'자동차 표면흠집 햇빛으로 수리'…화학연, 자가치유 코팅기술 개발

햇빛으로 자가치유 가능한 투명 코팅 소재

한낮 햇빛에 30여분 노출시키면 흠집 완벽 제거

국제 학술지에 표지논문 게재

[대전=뉴시스] 고분자 동적 화학결합 구조 및 광열염료를 포함하는 자동차용 친환경 보호용 코팅소재의 자가치유 원리. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 햇빛으로 자동차 표면에 난 상처를 수리할 수 있는 기술이 개발됐다.

한국화학연구원은 정밀화학융합기술연구센터 김진철·박영일·정지은 박사 연구팀이 자동차 표면이 긁혔을 때 햇빛을 쬐면 30분만에 스스로 원상복구되는 투명한 보호용 코팅 소재를 개발했다고 28일 밝혔다.

보호용 코팅 소재는 제품 본래의 색이 드러날 수 있도록 무색투명해야 하고 고가제품의 표면을 보호해야 하므로 내구성이 좋아야 한다. 특히 자동차 보호용 코팅 소재는 온도 등 외부변화에 크게 영향받지 않아야 한다.
 
자가치유가 잘 되려면 분자의 이동이 자유로워야 하기 때문에 내구성이 약하며 자가치유를 일으키는 특정조건에 따라 코팅 소재의 성능이 떨어질 수 있다.

이번에 화학연 연구팀은 기존 보호용 코팅 소재와 내구성 등 성능은 동일하면서도 자가치유능력이 뛰어나 햇빛 만으로 치유 가능한 투명한 코팅 소재를 개발했다.
 
연구팀은 자동차 모형에 신소재를 코팅하고 표면에 흠집을 낸 뒤 한낮 햇빛에 30분 정도 노출시켜 흠집이 완전히 사라지고 코팅 소재의 표면이 회복되는 것을 확인했다.

또 돋보기를 이용해 빛을 모으면 30초 후 흠집이 완전히 없어지는 것도 확인했다.

개발된 소재가 햇빛을 흡수하면 빛에너지가 열에너지로 바뀌면서 표면온도가 올라가고 온도가 올라가면 고분자들이 원래의 그물망 구조에서 해체돼 떨어졌다 붙었다를 반복하며 자가치유되는 원리다.

[대전=뉴시스] 자동차 모형에 화학연서 개발한 코팅 소재를 입히고 흠집을 낸 후 햇빛에 노출시켜 돋보기로 햇빛을 모아 찍은 표면사진과 햇빛 만 노출시킨 표면사진. *재판매 및 DB 금지

연구팀은 기존 상용 코팅 소재에 특정물질(힌더드유레아)을 넣어 고분자들이 해체와 재결합을 반복하는 동적 화학결합을 설계했고 여기에 투명한 광열염료(빛에너지를 열에너지로 바꿔주는 염료)를 섞어 햇빛을 비추면 동적 화학결합이 활발하게 일어나도록 했다.
  
기존에도 광열염료를 활용해 자가치유 기능을 연구한 시도는 있었지만 보통 색깔이 있는 무기물질을 활용, 투명해야 하는 코팅 소재로는 적용이 어려웠고 광열효과를 내기 위해 많은 양의 빛 에너지가 필요하다는 단점이 있었다.

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 있다.
 
특히 유기 광열염료는 고유색상이 없어 제품 색에 영향을 주지 않고 다양한 도료에 잘 배합되며 비용도 저렴하기 때문에 상용화에 유리하다.

이번에 개발된 자기치유 코팅 소재는 자동차 등 수송기기, 스마트폰 및 컴퓨터 등 전자·정보 기기, 건축재료의 코팅 소재로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.

또한 자동차 재도장 시 다량으로 발생하는 유해성 유기용매 등의 사용을 줄일 수 있어 탄소중립 실현에도 기여할 것으로 전망된다.

이번 연구결과는 과학기술 분야 국제학술지 'ACS 어플라이드 폴리머 머티리얼스(ACS Applied Polymer Materials)' 5월호 표지 논문으로 게재됐다. 논문명 : Fast, Localized, and Low-Energy Consumption Self-Healing of Automotive Clearcoats Using a Photothermal Effect Triggered by NIR Radiation(태양광을 이용하여 빠르게 국소 부위 복원이 가능한 자동차용 자기치유 코팅 소재).

연구책임자 김진철 박사는 "이 기술은 값싼 상용 고분자 소재와 광열염료를 이용해 자기치유 코팅 소재를 합성하는 플랫폼 기술로 다양한 응용 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]