"반복적으로 긁히고, 20만번 접혀도 10초면 손상 복구"… 자가치유 코팅 소재 개발

생기원, 반복적 긁힘과 접힘 환경서 스스로 표면 성능 회복
이미드 기반 첨가제에 코팅 소재 혼합… 표면 보호·자가치유 구현

홍성우 생기원 수석연구원.

반복적으로 긁히거나 접힘에도 표면 성능을 스스로 회복할 수 있는 코팅 소재 기술이 나왔다. 앞으로 유리나 플라스틱 등 다양한 소재의 기판에 코팅할 수 있어 여러 형태의 표면 보호 코팅 공정에 폭넓게 적용할 수 있을 전망이다.

한국생산기술연구원은 홍성우(사진) 수석연구원과 고민재 한양대 화학공학과 교수 연구팀이 손톱이나 동전으로 긁어도 흠집이 나지 않고, 상온에서 10초 이내에 긁힘이 복구되는 새로운 '자가치유 코팅 소재'를 개발했다고 22일 밝혔다.

폴더블 디스플레이 표면은 외부와의 접촉이나 반복적인 접힘에 쉽게 눌리거나 긁힘이 발생한다. 이런 손상이 누적되면 화면의 선명도가 떨어지고, 터치 감도도 둔해져 제품 품질에 영향을 준다. 기존 디스플레이 표면 코팅은 표면을 단단하게 만들수록 손상 후 스스로 회복하는 능력이 떨어지고, 반대로 자가치유 성능을 높이면 긁힘에 대한 보호 기능이 제한되는 한계가 있다.

생기원이 개발한 '자가치유 코팅 소재' 구조도. 생기원 제공.

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 코팅 소재에서 표면과 내부 역할을 분리하는 새로운 설계 방식을 도입했다.

표면으로 이동하려는 성질과 내부 고분자 사슬 간 상호 작용을 동시에 갖도록 설계한 이미드 기반의 첨가제를 개발한 후 이를 기존 코팅 재료와 소량 혼합해 새로운 코팅 소재를 만들었다.

개발된 첨가제는 코팅막이 굳어지는 과정에서 물 위의 기름처럼 스스로 표면쪽으로 이동하고, 나노미터 크기로 뭉쳐 표면과 내부 성질이 다른 구조를 형성한다. 연구팀은 이런 특성을 활용해 표면 보호 기능과 자가치유 기능을 동시에 구현했다.

실제, 표면을 연필로 긁는 연필 경도(가장 무른 6B부터 가장 단단한 9H 단계) 시험 결과, 4H 수준으로 손톱이나 동전 등의 물질에 쉽게 긁히지 않고, 코팅 표면에 형성된 긁힘도 상온에서 약 10초 이내에 사라지는 것을 확인했다.반복적인 접힘에도 손상이 없었다. 접힘 반경 1.5㎜ 조건에서 20만회 이상 굽힘 시험을 반복한 결과, 톨루엔에 18시간 이상 담가두는 내화학성 시험에서도 균열이나 박리, 투명도 저하 없이 성능이 유지됐다.

개발된 첨가제는 소량만 추가하면 기존 코팅 생산 공정에 적용할 수 있어 별도 설비 투자나 공정 변경이 필요하지 않다.

홍성우 수석연구원은 "높은 경도, 자가치유 기능, 유연 신뢰성을 동시에 구현했다"며 "기존 생산 공정에 첨가제만 추가하면 구현할 수 있어 폴더블 디스플레이는 물론 자동차, 고부가 전자제품 등 다양한 표면 보호 코팅 분야로 활용할 수 있다"고 말했다.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr