative analysis of the magnitude and effective depth of compressive residual stress generated by UNSM is essential for structural integrity evaluation. Experiments and FEA are used to quantitatively analyze compressive residual stress, but the experiments require considerable time and cost. Therefore, studies on predicting compressive residual stress according to the UNSM process through FEA are being conducted, but the methods proposed in each study are different and validation is not sufficient. In this study, an FEA methodology for predicting the compressive residual stress according to the UNSM process was proposed. To simulate the load generated by the UNSM process, the equivalent displacement was proposed and applied, and validated through comparison with the experimental results. A material model was applied to consider the high strain rate according to the UNSM process. A finite element model was generated based on the sensitivity analysis result of previous study. The finite element analyses were performed for the two materials to calculate the compressive residual stress according to the depth, and the proposed FEA methodology was validated by comparing it with the experimental results. Surface compressive residual stress variations according to UNSM process variables were analyzed by applying a validated FEA methodology. Static load, amplitude, feed rate and line interval were considered as process variables. The feed rate and line interval were analyzed in terms of the overlapping ratio. From this study, an FEA methodology for simulating the UNSM process was proposed and validated, and surface residual stresses were predicted according to the UNSM process variables. The results of this study are expected to be helpful in determining the UNSM process variables, and can be used to develop the FEA methodology for real structures in the future.

산화물 입자로 표면개질된 진공자외선 여기 형광체와 가시광 여기 형광체의 특성

서정헌 경북대학교 대학원 2023 국내박사

The phosphor was surface-treated with oxide by the Sol-Gel method. On the surface of the phosphor, we succeeded in modifying the surface of the phosphor by attaching nanoparticles with a size of 20-50 nm to the surface. In addition, the synthesized phosphors for LED and commercial YAG phosphors were also added with oxide nanoparticles on the surface in the same way as for PDP(Plasma Display Panel) phosphors to improve the properties of phosphors. The surfaces of the uncoated phosphors and the coated phosphors in the SEM picture shows a clear difference, and it shows that oxide nano-particles are attached to the surface of each phosphor that has been surface-treatedby the Sol-Gel method. It was confirmed through EDS and XPS whether the attached nano-particles match the component in the experiment. The Si, Y, Ti and Al peaks and the result of the component ratio table prove that the particles on the surface of the phosphor shown in the SEM picture are SiO2, Al2O3, Y2O3, TiO2, etc. In order to evaluate the effect of oxide nano-particles on the characteristics of the surface of the phosphor, a test panel was prepared for the PDP(Plasma Display Panel) VUV-phosphor and a white LED device for the LED phosphor was fabricated. Both the phosphors surface-treated with SiO2 or Al2O3 and the phosphors surface-treated with two oxides(SiO2, Al2O3) one after the other were used on a test panel to investigate the luminescence characteristics in VUV. The luminance was higher than that of the red phosphor. On the other hand, the luminance increased when Al2O3 was coated and when Al2O3 and SiO2 were double coated, while the luminance decreased slightly in the case of SiO2 coating. Also, in the case of the green phosphor, when Al2O3 and SiO2 were double coated, a dominant increase in luminance was shown. Unlike red and blue, the green phosphor showed a very high luminance increase when coated with Al2O3. In general, when Al2O3 was coated, the optical properties were better than others. In addition, in the case of the LED device, the optical properties were improved when SiO2 was coated. However, in the lifetime test of the white LED device, there was no significant difference between the coated LED device and the uncoated LED device, which is thought to be because the stability of the YAG phosphor has already been secured. The increase in transmittance due to the difference in refractive index, reduction of non-radiative recombination through surface defect level, and passage of emitted light through nano-particles on the surface can be considered as causes of the increase in luminance for surface-modified by nano-particles shown in this study, but a clear cause has yet to be identified. A more detailed study under various conditions and a more clear luminance increase mechanism are needed.

실란 커플링제를 이용하여 표면 개질한 역삼투막의 내염소 특성

김진현 경희대학교 2007 국내석사

This study is concerned with the commercially available chlorine resistant TFC(Thin film composite) membranes based on the modification of polyamide active layer, which is induced by the silane-coating after interfacial polymerization. A method for making a chlorine-resistant composite polyamide membrane having high salt rejection, the essential step of which comprises treating a sol-gel process on a conventional RO membrane with vinyl-silane compound. It was measured by EDX, SEM, AFM and XPS to clarify the relationship between surface structures of silane complexes and their chlorine resistance. A method for making a chlorine-resistant composite polyamide membrane having high salt rejection, the essential step of which comprises treating a sol-gel process on a conventional composite polyamide membrane with several alkoxysilanes. Basic performance is measured to water flux and salt rejection for commercial membrane. Modified membrane is compared with the virgin to improved performance somehow. Modified membrane is used silane coupling agent with alkyl group (octyltriethoxysilane; OcTES), vinyl group(vinyltriethoxysilane; VTES, vinyltrimethoxysilane; VTMS) and phenyl group(phenyltriethoxysilane; PhTES) The modified membrane by silane coupling agent with vinyl , alkyl, phenyl group has an improved salt rejection and resistance to chlorine. Silane coupling agent with vinyl, alkyl, phenyl group have hydrophobicity. It was confirmed from several paper. Modified membrane have hydrophobicity. It was confirmed from data of contact angle. High surface roughness has high surface area and high surface roughness has high flux. So, Flux of using OcTES is lower than using VTES or PhTES. It was confirmed from data of AFM. The results in FE-SEM, EDX, and XPS data is confirmed to modification of silane coupling agent. Polyamide reverse osmosis membrane by chlorine degradation being done salt rejection rapidly reduce, water flux confirmed augmented thing. It is well known that hydrophilicity of the membrane increases the water solubility, resulting in its high water permeability. The silane-treated membrane will therefore find considerable application for the treatment of chlorine disinfection water. 폴리아미드계 막은 역학적 성질, 내열성, 내약품성 및 염제거율 99%이상의 높은 분리특성을 가지고 있다. 그러나 잔류 염소가 방향족 폴리아미드의 산화반응에 촉매역할을 하여 막 표면의 폴리아미드의 결합이 쉽게 분해되어 막의 분리성능을 저하시키고 수명을 단축시키는 단점이 있다. 이러한 점을 극복하기 위하여 현재까지 많은 연구가 진행되어 왔다. 기존 연구에서는 불소기 함유 실란 커플링제, 알킬기를 가진 실란 커플링제를 사용하여 내염소성의 향상에 대해 연구되어 졌다. 이와 비교하여 본 연구에서는 비닐기를 함유한 실란 커플링제를 졸-겔법을 사용하여 막의 표면을 개질하였고, 개질한 역삼투막의 내염소성 향상과 염제거율 성능 변화를 살펴보았다. 개질에는 표면에 소수성을 부여하는 것으로 알려진 비닐기를 가진 실란 커플링제(VTES, VTMS), 알킬기를 가진 실란 커플링제(OcTES), 페닐기를 가진 실란 커플링제(PhTES)를 이용하였다. 이 작용기들은 표면을 소수화 시키는 특성 때문에 표면이 소수화 되어 내염소성의 향상이 예측되어 사용하였다. 표면 개질한 역삼투막은 상용막에 비해 내염소성이 향상되었다. 상용막에 비해 표면 개질된 역삼투막은 표면의 조도와 소수성이 증가하였으나 메톡시기를 가진 VTMS로 표면 개질된 역삼투막은 표면 조도의 감소를 나타내었다. 이는 알콕사이드기의 차이에 의한 것이라고 예상할 수 있다. 그리고 실란 커플링제의 화학적 결합은 XPS를 통해 확인하였다. VTES, PhTES를 이용하여 표면 개질한 막보다 OcTES를 이용하여 표면 개질한 역삼투막은 수투과도의 저하를 나타내었는데, 이는 표면 조도와 표면적이 상대적으로 다른 실란 커플링제의 경우보다 낮은 것으로부터 확인할 수 있다. 실란 커플링제로 표면 개질한 역삼투막이 내염소성을 보이는 것은 실란 커플링제의 작용기들이 아민기의 측쇄에 결합되어 표면에 소수성을 부여함으로써 염소에 대해 직접적으로 가교된 폴리아미드 사슬의 가수분해에 의한 붕괴를 막을 수 있기 때문이다.

실란 커플링제에 의해 표면 개질된 CaCO3 나노입자를 이용한 에멀젼과 거품 안정성 효과에 관한 연구

이주연 동국대학교 2017 국내석사

본 연구의 목표는 실란 커플링제 Methyltrimethxotysilane로 CaCO3 나노입자의 친수성표면을 소수성표면으로 개질하여 입자표면의 특성이 변화하는 메커니즘을 이해하고, 실란 커플링제의 농도의 변화에 따라 개질한 CaCO3 나노입자를 Foam과 Emulsion에 적용하여 그에 대한 안정성 효과를 보고자 하는 것이다. 표면 개질된 CaCO3 나노입자의 소수성경향을 보기 위해 Active ratio와 접촉각을 측정하였다. 또한 FT-IR(Transform Infrared Spectroscopy), TGA(Thermal Gravimetric Analysis),XRD(X-ray Diffraction), XPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy), DSC(Differential Scanning Calorimeter) 분석법을 통해 실란커플링제와 CaCO3 나노입자 표면과의 반응을 확인하였고, 개질한 CaCO3 나노입자를 계면활성제 수용액에 혼합하여 실란 커플링제 농도에 따른 Foam 안정성을 Foam scan으로 측정하여 개질된 CaCO3 나노입자가 계면에 흡착됨으로써 계면활성제 단독으로 있는 것보다 거품 안정성이 향상에 기여하는 것을 확인하였다. 에멀젼 드롭렛 크기와 형태, 입자의 위치는 각각 광학현미경과 고배율 형광현미경을 이용하여 측정하였다. CaCO3 나노입자의 경우 강한 친수성을 띄기 때문에 Foam에서는 bubble의 liquid film 부분과, Emuslion에서는 water 상에 위치하였다. 반면, 표면을 개질한 intermeidate 소수성을 가지고 있는 CaCO3 나노입자는 오일(공기)-물 계면에 흡착되어 steric barrier를 형성함으로써 Emulsion과 Foam을 제일 안정화 시킬 수 있는 농도를 찾아내었다. In this study, the surface modification of CaCO3 nanoparticles was performed by using a silanec oupling agent methyltrimethoxysilane (MTMS) and effect of surface hydrophobicity on the stability of foam and emulsion was investigated. In order to confirm surface modification of CaCO3nanoparticles by MTMS, Fourier infrared spectroscopy(FT-IR), differential scanning calorimetry(DSC), and thermogravimetric analysis(TGA) have been carried out. Atomic concentration of CaCO3 particle surface treated by MTMS has been identified by using X-ray diffractometer(XRD) and X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) analysis. The active ratio for the CaCO3 nanoparticles modified by MTMS was found to be 96.6±0.4% at 15 wt% of MTMS concentration where the contact angle measured through the aqueous phase was found to be 89.6±0.4°. Both stable emulsion and foam were formed at 15 wt% of MTMS concentration, suggesting that CaCO3 nanoparticle treated by a silane coupling agent MTMS is a strong candidate for the potential applicability as a stabilizer for foam and emulsion.

유/무기 표면개질에 의한 나노셀룰로오스 기능성 개선 연구

박예지 세종대학교 공과대학원 2023 국내석사

에틸렌 초산비닐 공중합체의 플라즈마 표면개질

朴光熙 경기대학교 산업정보대학원 2002 국내석사

본 연구에서는 에틸렌 초산비닐(EVA) 공중합체와 부타디엔 스티렌의 접착력을 향상시키기 위해 NH_(3)/Ar가스 플라즈마 처리를 하였다. EVA 공중합체 표면은 NH_(3)/Ar 가스를 사용하여 플라즈마 개질 시킴에 따라 표면에 CO, CN, NH와 같은 새로운 극성 작용기가 도입되었으며, 표면 미세 거칠기가 증가되었음을 XPS 및 SEM을 이용하여 확인하였다. 또한 접착력 실험 및 표면형상을 통하여 표면개질된 EVA 공중합체와 부타디엔 스티렌의 접착력이 향상되었음을 알 수 있었다. 이때 최적의 표면개질 조건은 NH_(3)/Ar 가스 유량비가 150 : 37 sccm, 방전전력 220 W, 처리시간은 5분이었다. 이것은 EVA 공중합체가 플라즈마 처리에 의해 물리적으로 균일한 미세 거칠기와 화학적인 새로운 극성 작용기를 가진 친수성 표면을 가졌기 때문이다. 따라서 NH_(3)/Ar 가스 플라즈마 표면처리는 EVA 공중합체와 부타디엔 스티렌의 접착력을 향상시키기 위해 적합한 공정으로 여겨진다. In this study, ethylene vinyl acetate(EVA) copolymer were treated by NH_(3)/Ar gases plasma to improve the adhesion strength between ethylene vinyl acetate copolymer and butadian stylene copolymer. As revealed by XPS and SEM results, the new functional groups of the CO, CN, NH were formed on the EVA copolymer surface and the surface micro-roughness were improved by NH_(3)/Ar gases plasma treatment, and an improvement of the adhesion strength between EVA copolymer and butadian stylene copolymer were vertified by peel test and surface morphology. At this time, the optimum process condition of plasma treatment was concluded to be NH_(3)/Ar gases flow ratio of 150 : 37 sccm and applied power of 220 W and treatment time of 5 min. These results can be explained that EVA copolymer had a hydrophilic surface with uniform micro-roughness and new functional groups by NH_(3)/Ar gases plasma treatment. Therefore, NH_(3)/Ar gases plasma treatment is a promising process for improvement of adhesion strength between EVA copolymer and butadian stylene copolymer.

마이크로, 나노 셀룰로오스 표면개질 및 고분자 복합체 적용연구

박예림 세종대학교 대학원 2021 국내석사

셀룰로오스는 지구상의 유기 화합물 중 가장 흔한 물질로 표면에 다량의 수산기를(-OH) 보유하고 있다. 셀룰로오스 구조 중 하나인 셀룰로오스 피브릴은 친환경적 이고, 비슷한 강도를 가진 소재보다 경량이며 높은 기계적 강도와 생분해성이 뛰어나다는 장점을 가지고 있다. 셀룰로오스 피브릴은 산/염기에 쉽게 가수분해 되지 않는 Crystalline 영역과 쉽게 가수분해 되는 Amorphous영역으로 구성되어 있다. 따라서 이의 직경을 기계/화학적 방법으로 마이크로에서 나노사이즈 까지 조절 시킬 수 있으며, 섬유미세화에 따라 길이와 두께를 변화시켜 필요에 따른 물리적 특성을 가진다. 이는 크게 셀룰로오스 피브릴(Cellulose fibril, CF)에서 셀룰로오스 마이크로피브릴(Cellulose microfibril, CMF), 셀룰로오스 나노피브릴(Cellulose nanofirbil, CNF)로 나눌 수 있다. 최근 환경오염과 이에 대한 규제가 엄격해 지면서 친환경 복합소재에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 상기 장점을 가진 셀룰로오스 피브릴을 고분자와 융합시켜 친환경 고분자 복합체를 제조하는 연구를 진행 했다. 셀룰로오스 피브릴은 고분자 매트릭스 내부에서 네트워크를 가져 복합체 내 강도 보강을 하고, 다량으로 첨가하면 고분자 사용량을 줄이며 생분해성을 높이는데 주력으로 사용된다. 그러나 셀룰로오스 피브릴을 고분자 용융온도에서 복합화를 진행하면 고온에서 이의 구조의 손상이 있으며, 소수성 고분자에 친수성 셀룰로오스가 분산되기 어렵고, 셀룰로오스 피브릴간의 capillary force가 강하여 수용액을 건조 시 번들을 쉽게 만든다는 단점이 존재한다. 문제점을 해결하기 위해 셀룰로오스 피브릴에 실리카 및 가소제, 실란 표면개질을 통하여 복합체의 물성을 개선시켰다. 실리카 표면개질 된 셀룰로오스 피브릴은 실리카 입자로 인하여 피브릴간의 capillary force가 감소하여 분말 상으로 건조 될 수 있으며, 높은 고분자 용융온도에서도 셀룰로오스를 보호하여 고분자 내에서 셀룰로오스의 네트워크가 안정하게 형성될 수 있도록 한다. 또한, 소수성 고분자 내 친수성 셀룰로오스는 분산이 어렵지만 이를 실리카로 표면개질 하여 무기질화 하여 필름 상에서도 셀룰로오스 입자가 육안으로 보이지 않을 정도의 분산이 가능하였다. 이후 가소제와 실란의 표면개질을 추가하여 고분자와 실리카 표면개질 셀룰로오스 피브릴 간의 상호작용을 증가시켰다. 이렇게 제조된 표면개질 된 고분자 복합체는 neat 고분자에 비해 최대 90% 까지 인장강도가 증가하며, 고분자 대비 30 wt% 첨가에도 분말의 분산이 완전히 이루어졌다. 따라서 추후 목재소재시장에서도 상용화 될 수 있는 가능성을 확인하였다.