<사진. 다양한 유형의 텍스처드(Textured) 코팅 재료 개발 방법 표시도임.
출처. KISTI 미리안>

텍스처드 오염 방지 코팅 연구

인류가 생존하는 지구는 약 71% 부분이 드넓은 해양 부분에 속하고 있다. 해양 어업, 해양 교통 운수, 해양오염 산업, 해양 오일 및 가스 채굴과 운송, 해수 담수화, 연안 지역 관광 등 인류 활동은 현재 공통적인 과제인 ‘해양 생물 오염 손실’ 문제를 해결해야 하는 과제에 직면하여 있는 상황이다.

해양 생물체가 선박 상에서 부착되어 선체의 무게를 증가시키는 동시에 선체 재료의 부식을 증가시켜 불필요한 동력 소모를 증가시키고 있다. 오염 손실 정도가 증가됨에 따라 최종적으로는 선박의 기동성과 성능을 떨어뜨려 선박 운행에 심각한 영향을 끼치게 된다.

그 외, 생물 오염 손실은 정밀 기기 및 기판, 파이프 라인 밸브(Pipeline valves) 등 해양 시설과 수산양식 산업의 정상적인 운영과 제품 생산에 심각한 영향을 끼치고 있는 상황이다. 해양 생물 오염 손실은 경제, 환경과 생태 3개 분야에 부정적 영향을 끼치고 있는 상황이다. 때문에 생물 오염 손실에 대한 방지 및 제거는 경제 분야에서 중요한 의미가 있을 뿐만 아니라 군사 분야에서도 중요한 의미가 있다.

생물 오염 손실을 방지하고 제거하는 방법은 오염 방지 페인트 코팅(Antifouling paint coating) 방법이다. 전통적인 유기 주석(Organotin)을 이용한 오염 방지 페인트는 해양 생태에 심각한 영향을 끼치기 때문에 ‘국제 해사 기구(IMO)’는 이미 전통적인 유기 주석을 이용한 오염 방지 페인트 사용을 금지시킨 상황이다.

현재 시장에서 오염 방지 효과가 비교적 이상적인 해양 오염 방지 페인트는 주로 독성이 작고 안전한 오염 방지제를 이용한 페인트와 낮은 표면 에너지 타입 오염 방지 페인트 두 가지 유형이 존재하며, 낮은 표면 에너지는 주로 유기 실리콘 시리즈와 유기 불소 시리즈가 포함되고 있다.

순수 유기 실리콘 혹은 유기 불소 재료는 비록 일정한 오염 방지 효과를 보유하고 있지만 단점도 매우 뚜렷한 상황이다. 예를 들면, PDMS 수지(Resin)는 응집성(Cohesiveness)이 떨어지고 강도가 낮은 등 역학 성능 분야 단점을 보유하고 있다. 동시에 고체화 온도가 높아 시공에 불리하고 가격 수준이 매우 높다. 때문에 유기 실리콘에 대한 화학 특성 개선 작업을 실행하여 관련 단점을 극복해야 하는 상황이다.

중국과학원 닝보(寧波) 재료 기술 및 공정 연구소 우쉐둥(烏學東) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 텍스처드 오염 방지 코팅(Textured Antifouling Coating) 기술 개발에서 혁신적인 성과를 취득하여 이슈가 되고 있다.

연구팀은 유기 실리콘의 특성 개선 아크릴 레이트(Acrylate)를 코팅 재료로 선정하고 해양 생물 표피(Epidermis)가 천연적인 오염 방지 특성을 보유하고 있는 상황에 근거하여 유기 실리콘 특성 개선 아크릴 수지 고체화를 실행한 동시에 템플릿(Template) 방법을 이용하여 세 가지 규칙의 텍스처(Texture)(마이크로/나노 러그(Lugs), 홈(grooves) 및 구덩이(pits))를 구축하였으며 코팅이 실크 조류, 초승달 모양 조류와 보트 모양 조류 등 해양 환경에서 보편적으로 존재하는 세 가지 조류의 오염 방지 성능에 대한 계통적인 측정 연구 작업을 실행하였다.

연구팀은 이번 계통적인 측정 연구를 통해 표면 텍스처드(Textured)가 코팅의 해양 오염 방지 성능을 뚜렷이 향상시키며 최적 조건 하에서 실크 조류, 초승달 모양 조류와 보트 모양 조류 등 해양 환경에서 보편적으로 존재하는 세 가지 조류 부착 수량이 각각 92%, 81%, 73% 감소된다는 점을 발견하였다.

연구팀은 계통적인 측정 연구를 통해 텍스처드 형태와 사이즈는 코팅의 오염 방지 성능과 비교적 강한 관련성을 보유하고 있으며, 마이크로/나노 러그(Lugs)가 조성한 ‘다리’ 및 마이크로/나노 구덩이(pits)가 형성한 ‘에어 쿠션(Air cushion)’은 조류와 코팅의 부착 면적과 부착 강도를 효과적으로 낮춰 조류를 효과적으로 낮추며, 마이크로/나노 러그 간의 구역과 구덩이가 조성한 ‘모자이크(Mosaic)’는 조류 부착을 뚜렷이 증가시킨다는 분석 결론을 도출하였다.

연구팀은 이번 계통적인 측정 연구 결과에 기반하여 텍스처드 형태, 기하학적 매개 변수와 조류 흡착 표현의 구성 효과 관계를 구축하였다.

연구팀의 관련 연구 성과는 표면 공정 연구 분야 권위 학술지인 Applied Surface Science에 발표되었다(Applied Surface Science, 311(2014)703-708). 연구팀은 ‘중국 표면 공정’ 학술지 편집부의 요청에 따라 표면 공정 디자인이 환경 보호 타입의 해양 오염 방지 재료 분야에서 발휘하는 중요한 응용에 기반하여 ‘그린 해양 오염 방지 재료의 표면 구축 연구 성과’라는 테마의 논문을 작성하여 발표하였다(2014, 27(5): 14-31).

연구팀의 이번 연구는 국가과학기술부의 ‘중대 기초과학 연구 프로젝트(973 계획)’(2014CB643305) 비용, 저장성(浙江省) 정부의 ‘혁신 연구팀 프로젝트’(2011R50006) 비용 지원을 받아 실행되었다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr