본 논문에서는 해수에 잠겨있는 물체표면의 물리적 성질과 생물오손현상 간의 상관관계를 관찰하기 위하여 생물오손에 미치는 소수성(hydrophobic) 표면의 효과에 대해 실험해석을 수행하였다. 시편으로서, 일반알루미늄, 소수성표면을 가진 알루미늄, 친수성(hydrophilic)표면을 가진 알루미늄 등 세 종류를 사용하였으며, 단, 소수성시편의 경우, AAO(Anodic Aluminum Oxide)기법으로 제작한 것과 HDFS(heptadecafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrodecyltricholorosilane)코팅처리하여 제작한 것, 두 종류를 사용하였다. 세 종류, 네 개의 시편에서 확인된 생물오손정도는 중장기적인 면에서는 시편 간에 큰 차이가 없지만, 오손초기에는 괄목할 만한 차이가 관찰되었다. 생물 부착물의 두께가 소수성표면의 미세돌기 높이에 다다를 때 까지는 소수성표면의 오손지연효과가 현저하게 나타나나, 일단 이를 초과하면 소수성표면의 오손방지효과는 소멸됨을 확인하였다.
본 논문에서는 해수에 잠겨있는 물체표면의 물리적 성질과 생물오손현상 간의 상관관계를 관찰하기 위하여 생물오손에 미치는 소수성(hydrophobic) 표면의 효과에 대해 실험해석을 수행하였다. 시편으로서, 일반알루미늄, 소수성표면을 가진 알루미늄, 친수성(hydrophilic)표면을 가진 알루미늄 등 세 종류를 사용하였으며, 단, 소수성시편의 경우, AAO(Anodic Aluminum Oxide)기법으로 제작한 것과 HDFS(heptadecafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrodecyltricholorosilane)코팅처리하여 제작한 것, 두 종류를 사용하였다. 세 종류, 네 개의 시편에서 확인된 생물오손정도는 중장기적인 면에서는 시편 간에 큰 차이가 없지만, 오손초기에는 괄목할 만한 차이가 관찰되었다. 생물 부착물의 두께가 소수성표면의 미세돌기 높이에 다다를 때 까지는 소수성표면의 오손지연효과가 현저하게 나타나나, 일단 이를 초과하면 소수성표면의 오손방지효과는 소멸됨을 확인하였다.
Effects of material surface property, hydrophobic or hydrophilic, on the bio-fouling occurred on the bodies submerged in the sea water are investigated experimentally. 4 test models are used in the experiment, which includes aluminum foil in common use, AAO applied hydrophobic surface, HDFS coated h...
Effects of material surface property, hydrophobic or hydrophilic, on the bio-fouling occurred on the bodies submerged in the sea water are investigated experimentally. 4 test models are used in the experiment, which includes aluminum foil in common use, AAO applied hydrophobic surface, HDFS coated hydrophobic surface and hydrophilic surface. Hydrophobic surfaces with numerous micro & nano-scale pillars on it seems to play very important role of preventing them from fouling in initial stage while the effects disappear in long term sense of fouling process. It is concluded that the surface hydrophobicity retards the initial fouling until the fouling thickness is smaller than the heights of the pillars on it but the effects diminish with the fouling proceeds so that the thickness grows bigger than the pillar heights.
Effects of material surface property, hydrophobic or hydrophilic, on the bio-fouling occurred on the bodies submerged in the sea water are investigated experimentally. 4 test models are used in the experiment, which includes aluminum foil in common use, AAO applied hydrophobic surface, HDFS coated hydrophobic surface and hydrophilic surface. Hydrophobic surfaces with numerous micro & nano-scale pillars on it seems to play very important role of preventing them from fouling in initial stage while the effects disappear in long term sense of fouling process. It is concluded that the surface hydrophobicity retards the initial fouling until the fouling thickness is smaller than the heights of the pillars on it but the effects diminish with the fouling proceeds so that the thickness grows bigger than the pillar heights.
이를 위한 최근의 노력은 크게 두개의 그룹으로 나뉘는데, 하나는 능동형 방법으로서 선체표면과 물 사이에 공기층 또는 공기 액적을 뿜어 넣어 선체와 물과의 직접 접촉을 가능한 줄이고자 하는 것이고(Jang and Kim[1999]), 또 하나는 수동형 방법으로서 기본적으로 물을 싫어하는 성질을 가진 표면(소수성표면)을 선체표면으로 사용하고자 하는 노력이다(Shultz[2004]). 본 연구에서는 수동형 저항감소 방법인 소수성표면이 과연 방오성능을 가지고 있는지를 알아보기로 하였다. 성공적이라면 마찰저항감소와 무도장(nopainting) 방오재료라는 두 가지 목표에 동시에 도달할 수 있게 됨을 의미한다.
제안 방법
5배율)을 통한 관찰을 동시에 수행하였다. 또한, 육안 및 현미경 관찰을 통해 개체수를 확인하는 것이 불가능할 때는 전자저울을 통해 해수에서 건진 후, 3일간 서늘한 곳에 건조시킨 후 시편의 무게를 측정하였다.
시편이 설치된 해역은 조수간만차이가 크지 않은 잔잔한 해상상태(sea condition)를 유지하고 있으며, 또한 조수간만 영향을 받지 않도록 충분한 깊이로서 수면으로부터 1m에 위치하도록 설치하였다. 실험은 생물활동이 활발할 것으로 예상되는 2012년 6월부터 동년 9월까지 3개월에 걸쳐 실시하였으며, 일정기간 경과 후 육안(DSLR)과 현미경(37.5배율)을 통한 관찰을 동시에 수행하였다. 또한, 육안 및 현미경 관찰을 통해 개체수를 확인하는 것이 불가능할 때는 전자저울을 통해 해수에서 건진 후, 3일간 서늘한 곳에 건조시킨 후 시편의 무게를 측정하였다.
대상 데이터
본 실험에서 사용할 시편으로서, 일반알루미늄, 친수성시편, AAO(Anodic Aluminum Oxide)처리 소수성시편, HDFS(heptadecafluoro-1,1,2,2,-tetrahydrodecyltricholorosilane)처리 소수성시편등 총 4가지 시편을 5 cm×20 cm(W×L) 크기로 제작하였다. 표면 돌기의 nano/micro 이중구조가 nano돌기 단일구조보다 소수성(hydrophobic) 또는 친수성(hydrophilic)이 더욱 우수하고, 제작도 용이하므로(Kim et al.
이론/모형
이러한 방법은 다른 재료를 이용하여 소수성 또는 친수성 표면을 제작할 수 있으나, 알루미늄의 양극산화가 제작방법이 간단하며 빠르고 대면적으로 제작이 가능하다는 장점이 있다. 이를 위해 Kim et al.[2006]의해 이미 정립된 알루미늄의 양극 산화기법을 사용하여, 일반알루미늄 시편을 이용한 친수성시편, AAO처리 초소수성시편, HDFS 처리 초소수성시편을 제작하였다.
성능/효과
(1) AAO처리 및 HDFS처리를 통하여 150o 이상의 접촉각을 가지는 극소수성 표면을 얻을 수 있었다.
(2) 소수성 표면은 초기 생물오손의 방지효과가 확연하나, 기간의 경과와 함께 그 효과는 급격히 사라짐을 확인하였다.
(3) 소수성표면은 초기에는 표면미세돌기사이의 공기층의 존재 때문에 오손 초기 생물착생을 늦추는 것으로 판단되나, 일단 착생물의 두께가 돌기의 높이를 초과하면, 효과는 사라지는 것으로 분석된다.
후속연구
한편 공기층의 존재가 오히려 해조류 및 해양생물의 부착을 조장할 수도 있는지에 대한 추후의 연구가 필요하다. 오손으로 인한 부착특성은 수온과 이에 따른 생물다양성의 계절적 요인이 적지 않으므로, 계절별로 또는 1년 이상의 기간 동안 장기적으로 실시할 것이 요망되며, 특히 여름철에는 관찰주기를 1~2주 간격으로 하는 것이 요망된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
생물오손은 무엇인가?
해조류 및 따개비 등의 해양 생물에 의해 선박 및 해양 구조물 표면에 발생하는 생물오손(biofouling)은 저항증가를 유발할 뿐 아니라(Jung et al.[2009], Townsin[2003]).
생물오손는 무엇을 야기하는가?
해조류 및 따개비 등의 해양 생물에 의해 선박 및 해양 구조물 표면에 발생하는 생물오손(biofouling)은 저항증가를 유발할 뿐 아니라(Jung et al.[2009], Townsin[2003]). 물체표면의 부식을 가속시켜 구조안전성의 문제를 야기하기도 한다(Park et al.[2012]).
TBT화합물을 이용한 TBT-SPC 방오도료의 문제점은?
이런 점에서, 오랫동안 조선해양산업에서는 방오성능을 높이고자 많은 연구와 시도가 있었으며, 1970년대들어 TBT화합물을 이용한 TBT-SPC(Tri-Butyl-Tin Self-Polishing Copolymer) 방오도료(anti-fouling coating)가 비교적 장기간에 걸쳐 우수한 방오성능을 유지할 뿐 아니라 재도장도 용이하다는 이유로 널리 사용되었다. 그러나, TBT 화합물은 자체 독성성분 때문에 생태계 교란과 심각한 환경 파괴에 대한 문제가 발견되어 2001년 국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)에 의하여 ‘TBT 사용금지에 관한 국제 협약(“The International Convention on the Control of Harmful Anti-fouling Systems on Ships”)’이 발효되기에 이르렀다(Candries[2001]). 이에 따라, 최근 들어 기존 TBT-SPC 방오도료를 대체하기 위한 친환경 방오도료, 나아가 유지보수가 적게 필요한 방오기술에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다(Rahman et al.
참고문헌 (11)
Candries, M., 2001, "Drag, Boundary-Layer and Roughness Characteristics of Marine Surfaces Coated with Antifoulings", Ph.D. Thesis, Dept. Marine Technology, Univ. Newcastle-Upon-Tyne.
Jang, J.H. and Kim, H.C., 1999, "On the Reduction of a Shp Resistance by Attaching an Air Cavity to Its Flat Bottom", Journal of the Society of Naval Architects of Korea, Vol. 36, No. 2. 1-8.
Jung, D.H., Kim, A.R., Moon, D.S., Lee, S.W., Kim, H.J. and Ham, Y.H., 2009, "Preliminary Experimental Study on Biofouling in Real Sea Environment", Journal of the Korean Society for Ocean Engineering, Vol. 23, No. 6, 39-43.
Kim, D.H., Hwang, W.B., Park, H.C. and Lee, K.H., 2006, "Superhydrophobic nano-wire entanglement structures", Journal of Micromechanics and Microengineering, Vol. 6, 2593-2597.
Lee, S.M. and Rahwang, W.B., 2009, "Large-area superhydrophobic nanofiber array structures for drag reduction", 17th International Conference On Composite Materials.
Park, S.I., Kwon, S.I., Lee, Y.M., Koh, W.G., Ha, J.W. and Lee, S.Y., 2012, "Study on Anti-biofouling Properties of the Surfaces Treated with Perfluoropolyether (PFPE)", Applied Chemistry for Engineering, Vol. 23, No. 1, 71-76.
Zhang, H., Lamb, R. and Lewis, J., 2005, "Engineering nanoscale roughness on hydrophobic surface-preliminary assessment of fouling behaviour", J. STAM, Vol. 6, 236-239.
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