테플론을 넘어: 나노 깃털 기술로 만든 차세대 안전 논스틱 코팅

🧪 PFAS와 테플론의 그림자

테플론 (Polytetrafluoroethylene or PTFE) 은 물·기름·오염물이 잘 달라붙지 않는 특성 덕분에 수십 년간 프라이팬부터 산업 소재까지 폭넓게 활용되었습니다. 그러나 테플론의 원료인 PFAS(Per-and-polyfluoroalkyl substances, 과불화화합물)는 환경에서 거의 분해되지 않아 ‘영원한 화학물질’로 불리며, 인체와 생태계에 장기적으로 축적될 수 있습니다.

특히 C8 이상의 장쇄 PFAS는 독성과 생물축적성이 높아 이미 금지되었고, C4·C6 단쇄 PFAS도 규제 논의가 확대되고 있습니다. 하지만 동등한 수준의 발수·발유 성능을 가진 대체재는 찾기 어려웠습니다.

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🧬 혁신 원리: ‘나노 깃털(CF₃ fletching)’ 기법

연구팀은 PDMS(Polydimethylsiloxane, 폴리디메틸실록산) 브러시의 말단에 가장 짧은 PFAS 단일기(-CF₃)를 ‘깃털’처럼 배열하는 나노스케일 화학 구조 설계를 개발했습니다.

• PDMS 브러시 구조: 유연한 실록산 사슬에 -CH₃ 기가 표면으로 이동해 발수성을 제공
• CF₃ 결합: 산소 플라즈마 처리 후, 브러시 끝에 약 7개의 -CF₃ 기를 결합
• 효과: 표면 에너지를 단쇄 PFAS 수준(약 19.7 mJ/m²)까지 낮추면서 불소 함량을 8~40배 절감
• 환경성: 분해 시 **TFA(트리플루오로아세트산)**만 생성, 생물축적 위험이 낮고 배출량이 극히 적음

PDMS 브러시 제작 및 -CF₃ 결합 공정과 특징

 

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💧 성능 검증: PFAS 수준의 기름 반발력

연구팀은 제작한 표면을 다양한 오일(헥사데케인, 옥탄, 헵탄 등)에 노출시켜 성능을 측정했습니다.

• 접촉각: 헥사데케인 기준 52°로 일반 PDMS(37°) 대비 현저한 향상
• 드롭와이즈 제거 성능: C6 PFAS 코팅과 유사하게 낮은 표면장력 액체도 방울 형태로 제거
• 동적 마찰 계수 감소: 액적이 빠르게 미끄러져 표면 오염 방지
• 스프레이 테스트: 지속적인 오일 분사에도 표면 건조 상태 유지

헵탄·옥탄·데케인 분사 후 각 표면의 액적 분포 및 건조 유지 성능

 

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🏭 다양한 적용 가능성과 내구성

이 코팅은 평판 기판뿐 아니라 금속, 나일론, 폴리에스터, 스테인리스 메시, 직물에도 적용 가능했습니다.

• 섬유 적용: AATCC 118 기준 오일 방어 등급 6 달성
• 메시 표면: 낮은 표면장력 액체 침투 저항성 향상
• 내구성: 200°C 고온, pH 3~10 환경, 고압 물 분사 후에도 성능 유지

금속·폴리머·섬유 적용 후 액적 슬라이딩 및 침투 저항 성능

 

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🌍 산업·환경적 의미

이 기술은 PFAS 완전 퇴출로 가는 전환기 대안으로, 기존 성능을 유지하면서 환경 부담을 획기적으로 줄일 수 있습니다.

• 조리기구: 프라이팬·오븐 트레이 등 안전한 논스틱 (Non-Stick) 코팅
• 섬유산업: 방수·방오 의류, 산업용 필터
• 냉각·응축 시스템: 저표면장력 액체 제거로 효율 향상
  궁극적으로 완전 PFAS-free 고성능 코팅 개발로 이어질 수 있습니다.

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✍️ 한줄평

성능과 안전성을 모두 잡은 ‘나노 깃털’ 코팅은 테플론 이후 논스틱 기술의 새로운 기준을 제시합니다.

 

참고문헌 : DOI: 10.1038/s41467-025-62119-9