Special 고기능성 코팅소재 개발 및 공정기술 동향(2)

유무기 하이브리드 고기능성 코팅기술

송기창_건양대학교 의료신소재학과 교수
김동구_건양대학교 의료신소재학과 석사과정

1. 서론
 
유기 재료는 성형성, 유연성, 탄성 등의 장점을 갖고 있는 반면 무기 재료는 투명성, 내열성, 화학안정성 등의 장점이 있다. 이렇게 유기물과 무기물의 상반된 특성을 모두 동시에 지닌 소재는 존재하기 어렵다. 따라서 유기물과 무기물의 복합체 제조 기술은 이러한 상반된 물질들의 융합을 통해 단점을 보완하는 것에 일차적인 목표를 두고 더 나아가 유무기 성분의 화학적 결합을 통해 새로운 물성을 도출하는 데에 이차적인 목적이 있다.
  초기의 유무기 하이브리드 소재는 유기물과 무기물을 물리적으로 혼합하여 제조하였다. 이 소재는 구성성분인 유기물과 무기물이 단순히 물리적으로 혼합된 상태이며, 약한 반데르발스 결합이나 수소결합에 의한 나노복합체이다. 이러한 하이브리드 소재의 타입을 그림 1과 같이 Class I(nano-composite)로 정의하며, 이 소재는 성분 간의 상 분리를 일으키기 쉽기 때문에 균일한 형태의 재료를 구현하기 어려웠다[1].
  1980년대 중반에 제안되어 ‘ORMOCER(organically modified ceramic), ’ORMOSIL (organically modified silicate)’, ‘POLYCERAM(polymer ceramic)’이라고 불렸던 유무기 하이브리드 소재는 유기물과 무기물을 졸-겔 반응을 통해 화학적으로 결합시켜, 분자간의 강한 공유결합을 이루어 유-무기 성분들이 연결됨으로써 새로운 하이브리드 복합체를 만들게 된다. 이러한 하이브리드 소재를 그림 1과 같이 Class II(nano-hybrid)로 분류한다[1].
  졸-겔 반응은 저온에서, 화학 전구체들로부터 반응을 진행할 수 있으므로, 성분 간의 상 분리를 방지함으로써, 매우 균일한 유무기 하이브리드 소재를 제조할 수 있게 한다[2]. 유기물과 무기물의 이질적 소재를 화학적 방법인 졸-겔 반응을 이용하면 성분들이 분자단위로 연결된 새로운 소재를 제조할 수 있다. 이러한 유무기 하이브리드 소재는 유기물과 무기물이 갖고 있던 한계 물성을 극복하고, 사용 목적에 맞는 고기능성을 나타낼 수 있다[2].
  유무기 하이브리드 소재는 졸-겔 반응을 이용해 용액 상태로 제조됨으로써 다양한 코팅 기술에 활용될 수 있다. 무기 세라믹 코팅이 갖는 고온의 열처리 과정과 코팅 도막에 균열이 생기는 단점들과 유기 고분자 코팅이 갖는 낮은 내열성 등의 단점을 상호 보완하는 새로운 물성의 코팅제를 제조할 수 있다. 또한 코팅공정 온도가 낮으므로, 유기물의 기능성을 무기물의 망목구조에 용이하게 도입시킬 수 있어, 기능성 발현이 용이한 코팅 재료이다. 이러한 유무기 하이브리드 코팅제가 유리, 금속, 플라스틱과 같은 기재 위에 코팅되면 기존의 비-하이브리드 코팅제와 비교하여 코팅 성능에 있어 상당한 물성의 향상을 보인다[3].

그림 1. 하이브리드 소재의 유형 및 형태.

  본 논고에서는 유무기 하이브리드 소재의 제조법, 유무기 하이브리드 코팅의 응용 및 기능성 코팅 시장 현황에 대해 소개하고자 한다.

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