한국화학연구원은 고분자의 강도를 기존 세계 최고 대비 2배 수준으로 높인 '엘라스토머' 신소재 원천기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 엘라스토머는 외력을 가해 잡아당기면 늘어나고, 외력을 제거하면 본래 길이로 돌아가는 성질을 지닌 고분자를 말한다.
화학연 융합화학본부 바이오화학연구센터 황성연·박제영·오동엽 박사 공동연구팀은 상온에서 자가 치유 기능을 갖는 황 화합물과 주변의 고분자 화학구조를 설계해 실온에서 자가 치유 효율과 강도가 모두 높은 투명 엘라스토머 신소재를 개발했다. 자가 치유 소재가 상처가 나도 스스로 회복하는 '스마트 보호필름' 등으로 상용화되기 위해선 20∼30도 실온에서 기능을 발현해야 한다. 기존 소재는 고분자의 움직임이 자유로워 자가 치유 기능은 있는 반면, 기계적 강도가 약해 상용화가 어려웠다.
연구팀은 기존 연구와 다르게 강도가 높은 소재에 자가 치유 기능을 부여하는 방식으로 두 가지 조건을 모두 충족했다. 기존 상업화 소재인 열가소성 폴리우레탄 기본 골격에 황 화합물을 설계해 실온에서 복분해 반응이 잘 이뤄질 수 있도록 했다. 또 화합물 구조 안의 단단한 부분의 밀집도를 낮추고 '링-플립' 현상이 일어나는 물질을 적용해 자가 치유 기능이 우수한 고분자 구조를 설계했다. 이렇게 개발한 신소재는 절단했다가 다시 접합한 후 실온에서 2시간 만에 원래의 기계적 강도를 80% 이상 회복했고, 6시간 후에는 완전히 회복해 5㎏ 아령을 들 수 있을 정도로 높은 기계적 강도를 보였다.
연구팀이 개발한 신소재는 자동차 도장과 스마트폰 보호필름, 센서 소재 등에 응용할 수 있을 전망이다. 특히 이번에 개발한 기술은 현재 상업화돼 쓰고 있는 열가소성 폴리우레탄의 중합 및 가공 공정을 그대로 이용할 수 있어 추가 생산 공정이 필요치 않아 상업화가 유리할 것으로 기대된다. 오동엽 박사는 "기존 보호필름 소재에 자가 치유라는 기능을 추가적으로 부여하는 기술이기 때문에 산업화 가능성이 높다"고 말했다.
이번 연구결과는 재료화학 분야 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼스'에 발표됐다.
남도영기자 namdo0@
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