- 연구의 최전선(26) : 자기 수복하는 수지 유리 개발 -- 창발물과학연구센터
-
- 카테고리화학/ 신소재/ 환경·에너지
- 기사일자 2018.11.5
- 신문사 일간공업신문
- 게재면 15면
- 작성자hjtic
- 날짜2018-11-13 16:12:03
- 조회수420
연구의 최전선(26)
자기 수복하는 수지 유리 개발
창발물과학연구센터 부센터장 아이다(相田)
-- 인류의 사명 --
대량 생산∙소비의 20세기 패러다임으로부터 탈피해 진정하고 지속 가능한 사회의 구축은 현대를 사는 인류의 사명이다. 생분해성 플라스틱은 생물 분해되기 때문에 에너지 소비의 문제를 부분적으로 회피할 수 있지만 실용화가 추진되고 있는 바이오 플라스틱에는 강도 및 내구성 문제가 존재해 보급을 꺼리고 있다.
한편 인류를 포함한 다양한 생명체는 손상 부위를 직접 치유하는 기능을 가지고 있다. 21세기에 들어 치유 기능을 가진 재료가 보고되기 시작했다. 파단면이 온화한 조건 하에서도 몇 번이나 치유하는 젤 및 고무 등의 부드러운 재료군이다.
이 성질은 수소결합 등의 비공유 결합 형성의 가역성을 가지고 실현하고 있고 파단면에 있는 고분자쇄가 상호 감시해 비공유 결합 형성으로 얽힌 결과 파단 조직이 재생한다. 하지만 유리 등의 단단한 재료는 구성하는 쇄의 운동이 결속되어 있기 때문에 융해하지 않는 한 수복하지 않는다.
-- 놀라운 성질 --
우리는 세계 첫 자기 수복 수지 유리를 개발해 상식을 뒤집었다. 개발한 유리는 폴리에테르 티오 요소라 불리는 고분자 성질에서 유래한다. 이는 생체분자의 표면에 강하게 접착하는 ‘분자 노리’로 이름 지어 물질의 합성 중간체로 설계되었지만, 단단하고 건조한 촉감의 표면을 하고 있으면서 파단면끼리를 누르고 있으면 융합하는 특별한 성질을 보이는 것에 착안했다.
이 재료의 탄성률, 역학강도가 현저히 크다고 생각하면 파단면이 수복하는 성질은 놀라울 만한 것이다. 재료의 수복 능력을 평가하면 실온에서는 몇 시간의 압착으로 기계적 강도가 파손 전과 동등한 수치까지 회복했다.
이 자기수복성 수지 유리와 유사한 구조를 가진 여러 종류의 고분자를 합성해 이 역학강도 및 수복 능력을 평가한 결과 사슬이 비교적 짧은 고분자에서 국소적인 운동성을 보증하면서 그것들을 수소 결합으로 고밀도로 연결해 높은 역학강도를 실현하는 것의 중요성이 밝혀졌다. 수소결합으로 고밀도 가교구조의 형성은 재료의 취성을 높이기 때문에 일반적으로는 바람직하지 않지만 티오 요소가 형성하는 수소결합은 굴곡되어 있는 결정화를 촉진하지 않는다. 이는 큰 매력이다.
-- 페어 교환 용이 --
나아가 수소결합 페어 교환을 손쉽게 하는 기구의 중요성도 밝혀졌다. 티오 요소와 에테르는 상용성이 높아 수소결합한 티오 요소끼리가 페어를 교환할 때에 수소결합 수용체로서 일시적으로 개입해 페어 교환을 손쉽게 만들고 있다.
고무 및 젤 상태의 부드러운 고분자 재료에 더해 분자설계에 따라서는 유리 상태인 단단한 고분자 재료까지도 자기 수복 가능하게 되었다. 이 비상식을 세계에서 처음으로 가능하게 한 이 연구의 역사적 배경은 크다.
-- 끝 --
자기 수복하는 수지 유리 개발
창발물과학연구센터 부센터장 아이다(相田)
-- 인류의 사명 --
대량 생산∙소비의 20세기 패러다임으로부터 탈피해 진정하고 지속 가능한 사회의 구축은 현대를 사는 인류의 사명이다. 생분해성 플라스틱은 생물 분해되기 때문에 에너지 소비의 문제를 부분적으로 회피할 수 있지만 실용화가 추진되고 있는 바이오 플라스틱에는 강도 및 내구성 문제가 존재해 보급을 꺼리고 있다.
한편 인류를 포함한 다양한 생명체는 손상 부위를 직접 치유하는 기능을 가지고 있다. 21세기에 들어 치유 기능을 가진 재료가 보고되기 시작했다. 파단면이 온화한 조건 하에서도 몇 번이나 치유하는 젤 및 고무 등의 부드러운 재료군이다.
이 성질은 수소결합 등의 비공유 결합 형성의 가역성을 가지고 실현하고 있고 파단면에 있는 고분자쇄가 상호 감시해 비공유 결합 형성으로 얽힌 결과 파단 조직이 재생한다. 하지만 유리 등의 단단한 재료는 구성하는 쇄의 운동이 결속되어 있기 때문에 융해하지 않는 한 수복하지 않는다.
-- 놀라운 성질 --
우리는 세계 첫 자기 수복 수지 유리를 개발해 상식을 뒤집었다. 개발한 유리는 폴리에테르 티오 요소라 불리는 고분자 성질에서 유래한다. 이는 생체분자의 표면에 강하게 접착하는 ‘분자 노리’로 이름 지어 물질의 합성 중간체로 설계되었지만, 단단하고 건조한 촉감의 표면을 하고 있으면서 파단면끼리를 누르고 있으면 융합하는 특별한 성질을 보이는 것에 착안했다.
이 재료의 탄성률, 역학강도가 현저히 크다고 생각하면 파단면이 수복하는 성질은 놀라울 만한 것이다. 재료의 수복 능력을 평가하면 실온에서는 몇 시간의 압착으로 기계적 강도가 파손 전과 동등한 수치까지 회복했다.
이 자기수복성 수지 유리와 유사한 구조를 가진 여러 종류의 고분자를 합성해 이 역학강도 및 수복 능력을 평가한 결과 사슬이 비교적 짧은 고분자에서 국소적인 운동성을 보증하면서 그것들을 수소 결합으로 고밀도로 연결해 높은 역학강도를 실현하는 것의 중요성이 밝혀졌다. 수소결합으로 고밀도 가교구조의 형성은 재료의 취성을 높이기 때문에 일반적으로는 바람직하지 않지만 티오 요소가 형성하는 수소결합은 굴곡되어 있는 결정화를 촉진하지 않는다. 이는 큰 매력이다.
-- 페어 교환 용이 --
나아가 수소결합 페어 교환을 손쉽게 하는 기구의 중요성도 밝혀졌다. 티오 요소와 에테르는 상용성이 높아 수소결합한 티오 요소끼리가 페어를 교환할 때에 수소결합 수용체로서 일시적으로 개입해 페어 교환을 손쉽게 만들고 있다.
고무 및 젤 상태의 부드러운 고분자 재료에 더해 분자설계에 따라서는 유리 상태인 단단한 고분자 재료까지도 자기 수복 가능하게 되었다. 이 비상식을 세계에서 처음으로 가능하게 한 이 연구의 역사적 배경은 크다.
-- 끝 --