R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201111CCTI-C053474-03 | |||||
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| 연구사업명 | 건설기술연구사업 | |||||
| 연구과제명 | FRP/합성목재 대체 친환경 복합소재 및 건설 자재 제조기술 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2009-10-26 ~ 2012-10-25 | |||||
| 연구책임자 | 임중연 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
17명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 227,000,000 원 기업 : 76,000,000 원 계 : 303,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 658,000,000 원 기업 : 187,000,000 원 계 : 845,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 동국대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
현재 전 세계적으로 재료에 대한 경량화와 고강도 특성을 원하면서 복합재료에 대한 요구 및 그 사용 범위가 증가하고 있다. 이러한 특성을 갖춘 복합재료를 가장 많이 이용하고 있는 산업은 우주항공, 비행기, 자동차 산업과 같은 곳이지만, 현재에는 경량화 및 고강도의 특성을 갖춘 복합재료 이외에도 천연 소재와 인공 소재를 복합하여 가급적 자원을 절약하고 재활용이 가능한 복합재료를 개발하고 활용하는 방향으로 개발이 이루어지고 있으며 이러한 것은 건물 내의 인테리어, 공원의 의자 및 테이블 등과 같은 곳에 사용되고 있다. 이러한 친환경 복합소재에 사용되는 천연 소재로 가장 관심을 받고 있는 것은 천연섬유로써 이에 폴리머를 혼합한 복합재료가 많은 관심을 끌고 있고, 그 사용영역도 확대되고 있는 추세이다. 그 이유는 친환경 복합재료에 사용된 천연섬유의 재활용 가능성, 경제성 그리고 주변에서 쉽게 구할 수 있다는 장점 때문이다. 상기와 같은 이유로 천연섬유를 사용한 복합재료의 시장도 매우 빠른 속도로 성장하고 있다. 특히 이러한 것 중에서 대표적인 합성목재 국내시장은 2006년 12억 원에 불과했으나 2008년도에는 200억 원, 2009년도에는 400억 원 규모로 매년 100% 이상 커지고 있는 추세이다. 또한 국가적으로나 개인적으로 환경에 대한 관심이 높아지면서 조경 수요가 커지는 데다 정부가 중금속 유출 논란을 일으켰던 일부 방부목 생산 업체에 대해 친환경 표면처리제 사용을 권고한 뒤, 대체재로 부각되고 있다. 내년의 추정 시장규모는 1,000억원에 달한다.(한국경제, 2008) 친환경 복합재료의 주요 시장은 북미와 유럽 그리고 일본이 있을 수 있는데, 압도적으로 큰 시장은 북미시장으로 2002년도에 이미 590,000톤으로 약 7억 달러의 시장규모이며 유럽은 약 95,000톤으로 약 1억 달러의 시장규모를 가졌으며, 2010년에는 북미에서 100만 톤 정도의 시장을 가질 것으로 예상된다(Morton, 2003). 일본 또한 2002년 30,000톤의 규모로 매년 2배 이상 시장규모가 커져오고 있으며 2010년 이후에는 최소 100,000톤 이상으로 예상되고, 중국은 1,000만 톤 이상의 시장규모를 가질 것으로 예상된다.(木口 實, 2005) 이는 자연적인 촉감을 선호하는 소비자의 필요성이 합쳐진 결과이다. [최종목표] 본 연구를 통해 얻고자 하는 성과는 천연섬유 즉, 폐목이나 가공공정에서 발생한 목분과 폐플라스틱을 재활용하여 생산한 폴리프로필렌 등의 친환경 고분자 수지를 혼합하고, 이를 성형하여 천연목재의 질감을 유지하면서 내구성, 친환경성, 안전성 등을 갖춘 합성목재 대체용 친환경 복합소재를 개발하는 것이다. 이와 같은 연구를 통해 기존의 합성목재나 FRP가 갖지 못했던 소재의 특성에 의해 천연소재와 유사한 질감과 안정성, 플라스틱이 갖지 못하는 친환경성, 고가의 천연 목재에 비해 높은 가격경쟁력 등의 이득을 얻을 수 있을 것이다. 그리고 천연섬유 복합소재의 개발 과정을 통해 아래와 같은 부가적인 기술 개발이 이루어진다. ? 상온상압 플라즈마 코팅 기법과 연속공정을 통한 표면개질 기술 개발 ? 적은 에너지로 입자 분산 작용의 효율화를 통한 에너지 절감형 제조공정 개발 ? 고성능, 고기능의 건설자재/구조물 설계 및 제조공정 개발 [연구내용 및 범위] 일차적으로 천연섬유 복합소재의 요소 기술 확보를 위한 자료 조사가 진행된다. 어떠한 천연섬유를 사용할 것인지에 대한 결정을 위해 각종 천연섬유 기계적/물리적 특성 조사를 진행하고 천연섬유를 복합재료로 만드는데 필요한 시스템 방안을 연구하고 위 연구를 진행한 뒤 천연섬유 전처리 연구는 자연사에 맞는 화학적 세척 방법과 건조의 온도와 시간, 방법 등을 연구하게 된다. 처리된 천연섬유와 열가소성 수지간의 결합 강도 증진을 위해 단순하게 혼합되어 있는 천연섬유와 열가소성 수지를 혼합하여 프레스기로 압축하여 복합소재를 만들고 이에 대한 평가를 진행하도록 한다. 마지막으로 건설 내장재로 사용하기 위해 반드시 필요한 난연성 확보를 위한 다양한 filler에 대한 연구를 통해 최종 filler를 선정하고자 한다. 1차년도의 상온상압 플라즈마 연속공정 설계를 바탕으로 하여 한국기계연구원의 위탁연구와 함께 lab scale의 상온상압 플라즈마 장치를 제작하게 된다. 여기에서 일차적으로 다양한 전극 간격, He gas 공급속도, Voltage, Watts 등을 적용하여 목분의 표면개질을 실시하도록 한다. 진공 플라즈마를 이용하여 표면개질된 목분은 대기중에서 대략 6개월 정도 그 성능을 유지하기 때문에 이를 가져다가 동국대학교에서 복합소재를 만들기 위해 금형을 만든다. 상온상압 플라즈마 장치에 사용되는 전극의 Voltage, Watts 그리고 전극 간격 및 헬륨가스 공급속도 등을 최적화하는 연구를 통해 시간당 생산량을 2차년도 대비 130% 정도로 최적화시킴과 동시에 코팅 두께를 1nm급으로 개선하고자 한다. 이렇게 위탁연구기관인 한국기계연구원 부설 재료연구소에 의해 최적화된 상온상압 플라즈마 코팅기를 통해 표면이 개질된 천연섬유를 이용하여 최소 함유율 50wt% 이상의 천연섬유 복합재를 개발하기 위한 공정도 설계 및 연속공정을 확립하고자 한다. 물리적 성능 이외에도 생산된 복합재의 열 특성 실험과 환경 내구성 평가를 통해 건설 내장재로서 사용될 수 있도록 평가하고자 한다. |
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| 색인어 | 한글 | 천연섬유 복합소재 | 계면 특성 | 열가소성 수지 | 친환경 재료 | 내장재 |
| 영문 | Natural Fiber Composites | Interfacial Character | Thermoplastic resin | Biocomposites | Interior materials | |
| 최종보고서 | FRP합성목재대체친환경복합소재및건설자재제조기술개발_20130228.pdf | |||||