[이상준 교수팀, 실리콘 기반 지속 가능한 방오 · 방빙 · 저마찰 표면 기술 개발]

최근 기계공학과 이상준 교수, 통합과정 박규도 씨 연구팀은 실리콘 기반의 새로운 표면 코팅 기술을 개발해 해양 생물 부착 및 결빙 방지, 마찰 감소 성능을 장기간 지속적으로 유지하는 데 성공했다. 이번 연구는 코팅 과학 분야 저명 국제 학술지인 ‘응용 표면 과학(Applied Surface Science)’와 ‘유기 코팅의 발전(Progress in Organic Coatings)’에 게재됐다.

선박에 부착된 따개비나 조류와 같은 해양 생물은 선박의 표면 마찰을 증가시켜 연료 소비를 최대 40%까지 늘리고, 그로 인해 경제적 손실을 초래한다. 이를 방지하기 위해 독성 물질을 방출하는 방오 도료가 사용되고 있으나, 이는 해양 생태계를 교란시킨다는 우려를 낳고 있다. 최근 국제해사기구(IMO)가 해양 환경 보호와 탄소 배출 저감을 위한 새로운 규제를 발표함에 따라, 조선업계는 해양 생물 부착에 따른 선박의 마찰 저항을 줄이면서도 생태계를 해치지 않는 친환경 도료 개발에 주력하고 있다.

이번 연구에서 POSTECH 이상준 교수 연구팀은 긴 사슬을 가진 자유 고분자가 얽힌 폴리디메틸실록산(PDMS) 수지에 저점도 오일을 함침시킨 LEP(long-chain entangled PDMS) 젤 기술을 개발했다. LEP 젤을 표면에 코팅하자 물이나 기름이 묻지 않고 미끄러졌으며, 해양 생물이나 오염물질의 부착이 억제되었다. 또한, 개발한 LEP 젤은 고속/고압의 수중 환경(11m/s 및 1.2bar)에서도 우수한 미끄럼 성능을 유지했으며, 자가 재보충(self-replenishment) 특성을 가진 오일층 덕분에 그 효과가 장기간 지속됐다.

이 LEP 젤은 강한 표면 오염을 일으키는 홍조류인 피떡말이 자생하는 환경에서 37주 이상 표면을 깨끗하게 유지했다. 또한, 해양 파울링이 극심한 여름철 인천 바다에서 2개월간 수행한 실증 시험에서, LEP 젤 표면에는 해양 생물이 전혀 붙지 않았고, 미생물들이 형성하는 바이오 필름(Biofilm)도 생기지 않았다. 이처럼 독성물질을 방출하지 않으면서 뛰어난 방오 성능을 보인 것은 매우 이례적이다.

이밖에 LEP 젤은 겨울철 얼음과 서리를 방지하는 데도 효과적이었다. 표면에 형성된 오일층 덕분에 얼음이 표면에 거의 붙지 않았으며, 영하의 환경에서 약한 바람만으로도 서리가 전혀 형성되지 않았다. 이는 선박뿐만 아니라 냉각탑, 열교환기, 풍력 터빈이나 항공기 날개 등 겨울철에 결빙이 발생하는 다양한 환경에서 LEP 젤이 매우 유용한 솔루션이 될 수 있음을 나타낸다.

 

연구를 이끈 이상준 교수는 “LEP 젤은 기존 방오 도료들보다 친환경적이면서도 훨씬 우수한 방오 및 저마찰 성능을 자랑한다“라며, ”이 기술은 선박과 해양 구조물에 유용할 뿐만 아니라 우수한 방오 및 저마찰 성능이 요구되는 다양한 산업 분야에 널리 활용할 수 있을 것“이라며 큰 기대감을 나타냈다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 자연모사혁신기술 개발사업의 지원으로 진행됐다.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.161478
DOI: https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.161478