[나노소재]
CNF, 분말제품으로 시장 개척…
화학저널 2023.05.29

 

일본제지, 공업용 Cellenpia 글로벌 공급 … 물류비 90% 감축

 

CNF(Cellulose Nano Fiber)는 분말제품 개발로 공업용과 식품용 채용이 확대되고 있다.
일본제지(Nippon Paper)는 CNF 시장에서 공업용 분말제품을 확충하고 있다. 공업용은 수분산체 CNF를 공급했으나 신형 분말제품은 물로 재분산시키기 쉽고 기존제품과도 동등한 성능을 보유한 것으로 평가된다.
일본제지는 중량이 크게 줄어들었기 때문에 물류비용 감축 효과가 크다는 점을 어필해 난관에 봉착했던 해외 공급에 속도를 낼 계획이며 코팅용 분산제, 수지·고무 보강제품 판매를 확대해 2026년 양산화를 추진하고 있다.
일본제지는 식품·화장품 수요에는 CM(Carboxymethyl)화 CNF, 공업용에는 TEMPO 산화 CNF 수분산체를 공급하는 등 각 분야에 맞춰 여러 종류의 CNF를 생산하고 있다.
특히, TEMPO 산화 분말제품인 Cellenpia TD-02X를 새롭게 개발해 시제품 테스트를 시작했다.
신제품의 섬유 길이는 약 3나노미터로 고형분이 90% 이상을 차지하고 있다.
일본제지 산하 후지(FUJI) 혁신소재 연구소는 통상의 균질기(Homogenizer)만 있으면 수분산체로 쉽게 되돌릴 수 있는 특성을 보유하고 있는 것으로 파악하고 있으며 신제품은 일본제지가 조건 설정을 공유하면 수요기업 사업장에서 쉽게 싱글나노섬유 분산체를 제작할 수 있는 것으로 알려졌다.
TEMPO 산화제품은 세로로 찢어지기 쉬운 특성이 있어 가로세로비가 크고 투명성, 칙소성(Thixotropy) 등 성능에서도 기존 수분산체 CNF와 동등한 것으로 평가되고 있으며, TEMPO 산화제품의 기존 그레이드를 생산하고 있는 미야기현(Miyagi) 소재 이시노마키(Ishinomaki) 공장에서 양산을 계획하고 있다.
TEMPO 산화제품은 싱글나노 크기로 생산해 건조공정에서 뭉쳐버리는 단점이 있어 재분산성을 보장할 수 있는 분말제품을 상업화하기 어려웠으나, 일본제지는 독자 개발한 건조 프로세스를 이용해 뭉치는 문제를 해결했으며 2026년까지 실장·양산 단계로 이행할 계획이다.
코스트 측면에서 수분산체 CNF와 비교하면 제조비용이 약간 상승하고 물류비용은 10% 정도로 줄어드는 것으로 평가되며 물류비용 때문에 현실적으로 수출이 곤란했던 상황에서 글로벌 경쟁력 강화를 기대하고 있다.
세계시장에는 비슷한 셀룰로스(Cellulose) 소재로 유럽·미국기업이 공급하는 CNC(Cellulose Nano Crystal)가 존재하나 CNC는 일반적으로 섬유 길이가 짧고 CNF와는 형태와 특성에 차이가 있으며 싱글나노 크기 CNF를 생산하는 곳은 일본기업밖에 없는 것으로 알려졌다.
일본제지는 잉크·코팅, 타이어 보강 용도를 중심으로 글로벌 채용을 확대할 계획이며 식품첨가물용 신제품도 개발하고 있다.
일본제지는 CNF 쌀 분말 판매를 확대하고 있으며 밀 가격이 급등하면서 쌀 분말로 밀가루를 대체하는 트렌드에 힘입어 식감 개선 효과를 무기로 쌀 분말 CNF가 제과제빵 분야에서 채용이 확대되고 있다.
식품 채용은 2018년 전통과자용 CNF를 시작으로 증가하고 있으며 Cellenpia CS-01을 중심으로 CM화 CNF 분말제품이 급증하고 있다.
일반적으로 빵류를 팽창시키기 위해서는 글루텐이 형성하는 네트워크 구조가 필요하나 쌀빵은 글루텐을 포함하지 않기 때문에 밀 글루텐을 첨가할 필요가 있고, 건강을 중시하는 트렌드에 따라 글루텐 프리화 수요에 대응하기 위한 대체상품으로서 껌·트레할로스(Trehalose), 전분 등 첨가물 이용이 확대되고 있다.
일본은 쌀 공급이 수요보다 큰 현상이 장기간 계속돼 쌀 분말 이용 확대를 위해 농림수산성이 지원책을 펼치고 있고 2022년부터 러시아의 우크라이나 침공에 따라 폭등한 밀 가격도 쌀 분말 CNF 판매 급증 요인으로 부상하고 있다.
일본제지가 생산하는 CM화 CNF는 2022년 처음으로 쌀빵에 채용됐으며 셀룰로스가 보유한 보수성이 빵을 더 촉촉하게 만들어 100% 쌀빵 분야에서 효과적이라는 평가를 받고 있다.
콜로이드의 안정성으로 크림에서 기포가 빠져나가는 등 시간에 따른 변화를 억제할 수 있는 효과가 좋은 평가를 얻어 제과제빵의 형태가 무너지는 것을 방지할 수 있는 용도로도 채용이 확대되고 있다.
기포 형성을 개선할 수 있어 저지방 생크림 등 제로칼로리 분야에서 유용성을 인정받기 시작했으며 식품첨가물 기준으로 CMC나트륨으로 표기돼 일본제지가 폭넓게 전개하고 있는 CMC(Carboxy Methyl Cellulose) 라인인 Sunrose와 같이 취급되고 있다.
식품 채용이 많은 CM화 CNF는 소량첨가·고부가가치화의 핵심 첨가물로 평가받고 있으며 일본제지는 시마네현(Simane) 소재 고쓰(Gotsu) 공장에서 2017년부터 양산화해 현재 30톤의 생산능력을 갖추고 있다.
이시노마키 공장에서 생산하는 TEMPO 산화 CNF 분산체인 Cellenpia TC01A 등은 공업용에서 많이 채용되고 있으며, 소량 첨가하는 스페셜티제품 외에도 수지와 엘라스토머(Elastomer) 보강용 상용화를 서둘러 자동차·가전을 중심으로 공급을 확대할 계획이다. (윤우성 기자)

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