울산 바이오화학연구센터 연구팀 강태아 ▲ 왼쪽부터 한국화학연구원 박제영 박사, 황성연 박사, 오동엽 박사, 한국화학연구원 제공 한국화학연구원 울산 바이오화학연구센터 박제영·오동엽·황성연 박사팀이 아라미드 나노섬유 대량 생산을 도울 신기술을 내놨다. 울산 바이오화학연구센터는 첨단 소재의 보강재로 쓰이는 아라미드 나노섬유를 대량생산할 수 있는 기술을 개발하고, 이를 엘라스토머 소재에 적용해 탁월한 보강 성능을 확인했다고 12일 밝혔다. 아라미드 섬유는 듀폰사에서 ‘케블라(Kevlar)’라는 이름으로 제조하고 있는 방탄 섬유다. 이는 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 방탄 섬유를 먼저 만든 후 이것을 나노화하는 두 가지 단계를 거쳤다. 박제영 박사팀은 기존 두 단계 중 한 단계를 생략하고, 보조 용매를 도입하는 방법으로 제조 공정 시간을 기존(180시간) 대비 12분의 1로 단축하는 신기술을 개발했다. 연구팀은 아라미드 분자 구조가 한 방향으로 정렬돼있다는 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 일주일 동안 밀리그램 수준으로 만들었는데 본 기술을 적용하면 반나절만에 대량생산할 수 있기 때문에 상용화하기 쉽다는 게 연구팀의 설명이다. 신기술은 아라미드 방탄섬유로부터 나노 화하는 방식이 아니어서 미국 듀폰을 비롯한 특정 기업에서 가진 특허권에서 벗어난다고 연구팀은 강조했다. 연구팀은 개발한 나노섬유를 탄성이 있는 첨단소재 ‘엘라스토머’의 보강재로 세계에서 처음 적용하여, 미량 함량으로도 세계최고의 기계적 강도를 내는 것을 확인했다. 연구책임자 박제영 박사는 “그동안 구조 보강재로서의 가능성은 있었으나 단점으로 지적되었던 아라미드 나노섬유의 오랜 제조시간을 반나절로 획기적으로 단축하여 대량 생산 및 상업화의 교두보를 마련했다. 또한 나노복합체로서 본 연구가 보여준 경이로운 보강 효과뿐 아니라 다양한 첨단 산업소재 분야로의 확장이 기대된다” 고 말했다. 성과를 담은 논문은 미국 화학회 고분자 분야 최고 권위지 '매크로몰레큘즈'(Macromolecules)에 실렸다.
아라미드 섬유는 듀폰사에서 ‘케블라’라는 이름으로 제조하고 있는 방탄 섬유인데, 12일 울산 바이오화학연구센터는 첨단 소재의 보강재로 쓰이는 아라미드 나노섬유를 대량생산할 수 있는 기술을 개발해 이를 엘라스토머 소재에 적용하는 탁월한 보강 성능을 확인했고, 연구팀은 개발한 나노섬유가 미량 함량으로도 세계최고의 기계적 강도를 내는 것도 확인했다고 말했다.