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한국화학연구원. KRICT (Korea Research Institute Of Chemical Technology)

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보도자료

화학산업의 경쟁력 강화와 국가·사회문제 해결에 기여하는 한국화학연구원

번호, 파일, 이름, 작성일, 조회수
화학(연), 실온에서 스스로 상처 치유하는 세상에서 가장 튼튼한 스마트 고탄성 소재 개발, 실용화 성큼
작성일2018.01.08 17:58 조회수728

한국화학연구원(원장 직무대행 정순용)은 실온에서 자가 치유 기능을 가지는 고분자의 강도가 기존
   세계 최고 대비 2배 수준*으로 획기적으로 향상된 엘라스토머** 신소재 원천기술
을 개발했다.
   * 현존 세계 최고 물성 (Toughness) : 13 MJ/m3 (스페인, CIDEC 연구소) / 화학연구원 보유 소재의 물성
   (Toughness) : 27 MJ/m3
   ** 엘라스토머 : 외력을 가하여 잡아당기면 늘어나고, 외력을 제거하면 본래의 길이로 돌아가는 성질을
   지닌 고분자(고분자란, 같은종류의 분재개체가 반복적으로 많은 수가 연결되어 이루어진 크기가 큰 분자를
   말한다)

 

 ○ 자가 치유 능력은 영화 캐릭터 “터미네이터 T-1000”이나 “더 울버린”에서 나오는 것처럼 스스로
   외부의 상처를 회복하는 능력이다. 신소재 분야에서는 스크래치나 절단과 같은 외부 스트레스가 발생해도
   시간이 지나면 스스로 원래 상태로 돌아오는 고분자 소재들이 많은 주목을 받고 있다.

 

□ 화학(연) 융합화학연구본부 바이오화학연구센터 황성연, 박제영, 오동엽 박사 공동연구팀(兼 과학기술
   연합대학원대학교, UST)은 상온 자가 치유 기능을 가지는 황(Sulfur) 화합물과 주변의 고분자 화학구조를
   디자인하여, 실온에서의 자가 치유 효율과 기계적 강도가 동시에 높은 투명 엘라스토머 신소재
   개발했다. 연구결과는 재료화학 분야 최고 권위지 “어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)*”
   2018년 첫 번째 간행물 전면 표지논문
**으로 게재되었다.
   * 어드밴스드 머티리얼스 (Advanced Materials) : 유럽에서 발간하는 재료화학분야에서 가장 권위있는
   학술지 (2017년도 피인용지수 : 19.791)
   ** 전면 표지논문: 매회 발간되는 간행물의 전면을 장식하는 대표 논문 / 논문 제목: Superior Toughness
   and Fast Self-healing at Room Temperature Engineered by Transparent Elastomers (1저자: 김선미 연구원)
   / 연구내용의 혁신성과 중요성을 인정받아 비디오 초록 (Video Abstract)에 별도로 소개됨 (18.1.4.예정)

 

 ○ 자가 치유 소재가 스마트 보호필름* 등으로 상용화되기 위해서는 20~30도의 실온에서 자가 치유 기능을
   발현해야 한다. 그런데 기존 소재는 고분자의 움직임이 자유로운 소재로서 자가 치유 기능은 있는 대신
   기계적 강도가 약해 상용화가 어려웠다. 이에 실온에서의 자가 치유 기능과 기계적 강도를 동시에 만족하는
   신소재 개발이 전 세계 연구진에 의해 경쟁적으로 이루어지고 있다.
   * 실온에서 자동차 도장 및 스마트폰 액정 등의 제품 보호기능 뿐만 아니라, 스크래치 손상 후에도 스스로
   회복하는 기능을 가지는 스마트 소재. 본 소재를 사용하면 제품 사용기간을 획기적으로 늘릴 수 있다.

 

□ 화학(연) 황성연, 박제영, 오동엽 박사 공동연구팀은 기존 연구와 다른 방식으로, 강도가 높은 소재에 자가
   치유 기능을 부여하는 연구에 주목하여 자가 치유 기능과 기계적 강도 두 가지를 모두 충족시켰다.
   연구팀은 기존 상업화 소재인 열가소성* 폴리우레탄 기본 골격에 황(Sulfur) 화합물을 설계해 실온에서
   복분해 반응**이 잘 이루어질 수 있도록 했다. 또한 화합물 구조 내의 단단한 부분(하드 세그먼트)
   의 밀집도를 낮추고 링-플립 현상이 일어나는 물질을 적용하여 자가 치유 기능이 우수할 수 있도록
   고분자 구조를 설계 하였다.*** 이러한 방법으로 고분자 물질의 확산 속도를 높이고 반응을
   촉진하여 기존 소재의 기계적 강도를 2배 경신하는 신소재 원천기술을 개발했다.

   * 열을 가하면 부드럽게 되어 다른 모양으로 바꿀 수 있는 성질
   ** 복분해 반응 : 두 종류의 화합물이 그 성분을 교환하여, 새로운 두 종류의 화합물을 만드는 반응
   (AB + CD -> AD + BC 로 표현됨)
   *** 링-플립 : 고리모양의 포화탄화수소를 기본구조로 갖는 탄화수소화합물이 상온에서 의자 모양 형태와
   보트 모양 형태로 번갈아 바뀌면서 입체구조가 변화하는 반응. 이 링-플립 반응은 고분자의 확산속도를
   높이는 역할을 한다. / (하드 세그먼트 : 고무줄처럼 탄성이 있는 열가소성 엘라스토머 소재에서, 유연한
   부분이 아닌 중심이 될 수 있도록 딱딱하게 고정해주는 부분. 수소결합에 의해 결정성을 가지는 경직부
   분절로 소재의 기계적 단단함에 영향을 미치는 데 영향을 준다.) 본 연구에서는 하드 세그먼트의 물리적
   구조의 밀집도를 낮춰 지환족 고리(일직선의 고분자가 동그랗게 고리로 만들어진 것)의 링-플립을 유도했다.

 

□ 개발한 신소재는 절단 및 재접합 후 실온에서 2시간 만에 원래의 기계적 강도를 80% 이상 회복하였고,
   6시간 후에는 완전히 회복하여 5kg의 아령을 들 수 있을 정도로 높은 기계적 강도를 보였다. 박제영
   박사는 “기존에 많이 알려진 열가소성 폴리우레탄의 화학구조에서 고분자 구조 설계를 우리가 생각하는
   방향으로 새롭게 디자인하여, 상온 자가 치유 기능을 부여했다.”고 말했다.

 

 ○ 연구팀은 개발한 신소재가 스마트 보호필름이나 4차 산업용 센서 소재에 응용될 수 있다고 소개했다.
   기존 센서는 외부 손상 시 센서 작동이 되지 않았으며 이를 고치기 위해서는 인위적으로 접합해야 했다.
   하지만 본 소재로 만들어진 센서는 스크래치가 나면 30분 내에 스크래치를 회복하여 전기적으로 자동복구
   된다. 스마트 보호필름에도 표면에 스크래치가 나더라도 가만히 놔두면 스스로 새 것처럼 돌아오는 기능을
   부여할 수 있다.

 

□ 본 기술은 이미 현재 상업화되어 쓰고 있는 열가소성 폴리우레탄의 중합 및 가공 공정을 그대로 이용할 수
   있어서 추가 생산 공정을 개발하지 않아도 된다. 따라서 향후 상업화에 용이할 것으로 기대된다. 오동엽
   박사는 “기존의 보호필름 소재에 자가 치유라는 스마트 기능을 추가적으로 부여하는 기술이기 때문에 산업화
   가능성이 높다.”고 말했다.

 

 ○ 황성연 박사는 “본 연구결과는 상온 자가 치유 고분자 분야에서 새로운 연구 아이디어를 제시하면서도
   상업화가 충분히 가능하다는 두 마리 토끼를 동시에 잡은 결과다.
또한 기본 화학구조 디자인에서부터
   고분자 중합, 상온 자가 치유 능력 분석, 센서 적용 연구까지 화학(연) 단독으로 완성한 기술이라는 것에
   자부심이 크다.” 고 연구의의를 밝혔다.

 

□ 본 연구는 울산지역 경제협력권산업육성사업의 지원을 받아 수행되었다.

보도자료 목록
번호 제목 등록일
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화학(연), 실온에서 스스로 상처 치유하는 세상에서 가장 튼튼한 스마트 고탄성 소재 개발, 실용화 성큼 2018.01.08
326 화학(연), 페로브스카이트 태양전지 세계 최고효율 인증 2017.12.06
325 화학(연), 온실가스 감축 및 탄소자원화 기술에 대한 사회 인식조사 실시, 탄소자원화 기술 공개 포럼 개최 2017.10.31
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317 화학(연)-(주)삼양사, 성능 우수하고 가격은 저렴한 광개시제 생산 확대, 국내외 디스플레이 시장 본격 공략 2017.07.18
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315 4차 산업혁명의 핵심 키워드는? 화학과의‘융합’ 2017.06.14
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313 입김 불면‘진짜’와‘가짜’구별할 수 있는 투명 필름 기술 개발 2017.03.27
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