[나노소재]

 

 

새로운 부가가치 소재인 CNF(Cellulose Nano Fiber) 시장이 소재 제안단계에서 수요기업과의 쌍방향 교류 단계로 들어서는 등 진일보하고 있다.
CNF는 수분산체, 수지펠릿, 분체, 성형체 등으로 형태가 다양해지고 있다.
그러나 기술을 지향하는 측면이 강하고 발현할 수 있는 기능이 다양한 점이 오히려 적용대상 결정을 저해하는 요인으로 작용하고 있다.
이에 따라 새로운 단계가 시작된 CNF 시장에서는 고정관념에 얽매이지 않는 자유로운 발상, 공급기업과 수요기업의 긴밀한 제휴가 요구되고 있다.
사업환경이 점차 악화되고 있는 제지기업, 제지약품을 생산하는 정밀화학기업들이 CNF에 높은 기대를 걸고 있다.

 

세밀한 수요기업 니즈 파악 어려워
CNF는 학계 연구에 따라 개발된 소재로 학계에서 TEMPO 촉매산화 CNF 슬러리, 압출혼련에 따른 CNF 수지펠릿이 등장한 이후 관련기업들이 개발을 가속화함으로써 애플리케이션이 다양해지고 지명도 또한 높아지고 있다.
기술적으로는 응집을 방해하는 나노분산이 공통과제로 자리 잡고 있으나 형태가 다양해짐에 따라 적용 가능한 범위 역시 확대되고 있다.
섬유 폭 3-4나노미터의 싱글 사이즈를 실현하는 CNF는 수계에 대한 적용이 용이하나 유계에 대해서는 장벽이 높은 것으로 파악되고 있다.
CNF 수지펠릿은 싱글 사이즈에 비해 섬유 폭이 다소 거친 단점이 있으나 수지 배합으로 새로운 길을 개척하고 있다.
CNF 생산기업들은 개별 분야에서 요구될 것으로 예상되는 편리성을 고려해 건조분말, 성형체 등으로 애플리케이션을 다양화하고 있다.
그러나 어디까지나 공급기업의 발상일 뿐 실제 니즈에 적용하지는 못하고 있다.
CNF 수지펠릿은 자동차부품 경량화를 목표로 하고 있으나 자동차에 채용되기까지 상당시간이 소요될 것으로 예상되고 있어 고정비 낭비가 불가피해지고 있다.
여기에 CNF는 경량화를 실현하는 강도 뿐만 아니라 증점성, 투명성 등 다양한 특성을 발휘할 수 있어 생산기업들이 비즈니스 창출에 높은 기대를 걸고 있으나 CNF 생산기업들은 중간재 및 최종제품에 대한 수요기업의 요구를 제대로 파악하기 어려워 본격적인 비즈니스에 나서지 못하고 있다.
CNF가 실현할 수 있는 것으로 알려진 기능 측면에서는 거의 모든 분야를 커버할 수 있을 것으로 보이나 실제로 채용되거나 채용을 앞두고 있는 사례들은 소재를 눈여겨본 수요기업이 먼저 접근한 것이 대부분인 것으로 알려졌다.
이에 따라 CNF 생산기업들은 수동적인 자세를 취할 수밖에 없는 것으로 파악되고 있다.


협력‧공동개발을 통한 시장 개척 필수적
최근에는 생산기업들이 샘플 공급에 힘을 기울이고 있으며 일정수준 반응을 얻고 있는 것으로 알려졌다.
화장품 분야에서는 증점성, 요변성 등이 높이 평가받고 있다.
그러나 제지기업들은 계면활성제 등 다른 소재와의 상성, 설계 밸런스를 고려한 종합적인 작업에 대해 CNF를 최적화할 수 있는 지식을 보유하지 않아 어려움을 겪고 있다.
이에 따라 오지(Oji Holdings)는 화장품에 대한 지식과 개발기능을 보유한 니꼬케미칼스(Nikko Chemicals)와 공동으로 용도 개발을 추진하고 있다.
수요기업의 제안이나 피드백을 받아 개발에 반영하는 방법은 샘플을 공급해 수요기업에게 일임하는 방법에 비해 에너지 소모량이 많은 단점이 있으나 다른 방법으로는 실용화가 어렵기 때문이다.
최근에는 다이오제지(Daio Paper)와 같이 샘플을 무상화해 용도 개척을 우선시하는 사례도 나타나고 있다.
다이오제지는 인공뼈 보충재료, 레이싱지동차 커나드윙 등 단독으로는 생각할 수 없는 분야에서 연구개발(R&D)을 진행하고 있다.
소재는 애플리케이션이 다양해지면 발현하는 기능, 수요산업, 니즈의 종류 역시 다양해질 수밖에 없어 상품화 및 히트상품 발굴은 보물찾기와 같이 더욱 어려워지는 문제점이 대두되고 있다.
이에 따라 CNF는 최근 접점을 만드는 연구와 접점을 파고드는 꾸준한 활동이 필수적으로 요구되고 있다.

 

NCV 프로젝트에서 컨셉트카 제작
일본은 CNF의 자동차 적용을 확대하기 위해 NCV(Nano Cellulose Vehicle) 프로젝트를 진행하고 있다.
환경성이 진행해온 프로젝트로, 2019년 실행 최종연도를 맞이했으며 최근 컨셉트카로 완성하는데 성공한 것으로 알려졌다.
참여기업들이 시험제작을 통해 각종 성형방법의 적합성을 확인했으며 적용범위가 확대될 것으로 예상되고 있다.
프로젝트를 통해서는 경량화와 충분한 기능 강도 등을 모두 갖춘 부재를 확보했으며 도전적인 과제도 다수 등장한 것으로 알려졌다.
우선, 자동차 내장재 채용이 실현될 가능성이 높은 것으로 파악되며 단계적으로 탑재가 확대될 것으로 예상되고 있다.
NCV 프로젝트는 2019년 10월 전체회의를 가졌고 주관 연구자들이 성과보고를 진행하고 10월24일 진행된 도쿄 모터쇼 전시로 이어졌다.
각종 수지에 CNF를 배합한 부재를 탑재해 차체 중량을 총 1050kg으로 낮춤으로써 동일규격 자동차에 비해 16% 경량화를 실현한 것으로 파악되고 있다.
프로젝트 종료 후 상업화 및 탑재를 위해 자동차기업에게 적극 제안할 방침인 것으로 알려졌다.

자동차 넘어 사회 전반 확산이 목표
모든 대형 부재를 커버하기 위해서는 다양한 성형법에 대한 대응이 반드시 필요하며, 이미 사출성형을 활용한 도어트림과 사출·압축 성형을 활용한 루프패널 등이 상업화를 위한 제안작업에 돌입한 가운데 도전적인 시도도 주목되고 있다.
일부에서는 RTM(주입성형)과 3D 프린팅 등이 필요한 것으로 파악하고 있다.
대표적인 예로 Risho Kogyo가 도전하고 있는 CNF 100% 보닛 후드 아우터는 중량이 3kg으로 철제에 비해 5분의 1 정도로 가벼운 것이 특징이다.
아울러 3D 프린터를 활용한 적층조형으로는 타이어 휠을 시험 제작했으며 나일론(Nylon) 6에 10% 혼연한 적층조형이 가능하게 됐다.
디자인 면에서는 곳곳마다 일본풍 디자인을 반영한 부재가 많았다.
스위치 주변에 금으로 테두리를 두른 전통 장식 마키에(Makie)를 적용했으며 핸들 주변에는 일본도 주변을 두른 매듭을 표방한 장식이 들어갔다.
차체 도장은 Nippon Paint Automotive Coatings이 제공했다. 금속 느낌이 나면서도 부드러운 효과를 억제한 것이 특징으로, 선이 확실한 목공 분위기가 나도록 했다.
앞으로 식물과 화학의 융합이 미래를 개척할 것이라는 서브리더 야노 코지 교토대학 교수의 언급대로 해당 프로젝트는 파리협정에 따른 이산화탄소(CO2) 배출 감축과 탈산소화 등이 주요 테마로 작용했다.
일본은 CNF 환산 연간 8000만톤의 목재를 축적하고 있으며 플래스틱 수요보다 2배나 많기 때문에 자동차 분야 뿐만 아니라 사회 전반에 CNF를 적용하는 것을 목표로 하고 있다.


표, 그래프: <NCV 프로젝트의 주요 부재>

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