자동차 모형에 신소재를 코팅하고 표면에 흡집을 낸 후 햇빛에 30분 노출하자 흡집이 완전히 사라졌다. [한국화학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] “햇빛을 30분만 쬐면 자동차 표면 스크래치가 깔끔하게 원상 복구된다고?”

김진철‧박영일‧정지은 한국화학연구원 박사 연구팀은 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 노출시키면 흠집이 스스로 사라질 수 있다. 연구팀은 자동차 모형에 신소재를 코팅하고 표면에 흠집을 낸 후 한낮 햇빛에 30분 정도 노출하자 흠집이 완전히 사라지고 코팅 소재의 표면이 회복되는 것을 확인했다. 또한 돋보기를 이용해 빛을 모으면 30초 후 흠집이 완전히 없어지는 것을 확인했다.

개발된 소재에 햇빛이 흡수되면 빛에너지가 열에너지로 바뀌면서 표면 온도가 올라가고, 온도가 올라가면 고분자들이 원래의 그물망 구조에서 해체돼 떨어졌다 붙기를 반복하며 자가 치유되는 원리다.

자동차 모형에 코팅 소재를 입히고 흠집을 낸 후 햇빛에 노출한 다음 돋보기로 햇빛을 모은 다음 표면을 찍은 사진. [한국화학연구원 제공]

연구팀은 기존 상용 코팅 소재에 특정 물질을 넣어 고분자들이 해체와 재결합을 반복하는 동적 화학결합을 설계, 여기에 투명한 광열염료를 섞어서 햇빛을 비추면 동적 화학결합이 활발하게 일어날 수 있도록 했다.

기존에도 광열염료를 활용해 자가 치유 기능을 연구한 시도는 있었지만 보통 색깔이 있는 무기물질을 활용하여 투명해야 하는 코팅 소재로는 산업계 적용이 어려웠다. 또한 광열 효과를 내기 위해서는 많은 양의 빛에너지가 필요하다는 단점이 있었다.

연구팀이 활용한 광열염료는 투명한 유기물이어서 근적외선 파장의 빛에너지를 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. 또한 유기 광열염료는 고유 색상이 없어 제품 색에 영향을 주지 않고 다양한 도료에 잘 배합되며 비용도 저렴하기 때문에 상용화에 유리하다.

연구팀이 개발한 자기 치유 코팅 소재는 향후 자동차 등 수송기기, 스마트폰 및 컴퓨터 등 전자·정보기기, 건축 재료의 코팅 소재로 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 이 코팅 소재를 적용하면 자동차 재도장 시 다량으로 발생하는 유해성 유기용매 등의 사용을 줄일 수 있어 탄소중립 실현에도 기여할 것으로 기대된다.

김진철 박사는 “이번에 개발한 기술은 값싼 상용 고분자 소재와 광열염료를 이용해 자기 치유 코팅 소재를 합성하는 플랫폼기술로, 다양한 응용 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구결과는 과학기술 분야 국제 학술지 ‘ACS 어플라이드 폴리머 머티리얼스’ 2022년 5월호 표지 논문으로 게재됐다.