중국과학기술대학교 Yu Shu-hong(兪書宏) 연구팀은 바이오매스 천연 나노 구조를 이용한 새로운 바이오매스 표면 나노화 전략을 제안했다. 해당 전략은 톱밥 등 바이오매스의 천연 섬유소 나노섬유를 교묘하게 이용하여 서로 교차 결합시킴으로써 접착제가 전혀 필요 없이 고성능 인조목재를 만들 수 있다. 해당 성과는 "National Science Review"에 게재되었다.
중국의 인조목재 연간 시장 규모는 약 1조 위안(한화 약167조원)에 달한다. 전통적인 인조목재는 주로 포름알데히드가 포함된 수지 등 접착제를 이용하여 톱밥 등 바이오매스 원료를 접착하는데, 비용이 많이 들 뿐만 아니라 사용 중에 포름알데히드와 같은 독성 유해 가스를 지속적으로 방출하기에 인체 건강에 해롭다. 따라서 고성능의 무포름알데히드 친환경 합판의 개발은 전통적인 인조목재 산업의 업그레이드 및 발전에 매우 중요하다.
연구팀이 해당 전략으로 제조한 인조목재는 모든 방향에서 동일한 역학적 강도를 가지며 원목재와 전통적인 인조목재를 초과한다. 해당 인조목재는 상향식 제조 방법을 채택하여 사이즈의 제한을 받지 않고 대형 원목 재료의 희소성을 극복함으로써 대형 원목 재료의 응용 범위를 크게 확장시켰다. 또한, 우수한 난연성과 내수성을 가진다. 미크론급 톱밥 과립은 대량의 나노 크기 셀룰로스 섬유를 노출하고 나노 섬유는 이온 결합, 수소 결합, 반데르발스 힘(Van der Waals force) 및 물리적 얽힘 등 상호작용을 통해 결합된다. 미크론급 톱밥 과립도 이러한 상호 얽힘의 나노 섬유 네트워크에 의해 단단히 결합되어 고강도의 치밀 구조를 형성함으로써 아무런 접착제가 없어도 등방성의 굴곡 강도와 휨 탄성계수를 가진다. 아울러 천연 원목의 역학적 강도를 훨씬 초과하고 우수한 파괴 인성, 극한 압축 강도, 경도, 내충격성, 사이즈 안정성 및 내연성을 나타낸다. 또한 풀 바이오베이스의 친환경 재료로서 수지베이스 재료 및 전통 플라스틱보다 역학적 성능이 훨씬 우수하다. 또한, 탄소나노튜브를 톱밥 과립 사이에 섞은 나노 네트워크에서 획득한 전도 지능형 인조목재는 높은 전도성을 기반으로 감지, 자가 발열 및 전자기 차폐 등 다양한 응용을 달성할 수 있다.
해당 참신한 바아오매스 표면 나노화 전략은 나뭇잎, 볏짚, 밀짚 등 기타 바이오매스로 확장할 수 있으며 다기능화를 달성할 수 있다. 또한 일련의 친환경 바이오매스의 지속 가능한 구조 재료를 제조하고 인조목재 산업의 친환경, 저탄소 방향으로의 발전을 촉진할 전망이다.

정보출처 : http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/12/450272.shtm