지금까지의 산업혁명에서 핵심은 늘 새로운 시스템과 이를 구축하기 위한 장치가 우선이 됐다. 하지만 이제 시대가 바뀌었다. 아무리 뛰어난 구조와 디자인 그리고 다기능성을 낼 수 있도록 설계가 되더라도 이를 실현하기 위해서는 우수한 소재의 선택이 절대적이다.

황인상 기자 his@

신소재가 세계 시장의 판도를 바꿀 새로운 핵심으로 주목받고 있다. 지금 이 순간에도 여러 국가에서 소재 기술 경쟁력을 확보하기 위해 활발하게 전략을 수립하고 있다. 미국과 일본, 독일 등 소재 연구 역사만 100년이 넘는 강국들 역시 지속적인 신소재 개발 계획을 세우며 R&D 역량을 키우는 중이다.

▲ 서영수 대표

고성능 무기질화 CNF 소재 개발에 성공
(주)두와이즈켐의 행보가 화제다. 최근 주목을 받고 있는 두와이즈켐은 세종대 나노신소재공학과에서 16년간 개발한 기술을 토대로 차별화된 나노소재 분야 기술을 보유한 기술 중심의 벤처기업이다. 지난 2018년 설립이후 두와이즈켐은 강화 플라스틱, 기능성 필름, 화장품 등을 위한 고성능 무기질화 CNF(고분산 기능성 셀룰로스 나노 섬유) 소재개발에 주력해왔다. 전 세계가 주목하고 있는 CNF는 목재펄프를 나노 수준으로 풀어낸 극세 섬유로, 무게는 강철 5분의 1 수준이지만 강도는 5배 이상 강하다. 차세대 차량용 주요 소재 등 고강도 경량 수지 복합제로 활용될 전망이다. 생분해성, 투명성, 기체·수분차단 특성으로 잉크 도료용 증점제, 분산제, 화장품용 천연 증점제, 유화제, 보습제를 비롯해 식품용 포장재 외부공기를 차단하는 투명 배리어 재료 등에 활용 가능하다. 미세필터, 배터리 분리막에 필요한 다공성 시트 등 산업계 전반에 활용 가능한 친환경 미래 신소재다. 그러나 친수성을 가지기 때문에 소수성을 가지는 대부분의 고분자에 복합화하기 어렵고 열에 노출될 경우 색이 변하며 물성이 저하되는 단점이 있다. 이에 두와이즈켐은 표면개질 셀룰로스 나노섬유 제품개발에 성공했다.

셀룰로스 나노섬유 표면을 무기물 또는 유기물로 성질을 바꿔 내열성을 강화했다. 이에 24시간 이상 고온에 방치해도 색이 변하지 않고 재활용해도 물성이 변하지 않을 뿐만 아니라 제조공정에 알콜과 물을 사용해 인체에 무해하고 친환경적이다. 셀룰로스 나노섬유 제품은 자동차 경량화, 색이 있는 가전제품 등에 응용된다. 서영수 (주)두와이즈켐 대표/세종대 나노신소재공학과 교수는 “현재 배터리 분리막에 테스트 중이며, HDPE, PP에 적용, 고분산되며, 필름의 녹는점, 인장강도·탄성률, 저장 탄성률 개선에 효과를 나타냈다”면서 “이 외에도 다양한 분야에 적용하기 위해 준비 중이다. 현재 7개의 국내 특허와 미국, 유럽특허 각 1건씩 등록 중이며 양산설비구축에 힘쓰고 있다”고 설명했다.

고배리어 QD 캡슐 개발에도 가시적인 성과 거둬
최근 두와이즈켐은 고품질 디스플레이 및 스마트팜 조명에 적합한 고배리어 QD(양자점) 캡슐 개발에도 심혈을 기울이고 있는 중이다. 디스플레이를 구성하는 요소는 많이 있지만, 디스플레이의 근원적 속성인 색이나 빛을 내는 구성요소에서 소재의 역할은 무엇보다도 중요한 것으로서, 최근 들어 가장 혁신적인 소재로 퀀텀닷(QD, 양자점)이 크게 주목받고 있다. QD는 무기물 소재로, 자체적으로 빛을 내는 2~10나노미터(nm) 반도체 결정이다. 2010년대 들어 차세대 발광 소재로 주목을 받고 있다. 기존 발광체보다 색 순도 및 광 안전성 등이 높기 때문에 ‘색재현률’ 개선에 유리하다. 색재현률은 디스플레이가 구현할 수 있는 색 범위를 뜻한다. 인간의 눈과 얼마나 가까운지에 대한 도전이다. 빛을 여러 방향으로 균일하게 분산시켜준다. 정면이 아닌 다른 방향에서 디스플레이를 봐도 같은 경험을 할 수 있으며, 시야각을 향상할 수 있다.

하지만 QD는 주변의 수분, 산소, 온도 등 외부 요인에 매우 취약한 단점을 가지기 때문에 안정성을 확보하기 위해서 고가의 배리어 필름을 사용해야만 한다. 이에 두와이즈켐은 이러한 단점을 보완한 QD캡슐화 기술을 통해 고분자 결정판 사이에 QD를 외부로부터 안전하게 보호하며, 열가공 압출공정으로 고부가가치 QD 필름을 높은 생산성으로 제조할 수 있다. 핸들링이 어려운 용액 상태의 QD를 분말화하여 모든 QD 입자가 고르게 분산되어 광효율의 저하가 없다. 또한 QD 외에 다양한 콜로이드 나노입자의 캡슐화도 가능하다. 이처럼 CNF와 QD캡슐 개발 기술의 우수성을 인정받아 두와이즈켐은 기업부설연구소, 현대차 후원 벤처활성화사업, 서울시 기술상용화지원사업, 중기부 구매조건부 신제품개발사업, 산자부 나노융합소재기술개발사업, 경북창조경제혁신센터 창업지원사업, 기업부설연구소 R&D지원사업, 광주창조경제혁신센터 창업지원사업, 서울시 기술상용화지원사업 등에 선정된 바 있다. 서영수 대표는 “친환경 소재는 현대 사회에서 피할 수 없는 부분이자 가장 트렌디한 부분이며 그중에서도 플라스틱은 석유화학 기반으로 유한한 자원인 만큼 대체하기 위한 노력은 필수다”며 “두와이즈켐의 친환경 소재를 통해 2026년까지 50억 매출을 달성하는 것을 1차 목표로 하고 있다. 교원창업을 장려한 만큼 정부의 제도적, 경제적인 지원이 뒷받침된다면 세계 시장에서 더욱 유리한 경쟁력을 가질 수 있을 것”이라고 피력했다. NM