속 쓰린 자동차 스크래치, 햇빛 쬐어 해결

화학연, 내구성과 투명성 모두 갖춘 저비용 자가치유 소재 개발

햇빛을 쬐는 것만으로 긁힌 자동차 표면을 30분 만에 원래대로 회복하는 투명 보호 코팅 소재가 나왔다. 

한국화학연구원(원장 이미혜)은 자가치유 기능을 가지면서 내구성도 좋은 투명 코팅 소재를 개발했다고 28일 밝혔다. 

이 소재를 자동차에 코팅하면, 표면에 흠집이 나도 한낮 햇빛에 30분 이상 노출되면 흠집이 저절로 사라진다. 연구팀은 자동차 모형에 신소재를 코팅하고 표면에 흠집을 낸 후, 한낮 햇빛에 30분 정도 노출시키자 흠집이 완전히 사라지고 코팅 소재의 표면이 회복됨을 확인했다. 또 돋보기로 빛을 모으면 30초 후 흠집이 완전히 없어졌다. 

자동차 모형에 본 코팅 소재를 입히고 흠집을 낸 후 햇빛에 노출시킨 다음/돋보기로 햇빛을 모은 다음 표면을 찍은 사진 (자료=화학연)

자가치유 기능을 가진 보호용 코팅 소재 개발은 쉽지 않다. 자가치유가 가능하려면 분자의 이동이 자유로워야 하는데, 이는 내구성을 약하게 해 코팅의 보호 기능이 약화된다. 자가치유를 일으키는 특정 조건들이 무색 투명하면서도 내구성이 좋고, 온도 등 외부 변화에 민감하지 않아야 하는 보호 코팅 소재의 성능을 떨어뜨릴 수도 있다.  

화학연 김진철‧박영일‧정지은 박사 연구팀은 기존 상용 코팅 소재에 '힌더드유레아'라는 물질을 넣어 새로운 화학결합을 설계하고, 빛 에너지를 열 에너지로 바꾸는 투명 광열염료를 넣었다. 햇빛에 포함된 0.75-1.4㎛ 파장의 근적외선이 흡수되면 빛 에너지가 열 에너지로 바뀌면서 표면 온도가 올라가고, 온도가 올라가면 고분자들의 원래의 그물망 구조에서 해체돼 떨어졌다 붙었다를 반복하며 자가치유되는 원리다.   

고분자 동적 화학결합 구조 및 광열염료를 포함하는 자동차용 친환경 보호용 코팅소재의 자가치유 원리 (자료=화학연)

향후 자동차, 스마트폰이나 컴퓨터 등 전자정보 기기, 건축재료 코팅 소재 등으로 활용이 기대된다. 이 코팅 소재를 쓰면 자동차를 재도장할 때 대량 발생하는 유해성 유기용매 사용을 줄일 수 있어 탄소중립 실현에도 기여할 수 있다. 연구책임자 김진철 박사는 "이 기술은 값싼 상용 고분자 소재와 광열염료를 이용해 자기치유 코팅 소재를 합성하는 플랫폼 기술로, 다양한 응용 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것"이라고 말했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 신진연구자지원사업, 한국화학연구원 주요사업의 지원을 받아 수행됐으며, 학술지 'ACS 어플라이드 폴리머 머티리얼스 (ACS Applied Polymer Materials)' 2022년 5월호 표지 논문으로 게재됐다.