[기술뉴스] 스스로 치료되는 고무

프랑스의 연구원들은 고무의 탄성을 가지면서, 상온에서 반복적으로 복구될 수 있는 재료를 개발했다 [Cordier et al., Nature (2008) 451, 977].  이 재사용 가능한 고분자는 재생 자원에서 얻어지는 저비용의 원성분들을 사용하여 간단히 합성될 수 있습니다.
많은 일반적인 고무들의 가역적인 인장은 가교된 고분자의 긴 사슬에 의해서 만들어집니다.  프랑스 파리에 있는 Ecole Superieure de Physique et Chimie Industrielles(ESPCI/CNRS)의 Philippe Cordier와 동료들은 오히려 초분자(supramolecular) 네트워크를 이용하여 고무와 비슷한 바람직한 탄성을 만들어 내었습니다.
연구원들은 식물성 기름에서 얻어지는 두 개 또는 세 개의 acid기를 가지는 지방산을 이용해서 조립체를 만들었습니다.  시작 혼합물은 diethylene triamine으로 응축되고, urea와 반응되어, 상보적 수소 결합 그룹을 가지는 oligomer의 혼합물을 만들었습니다.  이러한 ditopic 및 multitopic 분자들은 부분 가교되어 효과적으로 결정화를 방해하며 탄성을 증진시키는 네트워크를 형성합니다.
고무와 비슷한 거동은 일련의 변형 실험으로부터 확인되었습니다. 이 재료는 100%의 가해진 다음에도 원래의 모습으로 복구되며, 하중에 대해서도 거의 크립 특성을 나타내지 않습니다.
더 주목할 만한 것은 재료가 절단되거나 찢어진 경우에도 절단된 양쪽 끝부분을 붙이는 것으로 간단하게 수리될 수 있습니다.  이 치유 과정은 수분 내로 빠르게 이루어지며, 외부에서 열을 가해줄 필요도 없습니다.  깨어진 시료는 최대 일주일이 지난 후에도 상온에서 성공적으로 보수되었으며, 물론 부분들이 이 정도 길이의 시간동안 떨어져 있었을 때는 이것들이 수리하는데 적어도 15분이상의 좀 더 긴 시간을 붙여 놓아야 했습니다.
이런 참신한 자가치유 특성은 물론 수소결합의 결과라고 Cordier와 동료들은 설명했습니다.  파괴는 수소 결합 네트워크의 많은 연결되지 않은 그룹을 노출시키는데, 이것은 초분자의 연결 강도가 공유 결합의 연결 강도보다 낮기 때문입니다.  이러한 그룹들은 연결되는 것을 '갈망'하며, 다시 접촉했을 때 계면을 효과적으로 연결시키려 합니다.
"이것은 아름답고 매우 강하게 초분자의 설계와 고분자 물리의 깊은 이해를 함께 할 수 있는 연구의 매우 중요한 부분으로, 고무와 비슷한 거동과 자가치유 특성의 조합을 달성하도록 할 수 있습니다."고 영국 런던대의 고분자 물리학자인 Franco Cacialli는 논평했습니다.
네델란드의 Eindhoven기술대 유기화학과의 Bert W. Meijer 교수는 이 연구가 초분자 재료의 개발에 "새로운 전기"를 가져다 줄 것으로 예상했습니다.  이 새로운 재료의 잠재력있는 응용처는 자가수복 옷감, 집이나 자동차의 장수명 코팅이나 페인트, 자가치유 골격 및 대량의 바이오재료들, 그리고 고신뢰성 반도체용 고분자와 같은 것이 있습니다.
[Materials Today April 2008]
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