기존 한계 깬 ‘슈퍼 플라스틱’…친환경·고강도·난연성 모두 잡았다

•  서강대·인하대·화학硏, 화재에 강한 고성능·친환경 난연 플라스틱 개발

국내 연구진이 전자기기, 소방장비, 항공우주, 의료소재 등 다양한 산업에 적용할 수 있는 고성능 난연 플라스틱을 개발했다. 투명성과 기계적 강도, 난연성을 동시에 갖춘 친환경 소재로, 기존 난연제 없이도 고위험 환경에서 활용이 가능하다.

한국연구재단은 서강대 박제영 교수, 인하대 오동엽 교수, 한국화학연구원 전현열·박슬아 연구원으로 구성된 공동연구팀이 폴리설폰(PSU)과 아라미드 나노섬유(ANF)를 결합한 투명 나노복합소재 개발에 성공했다고 5일 밝혔다.

폴리설폰은 내열성과 투명성이 우수한 고성능 열가소성 플라스틱으로 분류되지만, 충격 저항성과 난연성은 취약해 화염 노출 환경에서는 한계가 있다. 연구팀은 폴리설폰 중합용 용매와 아라미드 나노섬유 분산용 용매가 동일하다는 점에 착안해 두 소재를 하나의 공정으로 융합하는 방법을 개발했다.

또한 마스터배치 방식으로 나노섬유를 균일하게 분산시켜 기존 복합소재 제조 시 발생하던 분산성 저하 및 복잡한 공정 문제를 개선했다. 그 결과, 단 0.04중량퍼센트(wt%)의 아라미드 나노섬유만 포함된 복합소재는 기존 대비 인성(재료 파괴 저항성)이 2.4배 향상됐고, 투명도는 87% 이상 유지됐다.

난연성 지표인 산소지수(LOI)는 31.5로, 가장 높은 난연등급인 UL94 V-0을 충족했다. 화재 조건을 모사한 콘칼로리미터 실험에서도 불이 붙지 않았으며, 1300도 화염에 노출된 후에도 화염 제거 3초 이내에 자연 소화되는 특성을 보였다.

박제영 교수는 “초소량의 아라미드 나노섬유만으로 난연성과 투명성, 기계적 강도를 모두 확보할 수 있음을 입증한 사례”라며 “기존 난연제 없이도 친환경 고기능 복합소재를 구현할 수 있다는 가능성을 제시했다”고 밝혔다. 연구팀은 향후 아라미드 나노섬유의 적용을 다양한 플라스틱 소재로 확장할 계획이다.

이번 연구는 국제학술지 ‘Advanced Composites and Hybrid Materials’에 게재됐다.

김지윤 기자/ hello@sciencewave.kr