In this review, surface modification methods of hydrophobic poly(tetrafluoroethylene) (PTFE) membrane are introduced and their improved hydrophilicity results are discussed. Fluoropolymer based membranes, represented by PTFE membranes have been used in various membrane separation processes, including membrane distillation, oil separation and gas separation. However, despite excellent physical properties such as chemical resistance, heat resistance and high mechanical strength, the strong hydrophobicity of PTFE membrane surface has become a challenging factor in expanding its membrane separation application. To improve the separation performance of PTFE membranes, wet chemical, hydrophilic coating, plasma, irradiation and atomic layer deposition are applied, modifying the surface property of PTFE membranes while maintaining their inherent properties.
Kim, Eun-Kyeong;Lee, Chul-Sung;Hwang, Tae-Jin;Kim, Sang-Sub
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.505-505
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2011
The control of wettability of thin films is of great importance and its success surely brings us huge applications such as self-cleaning, antifogging and bio-passive treatments. Usually, the control is accomplished by modifying either surface energy or surface topography of films. In general, hydrophobic surface can be produced by coating low surface energy materials such as fluoropolymer or by increasing surface roughness. In contrast, to enhance the hydrophillicity of solid surfaces, high surface energy and smoothness are required. Silica (SiO2) is environmentally safe, harmless to human body and excellently inert to most chemicals. Also its chemical composition is made up of the most abundant elements on the earth's crest, which means that SiO2 is inherently economical in synthesis. Moreover, modification in chemistry of SiO2 into various inorganic-organic hybrid materials and synthesis of films are easily undertaken with the sol-gel process. The contact angle of water on a flat silica surface on which the Young's equation operates shows ~50o. This is a slightly hydrophilic surface. Many attempts have been made to enhance hydrophilicity of silica surfaces. In recent years, superhydrophilic and antireflective coatings of silica were fabricated from silica nanoparticles and polyelectrolytes via a layer-by-layer assembly and postcalcination treatment. This coating layer has a high transmittance value of 97.1% and a short water spread time to flat of <0.5 s, indicating that both antireflective and superhydrophilic functions were realized on the silica surfaces. In this study, we assessed hydrophillicity and hydrophobicity of silica coating layers that were synthesized using the sol-gel process. Systematic changes of processing parameters greatly influence their surface properties.
Lee, Chang Ho;Lee, Sang Goo;Kim, Sung Rae;Lee, Jong Dae
Korean Chemical Engineering Research
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v.50
no.3
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pp.421-426
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2012
The effect of synthesis conditions such as various organic material and composition of organic-inorganic material in ozone resistance and surface characteristic of ultraviolet cured organic-inorganic hybrid coating film has been investigated. Organic-inorganic hybrid coating solution was prepared using tetraethoxysilane (TEOS), silane coupling agent methacryloyloxypropyltrimethoxysilane (MPTMS), 2,2,2-trifluoroethylmethacrylate, and various organic materials with acrylate group, bar-coated on substrates using applicator and densified by UV-curing. It was found that ozone resistance and surface hardness of the coating film was increased with contents of TEOS. It was also found that ozone resistance of coating film was increased with contents of 2,2,2-trifluoroethylmethacrylate. On the other hand, surface hardness was decreased with increase of 2,2,2-trifluoroethylmethacrylate. In addition, Surface hardness of coating film was increased with the addition of aliphatic urethane acrylate. It was also found that the transmittance of coating films was not influenced by content of TEOS and 2,2,2-trifluoroethylmethacrylate. In addition, the coating film exhibited high transmittance of above 90%.
Dendritic hyperbranched poly(methyl methacrylate)s (PMMA)s, whose branched architectures resemble the 'dendron' part(s) of dendrimer, were synthesized by an iterative methodology consisting of two reactions in each iteration process: (a) a coupling reaction of u-functionalized, living, anionic PMMA having two tert-butyldimethylsilyloxymethylphenyl(SMP) groups with benzyl bromide(BnBr)-chain-end-functionalized PMMA, and (b) a transformation reaction of the introduced SMP groups into BnBr functionalities. These two reactions, (a) and (b), were repeated three times to afford a series of dendron-like, hyperbranched (PMMA)s up to third generation. Three dendron-like, hyperbranched (PMMA)s different in branched architecture were also synthesized by the same iterative methodology using a low molecular weight, functionalized 1,1-diphenylalkyl anion prepared from sec-BuLi and 1,1-bis(3-tert-butyldime-thylsilyloxymethylphenyl)ethylene in the reaction step (b) in each iterative process. Furthermore, structurally similar, dendron-like, hyperbranched block copolymers could be successfully synthesized by the iterative methodology using $\alpha$-functionalized, living, anionic poly(2-(perfluorobutyl) ethyl methacrylate) (PRfMA) in addition to $\alpha$-functionalized, living PMMA. Accordingly, the resulting block copolymers were comprised of both PMMA and PRfMA segments with different sequential orders. After the block copolymers were cast into films and annealed, their surface structures were characterized by angle-dependent XPS and contact angle measurements. All three samples showed significant segregation and enrichment of PRfMA segments at the surfaces.
In this study, fluorinated ethylene propylene (FEP) nanoparticle as an adhesive for fabricating a three-dimensional multilayered microfluidic device was studied. The formation of evenly distributed FEP nanoparticles layer with 3 ㎛ in thickness on substrates was achieved by simple spin coating of FEP dispersion solution at 1500 rpm for 30 s. It is confirmed that FEP nanoparticles transformed into a hydrophobic thin film after thermal treatment at 300 ℃ for 1 hour, and fabricated polyimide film-based microfluidic device using FEP nanoparticle was endured pressure up to 2250 psi. Finally, a three-dimensional multilayered microfluidic device composed of 16 microreactors, which are difficult to fabricate with conventional photolithography, was successfully realized by simple one-step alignment of FEP coated nine polyimide films. The developed three-dimensional multilayered microfluidic device has the potential to be a powerful tool such as high-throughput screening, mass production, parallelization, and large-scale microfluidic integration for various applications in chemistry and biology.
Anti-adhesion coatings are very important in the processing of adhesive materials such as optical clear adhesive (OCA) films. Choosing the appropriate release coating material for dies and tools can be quite challenging. Hydrophobic surface treatment is usually performed, and its performance is often estimated by the static water contact angle (CA). However, the relationship between the release performance and the CA is not well understood. In this study, the water CAs of surfaces coated with anti-adhesion materials and the peel strengths of the acrylic-based adhesive films are evaluated. STC5 and SUS304 are selected as the base materials. Base materials with different surface roughnesses are produced by hairline finishing, mirror-polishing, and end milling. Four fluoropolymer compounds, including a self-assembled monolayer, are selected to make the base surface hydrophobic. Static, advancing, and receding CAs are mostly increased due to the coating, but the CA hysteresis is found to increase or decrease depending on the coating material. The peel strengths all decreased after coating and are largely dependent on the coating material, with significantly lower values observed for fluorosilane and perfluoropolyether silane coatings. The peel strength is observed to correlate better with the static CA and advancing CA than with the receding CA or hysteresis. However, it is not possible to accurately predict the anti-adhesion performance based on water CA alone, as the peel strengths are not fully proportional to the CAs.
Non-Fickian (or anomalous) diffusion was observed in transient sorption of aromatic solvents(such as benzene, toluene, and chlorobenzene) in fluoropolymers (such as ETFE, ECTFE and PVDF). In this study, five other transient sorption models (Crank, Long & Richman, Berens & Hopfenberg, Neogi, Li) based on Fick's law were employed to fit the anomalous sorption data for aromatic solvents. The adjustable parameters were determined by least square analysis of the measured and predicted fractional uptake. For ETFE sorption data slightly deviating from Fickian behavior, all the models exhibited satisfactory results in fitting the anomalous sorption data. In particular, Neogj model predicted intrinsic diffusivity (0.4~0.8$\times$10$^{-5}$$\textrm{cm}^2$/day) and equilibrium diffusivity (0.13~0.31$\times$10$^{-4}$$\textrm{cm}^2$/day) as well as relaxation kinetics related to non-Fickain diffusion. For a typical sigmoidal sorption behavior in PVDF, only Crank's model could give the reasonable evaluation on transport properties. The ratio of intial diffusivity (D$_{i}$) to final equilibrium diffusivity (D$_{\infty}$) was ranged from 80 to 200. For the final stage of uptake In ECTFE with drastic acceleration, all the models exhibited significant deviations from the sorption data. New diffusion models based on thermodynamics and continuum mechanics should be employed to get valuable information on transport properties as well as relaxation kinetics coupled with non-Fickian diffusion.
Park, Sooin;Kwon, Sunil;Lee, Yeongmin;Koh, Won-Gun;Ha, Jong Wook;Lee, Sang-Yup
Applied Chemistry for Engineering
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v.23
no.1
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pp.71-76
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2012
Biofouling by marine organisms such as algae and barnacles causes lots of significant problems in marine systems such as a rise of the maintenance-repair cost for the ship and the marine structures. In this work, a fluoropolymer, perfluoropolyether (PFPE), was applied as an anti-biofouling coating material that prevents the adhesion of marine organisms and facilitates the removal of them. Water contact angles of various surfaces were tested to examine the hydrophobicity of the PFPE-modified surface. The PFPE-modified surface showed the water contact angle of $64.5^{\circ}$ which is a remarkable rise from $46.7^{\circ}$ of amine-treated surface. When the substrate was treated with PFPE, the adhesion on the of the barnacle and other marine organisms were repressed around 15% by the enhanced hydrophobicity. In addition, the removal the of the adhered marine organisms were better comparing to that of the surface prepared by PDMS. Surfaces of the substrate treated by PFPE were characterized through physical and chemical methods to analyze the biofouling results. Degree of biomolecular adhesion to the substrate was quantified by the measurement the fluorescence intensity of marine organisms dyed with green fluorescence. PFPE is expected to be applicable not only to anti-biofouling systems but also to medical devices where the prevention of protein adhesion is required.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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