자동차 표면이 긁혔을 때 햇빛을 쬐면 30분 만에 스스로 원상 복구되는 투명 보호용 코팅 소재가 나왔다.
제품 본래의 색이 드러날 수 있도록 무색투명해야 하고 내구성은 물론 온도 등 외부 변화에도 크게 영향받지 않아야 하는 보호용 코팅 소재의 조건을 모두 갖췄다.
28일 한국화학연구원에 따르면 김진철‧박영일‧정지은 박사 연구팀이 개발한 투명한 코팅 소재는 기존 보호용 코팅 소재와 내구성 등 성능이 동일하면서도 햇빛만으로 자가치유되는 것이 특징이다.
해당 소재를 자동차에 코팅하면 차 표면에 흠집이 나도 한낮 햇빛에 30분 이상 노출하면 흠집이 스스로 사라질 수 있다고 연구팀은 설명했다.
자동차 모형에 신소재를 코팅하고 표면에 흠집을 낸 후 한낮 햇빛에 30분 정도 노출한 결과 흠집이 완전히 사라지고 코팅 소재의 표면이 회복되는 것을 확인했다. 돋보기를 이용해 빛을 모을 경우에는 30초 후면 흠집이 완전히 없어졌다.
소재에 햇빛이 흡수되면 빛 에너지가 열에너지로 바뀌면서 표면 온도가 올라가고 온도가 올라가면 고분자들이 원래의 그물망 구조에서 해체돼 떨어졌다 붙기를 반복하며 자가 치유되는 원리다.
자동차 모형에 개발 코팅 소재를 입히고 흠집을 낸 후 햇빛에 노출시킨 사례와 돋보기로 햇빛을 모은 다음 표면을 찍은 사례. 한국화학연구원 제공 연구팀은 기존 상용 코팅 소재에 힌더드유레아라는 특정 물질을 넣어 고분자들이 해체와 재결합을 반복하는 동적 화학결합을 설계했다. 여기에 빛 에너지를 열에너지로 바꿔주는 투명한 광열염료를 섞어서 햇빛을 비추면 동적 화학결합이 활발하게 일어날 수 있도록 했다.
기존에도 광열염료를 활용해 자가 치유 기능을 연구한 시도가 있었지만, 보통 색깔이 있는 무기물질을 활용해 투명해야 하는 코팅 소재로는 산업계 적용이 어려운 단점이 있었다. 광열 효과를 내기 위해서는 많은 양의 빛 에너지가 필요하다는 한계도 존재했다.
연구팀이 활용한 광열염료는 투명한 유기물로 근적외선 파장의 빛 에너지를 쓴다. 근적외선은 한낮 햇빛에서 약 10% 미만의 적은 양을 차지하는 장파장의 에너지원으로 야외 자동차 운행 시 자동차의 표면 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있다고 연구팀은 설명했다. 특히 고유 색상이 없어 제품 색에 영향을 주지 않고 다양한 도료에 잘 배합되며 비용도 저렴하기 때문에 상용화에 유리하다고 연구팀은 부연했다.
고분자 동적 화학결합 구조 및 광열염료를 포함하는 자동차용 친환경 보호용 코팅소재의 자가 치유 원리. 한국화학연구원 제공연구팀은 향후 자동차 등 수송기기, 스마트폰 및 컴퓨터 등 전자·정보 기기와 건축재료의 코팅 소재로 사용할 수 있을 것으로 기대했다. 또한 자동차 재도장 시 다량으로 발생하는 유해성 유기용매 등의 사용을 줄이면서 탄소중립 실현에도 기여할 것으로 전망했다.
연구책임자 김진철 박사는 "값싼 상용 고분자 소재와 광열염료를 이용해 자기 치유 코팅 소재를 합성하는 플랫폼 기술로 다양한 응용 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 신진연구자지원사업과 한국화학연구원 주요 사업의 지원을 받아 수행했다.