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화학연구원 '아라미드 나노섬유' 대량 생산기술 개발
▲ 화학연구원 전경.

한국화학연구원은 울산 바이오화학연구센터 박제영·오동엽·황성연 박사팀이 첨단 소재의 보강재로 쓰이는 '아라미드 나노섬유'를 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

또 연구진은 이를 엘라스토머 소재에 적용해 탁월한 보강 성능을 확인했다. 엘라스토머는 외력을 가해 잡아당기면 늘어나고 외력을 제거하면 본래의 길이로 돌아가는 성질을 지닌 고분자다.

연구팀에 따르면 아라미드 섬유는 듀폰사에서 '케블라'라는 이름으로 제조 중인 방탄섬유로 강도, 탄성, 진동흡수력이 뛰어나 타이어나 방탄복, 진동흡수장치 등에 많이 쓰이고 있다.

이 섬유를 나노화한 아라미드 나노섬유는 탁월한 보강성능을 지녔으며 지난 2011년 학계에 처음 보고된 뒤 세계적으로 활발한 연구가 진행중이다.

기존에 아라미드 나노섬유를 만들기 위해서는 아라미드 방탄 섬유를 먼저 만든 뒤 이것을 나노화하는 두가지 단계를 거쳤다.

연구팀은 기존 두단계 중 한단계를 생략하고 보조 용매를 도입하는 방법으로 제조공정 시간을 기존 대비 12배나 단축시킬 수 있는 신기술을 개발했다.

아라미드 분자구조가 한 방향으로 정렬돼 있다는 점에 주목해 아라미드 물질로부터 아라미드 나노섬유를 직접 만들었다고 연구팀은 설명했다.

이는 아라미드 단량체로부터 고분자를 대량 중합하고 별도의 정제과정없이 보조 용매와 염기물질을 추가하는 단순한 제조법이다.

이 기술을 적용하면 기존에 일주일 가량 걸리던 생산시간이 반나절로 줄어든다. 특히 이 기술은 아라미드 방탄섬유로부터 나노화하는 기술이 아니기 때문에 듀폰사 등 특정기업에서 보유중인 아라미드 섬유 제조기술 특허권과도 무관하다.

이어 연구팀은 개발한 나노섬유를 탄성이 있는 첨단소재 ‘엘라스토머’의 보강재로 적용해 미량 함량으로도 세계 최고 수준의 기계적 강도를 내는 것을 확인했다.

오동엽 박사는 "열가소성 폴리우레탄 소재에 소량만 첨가해도 인장인성이 크게 증가하고 인장강도 수준도 세계 최고 수준을 경신했다"며 "아라미드 나노섬유의 방향족 그룹과 열가소성 폴리우레탄 소재의 방향족 그룹이 물리적 결합을 형성하면서 놀라운 보강효과가 나타났다"고 말했다.

연구책임자 박제영 박사는 "그동안 구조 보강재로 가능성은 있었으나 단점으로 지적됐던 아라미드 나노섬유의 오랜 제조시간을 획기적으로 단축, 대량 생산 및 상업화의 교두보를 마련한 것"이라고 의미를 부여했다. 

이번 연구성과는 미국화학회에서 발간하는 고분자분야 최고 권위지 매크로몰레큘즈(Macromolecules)에 최근 게재됐다. 논문명은 Nonstop Monomer-to-Aramid Nanofiber Synthesis with Remarkable Reinforcement Ability다.

충청비즈  thecm11@naver.com

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