자동차 표면이 긁혔을 때 햇볕을 쬐면 30분 만에 스스로 원상 복구되는 투명한 보호용 코팅 소재가 개발됐다.
보호용 코팅 소재는 제품 본래의 색이 드러날 수 있도록 무색투명해야 하고, 고가 제품의 표면을 보호해야 하므로 내구성이 좋아야 한다. 특히 자동차 보호용 코팅 소재는 온도 등 외부 변화에 크게 영향받지 않아야 한다. 지금까지는 이러한 조건을 모두 만족시키면서 자가치유 기능을 부여하기가 매우 어려웠다. 자가치유가 잘 되려면 분자의 이동이 자유로워야 해서 내구성이 약하며, 자가치유를 일으키는 특정 조건 때문에 코팅 소재의 성능이 떨어질 수 있기 때문이다.
한국화학연구원 연구팀은 위 조건을 모두 만족시켜 기존 보호용 코팅 소재와 내구성 등의 성능이 동일하면서도 햇빛만으로 자가치유되는 투명한 코팅 소재를 개발했다.
연구팀은 기존 상용 코팅 소재에 특정 물질을 넣어 고분자들이 해체와 재결합을 반복하는 동적 화학결합을 설계했고, 여기에 투명한 광열염료를 섞어서 햇빛을 비추면 동적 화학결합이 활발하게 일어날 수 있도록 했다.
개발된 소재를 자동차에 코팅하면, 차 표면에 흠집이 나도 한낮 햇빛에 30분이상 노출되면 흠집이 스스로 사라질 수 있다. 연구팀은 자동차 모형에 신소재를 코팅하고 표면에 흠집을 낸 후, 한낮 햇빛에 30분 정도 노출시키자 흠집이 완전히 사라지고 코팅 소재의 표면이 회복되는 것을 확인했다. 또한 돋보기를 이용해 빛을 모으면 30초 후 흠집이 완전히 없어지는 것도 확인했다.
연구팀이 개발한 자기치유 코팅 소재는 향후 자동차 등 수송기기, 스마트폰 및 컴퓨터 등 전자·정보 기기, 건축재료의 코팅 소재로 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 또 이 코팅 소재를 적용하면 자동차 재도장 시 다량으로 발생하는 유해성 유기용매 등의 사용을 줄일 수 있어 탄소중립 실현에도 기여할 것으로 기대된다.
연구책임자 김진철 책임연구원은 “이번에 개발한 기술은 값싼 상용 고분자 소재와 광열염료를 이용하여 자기치유 코팅 소재를 합성하는 플랫폼 기술로, 다양한 응용 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 이번 연구결과는 과학기술 분야 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 폴리머 머티리얼스(ACS Applied Polymer Materials)’ 2022년 5월호 표지 논문으로 실렸다.
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