단열·화재안전 성능 동시에 갖춰
안정화 섬유를 이용해 만들어진 건축용 단열재. ⓒ한국건설기술연구원
한국건설기술연구원은 안정화 섬유와 의류를 비롯한 원단 자투리 등에서 나오는 폐섬유를 이용한 건축용 단열재 시제품을 세계 최초로 개발했다고 2일 밝혔다.
단열재는 크게 유기단열재와 무기단열재로 구분할 수 있다. 유기단열재는 단열성능은 좋지만, 화재안전성이 떨어져 대형화재 시 화재 확대의 주요 원인으로 지목됐다. 반면, 무기단열재의 경우 화재안전성은 좋지만, 시공성과 단열성 및 내구성에 대한 문제가 꾸준히 지적되고 있다.
이에 건설연 화재안전연구소 연구팀은 기존의 단열재 소재와는 차별화된 안정화 섬유와 폐섬유를 활용한 건축용 단열재 시제품을 개발했다.
안정화 섬유란 일반 섬유보다 뛰어난 내열성, 화학적 안정성을 가진 특수 섬유를 말한다. 이러한 특성으로 인해 자동차, 내열 소재 등으로 다양한 분야에서 활용되고 있다.
안정화 섬유는 PAN(Polyacrylonitrile, 폴리아크릴로니트릴) 기반 탄소섬유 제조 과정에서 섬유를 200~230℃의 산화 분위기에 노출시키는 안정화 과정을 통해 만들어진다.
이러한 과정을 통해 안정화 섬유의 탄소함량은 약 90%까지 증가하여 강도가 높아지고, 난연성이 향상된다. 또한, 탄소섬유는 생산효율이 약 50%인데 반해 안정화 섬유는 생산효율이 거의 100%에 가까워 가격경쟁력 측면에서 뛰어나다.
다만 안정화 섬유는 기존 단열재와 비교해 아직은 가격이 높다. 이에 연구팀은 폐섬유를 혼합하여 가격 경쟁력을 확보하기 위해 노력했다. 생활폐기물 중 폐의류 및 원단류는 2021년 기준 연간 8만 6000톤(t)으로 대부분을 소각하거나 야적장에 쌓아두고 있다. 이러한 폐섬유를 건축 자재인 단열재에 혼합해 안정화 섬유의 가격 경쟁력을 확보하고, 탄소 중립 실현에도 기여할 수 있다.
김병석 건설연 원장은 “개발된 단열재는 세계 최초로 시도된 안정화 섬유와 폐섬유를 활용한 건축용 단열재로, 기후변화와 화재 안전이라는 두 가지 시대적 과제에 대한 획기적인 해결책이 될 것”이라고 기대했다.
한편 이번 성과는 과학기술정보통신부의 지원으로 건설연 주요사업 ‘탄소 기반 고기능성 건설 재료 기술 개발(건축용 단열재 및 부식프리 케이블 중심으로’ 과제를 통해 개발됐다.
