서강대 화공생명공학과 박제영 교수 연구팀이 인하대 오동엽 교수, 인천대 김형준 교수 연구팀과 공동연구를 통하여 실온에서 절단되어도 스스로 회복하는 자가치유(self-healing) 기능을 가지면서 투명하여 디스플레이/자동차 보호필름으로 사용될 수 있는 신규 소재를 개발하였다.

 

* 자가치유 (self-healing) : 상처를 스스로 치유하는 실제 피부처럼, 외부 환경에 의해 손상을 입은 고분자가 스스로 결함을 감지하여 자신의 구조를 복구함은 물론 원래의 기능을 회복할 수 있는 지능형 재료

 

SF영화의 울버린처럼 일상생활의 신발, 스마트폰, 자동차 등의 제품들이 상처를 스스로 치유할 수 있다면 수명이 길어지고 새것과 같은 상태를 오래 유지할 수 있어, 관련된 자가치유 신소재를 개발하고 이를 보호필름이나 코팅 재료로 응용하는 연구가 활발히 진행 중이다.

 

자가치유 신소재가 보호필름으로 상용화 되기 위해서는 필수적인 요건인 복원력과 튼튼함, 투명성을 동시에 달성하는 것이 매우 어려웠다. 서강대 공동연구팀에서는 단단하고 질기면서도 자가치유력이 좋은, 두 가지 모순된 특성을 동시에 가지면서 투명성까지 확보한 새로운 소재를 분자구조 설계 및 수소결합의 제어를 통해 달성하였다.

 

연구팀에서는 상업화 소재인 열가소성 폴리우레탄 구조의 구성성분으로 수소결합 수용자 역할을 하는 카보네이트 (carbonate) 유연구조를 수소결합 제공자 역할을 하는 우레탄 (urethane) 관능기 대비 과량으로 투입하여 새로운 수소결합으로의 이동 속도를 촉진시킬 수 있었다. 이러한 방식으로 투명성을 부여하는 지방족 황 화합물(aliphatic disulfide)이 실온에서도 상호 교환할 수 있게 되어 놀라운 인장 강도 45 MPa 및 투과율 99%을 선보였다.

 

* 인장강도: 여러 기계적 강도를 측정하는 방법 중 한 가지로 소재를 당겨 끊어질 때까지 들어가는 힘.

 

서강대 박제영 교수는 “이번에 개발된 투명한 자가치유 소재는 뜨거운 물에도 견디는 내수성 및 스크래치에 대한 저항성도 월등하여 스마트폰이나 자동차의 보호필름으로 상용화 될 수 있는 가능성이 높아 추가 연구를 국내 자동차 기업과 진행중이다.” 고 밝혔다.

 

연구 결과는 재료화학분야의 국제 저명 학술지인 Journal of Materials Chemistry A (Impact Factor: 11.9)에 ‘Molecular dynamics interpretation of hydrogen bonds for colorless, water-resistant, tough, and self-healable elastomers’ 제목으로 게재되었고, 그 중요성을 인정받아 전면 표지논문으로 선정되었다.

 

 

▲ 투명한 자가치유 신소재의 화학구조 및 수소결합 제어 효과     

 

▲ 재료화학분야의 국제 저명 학술지 Journal of Materials Chemistry A에 전면 표지논문으로 선정

 

(1) 연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/jyp-plastic-research/

(2) 논문 링크: https://doi.org/10.1039/D3TA03811D