금속보다 질긴“수퍼 종이” 개발
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기사입력 : 2009.09.04 19:36
국립산림과학원(이선영박사 연구팀)에서 셀룰로오스를 고압 호모게나이저를 이용하여 만든 나노셀룰로오스 만을 100% 이용하여 알루미늄, 주석, 아연, 금과 같은 금속보다 우수한 물성의 “슈퍼 나노종이”를 제조하였다.
나노셀룰로오스 섬유를 화학펄프에 5, 10% 첨가시켜 종이를 제조였을 때, CSF 450㎖ 여수도에서 인장강도는 각각 79%와 168% 증가, 인열강도는 64%와 104% 증가하였으며, 내절도는 169%와 400% 증가, 열단장은 73%와 182% 증가하였다.
셀룰로오스는 목재의 주성분으로 목재의 35-40%를 구성하며, 다른 유기물질에 비해 지구상에서 가장 풍부하고 넓게 분포되어 있다. 셀룰로오스는 친환경 재료이며 재생가능하고, 기존의 복합재료에 사용하는 보강재보다 가격 면에서 저렴하다는 것이다.
이러한 셀룰로오스로부터 나노기술을 이용하여 나노셀룰로오스를 제조할 수 있다면 슈퍼 나노종이를 제조할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 재료를 이용하여 다양한 용도의 소재로 응용이 가능하다. 특히 금속소재와 같은 우수한 물성을 가진다면 녹색 바이오매스로부터 나노재료 이용은 첨단 신소재 개발에 새로운 전기를 마련할 수 있을 것이다.
또한 종이는 물에 현탁된 지료를 와이어 상에서 탈수시켜 지필을 형성시키는 과정을 거쳐 제조된다. 제지산업에 의한 공해는 다량의 물을 사용하고 있는 관계로 수질오염이 가장 큰 문제이다.
제지공정에서의 폐수오염원은 백수, 사이징제, 왁스, 그리스, 오일 및 섬유류 등이 함유되어 있다. 특히 초지기는 대량의 백수를 배출하는데, 이 폐수는 산성으로 미세섬유와 장섬유 그리고 필러와 클레이(clay) 등이 다량으로 함유되어 있다. 펄프만으로 제조되는 종이는 극히 일부분에 지나지 않으며, 섬유 뿐 아니라 충전제, 사이징제, 각종 에멀젼 제품 및 고분자물질 등과 같은 첨가제도 포함한다.
'슈퍼 나노종이'는 나노셀룰로오스 섬유의 높은 표면적과 섬유간의 수소결합을 이용하여 3차원의 네트웍 구조가 필름에 높은 강도를 부여하는 것으로 판단된다.
'슈퍼 나노종이'는 리튬이온전지의 세퍼레이터, 건축소재, 전자재료, 포장재료 등에 널리 이용될 것으로 예상한다.
제지업계에서는 나노셀룰로오스 섬유를 소량 첨가시키면 종이의 물성을 개선시키기 위해 필요한 고해의 정도를 낮추어 펄프원료 및 에너지를 절감시킬 수 있다.
또한 화학첨가물의 사용을 줄여 수질오염을 크게 낮출 수 있어 수질정화비용을 절감할 수 있다. 따라서 나노셀룰로오스 섬유의 이용은 제지업계에 파급효과가 매우 클 것으로 사료된다.
나노셀룰로오스 섬유를 이용하여 종이의 물성을 향상시키는 기술은 전 세계적으로 아직 밝혀진 사례가 없어, 국립산림과학원에서는 나노셀룰로오스 섬유를 이용한 종이를 제조하는 신기술로 특허출원 하였다.
