Conventional superhydrophobic surfaces often suffer from poor mechanical robustness and environmental concerns due to the use of leachable nanoparticles and fluorine-based chemicals. To address these critical limitations, we present a novel, highly durable, and eco-friendly superhydrophobic coating platform based on the controlled, curing-induced wrinkling of ethyl cyanoacrylate (ECA). A hierarchical wrinkled surface was spontaneously formed by creating a differential curing rate between the surface and the bulk of an ECA film. This was achieved by spraying two distinct curing initiators—a commercial accelerator and deionized water—onto the ECA layer. The resulting wrinkled structures were subsequently rendered superhydrophobic via a fluorine-free process involving plasma treatment and n-octadecyltrichlorosilane (OTS) surface grafting. The choice of curing agent was found to be critical in determining the final surface morphology and mechanical properties. The accelerator-induced surface, characterized by large hierarchical wrinkles with a scale of hundreds of micrometers , exhibited a final water contact angle of 157.4°. More importantly, it demonstrated outstanding mechanical durability, with a critical load of 10,117 mN in scratch tests. This adhesion strength is approximately seven times higher than that of the water-induced surface (1,455.5 mN) and vastly superior to that of a commercial coating product. This remarkable robustness is attributed to the accelerator's dual function: not only creating surface wrinkles but also promoting strong chemical bonding between the ECA polymer and the substrate. This simple, particle-free, and fluorine-free approach provides a practical and scalable solution for various industrial applications requiring durable superhydrophobicity.

나노입자와 불소 화합물을 기반으로 하는 기존 초소수성 표면은 입자 탈락에 따른 기계적 취약성과 환경 유해성이라는 근본적인 한계를 가진다. 이러한 한계를 해결하기 위해, 본 연구에서는 에틸 시아노아크릴레이트(ECA)의 경화 과정에서 유도되는 주름 형성을 제어하여 내구성이 뛰어나고 친환경적인 초소수성 코팅 기법을 새롭게 개발하였다. 계층적 주름 구조는 상용 경화 촉진제와 탈이온수라는 두 가지 다른 경화 개시제를 ECA 층에 분사하여 필름의 표면과 내부 간 경화 속도 차이를 유도함으로써 자발적으로 형성했다. 이렇게 형성된 주름 구조에 플라즈마 처리 후 n-옥타데실트리클로로실란(OTS)을 표면에 그래프팅하는 불소-프리 공정을 적용하여 초소수성을 구현했다. 연구 결과, 경화제의 선택이 최종 표면 형상과 기계적 특성을 결정하는 핵심 요소임을 확인했다. 특히 경화 촉진제로 만든 표면은 수백 마이크로미터 규모의 큰 계층적 주름 구조를 특징으로 하며, 157.4°의 물 접촉각과 10,117 mN의 높은 임계 하중을 기록하여 뛰어난 기계적 내구성을 입증했다. 이 값은 탈이온수로 제작한 표면보다 약 7배, 상용 코팅 제품보다도 월등히 높은 수치로, 이러한 뛰어난 내구성은 상용 경화 촉진제가 표면 주름을 형성함과 동시에 ECA 폴리머와 기판 간의 강력한 화학적 결합을 촉진하는 이중 기능 덕분인 것으로 분석된다. 본 연구에서 제안하는 초소수성 표면 제작 방식은 나노 입자나 불소를 사용하지 않는 간단한 공정으로서, 내구성이 필요한 다양한 산업 분야에 실용적이고 확장 가능한 해결책을 제공한다.

Keywords: 소수성(Superhydrophobicity), 에틸 시아노아크릴레이트(Ethyl cyanoacrylate; ECA), 경화 유도 주름 형성(Curing-induced wrinkling), 경화촉진제(Curing agents)