플라스틱 대체 소재 강도 14배 높였다…나노 셀룰로오스 소수화 향상

UST-화학연 스쿨, 나노 셀룰로오스 강도 14배 높여
피커링 에멀전 활용해 나노 복합탄성체 제조

과학기술연합대학원대학교(UST)-한국화학연구원 스쿨은 강도가 높아 플라스틱의 대체제로 각광받고 있는 셀룰로오스 나노결정체의 강도를 14배 높일 수 있는 기술을 개발했다. 사진은 이현호(오른쪽) 통합과정 학생과 신지훈 교수. UST 제공

강도가 높아 철과 플라스틱의 대체제로 주목받는 셀룰로오스 나노결정체의 강도를 획기적으로 높일 수 있는 기술이 개발됐다.

과학기술연합대학원대학교(UST)는 신지호 한국화학연구원 스쿨 교수·이현호 통합과정 학생이 박윤수 KAIST 교수·유석률 박사과정 학생과 함께 셀룰로오스 나노결정체의 표면을 효과적으로 소수화(물의 배척하는 성질)해 인장강도는 유지하면서 강도는 14배 가량 높이는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

셀룰로오스 나노결정체는 철보다 강도가 5배 높고, 생분해가 가능해 플라스틱을 대체할 친환경 소재로 주목받고 있다. 하지만 물에 쉽게 분산되는 친수성을 지녀 플라스틱, 고무 등 소수성 소재로 활용하는 데 어려움이 있었다.

연구팀은 두 개의 섞이지 않는 액체 사이 계면에 고체 입자가 흡착돼 안정화된 액성 혼합물 상태인 '피커링 에멀전'을 활용해 강한 소수성을 가지는 '테트라드시닐 무수물(TDSA)'을 셀룰로오스 나노결정체 표면에 균일하게 입힌 뒤 열가소성 탄성체와 섞어 나노 복합탄성체를 제작했다. 피커링 에멀전은 기존에 보고된 방법보다 셀룰로오스 나노결정체 표면을 소수화할 수 있어 활용도가 높을 것으로 연구팀은 기대했다.

특히 도포된 셀룰로오스 나노결정체는 처리 전에 비해 물방울과 표면이 접촉하는 각도가 34도에서 90도로 소수성이 크게 증가한 것으로 나타났다. 또한 열가소성 탄성체에 첨가한 경우 기계적 물성평가에서 인장강도는 유지하면서도 저장 탄성률(물체가 변형 후 원래 형태로 되돌아 가려고 하는 성질을 측정한 값)과 영률(물체가 변형될 때 변형에 저항하는 능력을 측정한 값)이 각각 14배, 4배 향상된 것으로 나타났다.

이현호 UST-화학연 스쿨 통합과정학생은 "기존에 복잡했던 셀룰로오스 나노결정체의 소수화 공정 단계를 획기적으로 간소화하면서 소수화 반응성을 게 높여 접착제, 포장재, 자동차 제조업 등 다양한 분야에 널리 쓰일 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 엔지니어링 분야 국제 학술지 '컴포지트 파트 비: 엔지니어링(8월호)'에 게재됐다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr