~ 물고기의 비늘과 조개의 접착성분 특징을 모의한 재료로~

자기청정성 표면의 구축은 저에너지 소비, 계면활성제를 사용하지 않는 환경조화성의 오염방지 기술의 관점에서 주목을 받고 있다. 지금까지 많은 자기 청정성 표면의 조제에 관한 보고가 있지만, 간단한 방법에 의한 구축은 성공하지 못하였다. 큐슈대학 카본뉴트럴 에너지국제연구소(I2CNER) 수소제조연구부문 등 연구팀은 수중에서 기름을 접근시키지 않는 오염방지 표면 조제를 위한 오염방지성을 나타내는 표면을 위한 간단한 방법을 개발하였다.

기름을 부착하지 않는 초발유성 표면은 자기 청정성 표면, 지문부착 방지, 내생물 오염 및 손상, 배관 마찰저감 등 다양한 관점에서 주목을 받고 있다. 일반적으로 초발유성 표면은 친수성 표면 및 미세 굴곡 등 복잡한 구조를 필요로 하였다. 그러나 이러한 표면의 제조는 프로세스가 복잡하고 형성할 수 있는 기재도 한정되어 있다.

물고기 비늘의 표면은 우수한 발유성 및 오염방지성을 나타내고 있다. 이것은 물고기 표면의 나노 마이크로미터 크기의 단층적인 굴곡구조와 표면의 친수성으로 항상 표면의 물을 취하고, 그 표면의 물이 존재함으로써 기름/물고기 표면의 계면 에너지를 불안정하게 하여 오염방지성을 나타낸다. 또한 최근에 홍합 등 해양생물의 족사(byssus)에 존재하는 단백질은 조개가 다양한 기판에 접착하기 위해 필요한 중요한 것이라고 밝혀졌다. 그 중에서도 카테콜(catechol)이라는 관능기를 포함하는 DOPA(L-3,4-dihydroxyphenylalanine)라는 아미노산이 중요한 역할을 하고 있다고 보고되었으며, DOPA를 포함한 고분자 재료가 수중에서도 다양한 기판에 접착하는 것이 밝혀졌다. 그래서 연구그룹은 물고기 표면의 수중 초발유성을 모의한 성질과 홍합의 수중 접착성을 조합시켜 수중 초발유성 표면을 설계하였다.

접착성의 카테콜기를 가진 메틸 메타크릴레이트((methyl methacrylate, MMA)와 N-(3,4-Dihydroxyphenethyl) methacrylamide(DOPMAm)과의 공중합체 poly(MMA-co-DOPMAm)을 라디칼 공중합에 의해 조제한 결과, 이 공중합체는 다양한 종류의 기판에 수중에서 강력하게 접착하였다. 카테콜기는 아민과 강력한 공유결합을 형성하기 때문에 poly(MMA-co-DOPMAm) 박막 표면에 다양한 고분자를 고정화하는 것이 가능하다. 그래서 poly(MMA-co-DOPMAm) 박막에 대해 정전하를 가진 폴리에틸렌이민(PEI)과 부전하를 가진 폴리아크릴산(PAA)을 상호적층법(LBL)으로 적층하였다. 수중에서의 관성반경이 큰 고분자량 PAA를 이용함으로써 표면에는 수십~수백 나노미터 간격으로 미세한 굴곡이 형성되는 것을 원자간 현미경 관찰에 의해 확인하였다. 이것은 물고기 비늘의 표면과 동일한 크기이다.

수중에서의 초발유성을 수중에서 유적을 표면에 접근시켰을 때의 거동으로부터 평가한 결과, 헥사데칸과 같은 기름의 유적은 표면에 부착하지 않고 구형태를 유지하면서 표면에서 빠르게 이탈하였다. 이 초발유성 표면의 안정성은 적층한 고분자인 아미도 결합형성에 의한 가교반응에 의해 향상되고 수중에서 2주간 방치해도 표면의 미세형태와 초발유성을 유지하였다.

[출처 : KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 5월 13일]