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[국방과학연구소]국내·외적으로 화생방 보호재료 기술은 산업 전반에 걸쳐 커다란 변화를 가져오고 있다. 현재 화생방 보호의는 일차적으로 화생방 물질을 차단하는 외피와 활성탄을 포함한 내피로 구성된다. 이 내피는 폴리우레탄 폼을 사용해 표면이 처리돼 있어 기공성이 저하돼 공기투과도가 낮다. 따라서 보호의를 착용하고 활동할 경우, 체열이 쌓이고, 땀 배출이 어려워 업무 수행 시 내부 온도의 상승으로 인한 열피로를 발생시킬 수 있다. 열피로는 전신의 무기력감, 권태감, 두통, 현기증, 구토 및 쇼크 증상을 수반할 수 있어 전투원의 작전 운용능력 저하의 원인이 된다. 또한, 활성탄은 흡착 능력에 한계가 있으며, 활성탄이 포함된 보호의는 무거운 무게로 인해 착용자에게 피로감을 누적시키고, 낮은 신축성으로 인해 활동성이 떨어져 착용감에서도 제한이 많다.

멀지 않은 시기에 다양한 제한사항을 극복하고, 경량화된 고성능의 화생방 보호재료를 미래 전장으로 도입하기 위한 기술 개발이 꾸준히 진행되고 있으며, 빠른 변화와 혁신을 위해 민간 분야에서 개발된 기술이 국방 분야로 도입되는 움직임이 보이고 있다.

▲ 유해환경 차단 섬유기술, 국내외 기술동향 및 수준은= 유해환경 차단 섬유기술은 기존 섬유 기술에 추가적으로 나노섬유 제조 기술, 내구성 및 기능성 향상을 위한 표면처리 기술, 필터 구조 설계 기술, 기능성 물질을 원사에 혼입하는 기술, 사가공 및 제·편직 기술을 이용한 원단 공극 제어 기술, 도전 섬유 제조 기술 등을 포함한 것이다.

특히 나노 섬유 제조 기술 분야는 가장 치열한 경쟁을 보이는 분야다. 다양한 소재를 적용해 나노섬유를 제조하는 기술과 나노섬유를 이용한 필터 부재를 제조하는 기술을 중심으로 연구개발이 진행되고 있다. 기능성 유기 또는 무기물을 원사에 혼입하는 기술은 황화아연을 첨가한 폴리올레핀 원사 제조기술, 폴리케톤을 적용한 섬유 등에 대한 연구가 이루어지고 있다. 제·편직 기술분야 및 도전섬유 제조는 자가 회복하는 소재를 이용해 다공성 표면을 생성하는 기술로 오염을 방지하는 기술에 대한 연구가 이루어지고 있다.

▲ 화학방호기능 및 경량·통기성이 향상된 섬유 기술의 효과적인 설계= 국방과학연구소(이하 국과연)는 국내·외 기술동향에 발맞춰 고성능의 경량화 된 자가제독 화생방 보호직물 기술 개발을 진행하고 있다. 해당 기술은 화생방 보호재료로써 상온에서 화학작용제를 스스로 제독할 수 있고, 화생방 보호의의 착용성, 통기성 등을 향상할 수 있다.

이를 적용한 화생방 보호의 재료의 내피 형상은 섬유 지지체와 반응성을 갖는 고분자로 구성된다. 고분자는 전기방사를 통해 섬유지지체에 적층될 수 있으며, 이러한 복합다층구조를 통해 화학작용제가 분해된다. 분해되는 과정을 살펴보면 화학작용제는 고분자/섬유 지지체에 흡착 후, 반응성 고분자를 구성하는 카르복실기(-COOH), 아민기(-NH2), 이민기(=NH) 및 수산화기(-OH)를 통해 분해된다. 이러한 과정을 통해 유해화합물을 포함한 화학작용제에 대한 분해 기능이 향상될 수 있다.

▲ 화생방 보호의의 미래= 현재 화생방 보호의는 활성탄의 흡착기능을 이용해 화학작용제를 여과할 수 있도록 설계돼 있으며, 보호시간, 중량감, 부피감, 활동성 및 착용감 등에 대한 개선이 필요하다. 이에 비해 자가제독을 보유한 화생방 보호직물 기술은 활성탄에 의한 단순 흡착 기능을 넘어서 촉매반응에 의한 작용제 분해가 가능하다. 따라서 향후 화생방 보호 섬유/재료로 활용될 경우, 전투원의 기동성 강화와 열피로 감소, 생존성 향상에 기여할 수 있을 것으로 보인다. 더 나아가 유해화학물질 취급 산업 등 민수분야에서 유해가스 보호복 및 장구, 산업용 기능성 섬유에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.