2025년, 코팅 산업은 "녹색 전환"과 "성능 향상"이라는 두 가지 목표를 향해 나아가고 있습니다. 자동차 및 철도 운송과 같은 고급 코팅 분야에서 수성 코팅은 낮은 VOC 배출량, 안전성, 그리고 무독성 덕분에 "대체 옵션"에서 "주류 선택"으로 진화했습니다. 그러나 높은 습도와 강한 부식과 같은 가혹한 적용 환경과 코팅 내구성 및 기능성에 대한 사용자의 높은 요구 사항을 충족하기 위해 수성 폴리우레탄(WPU) 코팅 분야의 기술적 혁신은 계속해서 빠르게 진행되고 있습니다. 2025년에는 배합 최적화, 화학적 개질, 그리고 기능 설계 분야의 산업 혁신이 이 분야에 새로운 활력을 불어넣었습니다.
기본 시스템 심화: '비율 튜닝'에서 '성능 균형'으로
현재 수성 코팅제 중 "성능 선도자"로 꼽히는 2액형 수성 폴리우레탄(WB 2K-PUR)은 폴리올 시스템의 비율과 성능의 균형을 맞추는 핵심 과제에 직면해 있습니다. 올해 연구팀은 폴리에테르 폴리올(PTMEG)과 폴리에스터 폴리올(P1012)의 시너지 효과에 대한 심층 연구를 수행했습니다.
전통적으로 폴리에스터 폴리올은 분자 간 수소 결합이 치밀하여 코팅의 기계적 강도와 밀도를 향상시키지만, 과도한 첨가는 에스테르기의 강한 친수성으로 인해 내수성을 저하시킵니다. 실험 결과, P1012가 폴리올 시스템의 40%(g/g)를 차지할 때 "황금 균형"이 달성됨이 확인되었습니다. 수소 결합은 과도한 친수성 없이 물리적 가교 밀도를 증가시켜 염수 분무 저항성, 내수성, 인장 강도를 포함한 코팅의 종합적인 성능을 최적화합니다. 이러한 결론은 특히 자동차 섀시 및 철도 차량 금속 부품과 같이 기계적 성능과 내식성이 모두 요구되는 경우에 WB 2K-PUR 기본 제형 설계에 명확한 지침을 제공합니다.
"강성과 유연성의 결합": 화학적 변형으로 새로운 기능적 경계가 열립니다.
기본적인 비율 최적화는 "미세 조정"인 반면, 화학적 개질은 수성 폴리우레탄의 "질적 도약"을 의미합니다. 올해 두 가지 개질 방식이 두드러졌습니다.
경로 1: 폴리실록산 및 테르펜 유도체와의 시너지 효과 향상
저표면에너지 폴리실록산(PMMS)과 소수성 테르펜 유도체의 조합은 WPU에 "초소수성 + 고강성"의 이중 특성을 부여합니다. 연구진은 3-머캅토프로필메틸디메톡시실란과 옥타메틸시클로테트라실록산을 사용하여 히드록실 말단 폴리실록산(PMMS)을 제조한 후, UV로 개시되는 티올-엔 클릭 반응을 통해 이소보르닐 아크릴레이트(바이오매스 유래 캄펜 유도체)를 PMMS 측쇄에 접목하여 테르펜 기반 폴리실록산(PMMS-I)을 형성했습니다.
변형된 WPU는 놀라운 개선을 보였습니다. 정적 물 접촉각은 70.7°에서 101.2°로 증가하여 연꽃잎과 같은 초소수성에 근접했고, 수분 흡수율은 16.0%에서 6.9%로 감소했으며, 인장 강도는 견고한 테르펜 고리 구조 덕분에 4.70MPa에서 8.82MPa로 크게 향상되었습니다. 열중량 분석 결과 열 안정성 또한 향상되었습니다. 이 기술은 루프 패널 및 사이드 스커트와 같은 철도 차량 외장 부품에 대한 통합적인 "방오 + 내후성" 솔루션을 제공합니다.
경로 2: 폴리이민 가교를 통한 "자가 치유" 기술 구현
코팅 분야에서 자가치유 기술은 널리 활용되는 기술로 떠오르고 있으며, 올해 연구에서는 자가치유 기술을 WPU의 기계적 성능과 결합하여 "고성능 + 자가치유 능력"이라는 두 가지 획기적인 성과를 달성했습니다. 폴리부틸렌글리콜(PTMG), 이소포론디이소시아네이트(IPDI), 그리고 폴리이민(PEI)을 가교제로 사용하여 제조된 가교 WPU는 17.12MPa의 인장강도와 512.25%의 파단신율(고무 유연성에 근접)이라는 뛰어난 기계적 특성을 나타냈습니다.
결정적으로, 30°C에서 24시간 이내에 완전한 자가 회복을 달성하여 수리 후 인장 강도 3.26MPa, 연신율 450.94%로 회복됩니다. 따라서 자동차 범퍼나 철도 차량 내부와 같이 긁힘에 취약한 부품에 매우 적합하여 유지 보수 비용을 크게 절감할 수 있습니다.
"나노스케일 지능형 제어": 방오 코팅을 위한 "표면 혁명"
고급 코팅의 핵심 요구 사항은 낙서 방지 및 세척 용이성입니다. 올해는 "액상 PDMS 나노풀"을 기반으로 한 내오염성 코팅(NP-GLIDE)이 주목을 받았습니다. 이 코팅의 핵심 원리는 폴리디메틸실록산(PDMS) 측쇄를 그래프트 공중합체 폴리올-γ-PDMS를 통해 수분산성 폴리올 골격에 그래프트하여 직경 30nm 미만의 "나노풀"을 형성하는 것입니다.
나노풀에 PDMS를 첨가하면 코팅 표면에 "액체와 같은" 표면이 형성됩니다. 표면장력이 23mN/m 이상인 모든 시험 액체(예: 커피, 기름 얼룩)는 자국을 남기지 않고 미끄러져 떨어집니다. 3H(일반 유리에 가까운 경도)의 경도에도 불구하고, 코팅은 탁월한 방오 성능을 유지합니다.
또한, "물리적 장벽 + 순한 세정" 방식의 낙서 방지 전략이 제안되었습니다. IPDI 삼량체를 HDT 기반 폴리이소시아네이트에 도입하여 필름 밀도를 높이고 낙서 침투를 방지하는 동시에 실리콘/불소 세그먼트의 이동을 제어하여 오래 지속되는 낮은 표면 에너지를 확보하는 것입니다. 정밀한 가교 밀도 제어를 위한 DMA(동적 기계 분석) 및 계면 이동 특성 분석을 위한 XPS(X선 광전자 분광법)와 결합된 이 기술은 산업화에 적합하며, 자동차 도료 및 3C 제품 케이스의 방오도료 분야에서 새로운 기준점이 될 것으로 기대됩니다.
결론
2025년, WPU 코팅 기술은 "단일 성능 향상"에서 "다기능 통합"으로 전환될 것입니다. 기본적인 제형 최적화, 화학적 변형 기술 혁신, 또는 기능 설계 혁신을 통해 핵심 논리는 "친환경성"과 "고성능"의 시너지 효과를 창출하는 것입니다. 자동차 및 철도 운송과 같은 산업에서 이러한 기술 발전은 코팅 수명을 연장하고 유지 보수 비용을 절감할 뿐만 아니라 "친환경 제조"와 "고급 사용자 경험"의 이중적인 업그레이드를 촉진합니다.
게시 시간: 2025년 11월 14일