[합성고무]
아크릴고무, 2초만에 필름 성형

일본, 비트리머 고분자 활용 … 다리미로 손상 수복까지 실현

화학뉴스 2025.03.04

일본 연구진이 필름 성형을 간소화할 수 있는 아크릴고무를 개발했다.
신슈대(Shinshu University)와 나고야공업대(Nagoya Institute of Technology) 공동 연구팀은 단시간 가열만으로 간단하게 필름을 성형하거나 필름 손상부분을 자가수복시킬 수 있는 가교 아크릴고무 개발에 성공했다.
아크릴고무는 일반적으로 내열성, 내후성이 뛰어나며 원료 폴리머의 고분자 사슬끼리 강하게 결헙해 가교 구조를 형성한다.
또 열경화성이기 때문에 고분자 사슬 간 연결은 재가열해도 가교가 끊어지지 않고, 녹여도 원료 폴리머를 그대로 추출하는 것이 불가능해 가교 반응 후 재성형이나 리사이클이 어려운 소재로 평가되고 있다. 
그러나 연구팀은 2011년 프랑스 파리(Paris) 시립공업물리화학고등전문대의 루드리흐 라이브라 박사 등이 제창한 비트리머 고분자를 활용해 원래 견고한 가교 구조를 갖춘 열경화성 소재를 섭씨 150도에서 가열하면 2초만에 부드러워지는 열가소성으로 변화할 수 있도록 했다.
비트리머 고분자는 일정 온도 이상이 되면 가교결합이 변화하며 가교구조가 유사 열가소성 상태가 된다.
다만, 비트리머 고분자는 섭씨 150도 전후 온도에서 가교 변경이 발현되는 완화시간이 100-1000초로 길어 상용화가 어려웠으나 연구팀이 성형시간을 기존 방식에 비해 10-100배 이상 단축해 상용화 가능성도 높아진 것으로 파악된다.
연구팀이 개발한 신소재는 원료 폴리머 아크릴산에틸-아크릴산공중합체에 가교제를 반응시켜 합성한 것으로 가열 등으로 일정 온도에 도달하면 유사 열가소성을 나타내고, 식으면 원래의 열경화성을 되찾는다.
아릴 정도로 가교 구조가 변화하는 탈리기가 있어 구핵제와 부가 탈리기구로 공역치환반응을 일으키며 개발 과정에서는 탈리 성분과 구핵제 모두 카복실산을 사용하고 치환반응을 촉진시키는 촉매를 첨가해 진행했다.
결과적으로 가교 구조를 열경화성에서 열가소성으로 치환하는 속도가 빨라진 것으로 파악된다.
2급 아민 용액에 침전시키면 탈가교되면서 원료 폴리머를 회수할 수 있으며 분자설계 자유도가 높고 원료 폴리머 종류나 가교비중을 변경해 경도와 점성 등을 조정 가능하며 절단된 필름을 겹쳐 쿠킹시트에 올리고 가정용 다리미로 30초 가열하는 것만으로 절단면을 접착‧수복시킬 수 있다는 점도 특징이다.
열프레스 방식으로 간편하게 필름 성형과 필름 절단면 접착 및 수복이 가능해졌으며, 특히 아크릴유리와 PET(Polyethylene Terephthalate), 알루미늄에 대해 단시간 접착성을 나타내는 점이 주목되고 있다.
기재에 대한 접착시간이 짧고 용액처리 후 가교가 벗겨지면 원료 폴리머를 회수할 수 있어 CR(Chemical Recycle)이 가능할 것으로 기대된다.
기본특허는 신슈대가 취득했으며 앞으로 관련기업과 연계하며 상용화해 자차부품 뿐만 아니라 코팅제와 페인트 등 다양한 용도로 제안할 예정이다.
이밖에 연구팀은 가교 아크릴유리 개발도 진행하고 있다. (강)

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