자동차 긁힘…햇빛만 쬐면 사라진다


화학연, 자가치유 코팅 소재 기술 개발

[아이뉴스24 정종오 기자] 자동차 표면이 긁혔을 때 햇빛을 쬐면 30분만에 스스로 원상 복구되는 투명한 보호용 코팅 소재가 개발됐다.

보호용 코팅 소재는 제품 본래의 색이 드러날 수 있도록 무색투명해야 하고, 고가 제품의 표면을 보호해야 하기 때문에 내구성이 좋아야 한다. 자동차 보호용 코팅 소재는 온도 등 외부 변화에 크게 영향받지 않아야 한다.

이러한 조건을 모두 만족시키면서 자가치유 기능을 부여하기가 지금까지는 매우 어려웠다. 자가 치유가 잘 되려면 분자의 이동이 자유로워야 해서 내구성이 약하다. 자가 치유를 일으키는 특정 조건 때문에 코팅 소재의 성능이 떨어질 수 있기 때문이다.

햇빛을 쬐면 자동차 긁힘이 사라지는 자가 치유 코팅 소재가 나왔다. [사진=화학연]

화학연 김진철‧박영일‧정지은 박사 연구팀은 이런 조건을 모두 만족시켜 기존 보호용 코팅 소재와 내구성 등의 성능이 동일하면서도 햇빛만으로 자가 치유되는 투명한 코팅 소재를 개발했다.

개발된 소재를 자동차에 코팅하면 차 표면에 흠집이 나도 한낮 햇빛에 30분 이상 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. 돋보기로 빛을 모을 경우에는 30초 밖에 걸리지 않았다.

개발된 소재에 햇빛이 흡수되면 빛 에너지가 열 에너지로 바뀌면서 표면 온도가 올라간다. 온도가 올라가면 고분자들이 원래의 그물망 구조에서 해체돼 떨어졌다 붙었다를 반복하며 자가 치유되는 원리다.

연구팀은 기존 상용 코팅 소재에 특정 물질(힌더드유레아)을 넣어 고분자들이 해체와 재결합을 반복하는 동적 화학결합을 설계했다. 여기에 투명한 광열염료(빛 에너지를 열 에너지로 바꿔주는 염료)를 섞어서 햇빛을 비추면 동적 화학결합이 활발하게 일어날 수 있도록 했다.

기존에도 광열염료를 활용해 자가치유 기능을 연구한 시도는 있었지만 색깔이 있는 무기물질을 활용해, 투명해야 하는 코팅 소재로는 적용이 어려웠다. 광열 효과를 내기 위해서는 많은 양의 빛 에너지가 필요하다는 단점이 있었다.

연구팀이 활용한 광열염료는 투명한 유기물이어서 근적외선 파장의 빛 에너지를 쓴다. 근적외선은 한낮 햇빛에서 약 10% 미만의 적은 양을 차지하는 장파장의 에너지원이다. 야외에서 자동차를 운행할 때 자동차의 표면 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.

유기 광열염료는 고유 색상이 없어 제품 색에 영향을 주지 않고 다양한 도료에 잘 배합되며 비용도 저렴하기 때문에 상용화에 유리하다.

연구팀이 개발한 자기치유 코팅 소재는 앞으로 자동차 등 수송기기, 스마트폰과 컴퓨터 등 전자·정보 기기, 건축 재료의 코팅 소재로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구결과(논문명 : Fast, Localized, and Low-Energy Consumption Self-Healing of Automotive Clearcoats Using a Photothermal Effect Triggered by NIR Radiation)는 과학기술 분야 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 폴리머 머티리얼스 (ACS Applied Polymer Materials)’ 2022년 5월호 표지 논문으로 실렸다.

김진철 박사는 “이번에 개발한 기술은 값싼 상용 고분자 소재와 광열염료를 이용하여 자기치유 코팅 소재를 합성하는 플랫폼 기술”이라며 “다양한 응용 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

/세종=정종오 기자(ikokid@inews24.com)







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