열전도 3배 높은 친환경 방열 에폭시 개발

재가공·재활용 가능하면서도 고기능성 만족한 비트리머 수지

□ 국내 연구진이 재가공과 재활용이 가능하면서 범용 에폭시 수지에 비해 열전도도가 3배 가량 높은 새로운 에폭시 비트리머* 수지를 개발했다.

* 에폭시 : 열경화성 플라스틱의 하나로 접착제, 강화플라스틱, 가설 구조물, 보호용 코팅 등 생활 전반에 사용한다.

* 비트리머((Vitrimers) : 고분자화합물 신소재. 열경화성 고분자의 화학적 안정성과 열가소성 고분자의 가공성을 모두 갖추고 있다.

□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 경북대학교 여현욱 교수 연구팀이 고방열성*의 재가공 및 재활용이 가능한 방열 에폭시 비트리머 수지를 개발했다고 밝혔다.

* 고방열 : 열을 가두어 온도를 유지하거나 열로부터 방어하는 성능이 높다는 의미. 스마트폰, 전기차 등 전장부품 시장이 커지면서 다양한 방열소재가 주목받고 있다.

□ 대표적 열경화성 수지인 에폭시 수지는 뛰어난 물성으로 생활 전반에 흔히 사용되고 있으나 재가공 및 재활용 모두 불가능한 특성으로 인하여 자원 낭비, 환경 오염 문제를 야기하고 있다.

○ 새로운 유형의 열경화성 수지인 비트리머가 십여 년 전부터 개발 및 보고되고 있지만, 대부분의 기존 연구는 물리/화학적 특성이 결여되는 경우가 대다수이며, 친환경성과 기능성이 양립하는 소재 개발에는 어려움이 있었다.

□ 여현욱 교수 연구팀은 첨단 고분자 물질에 요구되는 기능성의 하나인 열전도성 강화에 목적을 두고 새로운 물질 개발부터 진행했다. 이와 관련해 포논 산란*의 억제가 가능한 고결정성 물질인 액정을 활용한 연구를 활발히 진행해 오고 있다.

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

○ 이렇게 개발된 물질은 범용 에폭시 수지에 비하여 3배 가량의 열전도도를 나타냄과 동시에, 130도의 가열 공정만으로 특별한 물리/화학적 특성의 저하없이 용이하게 재가공이 가능한 것을 확인할 수 있었다.

○ 또한, 이들은 특정 조건에서 원료 회수와 재활용이 가능하였고, 재활용 과정에서 가교 밀도가 크게 증가하여 유리 전이 온도가 60도가량 대폭 향상되는 등 재활용 물질은 오히려 일부 특성이 강화되는 것을 확인했다.

* 포논 산란 : 포논(pnonon)은 고체의 열전도, 금속의 전기저항 등의 성질에 중요한 역할을 하는 준입자(quasiparticle)이다. 포논 산란은 포논 입자가 다른 물질의 입자에 부딪혀서애 운동 방향을 바꾸거나 흩어지는 현상을 뜻한다.

** 동적 가교 결합 : 다시 이전상태로 돌릴 수 있는(동적) 가교 결합(Cross-linking). 사슬모양의 고분자 사이를 화학결합을 통해 연결시키는 화학반응.

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

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