▲ 재가공 및 재활용이 가능한 기능성 에폭시 비트리머 수지 디자인

국내 연구진이 재가공과 재활용이 가능하면서 기존대비 열전도도가 3배 높은 새로운 에폭시를 개발, 향후 전자산업에서 요구되는 우수한 방열 소재로 활용될 것으로 기대된다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 경북대학교 여현욱 교수 연구팀이 고방열성의 친환경 방열 에폭시 비트리머 수지를 개발했다고 2일 밝혔다.

고방열은 열을 가둬 온도를 유지하거나 열로부터 방어하는 성능이 높다는 것을 의미. 스마트폰, 전기차 등 전장부품 시장이 커지면서 다양한 방열소재가 주목받고 있다.

대표적 열경화성 수지인 에폭시 수지는 뛰어난 물성으로 접착제, 강화플라스틱, 가설 구조물, 보호용 코팅 등 생활 전반에 흔히 사용되고 있다. 하지만 재가공 및 재활용 모두 불가능한 특성으로 인하여 자원 낭비, 환경 오염 문제를 야기하고 있다.

새로운 유형의 열경화성 수지인 비트리머(Vitrimers)는 고분자화합물 신소재로 열경화성 고분자의 화학적 안정성과 열가소성 고분자의 가공성을 모두 갖추고 있어 십여 년 전부터 개발 되고 있다.

하지만 대부분의 기존 연구는 물리·화학적 특성이 결여되는 경우가 대다수이며, 친환경성과 기능성이 양립하는 소재 개발에는 어려움이 있었다.

여현욱 교수 연구팀은 고체의 열전도, 금속의 전기저항 등의 성질에 중요한 역할을 하는 입자, 포논이 다른 물질의 입자에 부딪혀서 운동 방향을 바꾸거나 흩어지는 현상(산란)의 억제가 가능한 고결정성 물질인 액정을 활용한 연구를 진행해 오고 있다.

이 과정에서 얻은 아이디어를 발전시켜 2종류의 재가공과 재활용이 가능한 동적 가교 결합을 액정 물질에 도입하여 새로운 에폭시 비트리머를 개발할 수 있었다.

개발된 물질은 범용 에폭시 수지에 비해 3배 가량의 열전도도를 나타내고, 130도의 가열 공정만으로 특별한 물리·화학적 특성의 저하없이 재가공이 가능하다.

또 특정 조건에서 원료 회수와 재활용이 가능했고, 재활용 과정에서 가교 밀도가 크게 증가해 유리 전이 온도가 60도가량 대폭 향상되는 등 재활용 물질은 오히려 일부 특성이 강화되는 것을 확인했다.

여현욱 교수는 “이번에 개발된 고분자 수지는 친환경 플라스틱이자 산업계에서 요구되는 높은 열전도성이라는 특성을 동시에 가지는 물질이다. 공정 최적화 등을 통해 실용화되면 전자산업계에서 방열 소재로 활용이 가능하다”고 설명했다.

한편, 과학기술정보통신부 및 교육부와 한국연구재단이 추진하는 기초연구실, 지역대학우수과학자사업, 창의·도전연구의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 2월 7일 게재됐다.