| 초록 |
핵심기술 TerraSAN Ⓡ 은 은나노세라믹컴퍼지트 성분으로 안정적이고 무독성임에도 높은 항균성을 띠는 물질로, 이 소재를 플라스틱이나 강관 코팅도료에 섞어 수도관에 적용하여 수도관 내 생물막 형성을 저지하는 기술을 개발 최종목표 ➀ 상용화 단계에서 필수적인 항생물막 이중 HDPE관의 제작 - 은농도 기준 120ppm의 HDPE관으로 기존 수도관 대비 가격 상승요인 최소화 (10% 미만)를 위해 생물막이 형성되는 내부층에만 소재를 섞어 항균필름타입으로 생산 - 이중관의 내부 일정 두께층 (1-2mm정도 예상)을 항균성분인 은나노 컴포지트(TerraSAN)를 적정농도로 섞은 PE물질로 압출 성형(Extrusion). 성형 다이(Die)에 추가다이를 장착하여 나머지 층과 동시에 뽑을 수 있도록 목적에 맞는 내부용 다이의 제작 ➁ 이중관의 내마모성, 인증적합성 및 기존 성능유지 확인 - 이중관 파이프의 고유기능인 유체이송에 문제가 없는지, 허용압력, 강도, 내구성 등 규격을 만족하는지 검증, KS / KC / CE인증을 통과할 상용화 제품을 생산 - 항균력 테스트(JIS Z 2801 준용)로 3개 균류 테스트, 항균성 99% 이상 도달 ➂ 상용화 제품인 이중관에서 국제규격에 따른 은 용출실험 수행 - 이중관의 용출 여부를 용출시험기준에 따른 시험 확인 ➃ 용출된 은나노 컴퍼지트가 인체유해성이 없음을 확인 - TerraSAN Ⓡ HDPE 용출물의 유해성 여부를 급성경구독성시험을 통해 확인, 안전성을 입증 ➄ 소형관 루프(loop)테스트를 통한 추가 성능검증 - 월 1회씩 3회 샘플을 채집하여 미생물 밀도를 확인하고 미생물학적 으로 분석하여 현장에서와 유사한 항생물막 효과를 관찰 ➅ 강관소재 수도관의 내부코팅제 개발 및 성능검증 - 강관의 경우, 폴리우레아로 내부코팅을 하는데 여기에 TerraSAN Ⓡ 소재를 섞어 가공하여 항생물막 기능을 부여하고 성능을 검증 - 코팅제로서의 표면부착능력과 용출안전성 그리고 물리적 안정성(음극박리, 내충격성 등)등을 측정하여 음용수 기준에 적합함을 KC (위생인증 기준) 시험성적을 통해 확인 개발내용 및 결과 본 과제에서는 상용화를 위한 경제성 제고와 수도관으로서의 물리적·화학적 적합성을 입증하는 것으로, 당사가 기 개발한 TerraSAN Ⓡ HDPE 항생물막 수도관의 경제성 제고를 위하여 성능발현이 가능한 최적의 농도를 도출하여 은 농도 기준으로 120ppm 제품을 만들고 이 제품을 이중관화하여 내부면에만 0.5~1mm 두께층만이 TerraSAN Ⓡ HDPE가 되도록 함. 생산된 이중관의 3개 균에 대한 항균공정시험을 거쳐 항생물막 성능을 확인하였고, 항생물막 특성을 현장에서와 유사한 상태에서 관찰하기 위하여, 루프테스트를 3개월간 시행하여 4개 카테고리에 대한 미생물학적 분석을 하여 항생물관의 미생물 부착억제와 활성억제효과를 관찰함. 또한, 생산된 제품의 은을 포함한 용출성 등 화학적 평가와 내압성 등 물성관련 시험 등 적합성 시험을 거쳐 수도관으로서의 적합함을 확인하였고, 개발 시제품에 대한 장시간 용출과정을 거쳐 이에 대한 동물독성시험(급성경구)을 진행하여 무해성을 입증하였음 강관의 경우, 내부코팅제로 적용되고 있는 폴리우레아에 당사 TerraSAN Ⓡ 을 가공 적용하여 내부 코팅 진행. 적용된 소재의 농도는 HDPE관과 동일하게 적용되었으며, 이렇게 생산된 제품의 코팅제로서의 표면부착능력과 용출 안전성, 물리적 안정성(음극박리, 내충격성 등)등을 측정하여 음용수 기준에 적합함을 시험성적을 통해 확인하였음 TerraSAN Ⓡ 소재 자체 안정성평가는 8가지 독성테스트를 통해 이미 이루어진 바 있으나, 수도관에 적용한 형태로 용출한 물에 대해서는 급성경구독성시험으로 안정성을 확인하였음 기술개발 배경 우리나라 국민의 수돗물 만족도는 59%지만 직접 음용률은 5% 수준으로, 영국, 미국, 일본 등 음용률이 50%를 넘는 선진국에 비해 턱없이 모자란 것으로 알려져있음. 현재, 국내에서는 건강한 수돗물을 만드는데 매년 5조원이 넘는 예산을 투입하고 있으나 효과는 미미한 수준임. 양질의 수돗물을 안전하게 공급받기 원하는 소비자들의 욕구가 증가하고 있으나, 수돗물 급·배수계통에서 처리수의 수질이 저하 될 수 있는 가능성으로 인해 급·배수시설의 운영 및 유지 관리에 대한 중요성이 부각되고 있음. 국내 수도관의 경우, 부식과 함께 생물막이 많이 형성되고 있는 점을 봐서 수돗물에 세균이 유입되고 있으며, 더불어 수돗물의 평균온도가 17℃인 점을 볼 때 생물막이 쉽게 형성되는 적절한 여건을 갖추고 있음. 수도관을 단지 수돗물을 공급하는 파이프라는 단순한 개념을 넘어, 위생과 안전기능을 가진 고기능 고부가가치 제품으로 업그레이드하여 새로운 시장을 창출할 필요가 있으며, 본 기술 및 제품 개발을 통해 항생물막(Anti-biofilm) 수도관으로의 교체사업, 교체 후 유지 갱생사업을 통한 고용창출, 파이프산업 발전 등이 이루어질 수 있고 이때, 항생물막 수도관을 적용하여 청소주기를 현저하게 늦추고 수돗물 직음용률을 높여 획기적인 비용절감을 도모할 수 있음. 이러한 수도관은 선진국에서의 수돗물 품질향상을 위한 노력과 수인성전염병에 쉽게 노출되는 저개발국가의 환경을 고려할 때, 기존의 수도관을 대체할 수 있는 전 세계적으로 새로운 수도관 시장의 형성을 가능하게하며 패러다임의 변화를 가져올 수 있음 핵심개발 기술의 의의 양질의 수돗물을 공급하기 위해 고도처리공정이 정수처리장에 도입되어 개선되고는 있으나, 1) 정수처리 된 수돗물을 관로를 통해 가정으로 공급되는 과정에서 관의 부식에 의한 오염, 2) 노후된 관 또는 관의 교차연결(Cross connection)부분에서 유인되는 오폐수와 병원성 미생물에 의한 오염, 3) 관 표면에 부착하여 생장하는 미생물에 의한 오염 등 2차 오염에 의해 수지가 저하될 수 있음. 재난지역(기상재해, 홍수나 지진 등)이나 수인성 전염병 등이 주요한 사인이 되는 저개발 국가 등에서는 깨끗한 수돗물을 생산하고 공급해주는 것이 생존의 문제가 되고 있으며, 수처리 기술이 부족한 온열대지역 국가에서 수도관 내 미생물 저감은 여전히 주요한 사안임. 따라서, 생물막(biofilm)형성을 직접 수도관에서 억제하는 것이 수돗물의 품질이 유지되고 노후화를 늦출 수 있는 가장 좋은 대안이 될 수 있음 당사 소재인 은나노 세라믹 컴퍼지트는 다양한 플라스틱류나 도료 등에 잘 섞이고 용출 없이 반영구적으로 항균성을 보이는 특성이 있어 필요한 기능을 부여할 기술적 문제 해결이 가능함. 이 소재의 가장 큰 특징은 액상 및 분말 형태의 형태로 다양한 소재에 혼합이 가능하다는 것임. 이러한 특성을 활용하여 플라스틱류 관에 섞어 생산하거나 코팅제에 섞어 다양한 관류 및 저류 설비 등에 적용 가능 또한, 당사가 개발한 수도관은 OECD 독성안전기준 (경구독성, 눈/피부독성, 돌연변이원성, 유전독성 등)을 통과한 안전한 물질인 은나노 세라믹 컴포지트를 적용한 제품으로, 반영구적으로 표면 항균성 유지가 가능함. 정수장에서 수도꼭지까지 적용하여 생물막 형성을 근원적으로 저지하여 깨끗한 물 보급이라는 신뢰도 회복(음용률 30% 상승 시, 연 6000억 원의 사회적 비용 절감)은 물론 관망관리 비용 절감과 노후화를 늦춰 경제적인 관망관리가 가능 적용 분야 국내제품의 라인업을 통한 제품의 확산에 기여할 수 있음 1) TerraSAN Ⓡ 항생물막 HDPE 위생수도관의 시공에 필요한 부품들(곡관, 이음관, 밸브 등) 2) 항생물막 물탱크(자체개발)-SMC물탱크의 내부 판넬에 적용하도록 협력업체 구축, 즉시 사업화 가능 3) TerraSAN Ⓡ 플러스로 특수 옥내배관 생산으로 Legionella와 같은 병원균 확산 예방에 적용 (출처 : 최종보고서 요약문 4p) |
