▲ 한국탄소산업진흥원 연구원이 라이오셀 프리프레그 적층 성형을 위한 공정을 진행하고 있다. / 사진제공 = 한국탄소산업진흥원 기획조정실 신경아 팀장  © 김현종 기자

한국탄소산업진흥원과 KIST 전북분원 연구팀이 세계 최초로 목재와 결합 강도가 뛰어난 라이오셀-PLA-목재 결합 바이오 복합소재를 개발했다.

특히 공주대 가구리빙디자인학과는 산ㆍ학 협력 프로젝트로 두 기관이 3년간 공동연구로 개발한 기존 재료에 비해 유연성과 강도가 뛰어난 특징을 갖고 있는 친환경 고급 탄소복합재료(라이오셀)로 제작한 가구를 지난 21일부터 개막한 영국 'London Design Fair 2023'에 전시하고 있다.

한국탄소산업진흥원은 "천연목재 펄프에서 추출해 친환경 섬유로 잘 알려진 라이오셀(Lyocell) 연속섬유와 생분해가 가능한 PLA(Polylactic Acid)수지를 결합한 중간재에 목재를 결합해 별도의 접착제 없이도 우수한 물성을 갖는 친환경 소재 개발에 성공했다"고 22일 밝혔다.

라이오셀 연속섬유는 우수한 인장 특성과 촉감을 가질 뿐만 아니라, 생산 공정에서 일체의 오염물질을 발생시키지 않고 사용된 용매 또한 재활용이 가능해 친환경 소재로 여러 분야에서 주목받고 있다.

유리섬유나 탄소섬유 등 높은 강도와 탄성을 가진 산업용 경량 복합소재의 경우, 자동차나 항공기 등의 구조재로 사용하기 위해 열가소성수지를 활용하고 있으나 생분해가 어렵다는 단점이 있다.

그동안 건축ㆍ건설ㆍ인테리어ㆍ가구 등에 주로 사용된 목재 소재는 내구성과 가공성 등에서 우수하지만 자연소재가 갖고 있는 불규칙성과 변형ㆍ수분 취약성 등이 단점으로 꼽혔다.

한국탄소산업진흥원과 KIST 전북분원 연구팀은 이 같은 문제를 해결하기 위해 라이오셀 연속섬유와 생분해성 PLA수지를 균일 함침한 뒤 목재와 교차 적층해 별도 접착제 없이 원하는 형상 구현 및 열 성형이 가능하고 우수한 물성을 띈 복합재를 만드는데 성공했다.

연구진은 소재의 물성 강화를 위해 접착제로 목재에 플라스틱 등을 결합하면 형태가 장시간 유지되지 못하고 품질이 저하되는 문제를 해결하기 위해 PLA수지를 채택, 열 성형 방식으로 소재 접착 내구성도 높였다.

한국탄소산업진흥원 신뢰성 평가센터에서 시험분석을 진행한 결과, ASTM D790ㆍASTM D648ㆍISO 179 등의 시험평가에서 목재 대비 약 3배 높은 굴곡강도와 2배 이상의 휨 탄성계수 및 9배 이상의 높은 충격강도로 측정됐다.

또 극저온(-160℃)에서 고온(90℃)까지 우수한 열 안정성으로 다양한 환경에서 사용 가능한 복합소재로 확인됐다.

라이오셀-PLA-목재 결합 바이오 복합소재는 국내 특허출원와 해외 특허 취득을 위한 국제특허 출원(PCT)까지 마무리한 상태다.

한국탄소산업진흥원 방윤혁 원장은 "라이오셀-PLA-목재 복합소재는 친환경 소재에 대한 시장의 요구를 충족시켜줄 수 있는 우수한 재료"라며 "개발된 기술을 토대로 목재뿐 아니라 종이 등 다양한 친환경 소재와의 융합 기술 개발 등 국내 산업의 이산화탄소 배출 저감 및 탄소중립 이행에 최선의 노력을 다하겠다"고 말했다.

☞ 아래는 위 기사를 구글 번역이 번역한 영문 기사의 '전문' 입니다.

구글 번역은 이해도를 높이기 위해 노력하고 있으며 영문 번역에 오류가 있음을 전제로 합니다.

【Below is the 'full text' of the English article translated by Google Translate.

Google Translate is working hard to improve understanding, and assumes that there are errors in the English translation.】

Developed 'world first' eco-friendly bio composite material

Korea Carbon Industry Promotion Agency… Combination of Lyocell fiber and PLA resin

Reporter Kim Hyun-jong

The Korea Carbon Industry Promotion Agency and the KIST Jeonbuk Branch research team developed the world's first Lyocell-PLA-wood biocomposite material with excellent bonding strength with wood.

In particular, the Department of Furniture and Living Design at Kongju University is developing furniture made of an eco-friendly, high-quality carbon composite material (lyocell), which has characteristics of superior flexibility and strength compared to existing materials, developed through three years of joint research between the two institutions as an industry-academic cooperation project. It is being exhibited at the UK's 'London Design Fair 2023', which opened on the 21st.

The Korea Carbon Industry Promotion Agency said, "Lyocell continuous fiber, which is extracted from natural wood pulp and is well known as an eco-friendly fiber, and wood are combined with an intermediate material that combines biodegradable PLA (Polylactic Acid) resin to create an eco-friendly product with excellent physical properties without a separate adhesive. “We succeeded in developing the material,” he announced on the 22nd.

Lyocell continuous fiber not only has excellent tensile properties and tactile feel, but also does not generate any contaminants in the production process and the solvent used is recyclable, so it is attracting attention in various fields as an eco-friendly material.

In the case of industrial lightweight composite materials with high strength and elasticity, such as glass fiber or carbon fiber, thermoplastic resins are used for use as structural materials for automobiles and aircraft, but they have the disadvantage of being difficult to biodegrade.

Wood materials, which have been mainly used in architecture, construction, interior design, and furniture, are excellent in durability and processability, but the irregularities, deformation, and moisture vulnerability of natural materials have been cited as disadvantages.

To solve this problem, the Korea Carbon Industry Promotion Agency and the KIST Jeonbuk Branch research team uniformly impregnated Lyocell continuous fiber and biodegradable PLA resin and then cross-laminated it with wood to achieve desired shapes and thermoforming without separate adhesives, and have excellent physical properties. succeeded in creating a composite material.

In order to strengthen the physical properties of the material, the research team adopted PLA resin to solve the problem that when wood and plastic are joined with an adhesive, the shape cannot be maintained for a long time and the quality deteriorates, and the durability of the material adhesion was also increased through thermoforming.

As a result of a test analysis conducted at the Korea Carbon Industry Promotion Agency's Reliability Evaluation Center, the flexural strength is about 3 times higher than that of wood, the bending elastic modulus is more than 2 times, and the impact strength is more than 9 times higher than that of wood in test evaluations such as ASTM D790, ASTM D648, and ISO 179. It was measured as

In addition, it was confirmed to be a composite material that can be used in a variety of environments with excellent thermal stability from extremely low temperatures(-160℃) to high temperatures(90℃).

The Lyocell-PLA-wood combined bio composite material has completed domestic patent application and international patent application(PCT) to obtain overseas patents.

Bang Yun-hyuk, director of the Korea Carbon Industry Promotion Agency, said, "Lyocell-PLA-wood composite material is an excellent material that can meet the market's demand for eco-friendly materials." He added, "Based on the developed technology, it can be used with various eco-friendly materials such as paper as well as wood." "We will do our best to reduce carbon dioxide emissions and achieve carbon neutrality in domestic industries, including through the development of convergence technologies," he said.