트러스 구조 고강도 내화 목재 에어로젤

바이오 기반 목재 에어로젤은 기존 석유화학 기반 단열재를 대체할 유망한 소재이나, 낮은 기계적 강도와 가연성이 실제 적용을 제한합니다. 본 연구는 이러한 한계를 극복하고자 트러스 지지 시스템에서 영감을 받아 초고강도, 내화성, 단열성을 갖춘 다기능 이중 가교 목재 에어로젤(TSP@Ca)을 개발했습니다. 산화 목재 셀룰로스 골격, 알긴산나트륨, 피트산(PA), Ca2+를 활용한 이중 수소-이온 결합 전략을 통해 TSP@Ca 에어로젤을 합성했습니다. 유한요소 시뮬레이션과 기계적 분석 결과, 산화 목재 템플릿 내 형성된 다점 지지 구조가 트러스 골격과 유사하게 작용하여 에어로젤의 강도를 9.99 MPa로 크게 향상시켰으며, 이는 산화 탈리그닌 목재(TODW) 대비 154.84% 증가한 수치입니다. TSP@Ca3 에어로젤은 43.3%의 높은 한계 산소 지수(LOI)를 보였고, 화원에서 제거 시 즉시 소화되는 우수한 난연 성능을 나타냈습니다. PA와 Ca2+의 도입은 에어로젤의 탈수, 가교, 탄화를 촉진하여 응축상 난연 효과를 유도했으며, 생성된 인 함유 자유 라디칼은 기상에서 연소를 억제했습니다. 그 결과, TSP@Ca 에어로젤의 열 방출률 피크는 TODW 대비 80.66% 감소하여 탁월한 화재 안전성을 입증했습니다. 또한, 복잡한 열전도 경로와 향상된 계면 저항 덕분에 TSP@Ca의 열전도율은 TODW보다 46.4% 낮아 뛰어난 단열 성능을 보였습니다. 이 에어로젤은 초고강도, 우수한 내화성, 단열성을 겸비하여 친환경 개발 목표에 부합하며, 건축 및 철도 운송 분야에서 광범위한 응용 잠재력을 가집니다.