| 초록 |
연구개발 목표 전통적으로 옻칠 공예에서는 목재의 접합 및 마감을 위하여 옻나무의 수액을 천연접착제로 활용해 왔음. 옻 수액은 기본적으로 카테콜 접착성 작용기를 포함하는 화합물들의 집합체로, 공기 중 산소 및 효소에 의해 경화되어 옻칠을 형성함. 본 연구에서는, 천연 접착 소재인 옻칠의 화학적 원리를 모사하여 이와 같은 카테콜 기반 천연 접착 소재를 개발하고자 함. 개발한 옻 기반 접착 소재는 친환경 소재인 셀룰로오스계 소재들에 적용하여 복합 소재를 제조하고자 하며, 이를 3D 프린팅의 바인더로 활용하여 4차 산업혁명 및 친환경 녹색 기술이 각광받는 상황에 맞는 신소재를 개발하고자 함. 계속해서, 다양한 다당류, 금속, 산화제 등 다양한 첨가제를 사용하여 복합 소재의 기능 향상 및 새로운 기능 부여를 연구하고자 하며, 최종적으로는 본 소재의 3D 프린팅 기술을 활용하여 기존 전통 건축물의 경제성이 떨어지고 공사기간이 길다는 단점을 해소하고, 한국 고유의 문화콘텐츠로 다시금 입지를 넓힐 수 있도록 하고자 함. 연구개발 내용 1. 옻 기반 접착 소재 개발을 위한 카테콜계 화학물질 선발 · 다양한 종류의 카테콜계 유도체와 아민 고분자의 화학적 반응을 통해 3D 프린팅용 접착제로 활용할 수 있는 최적의 접착력을 보이는 후보군 선발 · 옻의 경화 과정을 모방하여 유기용매 대신 물을 용매로 사용한 무독성 카테콜 아민계 천연접착제를 개발 2. 옻 기반 접착 소재의 화학적 메커니즘 규명과 물리적 특성 연구 · 옻 기반 카테콜계 접착제의 접착 메커니즘을 HPLC-MS, NMR 등 분석을 사용하여 아민 고분자 사이에서 일어나는 카테콜계 물질에 의한 가교반응의 화학적 메커니즘을 규명 · 위 카테콜계 가교반응을 통해 용액-공기 계면에서 형성된 One-layered film의 경화 정도 (분석툴: UV-Vis), 두께 정보 (분석툴: SEM) 등 물성지표를 구축 3. 옻 기반 접착제를 사용한 구조체 제작 및 그의 3D 프린팅 · 옻 기반 카테콜계 접착제를 적용할 수 있는 천연 재료를 선별하기 위하여 다양한 전통 천연소재에 적용하여 그 접착력을 평가 · 가장 훌륭한 접착력을 보인 셀룰로오스에 옻 기반 접착제를 적용하여, 기존 목재를 대체할 수 있는 강력한 옻 기반 복합 소재 개발 · 옻 기반 셀룰로오스 복합 소재를 LOM 방식, FDM 방식 등의 3D 프린팅에 적용할 수 있는 공정 개발 및 다양한 3D 구조체 제작 4. 무독성 옻 기반 복합 소재에 대한 첨가제 발굴 및 물성 변화 분석 · 옻 기반 셀룰로오스 복합 소재에 여러 다당류 소재, 철 이온, 산화제를 첨가하여 3점 굽힘강도, 난연성 등에서 향상된 물성 변화를 확인 · 이를 통하여 셀룰로오스와 강한 수소결합을 형성하는 것으로 알려진 헤미셀룰로오스를 사용할 시에 5배 이상의 기계적 강도 향상 및 향상된 난연특성이 나타남을 확인 · 첨가제가 첨가된 복합 소재를 활용하여 다양한 3D 구조체 제작 5. 옻 기반 복합 소재의 제조 조건 최적화, 경제성 분석 및 난연 메커니즘 분석 · 옻 기반 복합 소재의 제조 비율, 경화 온도, 시간 및 첨가제의 양 등 제조 조건을 최적화 · 옻 기반 복합 소재의 난연성을 다양한 열물성 분석 (TGA, 열량계 분석)을 통하여 정량화하고 다양한 화학 분석 (Raman, XPS, SEM)을 통하여 메커니즘을 규명 활용계획 및 기대효과 (응용분야 및 활용범위 포함) · 옻 기반 접착제는 기존 상용화된 에폭시 및 아크릴레이트계 접착제들과 달리 물을 용매로 활용하므로 휘발성 유기 화합물 (VOC)을 방출하지 않으며 그에 따라 친환경적이므로 새집 증후군 등 기존 접착제의 단점이 두드러지는 분야에서의 사용이 기대됨 · 옻 기반 접착제의 공기 중 산소에 의한 경화 메커니즘에 대한 연구는 다양한 폴리페놀계 물질과 아민 고분자 사이에서 일어나는 반응 전반에 대한 기초 연구로 이들 화합물을 사용한 후속 연구들의 학문적 기반이 되어 줄 것으로 기대됨 · 옻 기반 접착제와 셀룰로오스를 활용한 복합 소재는 목재와 유사한 강도를 가지면서, 목재에 비하여 두드러지는 난연성을 보이므로 추후 건축 소재로의 활용이 기대됨 · 기존 MDF 등 집성목 소재들의 경우 활용된 레진에서 방출되는 VOC로 인한 유독성이 문제가 되어왔으나, 옻 기반 복합 소재의 경우 물 기반으로 제조되므로 그러한 문제에서 자유로워 가구 제작 등 무독성이 중요한 분야에서의 집성목 소재를 대체할 수 있을 것으로 기대됨 (출처 : 요약문 2p) |
