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ISSN : 1225-0112(Print)
ISSN : 2288-4505(Online)
Applied Chemistry for Engineering Vol.28 No.1 pp.1-17
DOI : https://doi.org/10.14478/ace.2016.1129

Hydrophobic Polydimethylsiloxane Thin Films Prepared by Chemical Vapor Deposition: Application in Water Purification

Sang Wook Han, Kwang-Dae Kim*, Ju Hwan Kim*, Sunghyun Uhm**,†, Young Dok Kim
Department of Chemistry, Sungkyunkwan University, Suwon 16419, Korea
*R&D center, Shinwoo Industry Co., Ltd., Incheon 22665, Korea
**Advanced Materials & Process Center, Institute for Advanced Engineering, Yongin 17180, Korea
Corresponding Author: S. Uhm, Advanced Materials & Process Center, Institute for Advanced Engineering, Yongin 17180, Korea / Y. D. Kim, Sungkyunkwan University, Department of Chemistry, Suwon 16419, Korea Tel: +82-31-330-7494, +82-31-299-4564 e-mail: laminat@hanmail.net, ydkim91@skku.edu

Abstract

Polydimethylsiloxane (PDMS) can be deposited on various substrates using chemical vapor deposition process, which results in the formation of PDMS thin films with thickness below 5 nm. PDMS layers can be evenly deposited on surfaces of nanoparticles composed of various chemical compositions such as SiO2, TiO2, ZnO, C, Ni, and NiO, and the PDMS-coated surface becomes completely hydrophobic. These hydrophobic layers are highly resistant towards degradation under acidic and basic environments and UV-exposures. Nanoparticles coated with PDMS can be used in various environmental applications: hydrophobic silica nanoparticles can selectively interact with oil from oil/water mixture, suppressing fast diffusion of spill-oil on water and allowing more facile physical separation of spill-oil from the water. Upon heat-treatments of PDMS-coated TiO2 under vacuum conditions, TiO2 surface becomes completely hydrophilic, accompanying formation oxygen vacancies responsible for visible-light absorption. The post-annealed PDMS-TiO2 shows enhanced photocatalytic activity with respect to the bare TiO2 for decomposition of organic dyes in water under visible light illumination. We show that the simple PDMS-coating process presented here can be useful in a variety of field of environmental science and technology.

화학적 증기 증착 방법을 통해 제조한 소수성 폴리디메틸실록산 박막: 수처리로의 응용

한상욱⋅김광대*⋅김주환*⋅엄성현**,†⋅김영독
성균관대학교 화학과
*신우산업 주식회사 중앙연구소
**고등기술연구원 신소재공정센터 청정소재공정팀

초록

폴리디메틸실록산(PDMS)은 화학적 증기 증착 방법을 통해 다양한 물질에 5 nm 두께 이하의 박막 형태로 증착될 수 있다. SiO2, TiO2, ZnO, C, Ni 및 NiO와 같은 다양한 종류의 나노입자 표면에도 PDMS 박막은 증기 증착을 통해 고르게 형성될 수 있으며, PDMS가 증착된 표면은 완벽한 소수성을 갖게 된다. 이 소수성 박막은 안정성이 높아 산, 염기 및 자외선 노출 시에도 잘 분해되지 않으며, 또한 PDMS로 코팅된 나노입자는 다양한 환경 분야에 응용될 수 있다. PDMS 코팅된 소수성 SiO2 입자는 기름/물 혼합액에서 기름과 선택적으로 반응하고, 기름 유출 사고 시 유류 확산을 억제할 수 있으며, 유출된 기름을 물에서 물리적으로 쉽게 분리할 수 있게 해준다. PDMS 코팅된 TiO2를 진공 상태에 서 열처리 할 경우 TiO2 표면은 완전하게 친수성으로 개질되며, 이때 TiO2가 가시광선을 흡수하여 반응할 수 있게 하는 산소 빈자리 또한 발생하게 된다. PDMS 코팅 후 열처리한 TiO2는 아무 처리하지 않은 TiO2에 비해 가시광 하에 서 수중의 유기 염료를 분해하는데 더 뛰어난 광촉매 활성을 보인다. 우리는 해당 연구에서 제시하는 간단한 PDMS 박막 코팅 방법이 다양한 환경 과학 및 공학 분야에서 응용될 수 있음을 소개하고자 한다.
 

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