현대에는 폐플라스틱으로 인한 해양 생태계 파괴 등의 환경오염 이슈가 계속되고 있다. 미세 플라스틱의 역습으로 미국 정부의 친환경 정책이 시행되는 등 전 세계적인 탈(脫) 플라스틱 흐름이 가속화되고 있다.

그중 최근 친환경 소재로 급부상 중인 셀룰로스 나노섬유 CNF는 기존의 탄소섬유, 유리섬유 등을 대체할 수 있다는 장점으로 많은 주목을 받고 있다. 그러나 고분자 복합 소재 적용 시 다수의 문제가 발생하는 한계점을 보이면서 상용화까지 더욱 시간이 걸릴 것으로 예상되었다.

이에 두와이즈켐은 기존 CNF가 가진 분산, 변색, 재활용에서의 한계점을 무기질화 셀룰로스 나노섬유(mCNF) 개발을 통해 개선하였으며, 차세대 플라스틱 보강재를 공급해 상용화에도 박차를 가하고 있다고 한다. 두와이즈켐 서영수 대표와 만나 이야기를 들어보았다.

기업 소개 부탁드린다.

전 세계적으로 플라스틱은 9%밖에 재활용 되고 있지 않아 환경오염의 주범으로 다양한 사회적 문제를 일으키고 있다. 이에 자사는 매년 증가하고 있는 플라스틱 폐기량에 대해 고민하며 플라스틱을 효율적으로 줄이고자 재활용이 가능한 형태의 나노 소재를 생산하고자 했다. 셀룰로스는 플라스틱 내부에 주입하여 플라스틱의 강도를 보강한다는 점에서 플라스틱의 양을 획기적으로 줄일 수 있기 때문이다.

16년간 축적되어온 R&D 역량을 바탕으로 CNF 셀룰로스 나노섬유의 고분산화, 무기질화에 관한 원천 기술을 확보하게 되었다. 이는 마이크로 직경 셀룰로스에도 가능하다는 점에서 무한한 발전 가능성을 보여주고 있으며, 한국과 미국, 유럽에서도 특허를 취득하여 고유의 지식재산권을 보유하고 있다.

이처럼 독자적인 분산기술을 보유함으로서 전 세계적인 환경 관련 이슈를 해결하고자 하고 있다. 또한, 당사의 연구원은 대부분 석사 학위를 보유하고 있으며, 세종대학교의 석박사 과정 학생들과의 공동연구를 통해 심도 있고 독창적인 연구개발 활동에 적극 참여하고 있다. 학생의 경우 절반 이상이 셀룰로스 연구에 몰입하고 있으며, 직원들이 소재개발을 하는 방식으로 운영해나가고 있다.

주요 사업에 대해 자세히 소개하자면

두와이즈켐은 셀룰로스 나노섬유 CNF가 건조할 때 발생하는 모세관현상으로 인한 응집현상과 고분자와 복합 시 분산이 어려운 점, 그리고 고온 공정 중 발생하는 열산화로 인해 변색되어 적용분야가 한정적이라는 점에 주목했다.

전 세계적으로도 해당 이슈에 대한 연구를 활발하게 진행하고 있으며, 두와이즈켐은 이러한 문제점들을 해결하기 위해 CNF 표면을 무기질화함으로써 CNF 끼리 접촉 면적을 최소화하고, 고온에서의 열 산화를 억제하여 응집과 변색문제를 동시에 해결하였다. 또한, 표면 소수화 공정을 통해 고분자 복합 시 고분산이 가능하며 이로 인해 자동차 내장재, 가전제품 등 플라스틱이 사용되는 모든 분야에 활용될 수 있으며, 화장품, 바이오 소재 등 다양한 산업 분야에도 응용할 수 있는 솔루션을 제공하고 있습니다.

이와 함께 고품질 디스플레이 및 스마트 팜 조명에 대한 적합한 고베리어 QD(양자점) 캡슐개발에도 힘쓰고 있다. QD는 반도체 나노 결정을 의미하며, QD 조성과 크기 및 모양에 의해 광전자적 특성이 정해진다. 이때, 5-6nm 정도의 큰 QD는 빨강과 주황등의 장파장을 만들어내며, 2-3nm의 작은 QD는 파랑과 초록의 단파장을 만들어 낸다. QD 디스플레이는 청색 LED 광원을 활용하며 LED가 QD 필름을 거쳐 정확한 빛의 RGB로 변환되게 한다. 자연색을 그대로 구현할 수 있다는 점과 OLED보다 높은 퀄리티의 재현성을 보이고 있다.

일반적으로 QD는 주변 수분, 온도, 산소 등의 외적 요인에 매우 취약하다는 단점을 가지고 있어 외적 요인으로부터 QD를 보호하기 위한 고가의 배리어 필름을 사용해야 하는 문제가 있었다. 이 부분에 대해서도 자사는 QD캡슐화 기술을 도입하여 고분자 결정판 사이의 QD를 외부로부터 안전하게 보호하여 열가공 압출공정으로 고부가치 QD 필름을 높은 생산성으로 제조 할 수 있었다. 핸들링이 어려운 용액상태의 QD는 분말화하여 모든 QD 입자를 고르게 분산시킴으로서, 광효율의 저하를 없애고 QD외의 다양한 콜로이드 나노입자의 캡슐화를 도입하여 실용성을 높이고 있다.

앞으로의 목표가 있다면

두와이즈켐은 자사가 가진 다양한 지식재산권을 바탕으로 글로벌 경쟁력을 더욱 강화해나갈 예정이다. 셀룰로스 나노섬유 (CNF) 뿐만 아니라 마이크로 직경을 가지는 CMF에도 적용이 가능한 이 기술은 플라스틱 분야 외에도 화장품 등 다양한 분야와 협업 중에 있으며, 현재 시제품 테스트를 진행 중이다. 두와이즈켐은 현재 파일롯 스케일로 무기질화 셀룰로스 나노섬유 (mCNF)를 제공하고 있지만, 곧 양산 단계에 진입하여 경쟁력 있는 가격으로 수요처에 안정적인 공급을 할 수 있도록 노력하고 있다.

최근에는 친환경 탄소분산액에 대한 개발이 완료되어 양산 단계 수준까지 도달하였으며, 앞으로도 학교에서 만든 참신한 기술을 바로 제품화할 수 있다는 특색을 살려 기술을 고도화시킬 것이다. 다양한 분야로의 적용 확장을 통해 친환경 소재 분야의 대표 글로벌 기업으로 성장해나가고자 한다.