지금 전 세계는 기후변화 위기에 대처하기 위해 이산화탄소 배출이 많고 제조 에너지 비용이 많이 들어가는 철이나 플라스틱의 대안으로 재생 가능하고 탄소 중립적인 친환경 소재인 목재를 쇠처럼 강하게, 플라스틱처럼 유연하게, 석유처럼 가치 있게 활용하기 위한 연구와 상품화에 몰두하고 있다.

나무(목재) 그대로의 모습으로 쇠처럼 강하게 하거나, 나무(목재)를 액체로 녹여 플라스틱처럼 유연하게 하거나, 나무(목재)를 분자로 분해해서 석유처럼 유용 화학 물질을 분리하는 새로운 기술의 도입이 필요하다. 이런 새로운 첨단 기술을 목재에 접목하여 강하고 유연하고 가치 있는 소재로 새롭게 탄생한 것이 목질 신소재이다. 목질 신소재는 목재 신소재와 목질계 신소재, 그리고 목질성분계 신소재로 분류할 수 있다.

1. 목재 신소재(wood advanced materials)

목재 신소재는 수분에 의한 치수 불안정성, 철에 비해 낮은 강도, 쉽게 타는 연소성이나 잘 썩는 부후성 등 생물기반 고분자인 목재의 성질을 개선하기 위하여 제재목이나 단판(veneer) 등 목재 자체를 주원료로 물리적, 화학적 또는 복합적(물리+ 화학) 방법을 통해 개량(개질, 변형, 수식, modification)한 고성능 소재를 말한다. 치수안정목재, 강철목재(압밀화목재), 불연목 재, 투명목재, 용접목재, 표면처리목재, 휨 가공목재, 화학개질목재, 하이브리드(플 라스틱, 무기물, 금속)목재, 수지처리목재 [Impreg, Compreg, 함침형 WPC(woodpolymer combination)] 등이 여기에 속한다.

2. 목질계 신소재(wood-based advanced materials)

목질계 신소재란 목재칩이나 목분, 목질 섬유 등을 주원료로 하여 약품으로 녹이거나(용액화) 부드럽게 하거나(플라스틱화 또는 가소화) 또는 플라스틱과 함께 혼련(混練, kneading)하여 이용하는 다(多)기능성 소재를 말한다. 예컨대, 액화목재, 열가소화 목재(에스터화, 에터화), 혼련형 목분-플라스틱복합재(WFPC) 등이 여기에 속한다.

3. 목질성분계 신소재(wood component based advanced materials)

목질성분계 신소재는 목재를 구성하고 있는 개별 성분인 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌을 목재로부터 분리하고, 이를 주원료로 하여 석유계 유래 각종 화학물질을 생산하는 바이오리파이너리(biorefinery) 유형의 소재를 말한다. 예컨대 바이오에탄올, 바이오디젤, 자일리톨, 페놀, 바닐린 등이 여기에 속한다.

우리나라는 건축용 제재목이나 합판으로 사용할만한 가치 있는 대경목 자원이 매우 부족하다. 소경목이나 굽은 나무, 잔가지, 톱밥 등을 활용하여 부가가치가 높은 목질 신소재에 대한 지속적인 연구 개발 및 제품화가 필요하다. 우리나라는 값싼 원유를 수입, 첨단 기술로 정제하여 전기를 공급하고 항공기 연료를 생산하며 외국에 판매도 하고 있다. 이와 같이 저급의 국산 목재 자원을 첨단 기술로 개질 가공하여 부가 가치가 높은 목질 신소재 제품으로 창출해 내는 것이 목재 연구와 관련 산업에 종사하는 우리들의 역할이 아닐까 싶다.

최근 국내 산업계에서도 탄소 중립 ESG(환경·사회·지배구조)경영과 SDGs(지속가능한 발전 목표)와 관련해서 목질 신소재에 대한 관심이 높아가고 있다. 목질 신소재 산업의 국내 탄생에 다소나마 도움이 될 수 있기를 기원하면서 일천한 지식으로 많이 부족하지만 한국목재신문사의 윤형운 대표님의 간곡한 요청에 의해 감히 이 글을 시작한다. 본고에서는 몇 회에 걸쳐 전 세계적으로 최근에 연구·개발되고 있거나 상품화된 상기 3계열의 목질 신소재에 대하여 그 제조 원리 및 응용 제품에 대해 소개하고자 한다.