햇빛만 쬐면 자동차 표면 흠집 사라진다

화학연, 자가치유 코팅 소재 기술 개발

한국화학연구원은  보호용 코팅 소재와 내구성 등 성능이 동일하면서도 태양광에 포함된 1000~ 1100나노미터(nm 10억분의 1m) 파장대의 빛으로 자가치유되는 투명한 코팅 소재를 개발했다고 28일 밝혔다.이번 연구 결과는 국제학술지 ‘미국화학회(ACS) 어플라이드 폴리머 머티리얼스’ 5월호 표지 논문에 소개됐다.

자동차 표면이 긁혔을 때 햇빛을 쬐면 30분만에 스스로 원상 복구되는 투명한 보호용 코팅 소재가 국내에서 개발됐다. 

한국화학연구원은  보호용 코팅 소재와 내구성 등 성능이 동일하면서도 태양광에 포함된 1000~ 1100나노미터(nm 10억분의 1m) 파장대의 빛으로 자가치유되는 투명한 코팅 소재를 개발했다고 28일 밝혔다.

보호용 코팅 소재는 제품 본래의 색이 드러날 수 있도록 무색투명해야 하고, 고가 제품의 표면을 보호해야 하므로 내구성이 좋아야 한다. 특히 자동차 보호용 코팅 소재의 경우 온도 등 외부 변화에 크게 영향받지 않아야 한다. 이런 조건을 모두 만족시키면서 자가치유 기능을 부여하기가 지금까지는 매우 어려웠다. 자가치유가 잘 되려면 분자의 이동이 자유로워야 해서 내구성이 약하며, 자가치유를 일으키는 특정 조건 때문에 코팅 소재의 성능이 떨어질 수 있기 때문이다. 일본에서는 자가치유 코팅 소재를 상용화한 사례가 있지만 내구성이 좋지 않고 재도장이 어려워서 널리 쓰이지는 못했다. 

연구팀이 이번에 개발한 소재를 자동차에 덮어씌우면 차 표면에 흠집이 나도 한낮 햇빛에 30분이상 노출되면 흠집이 스스로 사라진다. 자동차 모형에 신소재를 코팅하고 표면에 흠집을 낸 다음 한낮 햇빛에 30분 정도 노출시키자 흠집이 완전히 사라지고 코팅 소재의 표면이 회복되는 것을 확인했다.  돋보기를 이용해 빛을 모으면 30초 후 흠집이 완전히 없어지는 것을 확인했다. 소재에 햇빛이 흡수되면 빛 에너지가 열 에너지로 바뀌면서 표면 온도가 올라가고, 온도가 올라가면 고분자들이 원래의 그물망 구조에서 해체돼 떨어졌다 붙었다를 반복하며 자가치유되는 원리다. 

연구팀은 기존에 개발된 상용 코팅 소재에 특정 물질을 넣어 고분자들이 해체와 재결합을 반복하는 동적인 화학결합을 설계했다. 여기에 투명한 광열염료(빛 에너지를 열 에너지로 바꿔주는 염료)를 섞고 햇빛을 비춰 동적 화학결합이 활발하게 일어나게 했다. 

자동차 모형에 본 코팅 소재를 입히고 흠집을 낸 후 햇빛에 노출시킨 다음 돋보기로 햇빛을 모으고 표면을 찍은 사진. 한국화학연구원 제공

이전에도 광열염료를 활용해 자가치유 기능을 연구한 시도는 있었다. 하지만 색깔이 있는 무기물질을 활용해왔다는 점에서 투명해야 하는 코팅 소재로는 산업계 적용이 어려웠다. 광열 효과를 내기 위해서는 많은 양의 빛 에너지가 필요하다는 단점도 있었다.

연구팀이 활용한 광열염료는 투명한 유기물이어서 근적외선 파장의 빛 에너지를 쓴다. 근적외선은 한낮 햇빛에서 약 10% 미만의 적은 양을 차지하는 장파장의 에너지원이다. 야외 자동차 운행 시 자동차의 표면 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지한다. 유기 광열염료는 고유 색상이 없어 제품 색에 영향을 주지 않고 다양한 도료에 잘 배합되며 비용도 저렴하기 때문에 상용화에 유리하다.
    
이번에 개발된 소재는 향후 자동차와 같은 수송수단과 스마트폰과 컴퓨터 같은 흡집이 많이 가는 전자·정보 기기, 건축재료의 코팅 소재로 사용될 것으로 기대를 모은다. 자동차를 재도장할 때 다량으로 발생하는 유해성 유기용매 사용을 줄일 수 있어 탄소중립 실현에도 기여할 것으로 기대된다. 

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘미국화학회(ACS) 어플라이드 폴리머 머티리얼스’ 5월호 표지 논문에 소개됐다. 

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

[고재원 기자 jawon1212@donga.com]