“1300℃ 화염에 끄떡없다”…화재에 강한 친환경 플라스틱

박제영 서강대 교수팀, 투명 나노복합소재 개발
폴리설폰에 아라미드 나노섬유 결합..소방장비 등 활용

열과 충격에 강하면서 불이 잘 타지 않는 친환경 난연 플라스틱 소재가 개발됐다. 전자기기나 소방장비, 항공우주 부품 등 고온에 노출된 환경에서 활용이 가능할 것으로 기대된다.

한국연구재단은 박제영 서강대 교수와 오동엽 인하대 교수, 전현열·박슬아 한국화학연구원 공동연구팀이 고성능 플라스틱 폴리설폰(PSU)과 내열성 아라미드 나노섬유(ANF)를 결합해 난연성과 기계적 성능을 동시에 개선한 '투명 나노복합소재'를 개발했다고 5일 밝혔다.

폴리설폰은 열가소성 플라스틱으로 내열성과 투명성이 우수해 열과 충격에 매우 강하다.

하지만 난연성(불에 타지 않거나 스스로 꺼지는 성질)이 부족해 소방장비나 전자기기 등 화염에 노출되는 고위험 환경에서는 사용에 제약이 있다.

연구팀은 폴리설폰이 중합되는 용매와 아라미드 나노섬유(ANF)를 분산시키는 용매가 같다는 데 착안해 두 소재를 하나의 공정으로 융합하고, 나노섬유의 균일한 분산을 유도해 기존 공법의 분산성 문제와 복잡한 공정을 개선했다. ANF는 고강도 내열성의 케블라 섬유를 수십 나노미터 크기로 화학적으로 박리시킨 고분자 나노섬유를 뜻한다.이런 공정으로 0.04중량퍼센트의 아라미드 나노섬유를 포함한 복합소재는 실험결과, 기존 폴리설폰에 비해 인성(기계적 튼튼함) 수치가 2.4배 향상됐고, 투명성 유지율도 87% 이상에 달했다.또한 난연성 척도인 산소지수(LOI)에서 31.5, 가장 높은 난연등급(UL94 V-0)를 각각 달성해 전기전자 부품과 고온 환경 소재로 활용이 가능함을 확인했다. LOI는 연소에 필요한 최소 산소 농도를 의미하며, 값이 높을수록 난연성이 우수하다.

실제, 화재를 모사한 실험에서 나노복합소재는 불이 붙지 않았고, 1300도의 화염에 노출해 불을 붙여도 화염을 제거하면 3초 이내 바로 불이 꺼져 높은 난연성을 보였다.

박제영 서강대 교수는 "이번 연구는 기존 난연제를 쓰지 않고도 초소량의 ANF만으로 투명성, 기계적 강도, 난연성을 동시에 확보해 고기능성 친환경 복합소재 개발 가능성을 제시했다"며 "후속연구를 통해 아라미드 나노섬유의 난연효과를 다른 플라스틱으로 확장하는 데 노력하겠다"고 밝혔다.

이 연구결과는 국제학술지 '고급 복합소재 및 하이브리드 소재(8월호)'에 게재됐다.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr

난연성과 기계적 성능을 개선한 ‘투명 나노복합소재’ 개념도.

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아라미드 나노섬유 복합소재를 1300도 화염에서 노출한 실험모습.

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