- 기계연, 게 껍데기 키토산으로 자가세정 반사방지 유리 제작 -

- 생분해성 소재로 환경위험 줄이는 나노공정 길 열려 -

한국기계연구원(이하 기계연, 원장 박천홍)이 생분해성 키토산을 이용한 나노입자 코팅 공정으로 자기세정과 반사방지 기능을 갖는 유리를 만드는 데 성공했다. 생분해성 소재를 나노공정에 사용한 첫 사례다. 최근 독성 문제가 불거지고 있는 미세플라스틱 폐기물 나노입자를 발생시키지 않고, 안전하게 활용할 수 있는 길이 열렸다.

기계연 나노융합기계연구본부 나노자연모사연구실 임현의 실장과 박승철 박사 연구팀은 게 껍데기의 주성분인 키토산을 이용한 친환경 나노코팅 공정을 개발하고 관련 연구성과를 ACS Applied Materials & Interfaces(ACS 응용물질 및 계면)지에 게재*했다. (10월 30일 자)

* 논문명: Synthesis of Surface-Reinforced Biodegradable Chitosan Nanoparticles and Their Application in Nanostructured Antireflective and Self-Cleaning Surfaces

▲게 껍데기를 이용한 친환경 나노공정과 일반적인 고분자 나노입자를 사용하는 공정의 비교

연구팀은 유리 표면에 자기세정과 반사방지 기능을 갖는 나노 구조를 가공하기 위해 기존 나노 공정에 폴리스티렌 나노입자 대신 생분해성 키토산을 이용했다. 이번에 개발된 공정은 친환경 소재를 이용하여 기존의 나노공정에서 발생하던 미세플라스틱 폐기물이 없다는 것이 가장 큰 장점이다.

환경문제에 대한 관심이 커지면서 기존의 가공 공정을 친환경 공정으로 개선하기 위한 다양한 연구가 펼쳐지고 있지만 생분해성 소재의 경우 물성이 취약해 가공 공정에 활용하기 어려웠다.

▲실온 보관 시 시간의 변화에 따른 키토산 나노입자의 변화를 전자현미경으로 촬영한 사진, 특정 구조로 형성되어 있던 키토산 나노입자가 30일 후 분해된 것을 볼 수 있다.

연구팀은 기존의 나노입자 코팅에 주로 사용되는 폴리스틸렌 대신 생분해성 소재인 키토산 성분을 나노가공 공정에 사용할 수 있도록 나노입자로 만들고 표면처리 하여 물성을 강화시켰다.

키토산 입자를 식품이나 약물 전달을 위해 활용한 사례는 있지만, 나노공정에 활용한 것은 처음이다. 이번 연구성과는 고분자 나노입자가 활용되는 다양한 공정에 적용이 가능할 것으로 기대를 모은다.

▲일반 유리와 키토산 성분으로 만든 나노입자를 가공한 자기세정 유리의 물 흐름을 비교한 실험장면. 왼쪽의 일반 유리는 유리의 접촉각이 23도로 물을 뿌렸을 때 물방울이 퍼져서 맺히지만, 오른쪽의 자기세정 유리는 152도의 접촉각이 형성돼 물이 맺히지 않고 흘러 떨어진다.

지금까지 표면에 나노구조물을 만들기 위해 값싸고 구형으로 합성이 쉬운 폴리스티렌 고분자가 사용되어 왔다. 이 과정에서 다량의 플라스틱 나노입자가 포함된 용액이 버려져 환경에 영향을 줄 수 있다는 우려가 제기되어 왔다.

▲교신저자인 임현의 박사와 1저자인 박승철 박사

나노자연모사연구실 임현의 실장은 “이번 연구성과는 나노플라스틱입자의 사용을 줄이기 위하여 세계 최초의 친환경 나노공정의 가능성을 제시한 데 의의가 있다”며 “향후 고분자 나노입자를 필요로 하는 다양한 공정에 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.

한편 이번 연구는 국가과학기술연구회 융합연구사업 ‘테플론 대체 고온내구성 초발수 표면 설계 및 공정 기술 선행 연구’와 산업통상자원부 ‘도심형 건물용 태양광 모듈 개발을 위한 자가 세정 기능의 고부가가치 컬러 유리 개발’ 과제의 지원을 받아 수행됐다.