불에 타지 않는 친환경 탄소 플라스틱으로 화재 걱정 '뚝'

[이데일리 강민구 기자] 불에 잘 타지 않는 난연성 탄소섬유 복합소재가 개발돼 화재 피해 발생 가능성을 낮출 수 있게 됐다.

한국과학기술연구원(KIST)은 정용채 구조용복합소재연구센터장 연구팀이 식물에서 유래한 탄닌산을 이용해 난연성탄소섬유강화플라스틱(이하 CFRP)을 개발했다고 9일 밝혔다.

한국과학기술연구원 연구진이 개발한 식물 유래 비할로겐 난연 탄소섬유강화플라스틱.<사진=한국과학기술연구원>

탄소섬유강화플라스틱은 강철보다 4분의 1 수준으로 가볍고 10배 강한 탄소섬유를 이용한 복합재료이다. 주로 항공우주, 자동차, 선박, 스포츠용품 등의 산업 분야에서 사용된다.

CFRP는 탄소섬유와 에폭시 수지로 구성됐다. CFRP는 기계적 강도를 위해 탄소섬유와 수지 사이의 결합력이 강해야 하고, 건축자재 등에 사용된다는 점에서 화재 관련 안정성도 필요해 다수 첨가제를 합성해 제작됐다.

그동안 화재 안전성을 위해 할로겐 난연제를 사용했다. 불에 태워 재활용하는 CFRP에 연소 시 독성물질이 발생하는 할로겐 물질 사용이 적절하지 못하다는 점에서 세계적으로 금지됐다. 이에 따라 독성이 없고 안전한 소재 개발이 필요했다.

연구팀은 식물에서 얻을 수 있는 친환경 물질인 탄닌산에 주목했다. 탄닌산은 탄소섬유와 강하게 붙는 성질이 있다. 불에 탈 때 탄닌산이 숯으로 변하는데, 숯은 외부의 산소를 차단하는 벽이 돼 불의 확산을 막는 역할을 한다.

연구진은 탄닌산으로 에폭시 수지를 제작하고 탄소섬유와 복합화해 튼튼하고 불에 타지 않는 CFRP를 개발했다.

탄닌산으로 제작한 에폭시 수지는 기존과 달리 난연성을 갖춰 별도의 첨가제가 필요 없어 불에 태워 CFRP를 재활용할 때 발생하던 독성물질이 더이상 발생하지 않았다.

일정 수준 이상의 온도와 압력을 갖는 초임계 상태의 물에 CFRP를 녹이면 탄소섬유의 성능 저하 없이 99% 이상 회수도 가능했다. 에폭시 수지가 녹으면서 전자재료로 사용될 수 있는 ‘카본 닷’이라는 물질도 생성됐다.

에폭시 수지를 태워버리고 불완전한 탄소섬유만 재활용하던 고온 소각법과는 달리 복합소재의 구성 요소 모두를 재활용할 수 있게 된 셈이다.

정용채 센터장은 “기존 탄소섬유강화플라스틱의 취약한 난연성, 기계적 강도, 재활용 특성을 높이고, 응용범위를 확대한 복합소재를 만들었다”며 “보다 향상된 물성을 확보하기 위해 구조를 검토하고 응용범위를 확대할 예정”이라고 말했다.

연구결과는 재료과학·복합소재 분야 국제 학술지 ‘Composite Part B: Engineering’ 최신호에 게재됐다.