쇠 보다 강한 고강도 압착 목재 개발

쇠 보다 강한 고강도 압착 목재 개발

 

미국 매릴랜드(Maryland) 대학 재료 공학과 송지안웨이 연구팀은 목재를 화학 처리한 뒤, 열을 가해 압착하는 방식으로 목재의 밀도와 강도를 크게 높이는 새로운 가공법을 개발하여 네이처 2018년 02월 08일자에 발표했다. 고강도 강철이나 티타늄 합금 등 대부분의 금속이나 합금 보다 강한 수준이다. 기존 목재에 비해 강도가 훨씬 높으면서 금속 보다 가벼워 건축 재료 등에 응용할 수 있다.

 

연구팀이 개발한 새 가공법은 크게 두 가지 단계로 이뤄진다. 먼저 수산화나트륨과 황산나트륨 수용액에 목재를 담근다. 이 과정을 통해 목재 안의 단단한 식물 세포벽을 안정화시키는 물질인 리그닌과, 역시 세포벽의 셀룰로오스를 감싸는 성분인 헤미셀룰로오스를 일부 제거한다. 그 뒤 섭씨 약 100도의 열을 가한 채 나무를 강하게 압착한다.

 

실제 목재를 대상으로 실험한 결과, 압착된 목재는 나무 조직이 무너지며, 채관이나 물관 등의 ‘속이 빈’ 구조가 사라지고 조직이 치밀해졌다. 밀도는 3배 높아졌다. 물에 담그면 가라앉을 정도이다. 두께도 5분의 1로 줄었다. 반면, 강도는 11배로 비약적으로 늘어났다. 셀룰로오스 미세 섬유 분자들이 수소 결합으로 형성한 것이 주요 원인이었다. 탄성도 크게 높아졌다.

 

금속 막대를 강하게 발사해 목재를 관통하는 실험을 했을 때, 일반 목재 보다 훨씬 오래 견뎠다. 리그닌을 절반 가량, 헤미셀룰로오스를 4분의 3 가량 없앴을 때, 가장 성능이 뛰어났다. 새로 개발한 목재는 대부분의 금속이나 합금 보다 강하다. 값도 싸고 성능 좋다. 그래서, 가벼운 대체 재료로 활용할 수 있을 것이다.