▲ 꿈의 소재로 불리는 나노 셀룰로스가 소수성을 강화하는 국내연구진의 성과 등 다양한 가공 기술의 발달에 의해 더욱 강하고 단단해지고 있다(2024 나노코리아 전경).

꿈의 소재로 불리는 나노 셀룰로스가 다양한 가공 기술의 발달에 의해 더욱 강하고 단단해지고 있다. 과학기술연합대 학원대학교(UST)는 한국화학 연구원 스쿨 신지호 교수와 한국과학기술원(KAIST) 박윤수 교수 공동 연구팀이 나노 셀룰 로스의 강도를 획기적으로 높일 수 있는 기술을 개발했다고 지난달 밝혔다.

나노 셀룰로스는 철보다 강도가 5배 높고 생분해가 가능해 플라스틱을 대체할 친환경 소재로 주목받고 있다. 하지만 물에 쉽게 분산되는 특성으로 인해 플라스틱이나 고무 등 소수성(물을 배척하는 성질) 소재로 활용하는 데 어려움이 있었다. 국내 연구진이 이런 단점을 극복한 것이다.

연구팀은 계면활성제 없이도 섞이지 않는 두 액체 사이에 안정적인 액성 혼합물 상태를 유지할 수 있도록 하는 ‘피커링 에멀전’(Pickering emulsions) 기법을 활용, 강한 소수성을 갖는 테트라드시닐 무수물 (TDSA)을 나노 셀룰로스에 도포했다. 이어 열가소성 탄성체 (고무의 탄성과 열가소성 플라스틱의 가공성을 동시에 갖는 고분자 소재)와 섞어 나노 복합 탄성체를 제조했다. 도포된 나노 셀룰로스는 처리 전에 비해 물방울과 표면이 접촉하는 각도(접촉각)가 34도에서 90도로 소수성이 크게 증가한 것으로 나타났다.

물방울 측면과 바닥 표면이 접촉하는 각도가 30도 이하면 친수성, 90도보다 크면 소수성을 띤다고 본다. 나노 셀룰로스에 열가소성 탄성체를 첨가한 나노 복합탄성체는 기계적 물성 평가에서 기존 탄성체의 인장 강도(끊어질 때까지 잡아당 기는 힘)를 유지하면서도 저장 탄성률이 14배나 향상된 것으로 나타났다.

저장탄성률은 물체가 변형후 원래 형태로 돌아가려는 에너지로, 저장탄성률이 높을 수록 재료가 단단하고 강성이 높음을 의미한다. 재료 변형에 저항하는 능력인 영률도 4배 향상된 것으로 나타났다.

친환경 첨단소재..꾸준한 성장

나노 셀룰로스는 머리카락 10만분의 1 굵기에 불과할 정도로 얇으면서도 방탄 재료 케블라 섬유와 비슷한 높은 강도를 지닌다. 3차원(3D) 그물망 구조로 돼 있어 분산 및 열 안정성, 점도 조절성, 친수성 등의 특성이 있다. 강철보다 단단하면서 동시에 외부 작용에 따라 변화가 자유로운 셈이다.

자연에서 생분해가 가능한 친환경 첨단소재로 미용, 의료, 스포츠 등 다양한 분야에서 주목받고 있다. 산업계에 따르면 세계 나노셀룰로오스 시장은 오는 2030년까지 연평균 19% 성장할 전망이다. 오는 2025년 2조5000억원(3만t), 2030년 6조 원(7만6000t) 규모로 크게 확대될 것으로 전망하고 있다.

나라별로는 전통적인 소재 강국 일본이 나노셀룰로오스 제조기술 면에서 다소 앞서 있다는 평가다. 유럽에서는 목재 강국 핀란드에서 연구가 활발하다. 제지사 UPM은 나노셀룰로오스를 활용해 상처 치유 효과를 향상시킨 습윤밴드를 내놨다.

한국에서는 제지업체 한솔제지와 무림P&P를 비롯한 10여개 기업이 상용화에 힘을 쏟고 있다. 한솔제지는 앞서 무광 폴리우레탄 코팅제 제조업체와 협업해 자동차 내장재 및 가구에 적용한 데 이어 2차전지, 화장품, 자동차 소재 등에서 새로운 사업 기회를 모색하고 있다.

무림P&P는 최근 화장품 업체와 공동으로 나노셀룰로오스를 화장품 원료로 쓴 친환경 제품 개발에 들어갔다. 씨엔엔티는 나노셀룰로오스를 활용한 박막 스피커를 제조해 스마트폰에 적용한 바가 있다.

한편 제지업계의 쌍두마차가 브랜드 인지도 제고를 통해 소비자들과의 접점을 높이고 제품의 충성도를 상승시키며 우수인재 유치에도 나서고 있다.

특히 이들 제지업체들은 기업 간 거래가 주요 매출원임에도 불구하고 다양한 체험 활동 등을 통해 일반 소비자와의 접점을 넓히고 있다.

이는 최근 젊은 층을 대상으로 한 설문조사에서 제지 브랜드 명을 아는 답변자가 20%도 되지 않은 것으로 나타나면서 브랜드 인지도가 심각하다는데 인식을 같이한 것으로 관측 된다. 한솔제지와 무림 등은 그동안 ESG경영과 친환경 제품 생산 등을 통해 꾸준하게 순환 경제를 주도했지만 정작 소비 자들은 이를 모르고 있다는 것이다.

특히 젊은층은 SNS와 인터넷, 커뮤니티 등을 통해서 입소문이 빠르고 이는 곧 해당기업과 제품 호감도에 큰 영향을 끼친다.