감압점착제는 살짝 눌러주는 힘만으로 접착력을 가져 납땜, 나사 등의 대체 소재로써 전자 제품 결합, 패키징 등에 널리 사용되고 있다. 하지만, 생산품 폐기 시 접착 소재를 제거하기 어렵고, 제거하더라도 독성이 강한 용매를 사용해야 한다. 이는 재사용 가능한 주요 소재를 훼손하고 환경오염을 유발하게 된다. 따라서 분리수거 및 재활용을 위해서는 평소에는 우수한 접착력을 유지하다가 필요 시 접착력을 감소시켜 쉽게 제거하는 특성이 무엇보다 중요하다.
UNIST(총장 이용훈）에너지화학공학과 이동욱 교수는 감압점착제에 온도 반응성을 부여해 접착을 전환할 수 있는 기술을 구현했다. 이를 활용하여 분리수거 및 재활용 공정의 효율을 높여 친환경 사회를 앞당길 것으로 예상된다. 특히, 온도에 따라 고분자의 내부 구조가 바뀌는 접착의 전환 메커니즘을 확인했다. 이는 앞으로 만들어질 스마트 점착제 설계에도 도움을 줄 전망이다.
그림1. 감압점착제의 분자구조 및 온도 반응에 따른 접착 특성 결과
연구팀은 외부 자극에 반응해 특성이 바뀌는 스마트 고분자에 주목했다. 연구팀이 개발한 열 반응성 스마트 점착제는 상온에서 상용화 제품보다 우수한 접착 특성을 보였다. 다양한 기판에서도 진행한 성능 시험에서도 우수한 접착 특성을 보여 다양한 분야에서 활용될 것으로 보인다.
또한 고온(80 °C)자극에 반응해 97% 접착력 감소를 나타냈다. 가열과 냉각이 반복되는 사이클에서도 안정된 접착 전환 특성이 구현되는 것을 확인했다. 연구팀은, 스마트 점착제의 접착 전환 특성이 분자내·분자간 수소결합에 기인했음을 접착제의 표면, 유변학, 잔여물 분석으로 규명했다.
그림2. 기존 점착제와 개발된 점착제의 접착 전환 특성 평가 실험 모식도 및 결과 비교
제 1 저자인 황정욱 연구원은 “개발된 스마트 점착제를 통해 소재의 재사용성을 높이고 분리수거 및 재활용 과정을 쉽게 하여 친환경 사회에 기여할 수 있을 것으로 기대된다”며 “개발된 스마트 점착제 시스템은 단량체 종류와 비율을 조절하여 목적에 맞게끔 디자인 가능하며 점착제 설계의 데이터베이스를 제공해 추후 연구에도 기여할 수 있을 것”이라고 기대했다.
그림3. 개발된 점착제의 열 반응 접착 전환 특성 메커니즘 모식도
이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단(NRF), 한국산업기술평가관리원(KEIT), 민군협력진흥원(ICMTC)와, 울산과학기술원(UNIST)의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 왕립화학회(Royal Society of Chemistry, RSC)의 재료과학 분야 권위적 학술지인 머터리얼즈 호라이즌스 ‘Materials Horizons’에 5월 16일 게재됐다.
