아시아 습지에 서식하는 식물인 로터스(lotus)의 잎이 물이나 먼지 입자를 제거하는 자정능력(self-cleaning ability)을 뜻하는 ‘로터스 효과(Lotus Effect)’를 모방한 분무형 코팅이 독일 BASF社 소속의 화학자에 의해 개발되었다.

로터스 잎의 표면은 초소수성(superhydrophobic)을 띠고 있어서 물방울이 잎에 떨어지면 넓게 퍼지는 대신 물방울을 형성하기 때문에 조금이라도 잎이 기울어져 있으면 물방울은 굴러 떨어지고 만다.

그래서 로터스 잎은 폭우가 쏟아지는 동안에서 항상 건조한 상태로 유지한다. 그리고 물방울이 굴러 떨어지는 과정에서 잎 표면에 묻어 있는 작은 입자들을 가지고 떨어지기 때문에 자정작용이 동시에 나타난다.

독일 본 대학(University of Bonn in Germany)의 식물학자 빌헬름 바트로트(Wilhelm Barthlott)는 로터스 효과를 처음 소개한 사람이면서 ‘로터스 효과’의 상표권을 가지고 있는 사람이기도 하다. 로터스 효과는 로터스 식물의 잎이 아주 미세한 구조를 가지고 있을 뿐만 아니라 직경 1nm 가량의 소수성 왁스결정으로 잎 표면이 코팅되어 있기 때문이다. 잎 표면은 나노스케일(nanoscale)에서 거친 표면은 매끈한 표면보다 훨씬 소수성이 강하다. 왜냐하면 물과 잎 표면을 형성하는 고체 사이에 접촉 면적이 줄어들기 때문이다. 로터스 식물 잎의 경우 물방울의 순수한 접촉면적은 물이 뒤덮고 있는 표면적에 약 2～3%에 불과하다.

이러한 나노구조는 표면이 자정작용에 의해 깨끗한 상태로 유지될 수 있는 근본적인 이유이기도 하다. 매끈한 소수성 표면에서 물방울은 굴러 내리기보다는 미끄러지게 되기 때문에 같은 거리를 이동하더라도 표면에 부착된 입자들을 잘 제거하지 못한다.

BASF社가 개발한 로터스 효과 에어로졸 스프레이는 로터스 잎의 이러한 효과를 모방하기 위해 소수성 고분자 나노입자(nanoparticles with hydrophobic polymers)를 함유하고 있다. 이때 소수성 고분자 나노입자로는 폴리프로필렌(polypropylene)이나 폴리에틸렌( polyethylene) 또는 왁스 등이 사용된다. 스프레이에 사용되는 분사 가스는 스프레이가 빨리 건조되도록 해서 코팅이 적절한 나노구조를 형성할 수 있도록 도와주는 역할을 하도록 설계되었다.

(KORDIC)