지난 2019년 10월 31일부터 11월 1일까지 부산 BEXCO에서 개최된 2019 한국섬유공학회 한국염색가공학회 공동학술대회에서 국민대학교 임산생명공학과 그린복합재 및 바이오나노신소재 연구실의 배상우(석사과정 18) 학생이 지도교수인 김범준 교수의 지도아래 ‘A Study of PLA/PBAT/WF Bio-composites Prepared by Reactive Extrusion for FDM 3D Printing’ 이란 주제로 연구한 논문을 발표하여 우수 포스터 발표상을 수상하였다. 이번 학술대회에는 총 200여편의 학술 논문이 발표되었다.

PLA(poly lactic acid)는 옥수수나 사탕수수 등에서 추출한 lactic acid를 중합하여 만든 대표적인 친환경 수지이며 현재 FDM 방식 3D 프린터 필라멘트의 주재료로 사용된다. 이 PLA와 천연자원이자 재생가능한 자원인 목분(wood flour)의 복합화를 통해 FDM 3D 프린팅용 바이오 복합재료 필라멘트를 개발하고자 하였고, 필라멘트의 친환경성을 더욱 향상시키고 물성을 개선하기 위해 상반된 성질의 생분해성 플라스틱인 PBAT(poly butylene adipate-co-terephthalate)를 PLA와 함께 혼합하여 적용 가능성을 평가하였다. 특히, 지난 연구 결과(https://www.kookmin.ac.kr/site/ecampus/new/people/2587?pn=27)를 토대로 선정된 최적의 목분 함량(WF 20wt%)을 적용, 발전시켜 PLA/PBAT/WF 바이오 복합재 필라멘트를 제조하였고, 이를 사용하여 3D 출력된 복합재의 다양한 물성 정보를 구축하였다. 또한, polyester계 고분자 사이의 비상용성을 개선하기 위해 In-situ reactive extrusion 공정 도입을 통한 polymerization initiator와 chain extender의 최적 반응비를 구하여 서로 다른 친환경 플라스틱과의 복합화 가능성을 시험하였을 뿐만 아니라, 3D 프린팅 복합재의 기계적, 형태학적, 열적 특성의 분석을 실시함으로써 제조된 복합재 필라멘트에 대한 다각적인 평가가 이루어졌다는 것에 더욱 큰 의미가 있다. 현재 배상우 학생은 기존의 FDM 방식 3D 프린팅 연구 외에도, 유체 성상의 레진을 소재로 하는 DLP 방식 3D 프린팅 관련 연구를 진행하고 있으며, CNC(cellulose nano crystal)와 같은 목질계 첨단 나노소재와 3D 프린팅 기술을 접목한 차세대 친환경 고기능성 나노복합소재의 개발을 목표로 하고 있다.

배상우 학생이 소속된 국민대학교 임산생명공학과 그린복합재 및 바이오신소재 연구실(https://cst.kookmin.ac.kr/biotechnology/laboratory)에서는 목질계/비목질계 천연섬유소와 목재 조성분을 다양한 물리, 기계, 화학적 기술을 적용하여 처리한 후, 이를 생분해성 고분자 및 기능성 나노소재와의 융합을 통한 건축 및 자동차용 친환경 복합재료와 고부가가치 바이오신소재로의 적용에 대한 연구를 진행 중에 있다.