나노테크놀러지를 통한 섬유혁명, 나노섬유
월간섬유 06.10.

 

 

미래 섬유산업의 핵심 키워드로 떠오른 나노섬유는 기술 개발에 이어 상용화의 단계에 접어들었다. 응용제품이 상용화될 경우 60조원에 달하는 거대시장을 형성할 것으로 전망되고 있다. 세계 5대 나노강국을 목표로 전진하고 있는 한국의 나노섬유시장을 총점검했다.
■글/안은영 기자

2010년 7월까지 세계 5대 나노강국을 목표로 차세대 신기술개발 사업을 시작한 이후 6년째에 접어들었다. 그 사이에 한국의 나노섬유 기술은 세계적 수준으로 인정받고 있다.
한양대 교수진으로 구성된 엔피텍은 은나노 미립자의 대량 생산기술에 관한 특허를 2003년 한국과 미국에서 획득했다. 나노테크닉스는 듀폰에 일부 기술의 라이선스를 인가하긴 했지만, 전기방사에 의한 나노섬유 양산의 원천기술을 보유하고 있다. 또 극세사 전문사 은성코퍼레이션은 충북 음성에 나노급 필터의 원소재인 나노섬유를 대량생산 할 수 있는 시설을 준공해 주목받고 있다.
이처럼 국내 업체들이 나노섬유 시장이 확대되기 위한 선결 과제인 양산 기술 개발에 성공하면서 한국의 나노섬유산업은 기술개발에 있어서만큼은 세계 시장에서 선두를 달리고 있다.

 

항균제품 일색에서 다양한 기능성으로
가장 먼저 시장형성에 성공한 것은 은나노 미립자를 대량생산하는 기술로 엔피텍, 나노티엔씨, 바이오플러스 등 은나노 미립자 양산 기술 개발에 성공한 업체는 약 5~6개이다. 이들 업체가 개발한 은나노 물질을 사용해 형성된 국내 은나노 시장의 규모는 원사나 원단, 섬유제품 등의 완제품 가격을 기준으로 했을 때 지난해만 약 500억~600억원대로 추산됐다.
은나노 시장은 나노기술이 은 소재에 적용되기 시작한 2001년부터 형성되기 시작해 2003년 이후에는 기능성시장을 이끌고 있다.
은나노 입자의 대량생산 기술을 확보하고 있는 엔피텍의 정성훈 교수는 “높은 항균력과 전기전도도 등 기능이 이미 입증되어 있던 은은 시장 확보의 측면에서 가장 안정적인 물질이었다”고 은 입자에 나노기술을 적용한 배경을 설명했다.
은을 나노화한 물질들이 개발되자 효성, 새한, 코오롱 등 화섬 대기업들은 앞다투어 은나노 시장에 뛰어들었다. 은나노 물질을 흡착한 원사나 원단의 항균성을 내세워 대부분 천연섬유가 사용되고 있던 내의류나 유아동복 시장을 공략하기 시작했다. 현재는 모방업계나 면방업계까지 기능성 은나노 시장에 진출해 있는 상태다.
내수 브랜드사나 수출사 등 완제품 업체들이 은나노 물질이 응용된 소재들을 사용하면서 내의나 티셔츠 등의 일부 아이템에 한정돼 있던 은나노 시장은 정장의 안감, 점퍼, 패딩 등 외의류, 스포츠웨어나 아웃도어, 양말, 침구류 등으로 그 범위가 확대되고 있다.

나노기술 적용된 발수가공제·광촉매
최근에는 항균 이외의 기능성시장에서도 나노기술이 응용되기 시작했다. 섬유업계가 먼저 눈을 돌린 것은 의류의 발수, 발유, 방오 기능 등이다.
일반적으로 기능성 가공제에는 나노단위보다 큰 마이크론 단위의 입자들이 사용되어 오고 있다. 그러나 이러한 마이크론 단위의 발수·발유제 처리는 평균 30㎚정도의 입자가 섬유의 통기성이나 촉감을 떨어뜨렸고, 또 단순히 표면에 부착되어 있었기 때문에 내구성에도 문제가 있었다.
최근에는 방오, 발수, 발유, 자외선 차단, 주름방지 등의 기능을 가지는 나노물질이나 나노 가공제를 처리하는 기술로 개발된 새한의 ‘나노필’, 코오롱의 ‘나노 유브이 쿨’, 아즈텍WB의 발수발유 가공 원단, 쉘러의 ‘나노 스피어’ 등이 제품으로 출시되고 있다.
“나노 기술의 핵심은 나노 사이즈를 사용함으로써 섬유 본래의 기능을 해치지 않으면서 특정한 기능을 발휘하고, 영구 결합을 통해 내구성을 개선하는 데 있다.” 아즈텍WB의 박상운 상무는 나노기술이 기능성소재의 제조에 활용되는 이유를 이렇게 설명했다.
그러나 현재 국내 업체 중에서 나노화된 발수 가공제 자체를 생산하는 업체는 전무한 것이 사실이다. 화섬, 모방 등 각각 1~2개 정도의 소수 업체만이 미국 나노텍스사의 나노 물질을 공급받아 원사나 원단을 만들고 있다. 나노입자를 섬유에 적용하는 나노가공처리방법은 일본 도레이사나 니케이사가 확립한 나노 기술을 사용하고 있는 것으로 알려진다.
한편, 나노기술은 발수, 방오 가공제 외에도 친수성과 오염방지, 대기 정화 능력이 뛰어난 광촉매나 후가공제에도 적용되고 있다. 새집증후군을 방지하는 광촉매 시공이 일반화된 건축분야에 이어 섬유업계도 빛과 반응해 다른 유기물의 화학반응을 촉진함으로써 다양한 복합기능을 발휘할 수 있는 광촉매를 주목하고 있다. 광촉매는 자외선에 의해 저절로 발색되거나 살균작용으로 냄새를 분해하고 얼룩을 없애기도 하는 물질이다. 세탁이나 드라이클리닝 횟수를 획기적으로 줄일 수 있기 때문에 의류나 침구 등 섬유제품에 적용될 경우 이른바 세탁이 필요없는 ‘섬유 혁명’을 달성할 잠재력이 매우 큰 분야이다.
이런 이유로 한국보다 한발 앞서 정부차원의 개발을 진행중인 미국이나 홍콩 등에서도 초흡수성을 갖는 광촉매 등을 사용한 셀프클리닝 의류 개발이 다각적으로 진행 중이다.

interview

한양대 섬유공학과 / 엔피텍 정성훈 교수 “모든 제품에 항균방취기능 일반화될 것” 부직포, 섬유제품 등을 합산한 지난해 국내 (은)나노시장의 규모는 완제품 가격을 기준으로 약 500억원으로 추산된다. 전체 섬유시장을 약 20조원으로 봤을 때 이는 0.0025%로 1%에도 못미치는 작은 수치이다. 그러나 2006년은 지난해보다 6배 이상 확대된 3,000억원~4,000억원대 시장이 형성될 것으로 보인다. 은나노 물질을 응용 가공한 항균섬유시장이 내의류, 티셔츠, 양복이나 블라우스 안감은 물론 패딩 등 외의류, 양말, 침구류, 부직포 등 어패럴과 산업 용도에 급속도로 확산되고 있다. 또한 건강과 환경에 대한 관심도 꾸준히 높아지고 있기 때문에 향후 은 나노 물질 등을 이용한 항균방취기능이 거의 모든 섬유제품에 적용될 것이다. 항균기능 외의 다양한 기능성 소재에도 나노기술이 다각적으로 응용될 전망이다. 이산화티타늄(TiO2)의 초흡수성을 이용해 기름성분에 의한 오염을 방지하는 방오 기술, 체온을 유지하는 온도감응섬유(PCM) 등 새로운 기능성 물질을 개발하는 데 있어 섬유의 최대 물성인 터치감를 유지하기 위해서는 물질의 나노화가 가장 효과적이다. 향이 든 물질을 마이크로 캡슐화한 향균섬유 경우도 나노캡슐화한다면 방향기능을 오래 유지하는 동시에 촉감도 크게 개선할 수 있다. 나노기술을 적용한 특정 기능의 후가공제나 광촉매가 속속 출시되고 있다. 이처럼 나노섬유는 다양한 기술 개발과 응용으로 은 나노 섬유제품 외에도 부직포 등 초고기능성 필터나 인조피부 등 산업용도와 의료용으로도 적용 범위를 넓혀가고 있다.

산업 및 의료용 나노시장 열린다
은나노나 광촉매와 같은 나노 단위의 물질을 활용하는 것 외에, 섬유를 나노화한 나노섬유는 아직 상용화된 예가 없음에도 불구하고 향후 시장 전망은 밝은 편이다.
현재까지 나노테크닉스나 파인테크놀러지 등이 전기방사에 의한 나노섬유 양산 기술을 개발했다. 하지만 전량 수출에 그치는 등 국내 나노섬유시장은 아직도 미미한 수준에 머물고 있다. 그러나 관련업계 전문가들은 “나노섬유 제조 기술이 축적되고 용도 개발에 대한 연구가 꾸준히 진행됨에 따라 나노섬유의 상용화도 머지않아 가시화 될 것”이라고 전망하고 있다.
부직포 전문업체 동화바이텍스 김정근 상무는 “필터 소재는 일반 산업용 필터, 해수를 담수화하는 분리막, 반도체에 응용되는 고성능의 울파나 헤파급 필터 등 산업용 나노섬유 중 최대의 시장으로 성장 할 것”이라고 말했다.
업계에서는 나노섬유가 상용화될 경우 국내 산업용 섬유의 절반을 차지하고 있는 부직포 분야가 가장 큰 시장을 형성할 것이라는 의견이 높다. 이미 나노섬유를 부직포 형태로 만든 후 필터를 만드는 기술 개발은 활발히 진행되고 있다.
대표적인 부직포 업체로 와이퍼와 청소용 도구를 개발해 온 은성코퍼레이션은 최근 멜트블로운 방식에 의한 나노급 필터 양산 시설을 준공했다. 올해부터 연간 500t 이상의 생산을 시작하고 하반기에는 100㎚ 크기의 입자를 99.999% 여과하는 울파 필터 완제품 생산 시설도 도입할 계획이다. 은성코퍼레이션은 “2007년부터는 2차 전지 격리막이나 인조피부 등의 응용제품도 시험 생산할 것”이라고 밝혔다.
전기방사와 멜트블로운 방식을 결합해 좀더 가늘고 균일한 나노섬유를 제조하는 원천 기술을 확보한 나노테크닉스, 나노섬유 웹을 이용한 헤파급 필터 제조에 성공한 삼신크리에이션, 전기방사에 의한 나노웹 제조를 상용화한 파인텍스테크놀로지 등의 업체들도 나노기술을 적용한 부직포로 필터 소재를 개발하고 있다.
메디컬 분야에서도 나노기술이 적용된 나노섬유가 응용되고 있다. 미국 등 선진국에서는 단백질 나노섬유, 생체 분해성 고분자를 이용한 나노섬유기술을 이용한 첨단 의료소재에 대한 연구가 활기를 띄고 있다. 국내의 경우 서울대 치대 교수진의 벤처기업인 나이벡이 키토산 나노섬유, 치과용 차폐막 실크 피브로인 등의 임상을 끝내고 제품화를 앞두고 있다.
“의료용 소재는 식약청 허가를 받거나 임상 실험을 의무화하고 있어 산업용 섬유에 비해 개발이 더딘 편이다. 그럼에도 불구하고 붕대, 삽입물, 보철물 등에서 인조피부나 인조 뼈 등 나노섬유가 응용될 고부가 의료용 기능성시장은 개발의 여지가 상당히 큰 분야이다.”
충남대 박용호 교수는 바이오 기술과 나노기술을 접목한 생체의료용 나노섬유가 곧 상용화 될 것이라고 전망했다.

본래 기능 유지하며 신기술 접목돼야
나노기술은 분자단위를 다루는 원천기술로, 완제품을 상용화하는 과정에서 해결해야할 과제들이 적지 않다.
현재까지 가장 높은 비중을 차지하는 섬유제품의 경우에는 섬유 본연의 장점을 유지하는 것이 가장 중요하다. 따라서 나노입자와 섬유간의 색상 발현 메커니즘을 이해함으로써 별도의 염색 공정에 대한 연구가 병행돼야 한다. 완제품의 퀄리티를 높이기 위한 봉제기술도 개발돼야 할 것으로 지적되고 있다.
산업용이나 의료용 나노섬유 개발에는 개별 업체의 기술 개발 노력뿐만 아니라 정부의 지원도 뒷받침 돼야 한다. 시장성이 보장되어 있지 않은 분야인만큼 초기 투자에 위험부담이 크기 때문이다. 또한 응용 제품을 개발한 이후에 뒤따르는 각 아이템별 제조공정과 설비 개발, 양산 등에 드는 막대한 비용 역시 업체들이 쉽게 나노섬유 개발에 뛰어들지 못하는 이유가 되고 있다.
섬유업계는 나노섬유가 섬유산업이 첨단산업으로 도약하기 위한 핵심 소재라는 것에는 의견을 모으고 있다. 한국섬유산업연합회가 지난해 발표한 자료에 따르면 나노섬유가 기술 개발에 이어 응용 제품까지 상용화됐을 경우 세계 시장규모는 2012년을 기준으로 약 40조원에서 많게는 60조원에 달할 것으로 전망됐다.
시장성에 대한 우려에도 불구하고 국내 나노섬유시장은 은나노, 필터, 전기방사에 의한 나노섬유 제조 등 핵심기술을 개발하는 등 기술 수준에 있어서만큼은 이미 세계시장에서도 선두그룹에 속해 있다. 초기단계에 머물러 있는 나노섬유의 응용제품 상용화를 서두른다면 한국 나노섬유의 미래는 밝다는게 중론이다. 기업들의 용도개발, 응용제품의 대량생산 기술 개발, 시장 가격 조절을 통한 생산성 확보의 노력과 함께 학계의 연구지원, 정부의 자금지원이 병행된다면, 나노제품을 상용화하는 데에서도 경쟁국을 앞서 나갈 수 있다는 의견이 높다. 세계 5대 나노강국을 실현할 수 있다는 것이다.
“나노섬유는 산업용, 의류용, 의료용, 국방용 등 활용범위가 무한함에도 불구하고 아직까지 세계시장에서도 경쟁자가 없는 상황이다. 독자적인 기술 개발로 대량생산을 통한 생산성을 확보할 수 있는 업체라면 시장성은 우려할 필요가 없다.”
나노섬유를 개발해 일본이나 미국 등 선진국을 공략중인 나노테크닉스 김용민 사장은 세계시장을 선점하기 위한 기술력에 대해 자신했다.