불타지 않는 탄소 플라스틱 개발…물 이용해 99% 재활용

키스트 연구팀 탄닌산 이용 강도와 난연성 증진
물에 녹이면 탄소섬유 기능 유지한 채로 회수돼

한국과학기술연구원(키스트) 연구팀이 개발한 식물 유래 비할로겐 난연 탄소섬유강화플라스틱. 키스트 제공

국내 연구진이 불에 타지 않고 물에 녹여 99% 회수할 수 있는 친환경 난연성 탄소 플라스틱을 개발했다.

한국과학기술연구원(키스트)은 9일 “정용채 구조용복합소재연구센터 센터장 연구팀이 식물에서 유래한 탄닌산을 이용해 불에 타지 않는 친환경 탄소섬유강화플라스틱을 개발했다”고 밝혔다.

탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 강철보다 4배 가볍고 강도는 10배 높은 탄소섬유를 이용한 복합재료로, 항공우주, 자동차, 선박, 헬멧·스키 같은 스포츠용품 등 다양하게 쓰이고 있다. 콘크리트가 철근과 시멘트로 이뤄지듯이, 탄소섬유강화플라스틱은 탄소섬유와 에폭시 수지로 구성된다.

탄소섬유강화플라스틱은 열에 약하다는 단점이 있어 할로겐 난연제를 사용했지만 연소 때 독성물질이 나와 사용이 금지됐다. 연구팀은 독성 없이 난연성을 확보하는 것에 주목해 식물에서 얻을 수 있는 탄닌산을 이용함으로써 기계적 강도는 높이면서 불에 타지 않는 재료를 만드는 데 주력했다. 탄닌산은 불에 탈 때 숯으로 변해 외부의 산소를 차단하는 벽 구실을 한다. 연구팀은 탄닌산으로 에폭시 수지를 개발하고 탄소섬유와 합쳐 튼튼하면서도 불에 타지 않는 탄소섬유강화플라스틱을 만들었다.

물만 이용해 99% 회수한 탐소섬유. 키스트 제공

더욱이 이 탄소섬유강화플라스틱은 물에 녹여 거의 100% 회수할 수 있다. 연구팀은 일정 수준 이상의 온도와 압력을 갖는 초임계 상태의 물에 탄소섬유강화플라스틱을 녹이면 탄소섬유의 성능을 그대로 유지하면서도 99% 이상을 회수할 수 있다는 사실을 발견했다. 에폭시 수지도 녹이면 전자재료로 사용할 수 있는 카본닷이라는 물질로 재활용할 수 있다는 점도 알아냈다. 연구팀이 개발한 탄소섬유강화플라스틱은 복합소재의 모든 구성요소를 재활용할 수 있는 친환경 물질인 셈이다.

연구팀 논문은 재료과학 및 복합소재 분야 국제저널인 <콤포지트 파트B: 엔지니어링> 최신호에 게재됐다.

이근영 기자 [e-mail]