금이나 알루미늄보다도 질긴 '초강력 종이'가 세계 최초로 개발됐다.

국립산림과학원(원장 최완용)이선영 박사팀은 섬유질의 일종으로 식물의 줄기 등에서 흔히 추출할 수 있는 셀룰로오스를 특수처리해 만든 나노셀룰로오스를 이용,인장강도가 알루미늄,주석,아연,금 등의 금속보다도 높은 '수퍼 나노종이'를 세계 최초로 개발했다고 3일 발표했다.

수퍼 나노종이는 나노셀룰로오스를 원료로 만든 것으로 겉보기에는 흔히 쓰이는 종이와 별다른 차이가 없다. 셀룰로오스는 목재의 35~40%를 구성할 정도로 지구상에서 가장 풍부하고 넓게 분포돼 있어 가격이 싼 것이 장점이다.

나노셀룰로오스는 셀룰로오스를 나노 크기로 잘라 분쇄된 섬유간 수소결합을 통해 섬유 사이의 공간을 최대한 없애고 섬유간 3차원 입체구조를 갖게 해 강도를 높이는 원리로 만들어졌다. 연구팀 관계자는 "나노셀룰로오스로만 종이를 만들 경우 인장강도가 170~180MPa(메가파스칼;단위면적당 작용하는 힘)까지 나오고 별도의 화학처리를 추가로 할 경우 190~200Mpa까지 나온다"라며 "제조과정은 보통 종이를 만들 때와 크게 다르지 않다"고 설명했다. 알루미늄의 인장강도는 40~50 MPa,주석은 110~220 MPa,금은 100 MPa의 인장강도를 갖는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 종이제조과정에서 나노셀룰로오스를 일부만 첨가해도 종이의 성질이 현격히 달라질 수 있을 것으로 보고 있다. 이는 펄프 등 원료사용량을 대폭 줄여 생산비용을 절감할 수 있는 것은 물론 화학첨가제를 쓰지않아도 돼 친환경적인 종이 제조가 가능하다는 것이 연구팀 측 설명이다. 지금까지 제지공정에서는 종이의 강도를 높이기 위해 펄프를 더 많이 쓰거나 별도의 약품처리를 거쳐야 했다.

연구팀 관계자는 "실험결과 나노셀룰로오스 섬유를 종이의 원료가 되는 펄프에 각각 5%,10%씩 첨가했을 때 인장강도는 각각 79%와 168% 증가했고 칼로 흠을 낸 뒤 일정 길이의 종이를 찢는데 드는 에너지인 인열(引裂)강도는 각각 64%와 104%씩 늘어났다"라며 "나노셀룰로오스를 쓰면 종이가 단순히 강한 성질만을 갖는 것이 아니라 더 부드러워지는 장점도 있어 종이의 유연성을 나타내는 절도(絶度)는 169%와 400%씩 각각 증가하는 것으로 나타났다"고 설명했다.

연구팀은 수퍼나노종이가 리튬이온전지의 분리막이나 건축소재,포장재료 제조 등 다양한 방면에 응용될 수 있을 것으로 보고 있다. 강화 플라스틱이나 금속만큼 강한 물성을 갖는 신소재 개발에도 적용할 수 있을 것이라는게 연구팀측 설명이다. 최완용 원장은 "환경오염 발생우려가 적고 비용도 적게 들어 제지업계에 도움이 될 수 있을 것"이라며 "신소재 개발에 새로운 전기를 마련할 것으로 기대한다"라고 밝혔다. 한편 국립산림과학원은 지난 8월 이 기술에 대한 국내 특허를 출원했다.

용어풀이 ; 인장강도(引張强度)

특정 재료를 양 쪽으로 잡고 잡아당겼을 때 찢어지거나 파괴되는 순간까지 버티는 힘의 최대치를 의미한다. 종이의 내구성 및 성능을 나타내는 직접적인 지표로 이용된다.

임기훈 기자 shagger@hankyung.com