국립산림과학원 환경소재공학과 이선영 박사
 셀룰로오스(cellulose)는 바이오매스로부터 얻을 수 있는 재생가능하고 가장 풍부한 고분자 물질중의 하나이며 거의 모든 식물의 화학조성분 가운데 40~50% 정도를 차지하고 있다. 또한 우수한 기계적 성질, 낮은 밀도 및 생분해성 등의 장점들 때문에 전세계적으로 많은 관심들이 집중되고 있다.

식물로부터 1~100 나노미터 크기의 나노셀룰로오스를 분리하기 위한 연구가 활발하다. 직경 100㎚ 이하의 나노셀룰로오스는 호모지나이징과 같은 기계적 방법을 이용하여 셀룰로오스로부터 분리될 수 있다. 이러한 나노셀룰로오스는 우수한 강도와 열적 안정성 면에서 우수한 면을 보이기 때문에 고분자의 보강재료로 널리 이용되고 있다.

단일 고분자 매트릭스에 여러 종류의 다른 보강재를 혼합해 제조한 소재를 복합재료라 일컫는다. 현재 셀룰로오스 나노섬유를 보강시킨 고분자 복합재료에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 일본 연구진에 의해서 셀룰로오스 나노섬유와 키틴 나노섬유를 보강시켜 제조한 투명한 나노복합재가 개발됐는데, 높은 유연성과 낮은 열팽창성의 복합재가 디스플레이 같은 미래의 전자재료에 이용가능하다고 보고하였다.
또한 나노섬유들 사이의 강한 수소결합과 3차원 웹(web)을 형성함으로써 금, 아연, 알루미늄 및 주석과 같은 비철금속보다 높은 인장강도의 수퍼 나노종이를 제조할 수 있다.

또한, 리튬이온전지용 분리막에 셀룰로오스 나노종이를 이용하는 연구를 국내에서 수행하고 있는데, 기존의 다공성 폴레에틸렌과 폴리프로펠렌 분리막이 탑재된 리튬이온전지와 비교했을 때 동등한 전지적 특성을 보였다. 이로써, 미국이나 일본으로부터 전량 수입하고 있는 다공성 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 분리막은 리튬이온전지 제조단가의 약 20%를 차지할 정도로 고가이므로, 향후 이 연구가 산업화에 성공하면 리튬이온전지의 가격경쟁력이 높아질 것으로 예상하고 있다.

미국, 일본, 스웨덴과 같은 여러 나라에서 포장재료, 자동차재료, 전기·전자재료, 건축재료, 멤브레인재료, 첨단섬유재료 및 의공학재료 등에 나노셀룰로오스를 이용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

나노셀룰로오스 제조공정과 처리조건의 최적화, 처리조건에 따른 강도 변화 분석, 기술 경제성 분석, 대량 생산시스템 구축 등 보다 구체적인 산업화 작업이 이루어지게 되면 나노셀룰로오스의 응용분야는 저탄소·녹색성장의 글로벌 스탠다드에 가장 부합되는 녹색산업으로 발전될 것으로 기대하고 있다.

그러나 우리나라의 임산공학 분야는 아직 나노 기술에 대한 경험이 적은 태동기 상태이다. 앞으로 인력확보, 중·장기적 대형 연구비 확충, 첨단실험장비의 보완이 절실히 요구되고, 임산공학 분야에 접목할 수 있는 기초분야 연구 수행이 시급하다.
 

저작권자 © 한국목재신문 무단전재 및 재배포 금지