일본산업뉴스요약

셀룰로스나노화이버 (CNF)
꿈의 소재, 보급화에 바람 -- Post 탄소섬유

식물섬유로 만든 가볍고 강한 신소재, Cellulose Nano Fiber(CNF)의 개발경쟁이 가속화되고 있다. 2015년이후, 종이기저귀 및 볼펜 등에 CNF를 사용한 제품이 등장, 식물에서 추출한 꿈의 소재가 연구에서 산업화 단계로 접어들었다. 2016년은 제지업체를 중심으로, 생산설비에 대한 설치 결정이 잇따랐다. 「포스트 탄소섬유」라고 불리며, 세간의 주목을 받고 있다.

2016년 12월에 도쿄에서 개최된 환경제품ㆍ서비스 박람회「에코프로(Eco-Products) 2016」. 기업 단위뿐만 아니라, CNF라는 소재를 테마로 부스를 설치하는 등의 이례적인 대응에, 연일 내방객들로 붐볐다. 오지(王子) 홀딩스(HD) 및 일본제지(日本製紙)와 같은 제지업체뿐 아니라, 기계 및 화학업체도 출전했다. 부스를 기획한 나노셀룰로스 포럼 사무국장인 히라타(平田) 씨는 예상보다 많은 내방객에 놀라는 눈치다.

CNF는 목재 등에서 얻은 식물섬유를 기계 및 화학약품으로 나노(10억분의 1)m 단위까지 가늘게 만든 소재이다. 무게는 철의 5분의 1에 불과하지만, 강도는 3~5배 정도로 강하다. 석유에서 추출한 아크릴 섬유와는 다르게, 식물로부터 추출한 것이 특징이다. 「지속 가능한 천연소재를 사용함으로써, 원료 고갈에 대한 걱정이 기본적으로 필요 없다」(오지HD의 야쓰루(矢鶴) 사장).

CNF의 투명성도 커다란 특징 중 하나이며, 화면을 말거나 구부릴 수 있는 플렉시블 디스플레이(Flexible Display)와 같은 용도로의 전개도 기대되고 있다. 또한, 열에 의한 변형도 적어, 공업용 소재로써의 가능성을 지니고 있다.

현재는 목재펄프에서 얻은 섬유로 제조하는 경우가 많으며, 오랫동안 펄프를 취급해 온 제지회사가 시장개척을 주도하고 있다. 일본제지는 2015년에 CNF를 사용한 종이기저귀를 발매했다. 냄새제거 효과가 있는 이온을 흡착시키는 장점을 활용했다. 오지HD는 투명시트 상태로 만드는 제품의 기술 개발에 성공했다.

CNF는 점도(粘度)를 조정할 수 있는 특징을 가지고 있다. 미쓰비시 연필은 부드러운 질감으로 쓰기 쉽게 만들기 위해, 볼펜의 잉크에 CNF를 첨가했다. 제일공업제약(第一工業製藥)이 CNF를 공급하고 있다.

당분간, 화장품 및 식품에 점성(粘性) 기능을 추가하는 첨가제로써 이용되는 사례가 증가할 것으로 보인다. 현재, 일반적으로 사용되고 있는 첨가제와 비교했을 때, 온도에 강하며, 점도의 관리가 쉽다. 화장품의 경우, 점성이 살짝 있으면서도 부드러운 감촉의 제품을 구현할 수 있다.

일본제지는 화장품ㆍ식품용 첨가제 등의 용도로 쓰일 CNF 공장을 2017년에 시마네현(島根県)에서 가동시킬 방침이다. 오지HD도 2016년 11월, CNF를 사용한 증점제를 2017년 4월에 상품화한다고 발표했다. 일반적인 증점제에 비해, 점도가 10~100배 높아, 화장품이나 도료 등의 액체에 점성을 추가하는 첨가제로써 화장품 및 생활용품 제조업체 등으로의 판매가 가능하다.

CNF의 본래 용도는 플라스틱(수지) 및 고무에 섞는 강화수지용으로써, 플라스틱은 자동차나 가전부품, 고무는 스포츠용 운동화의 밑창 등에 사용될 전망이다. 다만, 비용을 줄이기 위한 대량 생산 기술을 확립하는 것이 필수불가결하다. 탄소섬유가 낚싯대나 골프 샤프트용 소재를 공급하여 기술력을 높임으로써, 항공기, 자동차에 채택되기 시작한 것처럼, CNF도 수요측과 연계를 시킬 필요가 있다.

CNF의 보급을 위해서 빠질 수 없는 것이 제조 비용이다. 현재로써는 1kg당 5,000~1만엔으로 시산된다. 탄소섬유는 품질에 따라서 크게 다르지만, 일반적으로는 1kg당 3,000엔, 철은 1kg당 100엔 정도이다. 경산성(經産省)은 2030년에 CNF 관련시장이 1조엔 규모로 성장한다는 구상을 계획하고 있으며, 이것은 양산효과 및 기술혁신으로 단가를 1kg당 500~1,000엔으로 끌어 내렸을 때 실현이 가능 하다. 제조비용의 절감을 목표로, 새로운 제조법에 대한 연구도 계속되고 있다.

교토대학은 비용을 10분의 1로 줄일 수 있는 기술을 개발했다. 오지 HD, 일본제지, 세이코(星光) PMC로부터 연구자를 영입하여, 공동으로 개발한「교토 프로세스」는 펄프에 특수한 화학처리를 실행한다. 그것을 가늘게 만들면서 기계 안에서 수지와 혼합시킴으로써, 섬유가 나노 레벨까지 미세화되어, 수지 속으로 분산 흡수된다. 나노화 및 수지혼합을 동시에 실행하여, 제조 비용을 1kg당 1,000엔 정도로 맞출 수 있을 것으로 보고 있다. 일본제지는 이 제조법으로 자체 생산설비를 설치하기로 결정했다.

CNF에서 중심적인 역할인 제지업계에 정면으로 대항하는 것이 바로, 기계업계이다. CNF는 약품을 사용하는 화학처리와 물리적으로 힘을 가하는 기계처리 등, 제조방법이 다양하다. 본래, CNF의 생산설비를 만드는 기계업체인 스기노머신(Sugino Machine)은 소재의 제조에도 참여한다. 당사는「나노섬유 제조에 있어서 가장 중요한, 섬유를 풀어서 추출하는「해섬(解纖)」장치를 자체적으로 개발할 수 있다」고 하며, 자사가 지닌 강점을 어필했다.

해외에서도 연구개발이 진행되고 있다. 그 중심에는 핀란드 등의 북유럽과 미국ㆍ캐나다의 북미가 있다. 북미에서 만들어진 소재는 나노 섬유이긴 하지만, 섬유의 크기가 들쑥날쑥 하여 고르지 못한,「셀룰로스나노크리스탈(CNC)」라고 불리는 소재이다. 강도 등의 성능평가에서의 결과가 일정하지 않아, 경산성은「CNC」와 「CNF」를 구별할 수 있도록, CNF의 국제표준화 심사를 위한 절차를 추진하고 있다.

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