나무 추출물로 친환경 탄소섬유강화플라스틱 만든다

강철보다 10배 강하고 무게는 4분1 수준
화재나도 불꽃 생기지 않는 난연성 탁월
초임계 상태의 물에 녹여 모든 재료 재활용

KIST 연구진이 나무 추출물로 개발한 비할로겐 난연 탄소섬유강화플라스틱. KIST 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 나무에서 추출한 물질을 이용해 강철보다 10배 강하면서도 무게는 4분의 1 밖에 되지 않는 탄소섬유 복합소재를 개발했다. 또 이 복합소재의 특징은 화재가 나더라도 불이 옮겨 붙지 않는 성질을 가지고 있다고 연구진이 설명했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 구조용복합소재연구센터 정용채 센터장 연구진이 모든 나무에서 얻어낼 수 있는 탄닌산을 이용해 탄소섬유강화플라스틱을 개발했다고 9일 밝혔다. 또한 탄소섬유강화플라스틱을 친환경적으로 재활용하는 방안까지 찾아냈다.

정용채 센터장은 "추가 연구개발을 통해 향후 자동차 및 항공기 등의 내외장부품이나 건축과 토목의 기능성 구조보강제 등 포괄적으로 사용이 가능할 것"이라고 전망했다.

연구진은 탄소섬유와 강하게 접착되는 성질이 있는 나무에서 추출한 탄닌산을 경화제로 이용했다. 탄소섬유강화플라스틱은 탄소섬유와 에폭시 수지가 주재료지만 이들을 단단하게 결합시키는 경화제를 첨가해 만든다.

또 탄닌산은 불에 탈 때 불꽃이 일어나지 않으로 숯으로 변한다. 정 센터장은 "이 숯이 외부 산소를 차단하는 벽이 돼 불이 확산되는 것을 막는다"고 설명했다.

기존 복합소재는 불을 붙이면 불꽃이 일면서 타지만 연구진이 개발한 복합소재는 불에 타지만 불꽃이 일어나지 않으며 불이 확산되는 것을 막는다. KIST 제공

이와함께 연구진은 불에 태우면 탄소섬유의 성능이 저하돼 완전한 재활용을 할 수 없었는데 복합소재의 구성 요소 모두를 재활용 할 수 있는 새로운 방법을 제시했다.

물을 일정수준 이상의 온도와 압력을 가하면 기체와 액체를 구분할 수 없는 '초임계' 상태로 변한다. 연구진은 초임계 상태의 물에 탄소섬유강화플라스틱을 녹여 탄소섬유의 성능 저하 없이 99% 이상을 회수했다.

또 에폭시 수지가 녹으면서 전자재료로 사용될 수 있는 '카본 닷'이라는 물질을 얻었다. 카본 닷은 바이오 이미징, 센서, 발광다이오드(LED) 조명, 유기태양전지, 광촉매 등의 분야에서 최근 많은 응용되는 물질이다.

이번 연구결과는 재료과학 및 복합소재 분야 1위 국제저널인 '복합재료 B:엔지니어링' 최신호에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자