본 연구에서는 잔류성과 유해성이 커서 국제적으로 제조와 사용이 엄격하게 제한되고 있는 perfluorooctane sulfonate(PFOS)를 대체할 수 있는 물질을 개발하였다. 또한 대체물질과 PFOS salt를 대상으로 표면장력측정, 미생물분해시험 및 물벼룩급성독성시험을 수행하였으며 이들 시험결과를 토대로 기능성과 환경유해성측면에서 PFOS 대체물질로서 상용화 가능성을 제시하고자 하였다.
PFOS 대체물질은 hemi-fluorinated potassium alkanesulfonate(HFPAS) 형태 4종(C10F13H8SO3K, C8F9H8SO3K, C6F5H8SO3K, C5F3H8SO3K)과 hemi-fluorinated multi-sodium sulfonate(HFMSS) 형태 4종(C15F9H21S2O8Na2, C17F9H25S2O8Na2, C23F18H28S2O8Na2, C25F17H32S3O13Na3) 등 총 8종을 개발하였다.
표면장력측정결과 2종의 PFOS salt(C8F17SO3K, C8F17SO3Na)의 표면장력은 각각 42.15 mN/m, 46.18 mN/m로 거의 유사한 것으로 확인되었다. 표면장력이 가장 낮은 대체물질은 C23F18H28S2O8Na2(20.94 mN/m)이었으며 다음으로는 C15F9H21S2O8Na2(23.36 mN/m), C17F9H25S2O8Na2(27.31 mN/m), C25F17H32S3O13Na3 (28.17 mN/m), C10F13H8SO3K(29.77 mN/m), C8F9H8SO3K(33.89 mN/m) 순으로 나타났다. 그리고 C6F5H8SO3K과 C5F3H8SO3K의 표면장력은 각각 57.64 mN/m, 67.57 mN/m로 2종의 PFOS salt 보다 높은 것으로 확인되었다.
28일 동안 미생물분해시험을 수행한 결과 2종의 PFOS salt는 미생물에 의한 분해가 전혀 이루어지지 않았다. 대체물질 중에서는 C5F3H8SO3K이 PFOS salt와 마찬가지로 미생물분해가 이루어지지 않는 것으로 확인되었다. 미생물분해율이 가장 높은 대체물질은 C8F9H8SO3K(31.4%)이었으며 다음으로는 C10F13H8SO3K (25.6%), C25F17H32S3O13Na3(23.6%), C15F9H21S2O8Na2(20.9%), C23F18H28S2O8Na2 (15.5%), C17F9H25S2O8Na2(8.5%), C6F5H8SO3K(4.8%) 순으로 확인되었다.
48시간 동안 물벼룩급성독성시험을 실시한 결과 2종의 PFOS salt(C8F17SO3K, C8F17SO3Na)의 48시간 반수영향농도(half effective concentration, EC50)는 각각 48.474 mg/L, 54.456 mg/L로 물벼룩에 대한 영향이 높은 것으로 나타났다. 대체물질 중에서 2종(C6F5H8SO3K, C5F3H8SO3K)은 물벼룩에 미치는 영향이 다소 있었지만(48시간 EC50이 각각 138.124 mg/L, 210.711 mg/L) 나머지 6종(C17F9H25S2O8Na2, C15F9H21S2O8Na2, C23F18H28S2O8Na2, C25F17H32S3O13Na3, C10F13H8SO3K, C8F9H8SO3K)은 물벼룩에 미치는 영향이 거의 없는 것으로 확인되었다(48시간 EC50이 모두 500 mg/L 이상).
상기의 3가지 시험결과를 종합해보면 PFOS salt에 비해 표면장력이 낮으면서 미생물분해가 상대적으로 잘되고 물벼룩급성독성이 거의 없는 6종(C17F9H25S2O8Na2, C15F9H21S2O8Na2, C23F18H28S2O8Na2, C25F17H32S3O13Na3, C10F13H8SO3K, C8F9H8SO3K)은 PFOS 대체물질로서 상용화 가능성이 충분히 있는 것으로 사료된다. 하지만 PFOS salt 보다 표면장력이 크고 미생물분해가 거의 이루어지지 않는 등 환경유해성이 존재하는 것으로 확인된 2종의 대체물질(C6F5H8SO3K, C5F3H8SO3K)은 PFOS 대체물질로서 상용화 가능성이 없다고 판단된다.