삿갓조개의 부착을 막는 무독성 선박 코팅제

주름코팅 공정 개략도

NCSU(North Carolina State University)의 엔지니어들은 18개월에 걸친 테스트를 통해 삿갓조개(barnacle)가 선체에 달라붙는 것을 억제할 수 있는 무독성 주름 코팅제를 개발하였으며, 선반을 청소하는데 소요되는 수 백만 달러의 비용을 궁극적으로 절감하게 해 줄 것으로 기대된다.

동 대학의 화공생명공학 분야의 연구 조교수인 Kirill Efimenko 박사와 Jan Genzer 교수가 수행한 본 연구는, 처음으로 크기가 다른 주름을 포함한 표면 코팅이 코팅 표면에 삿갓조개가 견고하게 달라붙는 것을 효과적으로 방지하는 것을 보여주고 있다.

생명체는 환경에 매우 적응을 잘 하기 때문에, 약점을 찾을 필요성이 있었다. 이 계층적 주름 형상은 일종의 속임수처럼 작용하고 있는 것으로 여겨진다고 Efimenko는 밝혔다.
연구팀은 고무판을 신장시킨 상태에서 코팅을 하였으며, 이를 위해 자외선 오존처리법을 사용하였다. 그리고 고무판의 인장력을 제거하면 동시에 주름이 형성된다. 이 코팅 위에 매우 얇은 층의 부분불소화 물질을 덮는다. 뉴욕주 윌밍턴(Wilmington) 지역에서 수행된 해양 실험 동안, 해수에 노출된 18개월 동안 주름진 물질 표면에 삿갓조개가 부착하지 않았다. 이는 동일한 화학조성을 갖는 평면 코팅을 했을 경우 실험을 한 지 한 달 만에 삿갓조개가 부착된 것과는 크게 대조되는 결과였다.

공학자들과 과학자들은 수 십 년 동안 선체에 삿갓조개가 부착되는 것을 막기 위한 방법을 개발하기 위해 고심하여 왔다. 선체 바닥에 삿갓조개가 군락을 이루게 되면 그렇지 않을 때 보다 동일한 속도를 내기 위해 엔진에 더 많은 부하를 주게 됨으로써 연료 소모량이 많아진다. 이것은 마치 창문을 열고 에어컨을 가동하는 것과 같다.
삿갓조개의 부착을 제거하기 위해서는 선박을 드라이 도크(dry dock)로 옮긴 후 물 밖으로 선박을 옮겨야 한다. 이 비용이 많이 드는 방법에는, 선박을 이용해 향유할 수 있는 귀중한 시간을 지불해야만 하는 문제가 있다.

수 년 동안, 선주(ship owner)들은 선체를 독성 물질로 코팅하여 삿갓조개가 부착하지 못하도록 하여왔다. 그러나 이런 물질들은 항구에서 어류 및 다른 해양 생물을 사멸시키기 때문에, 각국 정부에서는 선박에 이 물질을 사용하지 못하도록 금지하는 결과를 낳았다.

이런 정황에서 주름진 형상의 선박 코팅은 많은 흥미를 불러 일으켰다. 이것은 거친 상어의 피부에 보통은 찌꺼기가 끼지 않는다는 자연의 특성을 이용한 것이다. 반면 고래와 같은 다른 해양 생물은 미끈한 피부를 갖고 있기 때문에 원치 않게 삿갓조개를 종종 부착하고 다닌다.

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http://www.eurekalert.org/

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Nontoxic hull coating resists barnacles, may save ship owners millions

North Carolina State University engineers have created a non-toxic "wrinkled" coating for use on ship hulls that resisted buildup of troublesome barnacles during 18 months of seawater tests, a finding that could ultimately save boat owners millions of dollars in cleaning and fuel costs.

The research conducted by Dr. Kirill Efimenko, research assistant professor in the Department of Chemical and Biomolecular Engineering, and Dr. Jan Genzer, professor in the same department, shows for the first time that surface coatings containing nests of different-sized "wrinkles" are effective in preventing barnacles from firmly latching on to the coatings.

"The results are very promising," Efimenko said. "We are dealing with a very complex phenomenon. Living organisms are very adaptable to the environment, so we need to find their weakness. And this hierarchical wrinkled topography seems to do the trick."

Researchers created the coatings by stretching a rubber sheet, applying an ultra-violet ozone treatment to it, and then relieving the tension, causing five generations of "wrinkles" to form concurrently. The coatings were further covered with an ultra-thin layer of semifluorinated material. During ocean tests performed in Wilmington, N.C., the wrinkled materials remained free of barnacles after 18 months of seawater exposure, while flat coatings with the same chemical composition showed barnacle buildup after just one month in seawater.

Engineers and scientists have strived for decades to uncover ways to keep barnacles off ship hulls. Barnacle colonization on a ship bottom increases the ship's "drag" in the water, forcing the engine to burn more fuel to maintain the same speed. After six months in the water, a ship's fuel consumption increases substantially, Efimenko said. That costs ship owners — including the military — plenty of extra cash.

"It's like running your air conditioner with the windows open," Genzer said.

Barnacle buildup also forces owners to remove ships from the water and place them on dry docks for cleaning. This expensive procedure costs ships valuable time at sea when they could be making money.

For many years, ship owners fought barnacles by coating their hulls with toxic substances that resisted barnacle buildup. But those substances killed fish and other marine life in harbors, causing governments around the world to ban ships from using them.

That led to increased interest in endowing the ship coatings with wrinkled topographies. The coatings share traits with surfaces found in nature, where rough surfaces such as shark skin generally stay free of debris buildup. In contrast, other marine species, such as whales, have smooth skin but often carry barnacles as unwanted hitchhikers.

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The NC State team collaborated on the research with Drs. John Finlay, Maureen E. Callow and James A. Callow from the University of Birmingham in the U.K. The work was funded by the U.S. Office of Naval Research.

The group's findings are published in the May 27 issue of the journal ACS Applied Materials and Interfaces. The work is also highlighted in the May 8 edition of Science.

Contact: Nate DeGraff
nate_degraff@ncsu.edu
919-515-3848
North Carolina State University