상단여백
HOME 과학기술 과학기술
한국화학연구원, 특허침해 없는 방탄섬유 대량생산 기술 개발박제영 연구팀, 제조공정시간 기존 1주일서 반나절로 줄여
  • 박희범 과학기술전문기자
  • 승인 2019.03.12 13:43
  • 댓글 0
방탄섬유 보강재를 개발한 한국화학연구원 연구진. 왼쪽부터 차례로 박제영 박사, 황성연 박사, 오동엽 박사.

듀퐁사 특허침해 없이 방탄섬유를 대량생산할 수 있는 길이 열렸다.

한국화학연구원은 울산 바이오화학연구센터 박제영, 오동엽, 황성연 박사팀이 아라미드 나노섬유를 대량생산할 수 있는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

아라미드 섬유는 듀폰사에서 ‘케블라’라는 이름으로 제조하고 있는 방탄 섬유다. 강도, 탄성, 진동흡수력이 뛰어나 타이어, 방탄복, 진동흡수장치(스피커) 등에 많이 쓰이고 있다.

이를 나노사이즈로 제조한 ‘아라미드 나노섬유’는 지난 2011년 섬유의 강도를 더 세게 하는 보강성능이 탁월한 것으로 학계에 보고 되면서 큰 관심을 끌었다. 이후 전세계적인 연구가 진행 중이다.

기존에는 아라미드 나노섬유를 만들기 위해 아라미드 방탄 섬유를 먼저 만든 후 두 단계 공정을 추가로 거쳐 나노화했다. 아라미드 구조를 가진 고분자를 합성한 후 황산에 녹이고, 이를 다시 노즐에 통과시켜 물에 또 침전시킨 후 섬유를 뽑아낸다. 이를 다시 나노 단위로 깎아 아라미드 나노섬유를 만들게 된다. 이 과정을 수행하는 데는 총 180시간이 걸린다.

반면 연구팀은 기존 두 단계 중 한 단계를 생략하고, 보조 용매를 도입하는 방법으로 제조 공정 시간을 기존 대비 12분의 1로 단축했다.

연구팀은 아라미드 분자 구조가 한 방향으로 정렬되어 있다는 점에 주목해 아라미드 물질로부터 아라미드 나노섬유를 바로 만들었다. 아라미드 단량체로부터 고분자를 대량 중합하고, 별도의 정제과정 없이 보조 용매와 염기 물질을 추가하는 단순한 제조법이다.

기존 기술로는 아라미드 나노섬유를 1주일 동안 밀리그램 수준으로 만들어 내지만 이 기술을 적용하면 반나절만에 대량생산이 가능해 상용화가 쉽다는 것이 연구진의 설명이다.

특히, 아라미드 방탄섬유로부터 나노화하는 기술이 아니기 때문에 듀폰사 등의 특정기업이 가지고 있는 아라미드 섬유 제조 기술 특허를 침해하지 않는 장점이 있다.

연구팀은 이 기술을 첨단소재인 ‘엘라스토머’의 보강재로 세계 처음 적용했다. 미량 함량으로도 세계 최고의 기계적 강도를 내는 것도 확인했다.

실제 연구진은 열가소성 폴리우레탄 소재에 아라미드 나노섬유를 400 ppm만 첨가해도 인장인성이 1.5배 증가했다고 설명했다. 인장강도가 84 MPa수준으로 세계최고 기계적 강도를 경신했다.

기존 문헌에 보고된 세계 최고 강도의 열가소성 폴리우레탄 복합체의 인장강도는 61 MPa이다.

오동엽 박사는 “아라미드 나노섬유의 방향족 그룹과 열가소성 폴리우레탄 소재의 방향족 그룹이 물리적으로 결합하면서 놀라운 보강효과가 나타났다”고 말했다.

연구책임자 박제영 박사는 “그동안 구조 보강재로서의 가능성은 있었으나 단점으로 지적되던 아라미드 나노섬유의 제조시간을 반나절로 획기적으로 단축했다”며 “대량 생산 및 상업화의 교두보를 마련했을 뿐만 아니라 다양한 첨단 산업소재 분야로의 사업 확장이 기대된다” 고 덧붙였다.

이 연구성과는 미국화학회에서 발간하는 고분자 분야 국제학술지 매크로몰레큘즈(Macromolecules)에 게재됐다.

이 연구는 한국화학연구원 주요사업의 지원을 받아 수행됐다.

■논문 제목

Nonstop Monomer-to-Aramid Nanofiber Synthesis with Remarkable Reinforcement Ability

■공동 1저자(IF=5.914)

구준모 박사, 김호준 연구원

박희범 과학기술전문기자  snews@s-news.kr

<저작권자 © ScienceNews, 무단 전재 및 재배포 금지>

#박제영박사#한국화학연구원#방탄섬유#황성연박사#아라미드#엘라스토머#바이오화학연구센터#방탄섬유

박희범 과학기술전문기자의 다른기사 보기
icon인기기사
기사 댓글 0
전체보기
첫번째 댓글을 남겨주세요.
여백
여백
여백
Back to Top