국내 연구진이 인체에 무해하면서 오염에 강하고 발수가 탁월한 생분해성 필름 코팅 기술을 개발해 식품 및 생활용품 포장 필름 제품 적용이 기대되고 있다.

한국세라믹기술원(원장 정연길) 장정호 박사 연구팀은 비불소계 실라잔(규소와 질소로 구성된 수소화합물) 표면처리에 의한 소수성 메조다공성 실리카 소재를 개발했다고 23일 밝혔다.

이번에 개발한 기술은 생분해성 PLA 필름의 내오염성 및 고발수성을 통해 필름의 분리수거 및 재활용성을 향상시켜 탄소저감 및 친환경 재활용이 가능한 기술이다.

메조다공성 실리카 소재는 2~50나노미터의 기공들이 규칙적으로 배열된 실리카 소재로서 높은 표면적과 많은 나노 기공구조로 인해 다양한 약물, 단백질, 천연물 등을 담지·방출이 가능하다.

또한 중금속 및 휘발성 유기화합물 (VOCs)과 같은 다양한 오염원의 고효율 흡착 및 촉매로도 활용성이 매우 큰 소재이다. 그러나 높은 친수성을 갖고 있어 발수 성능이 필요한 산업에는 적용이 어려웠다.

특히, 필름의 내오염성과 발수성 기술은 주로 테프론 등으로 알려진 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 첨가제인 과불화옥탄산(PFOA) 등의 불소계 수지를 사용해 왔으나 과불화옥탄산(PFOA)의 인체 유해성 문제가 대두되고 있어 미국 및 유럽에서는 식품포장 및 생활용품 등의 발수코팅에서 불소계 사용을 금지하고 있다.

이에 장정호 박사 연구팀은 비불소계 실라잔 화합물을 메조다공성 실리카 소재의 나노기공 표면에 코팅하여 140도 이상의 접촉각을 갖는 고소수성 메조다공성 실리카 소재를 제조하는 기술을 개발했다.

연구를 통해 메조다공성 실리카 소재의 나노 기공 표면에 실라잔 기능기를 도입하면 접촉각이 25도에서 140도 이상의 고소수성 특성을 갖게 됨을 입증했다. 또한, 개발된 기술을 생분해성 PLA 필름 위에 코팅하면 접촉각이 83도에서 130도 이상으로 크게 증가해 내오염성 및 고발수성 성능이 향상되는 것을 확인했다.

한편, 이번 연구결과는 미국화학회의 ‘에이씨에스 오메가 (ACS Omega)’ 8월호 표지논문으로 게재됐으며, 현재 국내 기업들과 다양한 적용성 평가 및 기술이전 등을 협의 중이다.