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1. 서 론1)

현재 우리가 사용하고 있는 대부분의 소재는 반

복적인 사용에 의한 수명감소와 외부의 다양한 환

경노출에 의한 손상 및 물성 저하 등으로 인해 일

정 시간이 지나면 초기의 형상과 물성을 유지하지

못하는 특성을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하고자 과거에는 손상된 부분을 다른 물질로 덮

어버리는 용접이나 패칭 등의 방법을 사용하거나

글루(glue)와 같은 고분자 접착제를 이용하여 부분적인 보수를 해왔으나 미세한 손상들은 복구할

수 없으며, 복원 후 이종소재 간의 계면특성 저하로 인하여 원소재의 물성을 다소 저하시키는 단점

을 가지고 있다.이와 같은 문제점들을 해결하고자 1980년대에

고분자 부품의 수명과 안전을 연장하기 위하여 보

이지 않는 미세균열을 수복하는 수단 정도의 내용

으로 최초 자가치유(Self-healing)의 개념이 제안되었다.

†주저자 (E-mail: ycjung@kist.re.kr)

여기서는 다양한 자가치유 방식 중 기존의 산업

공정에 가장 쉽고 빠르게 적용할 수 있는 외인성

자가치유(extrinsic self-healing)인 마이크로캡슐(Microcapsule) 기반 자가치유 고분자 소재에 대하여 소개하기로 한다.

2. 본 론

2.1. 자가치유의 정의

자가치유 시스템이란 “인위적인 조작 없이 열, 전기, 광 등과 같은 특수한 환경에 따라 스스로 이러한 결함들을 감지하여 복구할 수 있는 특성을 가

지도록 설계한 시스템”을 지칭한다. 일반적으로 고분자 재료의 경우 기질(matrix,

기재)의 표면 또는 내부에 손상이 생길 때 고분자 내 공유결합이 끊어져 재료 자체의 물성이 저하

되게 된다. 그러나 기존의 방법을 통해서는 끊어진 공유결합의 근원적 복원이 불가능하기 때문에

자가치유 시스템을 적용하여 새로운 공유 결합 및

고분자 결합 또는 가교 구조를 만들어 기존의 물

마이크로캡슐을 기반으로 하는

미래형 자가치유 복합소재의 최근 연구기술 동향

하 유 미⋅김 영 오⋅고 영 일⋅정 용 채†한국과학기술연구원, 복합소재기술연구소

Recent Research Trend of Microcapsule-based Future Self-healing Composite Materials

Yu-Mi Ha, Young-O Kim, Young-il Ko, and Yong Chae Jung†

Institute of Advanced Composite Materials, Korea Institute of Science and Technology (KIST),

Jeonbuk, Korea

Abstract: 과학기술의 트렌드는 산업이 점차 고도화 되어감에 따라 다양한 학문과 기술들이 서로 융합되어 새로운연구분야와 소재를 탄생시키고 있다. 이 중에서 자가치유소재는 그동안 소재의 한계특성을 뛰어넘고 싶은 많은 연구자들에게 좋은 해결책을 제시해준다. 본고에서는 이러한 해결책들 중 마이크로캡슐을 이용한 자가치유소재 분야에관한 최근 연구기술동향을 소개하고자 한다.

Keywords: Self-healing, Microcapsule, extrinsic, composite materials

기획특집: 자가치유 소재 신기술

기획특집: 자가치유 소재 신기술

8 공업화학 전망, 제20권 제1호, 2017

성을 회복하거나, 고분자 사슬의 확산을 통해 손상된 주변의 구조를 원래대로 복원시키는 과정이

최우선적으로 필요하다. Figure 1은 시간 변화에 따른 소재의 물성 변화

추이를 나타낸 그림이다. 일정 시간이 지나면 소재가 갖는 한계물성으로 인해 수명이 점차 감소하

게 되지만, 소재의 초기 미세균열을 스스로 치유하는 자가치유 시스템 소재의 경우 반복적인 초기

치유가 가능하기 때문에 기존의 소재나 물성이 개

선된 소재보다 훨씬 탁월한 성능을 오랜 시간 유

지할 수 있을 것이라 생각할 수 있다.현재까지 발표된 자가치유 방식은 크게 2가지

이며, 외인성(extrinsic) 자가치유 시스템과 자체(intrinsic) 자가치유 시스템으로 구분할 수 있다.

외인성(extrinsic) 자가치유 시스템은 마이크로캡슐, 마이크로관형 등이 대표적인 방법으로 강한 치유물성, 대면적 치유와 큰 파단에 대한 확실한 치유 등의 장점을 가지고 있는 반면에, 반복적 치유가 불가능하고 분자단위의 손상에 대한 치유가

어려우며, 고가의 촉매을 사용함에 반해 낮은 치유 효율을 나타낸다. 또한 치유 계면의 이질성과, 장기간의 치유 불가와 파단에 대한 선제적 대응불

가 등의 한계점을 가진다. 자체(intrinsic) 자가치유 시스템은 외인성 자가

치유 시스템에서의 구현할 수 없는 분자단위에서

부터 파단 확산방지와 반복적 치유를 통한 장기적

소재 안정성을 대표적인 장점으로 언급할 수 있

다. 그러나 하이드로겔, 초분자, 다중수소결합 등과 같은 소재특성으로 인하여 약한 기계적 물성과

큰 파단에 대한 치유가 불가능하고 파단 이후 두

계면이 반드시 접촉을 해야만 복원이 가능한 응용

한계성을 가진다.그러나 최근 자가치유소재별 특허출원 경향을

살펴보면 캡슐형의 자가치유 고분자 소재의 출원

이 상대적으로 증가하는 추세를 알 수 있는데 이

것은 캡슐의 제조방법이 간단하고 기존 산업공정

에 가장 쉽게 적용이 가능하며 그 파급효과 또한

매우 크다는 점 등의 이유라고 생각할 수 있다

(Figure 2).한편, 2013년 2월에 매일경제에서는 “세계경제

포럼이 뽑은 떠오르는 10대 기술”로 무선충전 전기자동차, 3D프린터 외 자가치유 소재기술도 선정되어 국내외를 비롯하여 연구계 뿐만 아니라 사

회 및 경제적인 기술적 가치와 관심도가 매우 높

아진 것으로 볼 수 있다[3].

2.2. 마이크로캡슐 기술

마이크로캡슐은 미소한 용기를 의미하며 마이

크로캡슐화는 마이크로캡슐을 만드는 조작 과정

으로 정의된다. 대개 캡슐 입자의 직경은 5-500 µm의 범위이지만 이 범위 외의 것이라도 제법이 마이크로캡슐화에 의한 것이라면 모두 마이크로

캡슐로도 정의된다. 그리고 캡슐벽의 두께는 보통 0.5~150 µm의 범위 내에 있으며 내부 물질도 필요에 따라 전체 무게의 20%에서 95%까지 변화시킬 수 있다.

마이크로캡슐에 있어서, 우선 코어(core, 심(芯) 혹은 핵(核)에 해당) 물질(액체 내지는 고체)을 미립화는 단계; 이를 막으로 코팅단계로 구분되며,

Figure 1. 소재 수명에 따른 물성의 변화 추이[1].

Figure 2. 자가치유 고분자 소재 형태별 출원동향[2].

마이크로캡슐을 기반으로 하는 미래형 자가치유 복합소재의 최근 연구기술 동향

KIC News, Volume 20, No. 1, 2017 9

코어 미립자를 피막(외벽 또는 벽재, shell)으로 피복하는 방법의 원리와 기술은 다종다양하며 그 대

부분은 특허로 보호받고 있다. 그러나 현재의 마이크로캡슐화 기술의 단점을 극복하는 새로운 기

술이 기존 원리 및 새로운 원리에 의거하여 개발

되고 보고되고 있다.1931년 Bundeburg de Jong과 Kaas에 의하여

마이크로캡슐화를 이용한 제약 분야에서의 응용

가능성에 대하여 처음 이루어졌다[4]. 이후 1950년대 초에 노카본 복사지를 발매하기부터 마이크

로캡슐이 고분자를 기재(基材)로 하는 고기능재료로서 주목을 받게 되었고[5], 1967년에는 캐나다 McGill대의 TSM Chang이 나일론막 캡슐 속에 헤모글로빈, 효소 등을 포함시켜 인공 세포를 합성하여 인공 장기 실용화에의 길을 연 이래 오늘날

에는 각종 기록 재료, 표시 재료, 접착제, 화장품, 의약품, 농약, 식품, 향료, 인공 장기, 전자 재료 모든 분야에서 이용되며 우리들의 일상생활에 깊이

정착되고 있다[6-8].

2.3. 마이크로캡슐의 제조방법

마이크로캡슐의 제조법은 화학적 방법, 물리화학적 방법 및 물리적 혹은 기계적 방법으로 크게 나눌

수 있으며, 이들 방법의 차이는 심(芯)물질의 피복

화 기구의 차이에 있는데 심물질의 캡슐화의 개념

이 서로 조금씩 다르다. 화학적 및 물리화학적 방법은 심물질의 표면 위에 모노머 또는 폴리머로부터

새로운 폴리머의 상(相)을 만들어 심물질을 캡슐화하는 방법인데 반하여 물리적 혹은 기계적 방법은

기존의 폴리머를 사용하여 물건을 포장하듯이 심물

질을 포장하는 방법이라 할 수 있다[5](Table 1).통상 마이크로캡슐을 합성하기 위하여 대표적

으로 사용하는 방법으로는 현탁중합을 언급할 수

있다. 현탁중합은 연속상으로 물을 사용하고, 개시제는 유용성 개시제, 유화제는 안정제를 사용하여 입자의 크기가 수 마이크로에서 수천 마이크로의

크기를 갖고 있으며 입자의 크기분포가 매우 넓

다. 마이크로캡슐의 크기는 일반적으로 1 µm 이상의 것으로 알려져 있는 반면, 미니에멀젼 중합은 1 µm 이하로 알려져 있다. 이러한 캡슐 크기의 차이는 입자의 핵형성에 대한 서로 다른 메커니즘

으로 인한 것으로 보고되고 있다.이외 중합방법으로는 라디칼 중합반응(radical

polymerization), 축중합(polycondensation), 분산중합(dispersion polymerization), 에멀젼중합(emulsion polymerization) 등으로 다양하며, 이 중에서 에멀젼중합은 마이크로(micro) 또는 미니(mini) 에멀젼중합으로 구분된다.

구 분 주요제조방법

화학적 기법

∙ 계면중합법(계면중합반응법)∙ in situ 중합법(표면개질법, 계면반응법)∙ 액중경화피복법(orifice법, 이유체노즐법, 원심노즐법)

물리화학적 기법

∙ 수용액계로부터의 상분리법∙ 유기용매로부터의 상분리법(온도변화법, 비용매첨가법, 상분리유기용의 액체폴리머 이용법, 계면농축법, 계면침적)

∙ 액중건조법(이차에멀젼법, 액중스프레이드라잉법)∙ 융해분산냉각법(분무응고조립법, 응고조립법)∙ 내포물교환법(액중교환처리법)∙ 분상법(액적법, 겔적법, 에멀젼법, 계면반응법, 건식혼합법)

물리적 혹은

기계적 색채가

농후한 기법

∙ 저온캡슐화법∙ 기중현탁피복법∙ 무기질⋅금속질벽⋅유기질벽캡슐화법(마쇄⋅마모현상의 이용기법, 마찰대전이용법, 콜로이드 이용법, 침전반응이용법, 열경화이용법, 충격⋅압축⋅전단현상 이용법)

∙ 진공증착피복법(기상석출법)∙ 스프레이드라잉법(분무조립법)

Table 1. 대표적인 마이크로캡슐화의 방법

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10 공업화학 전망, 제20권 제1호, 2017

마이크로에멀젼은 크기가 수십 나노(10-30 nm) 정도로 외관상투명한 색을 띤고 작은 입자의 크기

를 제조하기 위해서 많은 양의 유화제가 사용된

다. 따라서 단량체 액적과 수상간의 표면 에너지는 0.001 mJ/m2 정도의 값을 갖는 특징이 있다. 미니에멀젼중합은 단량체 액적(monomer droplet)이 주된 반응의 자료가 되며, 단량체 액적의 저장 안정성이 큰 이슈가 되고 있다. Ostwald ripening에 의해 단량체 액적의 coalescence로 인해 액적의 추가 반응 중 변하게 된다.

또한, Decher[9]에 의해서 제안된 layer-by-layer 법은 구상 입자나 물방울 같은 완곡한 재료에도

적용이 가능한 것으로 나타났다[10]. 이 방법은 고체 또는 액체 기재 위에 반대 전하의 고분자 전해

질을 번갈아가며 적층시키는 것에 기초하고 있다. 이와 같은 방법으로 캡슐의 껍질을 형성하게 되고

형성된 껍질의 구성과 두께에 따라서 충분한 강도

를 가질 수 있으며 제조환경에 따라서 거대 분자

또는 콜로이드로도 형성할 수 있다. Torza와 Mason[11]에 의해서 개발된 이론에 따

르면 Spreading coefficient는 섞이지 않는 3개의 상에서 형성되는 여러 형태의 drop의 형태를 물리적으로 해석하는 널리 사용되어왔다(Figure 3). Figure 3에서 주요 해당변수는 3상간의 계면장력의 상관식에 의해 형성되는 drop의 형태를 예측할 수 있다. 이때 크게 core-shell drop, Janus drop, separated drop 등으로 나누어 설명할 수 있으며,

각 상 간의 계면장력은 정의되고 확산 계수의 값

은 다음 식에 의해서 도출된다.

2.4. Stimuli-Responsive Self-Healing Materials

2.4.1. 외력응답 마이크로캡슐 자가치유소재Scott R. White 교수 연구그룹(미국)에서는

2001년도 네이쳐(Nature)지에 처음으로 열경화성 에폭시 수지내부에 치유체를 포함하는 마이크로

캡슐과 코어재와 반응할 촉매제를 함께 함침 시킨

복합 기능성소재를 선보였다(Figure 4)[12]. 외부의 압력으로 균열이 발생하고 전이되면 기재에 존

재하는 액상 형태의 자가복구 물질로 채워진 마이

크로캡슐이 파괴되어 코어재가 방출되면 주변에

있는 촉매제와 급속한 가교반응을 하여 발생한 균

열을 메워주는 방식이다. 이 경우 초기 시료의 파괴인성(fracture toughness) 값의 약 70%까지 복원되는 연구결과를 발표하였으며, 그 이후 마이크로캡슐의 배치와 촉매제의 종류를 변화시킨 연구에

서 약 90% 이상의 치유율을 향상시킨 연구 결과도 보고되고 있다.

2002년 한국과학기술연구원 박민 박사 연구그룹에서는 포스코와 함께 차세대 재료설계기술로

강판 표면의 부식 방지와 내구성 향상을 위하여

활성물질을 함유하는 마이크로캡슐화 기술과 자

Figure 4. 마이크로 캡슐을 이용한 자가치유[13,14].

Si = gjk - (gij + gik)Sw = γop - (γow + γpw)Sp = γow - (γop + γpw)

separated doublet core-shellS1 < 0 S1 < 0 S1 < 0S2 > 0 S2 > 0 S2 > 0S3 > 0 S3 > 0 S3 > 0

Figure 3. Predicted morphology of the colloids accordingto the sign of the spreading coefficients[11].

마이크로캡슐을 기반으로 하는 미래형 자가치유 복합소재의 최근 연구기술 동향

KIC News, Volume 20, No. 1, 2017 11

기-희생 방식의 복원 특성 발현 기술을 확립하고 그 연구결과를 발표하였다[15]. 해당 연구에서는 계면중합 기술을 구사하여 액상 에폭시를 코어(芯 혹은 核)로 하고 (PMMA, Polyurethane) 및 열경화성(epoxy, 가교PVA) 수지를 유기 벽재로 하는 직경 10 µm의 열가소성 코팅 조성물용 마이크로캡슐 제조 기술과 합성된 에폭시 코어 마이크로캡

슐과 마이크로캡슐형 잠재성 경화제 조성물을 사

용하여 강판 코팅의 부식 방지 및 자기수복성질

확인하였다(Figure 5). Mookhoek 연구그룹에서는 2008년 3차원 미세

단층촬영연구를 통해서 마이크로캡슐을 포함하고

있는 기재가 외력에 의해 손상되었을 때 손상된

부위를 치유하기 위하여 캡슐내부의 코어재가 소

비되는 정량적인 양에 대하여 연구결과를 발표하

였다(Figure 6)[16].

2.4.2. 광 감응형 캡슐(Light-Responsive Capsules)광 자극은 외부자극 감응형 캡슐에서 탑재제를

방출시키는 대표적인 자극이다. 특히 광자극은 캡슐의 방출거동에 있어 강도, 조사시간 및 위치 등

을 조절하기 쉬운 장점이 있다. 이러한 광 감응형 캡슐에 자가치유 물질을 적용한 사례는 아직까지

많지 않지만, 이미 제어 방출 메커니즘에 대하여 많이 연구되어 왔기 때문에 자가치유 물질에 있어

서도 적용가능성이 높다. 광분해성 고분자를 이용하여 만들어진 광 감응

형 캡슐의 경우, 외부에서의 광자극으로 인해 버스트방출(burst release)이 이루어진다. 일반적으로 광 감응성 캡슐은 광 반응성 고분자와 염료를 사용

하여 제조하거나[17-21], 고분자 껍질에 금속 나노 입자와 탄소 나노 튜브를 넣어 제조한다[22-27]. 광 반응성 캡슐의 다른 유형으로는 광열 또는 광촉매 특성을 갖는 무기 입자와 고분자로부터 복합

제조된 캡슐이 있다. 일반적으로 이러한 형태의 캡슐은 광에너지를 열로 변환하기 위해 금 나노

입자와 은 나노 입자를 껍질에 적용하여, 충분한 열을 발생시키면 Figure 7과 같이 캡슐의 화학구조가 붕괴되고 버스트 방출(burst release)이 발생하게 된다.

Figure 7. 광 감응형 자가치유 캡슐에서 광열 효과로 인해 가능한 두 가지 방출 경로[17].

(a)

(b)

(c)

Figure 5. (a) 마이크로캡슐성상 SEM 이미지, 마이크로캡슐 미함유 (b)와 함유 (c) 강판의 염소 분무 시험결과[15].

Figure 6. 3차원 이미징기술을 활용한 미세단층촬영 이미지[16].

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12 공업화학 전망, 제20권 제1호, 2017

2.4.3. pH 감응형 시스템(pH-Responsive Systems)일반적으로 금속의 부식이 진행될 때 재료의 균

열(cracks)로 인해 국부적인 pH 변화가 발생하게 된다. 이러한 현상을 응용하여, 부식을 방지하기 위한 pH 반응성 나노컨테이너(nanocontainers)에 대하여 많은 연구가 이루어지고 있다(Table 2). 대표적인 부식 억제제(corrosion inhibitors)를 담지(load)할 수 있는 나노컨테이너로써 메조 포러스 SiO2와 ZnO가 주로 사용되어졌다[28-36]. 또한, poly(ethyleneimine)(PEI), poly(styrene sulfo-nate)(PSS), poly(acrylic acid)(PAA), poly(meth-acylic acid) (PMA), poly(allylamine hydrochloride) (PAH)와 같은 pH 반응성 고분자와 함께 lay-er-by-layer기술을 적용하여 표면을 데코레이션하기도 한다.

Grigoriev 그룹은 메조포러스 SiO2 나노입자에 부식억제제인 benzotriazole (BTA)를 PEI/PSS/ (BTA/PSS)n 다중레이어(multilayers) 방법을 이용하여 담지하였고, 코팅된 SiO2 나노 콘테이너를

알루미늄 합금 기판 위에 코팅을 하였다. 일반적으로 부식이 발생할 경우, 금속의 불순물 및 표면 성질, 그리고 부식 메카니즘에 따라 pH가 변화하게 된다. 이런 pH의 변화는 쉘 구조의 붕괴를 유도하고, 그 결과 쉘 또는 중공의 SiO2에 위치한 억제제가 부식 사이트로 방출되어 부식을 중단시켰

다. 치유 반응 후에는 부식부위가 감소함에 따라 초기의 pH를 회복하게 되어, 캡슐 쉘의 게이트가 다시 닫히고 억제제의 방출이 중단되었다. Figure 8 (a)는 0.1M NaCl 용액에서 알루미늄의 부식 과정과 자가치유 효율을 scanning vibrating elec-trode technique (SVET)에 의해 분석되어지는 과정을 보여준다. 결과에서 보이는 것처럼, 반응 전의 알루미늄에서는 부식 전류가 관찰되지 않았지

만, 42 h의 반응 후에는 부식으로 인해 양극 활성이 감지되었다(Figure 8 (b)). 하지만 18 h 후에는 부식 방지제의 방출로 인해 부식이 억제되었다

(Figure 8 (c)).이와 비슷한 방법으로, halloysite nanotubes와

Containers Self-healing compounds Ref.

Materials Diameter Materials Healing Method

SiO2/PEO/(PSS/BTA)n 150 nm BTA Corrosion inhibitor [26]

SiO2/PAH/(PSS/BTA)n 60~140 nm [27]

SiO2/PAH/(PMA/BTA)n 60~140 nm

SiO2/PAH/(PSS+PMA/BTA)n 60~140 nm

SiO2/PEI/(PSS/BTA)n 70 nm [28]

70~100 nm [30]

Zeolite < 2 µm Cerium cation [31]

SiO2/CB[6]/bisammonium stalks 0.5~0.8 µm BTA [32]

SiO2 60~80 nm MBT [33]

ZnO/PANI/BTA/PAA 950 nm BTA [34]

Zn-Al LDH 50~100 nm Benzoate anion [35]

200~400 nm MBT [36]

200~400 nm Vanadate

200~400 nm Phosphate

Cerium molydbate 140 ± 10 nm 8-HQ [37]

140 ± 10 nm 1-BSA

Zn-Al LDH - MBT [38]

Mg-Al LDH -

Table 2. 다양한 유⋅무기 부식 억제제가 담지된 컨테이너(containers)의 종류

마이크로캡슐을 기반으로 하는 미래형 자가치유 복합소재의 최근 연구기술 동향

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SiO2 나노입자를 기반으로 한 고분자전해질 나노캐리어(nacnocarriers)를 이용하여, 부식억제제인 Benzotriazole (BTA)에 담지하여 구리의 부식을 억제하는 방법도 보고되어있다[29]. 또한, SiO2 [35], zeolite particles[33], cerium molybdate par-ticles[39], Zn-Al LDHs[37,38,40], Mg-Al LDH [40]와 같은 무기 입자들을 추가적인 표면처리 없이 다른 부식 억제제의 캡슐화에 사용된 사례도

있다. Ferreira 그룹은 vanadate, 인산염 및 MBT와 같은 다양한 부식 방지제가 첨가된 Zn-Al LDH를 합성하였고, 상업적 코팅제에 혼입하여 나노 컨테이너의 부식 방지 효과를 시험하였다. 이 연구는 vanadate와 phosphate anions이 함께 담지되거나 vanadate와 MBT가 함께 담지 되었을 때, 알루미

늄 합금의 부식방지에 높은 시너지 효과를 보였다.

2.4.4. 온도 감응형 시스템(Temperature-Responsive Systems)

열 자극은 나노 캡슐에 탑재되어 있는 자가치유

제의 방출을 촉발시킬 수 있는 외부자극 중 하나

이다. 이때 자가치유제의 방출거동은 캡슐 쉘의 유리전이온도(glass transition temperature, Tg)에 영향을 받으며, Tg 이상으로 온도가 증가하면 방출 속도를 향상시킨다.

따라서 대부분의 온도 감응형 캡슐은 수용액상

에서 연구되며 약물전달체제에 널리 이용된다

[38-44]. 온도 감응형 캡슐은 고분자의 하한임계용액온

도(lower critical solution temperatures, LCSTs) 또는 상한 임계용액온도(upper critical solution tem-peratures, UCSTs) 부근에서의 작은 온도변화에도 민감하게 반응하여 급격한 형상 변화를 일으킨다. Figure 9는 다공성 폴리아미드 멤브레인과 PNIPAM [poly(N-isopropylacrylamide)] 게이트로 구성된 온도 감응형 코어-셸 마이크로캡슐의 예를 보여준다[41]. 폴리아미드 마이크로캡슐은 계면 중합에 의해 제조되었고, 기공 내의 PNIPAM의 가교는 기공 충진 플라즈마 그래프트 중합(plasma-graft pore-filling polymerization)법에 의해 합성되었다. 이러한 마이크로캡슐은 PNIPAM의 그래프팅율을 변화시킴으로써 열감응성 방출속도를 조절할 수

있었다. 낮은 그래프팅율에서의 방출속도는 T <

(a) (b) (c)

Figure 8. 0 h (a), 42 h (b), 60 h (c) 동안 0.1M NaCl 용액에 침적된 SiO2/PEI/PSS/(BTA/PSS) n 입자로 도핑된 알루미늄 기판 위의 방식성(anticorrosion) 코팅의 SVET 커브[28].

Figure 9. 다공성 멤브레인과 고분자 게이트로 이루어진 온도 감응형 코어-쉘 마이크로캡슐의 모식도[41].

기획특집: 자가치유 소재 신기술

14 공업화학 전망, 제20권 제1호, 2017

LCST보다 T > LCST일 때가 높았다. 하지만 높은 그래프트율에서는 PNIPAM 게이트의 친수성/소수성 상전이로 인해 T > LCST에서의 방출속도가 T < LCST보다 낮았다.

2.4.5. 산화 환원 감응형 시스템(Redox-Responsive Systems)

산화환원 반응시스템을 이용한 방출 시스템에

서 캡슐쉘은 산화환원에 민감한 투과성을 갖는다. layer-by-layer 기법에서는 poly(ferrocenylsilane)을 기반으로 하는 다가음이온(polyanion)과 다가양이온(polycation)을 내포하는 콜로이드성 템플릿을 적용한다[45]. 마이크로캡슐 쉘의 투과성은 ferro-cene의 산화 환원 반응속도 의해 조절될 수 있으며, 이러한 반응성은 캡슐의 팽윤과 구조에 급격한 변화를 일으켜 탑재제의 방출을 유도한다. 또 다른 보고 사례로는 산화 환원 반응에 민감한 poly(methyl methacrylate)-block-poly(vinylferrocene)의 poly(vi-nylferrocene) 나노패치를 내포한 고분자 나노 캡슐이 있다[46]. 이러한 구조의 캡슐에서 나노패치의 선택적 산화는 나노컨테이너(nanocontainer) 내부의 캡슐화 된 물질의 방출을 유도하여 자가치유

현상이 발현된다.

2.4.6. 새로운 접근법과 전망자가치유제를 내포한 코어-쉘 구조의 입자와 섬

유형태의 소재는 외부자극형 자가치유소재로 활용

될 수 있다. 한 예로, 구형의 나노캡슐 (nanocapsule)과 코어-쉘 형태의 섬유가 복합된 소재가 높은 종횡비와 선택적 배열성에 의해 자가치유소재의 필

러로 이용될 수 있다는 것이 시뮬레이션을 통해서

밝혀진 바 있다[47]. 뿐만 아니라, 고분자 매질 안에 분산되어 있는 금속 나노입자들이 서로 다른

계면에서 확산되는 현상에 착안하여, 균열이 일어났을 경우 나노크기의 자가치유 입자가 확산 이동

하여 원형을 회복시키는 자가치유 소재에 응용될

가능성도 있다[48].하지만 나노캡슐과 나노섬유 기반의 자가치유

소재를 개발함에 있어서, 몇 가지 문제점과 제한

점들이 있다. 가장 큰 문제점은 일단 캡슐의 껍질이 열리게 되면, 자가치유 물질들이 소모된다는 것이다. 이 점을 해결하기 위해서 다각도적인 접근법들이 제시되어 왔다. 그중 나노 컨테이터들을 사용 후 재충진하는 방법이 하나의 해결책으로 연

구되고 있다[49]. 또한 다양한 방출 메커니즘이 복합된 소재를 개발하여, 자가치유 물질이 반복적으로 방출되게 하는 방법도 연구되고 있다[50].

3. 결 론

산업이 점차 고도화되어가고 삶이 윤택해지며

소재기술에 대한 발전이 거듭날수록 요소요소의

기술들은 급격하게 발전하고 있다. 특히 하나의 소재에서 다양한 물성과 기능성을 요구하는 현대

의 산업계의 흐름에 맞춰나가기 위해서는 지금이

라도 자가치유 분야에 적극적인 연구가 활성되어

야 할 것이다. 특히, 학제간 융복합 연구는 물론 산학계가 공통된 주제와 목표를 바탕으로 원천기

술 확보와 핵심요소기술들에 대한 이해와 통찰이

요구된다.

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공학과 학사

2011~2013 전북대학교 유기소재파이버공학과 석사

2014~현재 광주과학기술원 신소재공학부 박사과정

한국과학기술연구원 복합소재

기술연구소 연수생

고 영 일2002~2009 경북대학교 섬유시스템공학과

학사

2009~2011 경북대학교 섬유시스템공학과 석사

2012~2016 Shinshu University, 시스템개발공학과 박사

2016~현재 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 Post-Doc

김 영 오2007~2011 아주대학교

응용화학생명공학부 학사

2011~2017 서울대학교 화학생물공학부 석사박사통합과정

2016~현재 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 연구원

정 용 채2003~2007 건국대학교 섬유공학과 박사2007~2012 Shinshu University,

카본과학연구소 Post-Doc2012~2012 Shinshu University, ENCs

부교수

2012~현재 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 선임연구원

7-17_기획특집(정용채)(7-8)-4도02-기획특집(정용채)(9-17)