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화학연, '아라미드 나노섬유' 대량생산 기술 개발

'일주일→반나절' 생산시간 대폭 단축
보강재에 적용해 세계최고 기계적 강도 경신
화학연 연구팀이 아라미드 나노섬유를 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다. 해당 섬유를 엘라스토머 소재에 적용하면 기존 대비해 1.5배 향상된 기계적 강도 특성을 보인다.<사진=기계연 제공>화학연 연구팀이 아라미드 나노섬유를 대량 생산할 수 있는 기술을 개발했다. 해당 섬유를 엘라스토머 소재에 적용하면 기존 대비해 1.5배 향상된 기계적 강도 특성을 보인다.<사진=기계연 제공>
한국화학연구원(원장 김성수)은 박제영, 오동엽, 황성연 울산 바이오화학연구센터 박사팀이 첨단 소재의 보강재로 쓰이는 아라미드 나노섬유를 대량생산할 수 있는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 박사팀은 해당 섬유를 엘라스토머 소재에 적용해 보강성능도 향상시켰다.

성과는 미국화학회에서 발간하는 고분자 분야 최고 권위지 매크로몰레큘즈(Macromolecules)에 게재됐다.

아라미드 섬유는 듀폰사에서 '케블라'라는 이름으로 제조하고 있는 방탄 섬유다. 강도, 탄성, 진동흡수력이 뛰어나 타이어, 방탄복, 진동흡수장치(스피커) 등에 많이 쓰이고 있다. 이 섬유를 나노화한 '아라미드 나노섬유'는 탁월한 보강 성능을 가진 것으로 2011년 학계에 처음 보고돼 전 세계적으로 연구가 많이 이루어지고 있다. 

기존에 아라미드 나노섬유를 만들기 위해서는 아라미드 방탄섬유를 먼저 만든 후 이것을 나노화하는 두 가지 단계를 거쳤다. 연구팀은 두 단계 중 한 단계를 생략하고 보조 용매를 도입하는 방법으로제조 공정 시간을 기존 대비 12배나 단축하는 신기술을 개발했다. 아라미드 분자 구조가 한 방향으로 정렬되어있다는 점에 주목해 아라미드 물질로부터 아라미드 나노섬유를 바로 만드는 단순 제조법으로 개발했다. 

연구진에 따르면 기존 기술로는 아라미드 나노섬유를 일주일 동안 밀리그램 수준으로 만들었는데 본 기술을 적용하면 반나절만에 대량생산할 수 있기 때문에 상용화하기 쉽다. 또 아라미드 방탄섬유로부터 나노화하는 기술이 아니기 때문에 듀폰사 등의 특정기업에서 대부분 가지고 있는 아라미드 섬유 제조 기술 특허권에서 자유롭다.

이 외에도 연구팀은 개발한 나노섬유를 탄성이 있는 첨단소재 '엘라스토머'의 보강재로 적용했다. 그 결과 미량 함량으로도 세계최고의 기계적 강도를 내는 것을 확인했다. 열가소성 폴리우레탄 소재에 400 ppm 만 첨가해도 인장인성이 1.5배 증가했고, 인장강도가 84 MPa 수준으로 세계최고 기계적 강도를 경신했다.

오동엽 박사는 "아라미드 나노섬유의 방향족 그룹과 열가소성 폴리우레탄 소재의 방향족 그룹이 물리적 결합을 형성하면서 놀라운 보강효과가 나타났다"고 말했다.
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