인하대, 그래핀 결함 보완한 산소·수분 동시 차단 복합막 개발

인하대학교 제공

인하대학교(총장 조명우)는 고분자공학과 연구진이 그래핀과 나노셀룰로오스 복합화 기술로 산소와 수분을 동시에 막는 고분자 나노복합필름을 개발했다고 17일 밝혔다.

위정재 고분자공학과 교수와 윤영수 고려대 KU-KIST 융합대학원 교수, 고분자공학과 석사 유진화(26) 졸업생, 박사 과정에 있는 원수경(28) 학생, 진형준 교수가 참여해 발표한 논문 ‘대면적화 가능한 고분자 나노복합재에서 셀룰로오스 나노크리스탈에 의한 환원 그래핀 산화물 결함 나노 패칭(Nano-Patching Defects of Reduced Graphene Oxide by Cellulose Nanocrystals in Scalable Polymer Nanocomposites)’은 환원한 그래핀 산화물 내부 결함에 셀룰로오스 나노크리스탈을 붙여 고분자 복합필름의 수분, 산소 차단 효과를 개선한 연구다.

윤영수 교수는 2013년 인하대 고분자공학 박사 학위를 받았고 진형준 교수는 과학기술정통부가 지원하는 ‘표준탄소모델 설계 연구실’ 책임자로 활동 중이다.

탄소 원자의 2차원 평면 구조로 이루어진 그래핀은 합성·가공 과정에서 시트 내부에 미세 결함이 발생할 수 있다. 이번 연구는 산화, 환원 과정을 거친 그래핀과 나노셀룰로오스의 일종인 셀룰로오스 나노크리스탈에 분자 간 인력을 유도해 미세 결함을 막아 수분과 산소가 투과할 수 없도록 만들었다.

이 연구에서 활용한 산화그래핀은 우리나라에서 유일하게 친환경 그래핀 대량생산 기술을 가지고 있는 ㈜제이엠씨(대표이사 정원식)으로부터 공급받아 진행했다.

이 나노 복합물을 폴리염화비닐리덴에 분산시켜 얻은 고분자 나노복합필름은 폴리염화비닐리덴만으로 만든 필름보다 산소 투과율과 수분 투과율이 각각 94%, 88%로 감소해 산소 차단과 방수 효과를 증명했다. 폴리염화비닐리덴은 기체 차단성이 우수한 대표적인 고분자다.

이러한 장점을 활용하면 의약품, 식품, 반도체 등 수분과 산소로 인한 내부 물질 손상을 최소화해야 하는 다양한 포장재 관련 연구 분야에 활용할 수 있을 것으로 전망한다.

이 연구 결과를 담은 논문은 글로벌 출판사 앨스비어(Elsevier)가 발간하는 과학저널 ‘카본(Carbon)’ 9월호 165권 표지 논문으로 실린다.

위정재 교수는 “그래핀을 대량 생산할 때 현재 기술로는 피하기 힘든 그래핀의 미세 결함을 자연 유래 물질인 나노셀룰로오스로 보완하였다는 측면에서 적용범위가 큰 연구”라고 말했다.