경상국립대학교(총장 권진회)는 공과대학 기계공학부 박성제 교수 연구팀(최보겸·배승리 학부생)이 해양 폐기물인 굴 패각을 함유한 폴리락타이드(PLA, Polylactic Acid) 복합소재를 적층 제조(Additive Manufacturing) 방식으로 제작해 반복적인 열충격 환경에서도 치수 변화 4% 이하, 인장강도 감소 최대 5.7% 이내의 우수한 내구성을 유지한다는 사실을 실험으로 확인했다고 밝혔다.

굴 패각 폐기물은 대부분 매립되거나 방치되어 환경 문제를 유발해 왔다. 이러한 폐자원을 고부가가치 소재로 재활용하는 기술은 탄소 저감과 순환경제 실현을 위한 중요한 연구 분야로 주목받고 있다. 특히 적층 제조는 재료를 한 층씩 쌓아 원하는 형상을 제작하는 제조 기술로, 다양한 천연 및 재활용 소재를 활용한 친환경 복합소재 제작이 가능해 폐기물을 고부가가치 기능성 소재로 전환할 수 있다는 장점이 있다. 이에 연구팀은 대표적인 해양 폐기물인 굴 패각이 함유된 PLA 복합소재가 반복적인 열충격 환경에서도 안정적으로 사용될 수 있는지를 평가함으로써 폐자원의 고부가가치 활용 가능성과 업사이클링(Upcycling, 폐기물을 새로운 기능과 높은 부가가치를 가진 제품·소재로 재탄생시키는 기술) 기반 적층 제조 소재의 실용성을 검증하고자 했다.
 
연구팀은 굴 패각이 함유된 PLA 복합소재를 적층 제조로 제작한 뒤, –30℃와 85℃를 오가는 열충격(Thermal Shock, 고온과 저온을 반복적으로 오가는 환경에 재료를 노출해 내구성과 신뢰성을 평가하는 시험 방법) 시험을 100회 반복 수행해 치수 안정성, 기계적 특성, 파단면 및 열적 특성을 종합적으로 분석했다. 그 결과 반복적인 열충격 이후에도 시편의 치수 변화는 4% 이하, 인장강도 감소는 최대 5.7% 이내로 나타나 우수한 열충격 내구성을 유지하는 것으로 확인됐다. 연구팀은 또한 파단면 관찰과 열분석을 통해 열충격에 따른 재료의 특성 변화 메커니즘을 규명했다. 기존에는 엔지니어링 플라스틱을 대상으로 열충격 특성을 평가한 연구가 대부분이었던 것과 달리, 이번 연구는 해양 폐기물인 굴 패각이 함유된 친환경 PLA 복합소재의 열충격 내구성을 규명했다는 점에서 차별성을 가진다. 이번 연구 결과는 업사이클링 기반 친환경 소재의 극한 환경 적용 가능성을 제시함으로써 지속가능한 적층 제조 소재 개발의 기반을 마련했다는 점에서 의미가 있다.

그 결과는 「Thermal shock durability of material extrusion-fabricated oyster shell-filled PLA for applications in extreme environments」(제1저자 최보겸)라는 제목으로 지난 8월 2일(일) 국제학술지 《Polymer Testing》(MATERIALS SCIENCE, CHARACTERIZATION & TESTING 분야 JCR 상위 5%, 2025)에 게재됐다.

연구에 참여한 최보겸 학생은 "이번 연구를 통해 적층 제조로 제작한 친환경 굴 패각 복합소재가 극한 온도 환경에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있다는 점을 확인하며 적층 제조 기술의 활용 가능성을 더욱 깊이 이해할 수 있었다"라며 "버려지는 굴 패각이 연구를 통해 새로운 적층 제조 소재로 재탄생하는 과정을 직접 경험하면서 친환경 소재 연구의 가치와 보람을 크게 느꼈다"라고 말했다. 이어 "이번 연구 결과가 관련 분야 JCR 상위 5% 국제학술지인 Polymer Testing에 게재되어 매우 기쁘고 뜻깊게 생각한다"라며 "앞으로도 산업 현장에서 활용될 수 있는 적층 제조 및 친환경 소재 연구를 꾸준히 이어가고 싶다"라고 밝혔다.

배승리 학생은 "버려지는 굴 패각이 적층 제조 소재로 활용되는 과정을 통해 폐자원도 연구를 거쳐 가치 있는 소재로 다시 태어날 수 있다는 점에서 큰 보람을 느꼈다"라며 "그동안의 노력과 연구 성과를 인정받은 것 같아 기쁘고 뜻깊었다"라고 소감을 전했다.

연구를 지도한 박성제 교수는 향후 계획과 관련해 "사막의 모래, 달과 화성의 레골리스, 광물 등 현지에서 확보 가능한 천연자원을 활용한 적층 제조 소재 개발로 연구를 확장할 계획"이라며 "이를 통해 우주 탐사와 극한 환경에서 필요한 부품을 현장에서 직접 제작하는 현지자원활용(ISRU, In-Situ Resource Utilization) 기술 발전에도 기여하고 싶다"라고 말했다.

이번 연구 결과는 「Thermal shock durability of material extrusion-fabricated oyster shell-filled PLA for applications in extreme environments」라는 제목으로 2026년 8월 2일 국제학술지 《Polymer Testing》에 게재됐다. 제1저자는 최보겸 학생, 공동저자는 배승리 학생이며, 박성제 교수가 교신저자로 참여했다. 《Polymer Testing》은 2025년 기준 MATERIALS SCIENCE, CHARACTERIZATION & TESTING 분야 JCR 상위 5% 학술지다.