플라스틱 대체할 나노 셀룰로스 강도 14배↑ 기술 개발

UST 화학연 스쿨·KAIST 연구팀 "접착제·포장재 등에 활용"

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 국가연구소 대학 과학기술연합대학원대학교(UST)는 한국화학연구원 스쿨 신지호 교수와 한국과학기술원(KAIST) 박윤수 교수 공동 연구팀이 나노 셀룰로스의 강도를 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

나노 셀룰로스는 철보다 강도가 5배 높고 생분해가 가능해 플라스틱을 대체할 친환경 소재로 주목받고 있다.

하지만 물에 쉽게 분산되는 특성으로 인해 플라스틱이나 고무 등 소수성(疎水性·물을 배척하는 성질) 소재로 활용하는 데 어려움이 있었다.

연구팀은 계면활성제 없이도 섞이지 않는 두 액체 사이에 안정적인 액성 혼합물 상태를 유지할 수 있도록 하는 '피커링 에멀전'(Pickering emulsions) 기법을 활용, 강한 소수성을 갖는 테트라드시닐 무수물(TDSA)을 나노 셀룰로스에 도포했다.

이어 열가소성 탄성체(고무의 탄성과 열가소성 플라스틱의 가공성을 동시에 갖는 고분자 소재)와 섞어 나노 복합탄성체를 제조했다.

도포된 나노 셀룰로스는 처리 전에 비해 물방울과 표면이 접촉하는 각도(접촉각)가 34도에서 90도로 소수성이 크게 증가한 것으로 나타났다.

물방울 측면과 바닥 표면이 접촉하는 각도가 30도 이하면 친수성, 90도보다 크면 소수성을 띤다고 본다.

나노 셀룰로스에 열가소성 탄성체를 첨가한 나노 복합탄성체는 기계적 물성 평가에서 기존 탄성체의 인장 강도(끊어질 때까지 잡아당기는 힘)를 유지하면서도 저장탄성률이 14배나 향상된 것으로 나타났다.

저장탄성률은 물체가 변형 후 원래 형태로 돌아가려는 에너지로, 저장탄성률이 높을 수록 재료가 단단하고 강성이 높음을 의미한다.

재료 변형에 저항하는 능력인 영률도 4배 향상된 것으로 나타났다.

이현호 학생은 "기존 인장강도 등 물성을 유지하면서도 기계적 특성이 우수한 나노 복합탄성체를 제조할 수 있다"며 "접착제나 포장재, 자동차 제조업 등 산업 분야에 활용할 수 있을 것"이라고 말했다.

화학연 이현호 학생과 KAIST 유석렬 박사과정 학생이 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '컴포지트 파트 비:엔지니어링'(Composites Part B-Engineering) 8월 호에 실렸다.

jyoung@yna.co.kr

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