딱딱한 난연소재, 재활용 길 열렸다 [지금은 과학]

[아이뉴스24 정종오 기자] 국내 연구팀이 한 번 굳으면 다시는 재활용할 수 없었던 기존 난연 복합소재의 근본적 한계를 뛰어넘어 불에는 강하면서도 다 쓴 뒤에는 재활용이 가능한 난연 복합소재를 개발했다.

한국화학연구원 김진철·정지은·진영재 박사 연구팀은 저가의 저분자량 폴리올레핀 첨가제 추가만으로 복합소재의 가공성과 난연성, 재활용성을 동시에 확보할 수 있는 ‘자기강화 복합소재’ 제조 기술을 내놓았다.

그동안 자동차 부품, 전자제품 회로기판, 콘센트 등 불에 잘 타지 않아야 하는 제품에는 ‘열경화성’ 복합소재인 섬유강화 복합소재가 주로 사용돼 왔다. 형태가 영구히 고정되는 성질 덕분에 화재와 같은 고온 환경에서도 형태를 유지하며 안전하기 때문이다.

문제는 한 번 굳으면 아무리 열을 가해도 녹지 않아 매립하거나 고온에서 소각해야 한다는 데 있다. 최근 탄소중립 흐름에 따라 ‘재활용 불가능한 소재’에 대한 규제와 대체는 불가피한 상황이다. 재성형이 가능하면서 동시에 난연 성능과 공정성까지 확보한 복합소재 개발이 시급하다.

연구팀은 열을 가하면 재가공이 가능한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 재질의 섬유와 필름을 겹겹이 쌓아 만든 ‘자기강화 복합소재’를 개발했다.

연구팀은 저가의 저분자량 폴리올레핀 첨가제를 중간제 필름에 소량 넣어 한 번에 세 가지 역할을 동시에 수행하도록 설계했다. 소재를 부드럽게 만들어 필름과 섬유가 빈틈없이 잘 접착되고, 난연제 입자가 뭉치지 않고 고르게 퍼지도록 섞이며, 재활용할 때는 세척 한 번으로 첨가제가 깨끗하게 제거된다.

층 사이의 접착력이 부품의 내구성과 안전성의 핵심 요소인데 첨가제를 넣으면 필름과 섬유 사이의 접착력이 기존 소재 대비 약 40% 높아졌다. 동시에 난연제를 40%나 넣은 고함량 조건에서는 강도·유연성이 크게 떨어지는 것이 일반적인데 기계적 물성 저하 없이 최고 난연 등급을 확보했다.

기존 상용 첨가제가 들어간 소재는 재활용할 때 첨가제가 40% 이상 남아 물성이 크게 떨어지는데 연구팀 개발 첨가제는 90% 이상 제거돼 색상과 강도 등이 모두 새 플라스틱 수준의 고순도 재생 원료를 얻을 수 있다.

연구팀은 앞으로 산업 적용을 위한 추가 난연 테스트와 반복 재활용할 대도 난연제가 누적되지 않는 후속 연구를 진행할 계획이다. 아울러 수요기업과 물성 평가와 실증연구를 위한 협력을 통해 차세대 모빌리티 구조용 복합소재 실용화를 앞당긴다는 방침이다.

화학연 김진철 책임연구원은 “이번 연구는 저렴한 첨가제 하나로 난연 복합소재의 고질적 난제였던 가공성과 재활용성을 동시에 풀어낸 결과”라며 “전기차와 도심항공모빌리티 등 차세대 모빌리티 부품의 경량화와 자원순환에 이바지할 것으로 기대한다”고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘컴포지트 파트 비(Composites Part B)’에 실렸다.