본 논문에서는 유체 속 특정 기체의 포집 및 검출을 위한 기체 투과가 가능한 방수 필름 개발을 위하여 초발수 특성을 가지는 미세 다공성 고분자 필름 제작에 관한 연구를 수행하였다. 기체 투과가 가능한 방수 필름은 현대사회에서 전반적으로 중요하게 다루어질 기능성 소재이며 대표적으로 수질오염에 의한 수중 속 특정 기체를 검출할 수 있는 가스센서의 방수케이스, 외부 수분의 노출은 막고 통풍은 원활하게 해주는 기능성 섬유소재인 고어텍스(GORE-TEX®) 등 여러 분야에서 적용이 가능하다. 하지만 이러한 소재는 제작 상 복잡한 공정순서, 높은 제작비용, 또는 표면개질 후 내구도 저하에 대한 불가피성 등 제작 상의 문제점을 가지고 있다. 따라서 제작공정순서가 간단하고 낮은 제작비용 및 영구적인 내구도 특성으로 기체 투과가 가능하고 발수 특성을 소재 표면에 적용할 수 있는 공정기술 기반의 연구가 필요하다.
따라서 본 논문에서는 이와 같은 문제점들을 보완할 수 있는 공정기술을 제시하고자 하며, 표면에 초발수 특성이 부여된 고분자 필름에 기체 투과가 가능한 방수 필름 개발을 연구 목적으로 삼아 진행하였다. 먼저, 초발수 표면 구현을 위한 알루미늄 몰드 표면상의 불규칙한 마이크로 구조물의 중요한 요소인 거칠기 파라미터(roughness parameter)를 표면에 구현 할 수 있는 식각공정을 기반으로 공정기술을 제안하고 실험을 통한 결과분석으로 검증하였다. 다음으로, 제작된 알루미늄 몰드 표면에 성형 공정을 통한 고분자 표면에 부여된 특성을 평가하여 불규칙한 마이크로 구조물이 발수 특성에 영향을 미치는 가에 대한 타당성을 실험을 통하여 확인하였다.
표면에 미세구조물이 구현된 기체 투과형 방수 필름의 제작은 수직 채널의 조건이 방수 특성에 중요한 요소이며 이는 마이크로 펀칭 가공 공구를 이용하여 직경의 크기에 따른 방수 특성을 평가하기 위해 100, 200, 300㎛ 직경의 수직 채널을 제작하였다. 또한 가스 검출기의 케이스로써 사용하기 위해서 일반적으로 센서의 검출부의 직경이 20㎜ 이내임을 감안, 앞서 언급된 탄성고분자 물질인 PDMS를 직경 20㎜, 두께 1㎜로 제작하여 방수 특성을 평가하기 위한 멤브레인(membrane)으로써 제작하였다. 이에 따라 수직 채널형 필름의 방수 특성을 평가하기 위해 구성된 유량 제어 및 압력 측정 시스템을 구현하여 측정을 수행하였다. 실험 조건은 고정된 유량에 따른 제작된 수직 채널의 100, 200, 300㎛ 직경 별 측정과 100㎛ 직경의 수직 채널이 제작된 방수 필름을 50, 100, 150, 200㎕ 유량 별 측정을 수행하여 방수 특성이 손실되는 부분 즉, 누수가 일어나는 부분을 실험적으로 확인하였다. 먼저, 수직 채널의 100, 200, 300㎛ 직경에 따른 방수 특성을 분석하였으며 이 때 유량 조건은 100㎕/min으로 고정하여 그 외 실험에 영향을 미치는 변수는 배제하였다. 유량 조건을 100㎕/min으로 설정하였을 때 0.82bar에서 가장 높은 압력 수치를 나타내며 이는 수직 채널의 최대허용방수압력을 나타낸다. 실험을 통해 확인 한 결과 제작된 방수 필름의 직경은 방수 능력을 위한 중요한 요소이며 표면장력과 수압에 대한 이론식으로 분석한 결과 초발수 표면을 갖는 방수필름의 100㎛ 수직 채널 1개의 최대허용압력은 1.47kPa로 멤브레인 50개의 홀에 걸리는 최대허용압력의 합은 73.5kPa임을 알 수 있으며 단위를 환산하면 이는 0.735bar를 나타낸다. 실험을 통하여 100㎕의 유량 조건으로 100㎛ 수직 채널이 구현된 방수 필름의 최대허용압력은 0.82bar로 측정되었으며 따라서 이론상 계산된 최대허용압력 수치보다 11.56% 개선된 방수 특성이 부여되었음을 실험을 통해 확인 할 수 있으며 결론적으로 표면 미세구조화를 구현한 수직 채널이 존재하는 방수 필름의 최대허용방수압력을 이론식으로 확인하였으며 도출한 이론값보다 높은 수치의 결과 값을 통하여 방수 필름의 표면미세화가 방수 특성에 효율을 극대화시킨다는 것에 대해서 실험적으로 증명하였다.

In this paper, we have studied the fabrication of microporous polymer films with superhydrophobic for gas permeable waterproof film for trapping and detecting specific gas in fluid. The gas permeable waterproof film is a functional material that will be treated as a general matter in the modern society. Typically, it is a waterproof case of a gas sensor that can detect a specific gas in the water due to water pollution, prevents exposure of external moisture, (GORE-TEX®), which is a functional fiber material that can be used in various fields. However, these materials have manufacturing problems such as complicated process sequence in production, high manufacturing cost, and inevitability to decrease durability after surface modification. Therefore, it is necessary to study the process technology based on the fabrication process, which is capable of gas permeation with low fabrication cost and permanent durability characteristics and can apply the water repellency to the surface of the material.
Therefore, in this paper, we propose a process technology that can overcome these problems and proceed with the development of a waterproof film that can permeate gas permeable polymer films with superhydrophobic properties. First, we propose a process technology based on etching process that can realize roughness parameter which is an important element of irregular microstructures on aluminum mold surface for superhydrophobic surface and verify it with experimental results . Next, the validity of irregular microstructures on the water repellency was evaluated by evaluating the properties of the surface of the aluminum mold by the molding process.
In order to evaluate the waterproof characteristics of the gas permeable waterproof film with the microstructure on the surface, the vertical channel condition is an important factor for the waterproof property. Diameter vertical channels were fabricated. In consideration of the fact that the diameter of the detection part of the sensor is within 20 mm in general for use as a case of the gas detector, the aforementioned elastic polymer material PDMS is manufactured to have a diameter of 20 mm and a thickness of 1 mm, membrane. In order to evaluate the waterproof characteristics of the vertical channel type film, the flow rate control and pressure measurement system was implemented and measured. Experimental conditions were as follows: waterproof film with 100, 200 and 300 ㎛ diameters of vertical channels and vertical channels with 100 ㎛ diameter were fabricated according to fixed flow rate, Experimental confirmation was made of the part where the characteristic loss occurred, that is, where the leakage occurred. First, the waterproof characteristics of vertical channels with 100, 200, and 300 μm diameters were analyzed, and the flow conditions were fixed at 100 μL / min to exclude variables affecting other experiments. When the flow rate is set to 100 μl / min, the highest pressure value is obtained at 0.82 bar, which represents the maximum allowable water pressure of the vertical channel. Experimental results show that the diameter of the waterproof film is an important factor for the waterproofing ability. As a result, it is found that the maximum permissible pressure of one 100 μm vertical channel of waterproof film with super water - repellent surface is 1.47 kPa, the sum of the maximum permissible pressures in 50 holes of the membrane is 73.5 kPa, which is 0.735 bar. Through experiments, the maximum allowable pressure of the waterproof film with a 100 μm vertical channel at a flow rate of 100 μl was measured at 0.82 bar, and it was confirmed through experiments that the waterproof property was improved by 11.56% over the theoretical maximum allowable pressure value In conclusion, the maximum allowable water pressure of a waterproof film with vertical channels that have surface microstructures is confirmed by the theoretical formula and the surface fineness of the waterproof film is superior to the waterproof property To maximize the efficiency of the experiment.