▲ 1300℃ 화염 노출 시험을 통한 난연성 비교     ©한국연구재단 제공

[FPN 최누리 기자] = 국내 연구진이 전자기기, 소방장비, 항공우주 부품 등 고안전성과 경량화가 요구되는 산업 현장에 적용 가능한 고성능 친환경 난연 플라스틱 소재를 개발했다.

한국연구재단(이사장 홍원화)은 박제영 서강대학교 교수와 오동엽 인하대학교 교수, 전현열ㆍ박슬아 한국화학연구원 연구원으로 구성된 공동연구팀이 폴리설폰(PSU)과 내열성 아라미드 나노섬유(ANF)를 결합해 난연성과 기계적 성능을 동시에 개선한 투명 나노복합소재 개발에 성공했다고 5일 밝혔다.

고성능 열가소성 플라스틱인 폴리설폰(PSU)은 내열성과 투명성이 우수해 대표적인 슈퍼 엔지니어링 플라스틱으로 꼽힌다. 하지만 충격 저항성과 난연성이 부족해 소방장비나 전자기기 등 화염에 노출되는 고위험 환경에서는 사용이 제한되는 한계가 있었다.

연구팀은 폴리설폰이 중합되는 용매와 아라미드 나노섬유를 분산시키는 용매가 같다는 점에 착안해 두 소재를 하나의 공정으로 융합하는 방법을 제시했다. 특히 마스터 배치 방식을 활용해 나노섬유의 균일한 분산을 유도하고 기존 공법의 분산성 문제와 복잡한 공정 단계를 개선했다.

0.04 중량퍼센트(wt%)의 아라미드 나노섬유를 포함시킨 복합소재는 기존 폴리설폰 대비 인성 수치가 2.4배 향상됐으며 87% 이상의 높은 투명성 유지율을 보였다는 게 연구팀 설명이다. 

연구팀에 따르면 난연성의 척도인 산소지수는 31.5를 기록했으며 미국 UL 규격의 가장 높은 난연 등급인 UL94 V-0를 획득했다. 실제 화재 조건을 모사한 콘칼로리미터 실험에선 불이 붙지 않았고 1300℃의 화염에 직접 노출시킨 후에도 화염을 제거하면 3초 이내에 스스로 불이 꺼지는 자가 소화성을 입증했다

박제영 교수는 “초소량의 아라미드 나노섬유만으로 투명성과 기계적 강도, 난연성을 동시에 확보하는 등 고기능성 친환경 복합소재 개발 가능성을 제시하는 데 의의가 있다”며 “후속연구를 통해 아라미드 나노섬유의 난연효과를 다른 플라스틱으로 확장하는 데 노력하겠다”고 말했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 개인연구 지원사업으로 수행됐으며 국제학술지 ‘고급 복합소재 및 하이브리드 소재’ 8월호에 게재됐다.

최누리 기자 nuri@fpn119.co.kr  

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