중국과기대학의 위슈홍(俞书宏) 박사팀은 바이오매스 천연 나노구조를 이용한 새로운 바이오매스 표면 나노화 전략을 발표했다. 이 전략은 목분과 같은 바이오매스에서 천연 셀룰로오스 나노섬유를 사용하여 서로 가교시켜 접착제가 필요하지 않은 고성능 엔지니어드 목재를 생산하는 것을 골자로 하고 있다. 관련 연구 결과는 12월 12일 ‘중국 국가 과학 리뷰’에 발표됐다.

연간 시장 규모가 거의 1조 위안에 달하는 중국 보드 시장에서 전통적인 보드의 생산은 주로 포름알데히드를 함유한 수지 및 기타 접착제를 사용하여 목분과 같은 바이오매스 원료를 결합하는데, 이러한 방식은 비용이 많이 들 뿐만 아니라 사용 중 포름알데히드와 같은 유독하고 유해한 가스를 지속적으로 방출하여 인체는 물론 환경에도 악영향을 끼치고 있다. 따라서 포름알데히드가 없는 친환경 판재의 개발은 전통적인 인공 판재 산업의 업그레이드와 발전에 매우 중요한 의미를 가진다. 위의 전략을 사용하여 위슈홍 박사팀이 개발한 접착제가 필요없는 방식으로 생산되는 보드는 모든 방향에서 동일한 기계적 강도를 가지기 때문에 강도면에서 천연 원목 및 기존 보드를 능가하며, 상향식 제조 방법은 재료의 크기에 제한이 없어 대경목의 희소성을 극복하고 목재 재료의 적용 범위를 크게 넓힐 수 있다.

또한 새로운 방식의 보드는 우수한 난연성 및 방수성을 나타낸다. 마이크로미터급 목분 입자는 나노미터 크기의 셀룰로오스 섬유를 다량 노출하고 있고 이러한 나노섬유는 이온 결합, 수소 결합, 반데르발스 힘 및 물리적 얽힘의 상호 작용을 통해 결합된다.

마이크로미터급 목분 입자도 이러한 서로 얽힌 나노섬유 네트워크에 의해 밀접하게 결합되어 고강도 조밀한 구조를 형성한다. 또한, 접착제 없이 등방성 굽힘 강도와 굴곡 계수는 천연 원목의 기계적 강도를 훨씬 초과하여 우수한 파단 인성, 한계 압축 강도, 경도, 충격 저항성 및 치수 안정성과 난연, 방수 성능을 보여준다. 따라서 새로운 방식으로 생산된 보드는 전체가 바이오 기반 환경 친화적인 재료로서 수지 기반 재료와 기존 플라스틱의 기계적 특성을 훨씬 능가한다. 게다가 탄소 나노튜브를 톱밥 입자 사이의 나노 네트워크에 통합함으로써 전도성 지능형 인공 목재를 얻을 수 있으며 높은 전기 전도도를 기반으로 감지, 자가 발열 및 전자기 차폐와 같은 다양한 응용 프로그램을 실현할 수 있다.

전문가들은 이 새로운 바이오매스 표면 나노화 전략이 잎, 볏짚, 짚 등과 같은 다른 바이오매스로 확장될 수 있으며 다기능화를 실현할 수 있으며 일련의 전체 녹색 바이오매스의 지속 가능한 구조 재료를 제조하는 데 사용될 것으로 기대되며 보드 산업의 녹색, 환경 보호 및 저탄소 방향으로의 발전을 더욱 촉진할 것으로 기대하고 있다.