Systematic control of surface wettability has been received a great deal of attention owing to its industrial significance to various fields, such as oil-water separation, self-cleaning surfaces, microfluidics, and antifogging coatings. Here, we utilized a vapor-phase process, initiated chemical vapor deposition (iCVD) to deposit homogeneous copolymer films consisting of hydrophobic polymer, poly(2,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetravinyl cyclotetrasiloxane), pV4D4, and hydrophilic polymer, poly(4-vinyl pyridine), p4VP, to control the surface wettability of various substrates. In the iCVD process, a polymerization reaction occurs in vapor phase. Since the mixing of two or more components is always favorable in vapor phase, the iCVD process enables the formation of homogeneous copolymers from two extremely different monomer pairs, which is awfully challenging to achieve in liquid phase. Moreover, the process condition of iCVD is gentle enough to avoid damaging the substrate. Coupled with its high conformality, the iCVD process highly suitable for surface modification of membranes. In this work, by tuning the flow rate ratio of monomer pairs, a series of homogenous copolymers were formed, whose surface energy could be systematically controlled. The copolymers were applied to membrane substrates which showed an excellent selectivity of solvent wettability for the filtration of various organic solvents with various surface energies.
표면에너지의 조절은 물-기름 분리, 자가세정표면, 미세유체, 그리고 김서림 방지 코팅 등과 같은 여러 분야에서 산업적 중요성 때문에 많은 관심을 받아오고 있다. 이러한 관심에 따라 고체 표면 젖음성 조절의 다양한 방법이 제시되어 왔다. 하지만 기존의 방법들은 용매에 의한 손상, 기판의 제약 그리고 표면 젖음성의 정교한 조절 등 많은 문제점들이 있다. 이에 반해 개시제를 이용한 화학기상증착 공정인 initiated chemical vapor deposition (iCVD) 공정을 이용하면 이러한 문제점들을 해결 할 수 있다.
본 연구에서는 개시제를 이용한 화학기상증착 (iCVD) 공정을 이용하여 균일한 공중합체 표면을 증착하여 다양한 기판의 표면 젖음성을 컨트롤 하였다. 공중합체로는 소수성 고분자인 poly(2,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetravinyl cyclotetrasiloxane), pV4D4, 와 친수성 고분자인 poly(4-vinyl pyridine), p4VP를 이용 하였다. iCVD 공정에서 고분자 반응은 기상상태에서 일어난다. 기상상태에서 2 개 또는 그 이상의 물질 혼합이 잘 이루어지기 때문에 iCVD 공정은 액상공정에서는 얻기 어려운 극단적으로 다른 성질을 가지는 두 물질로부터 공중합체 합성이 가능하다. 게다가, iCVD 공정 조건은 기판의 손상을 피하기에 충분히 안정하다. 또한 iCVD 공정은 높은 균일도를 가지고 있어 증착 후에도 멤브레인과 같은 3D 구조를 가지는 기판의 표면 변형을 일으키지 않는다.
본 연구에서는 단량체의 유량을 조절하여 균일한 공중합체들을 정교하게 만들었다. FT-IR과 XPS 분석을 통해 단량체의 유량을 조절에 따른 다양한 표면 조성을 갖는 공중합체들을 확인하였다. SEM 결과를 통해서 증착 후에도 기존 구조의 변형이 없다는 사실 또한 확인하였다. AFM 결과를 통해서는 공중합체에 어떠한 상분리가 없는 것을 확인하여 균일한 공중합체가 이루어 진 것을 확인 하였다. 표면 접촉각과 이를 이용한 표면에너지 및 내부에너지 계산을 통해 더 정교한 분석을 하였다. 나아가 다양한 에너지를 같은 액체들의 젖음성을 다양한 표면에너지를 갖는 표면 위에서 확인하였고 내부에너지와의 상관관계를 알아 내었다. 즉, 단량체의 유량 조절을 통해 표면 젖음성을 균일하게 조절할 수 있었다. 마지막으로 공중합체들을 다양한 액체들의 선택적 분리에 적용하였고 우수한 선택적 분리가 이루어 지는 것을 확인하였다.
