11일 한국화학연구원 신지훈 박사(환경자원연구센터장) 연구팀은 차세대 나노 소재로 주목받고 있는 `나노셀룰로오스`를 친환경적으로 제조할 수 있는 공정을 개발했다고 밝혔다.

최근 환경에 대한 관심이 커지면서 플라스틱과 같은 석유 기반 고분자물질을 대체할 생체친화적이며 재생 및 지속가능한 물질 연구가 계속 되고 있다. 식물 섬유소를 이용한 나노셀룰로오즈가 대표적이다. 나노셀룰로오즈는 천연 고분자이기 때문에 자연에서 쉽게 분해된다. 내열성이 강하고 접을 수 있는 데다가 무기질 만큼 높은 기계적 강도를 보여 활용 범위가 넓다. 그러나 결정체를 얻는 과정이 어려워 양산하는 데는 한계가 있었다.

나노셀룰로오스의 형태와 제조 방법은 세 가지로 나뉜다. 첫 번째는 펄프를 갈아 기계적 처리를 해서 분지화된 섬유질 형태의 나노셀룰로오스를 만드는 방법이다. 두 번째는 화학 처리해 단일 섬유 형태로 만드는 방법이다. 세 번째 기술은 펄프에 고농도의 황산을 사용해 펄프의 비결정 영역을 제거하고 결정체 형태의 나노셀룰로오스를 만드는 것이다.

나노셀룰로오스 결정체를 만들기 위한 기존 황산 처리 기술은 60 wt% 이상의 농축 황산을 사용하기 때문에 산을 중화하기 위한 많은 물과 에너지, 추가 투석 공정이 필요하다. 이외에도 초음파 분쇄 과정이 필요해 제조 과정에 제한이 있다. 총 투입된 펄프의 약 30%만 최종 나노셀룰로오스로 나와 수율도 높지 않다. 그러나 지금까지 뚜렷한 대안 기술이 없어 황산 공정으로 제조되고 있는 상황이었다.

화학(연) 연구팀은 기존 황산 공정 대신 전자빔과 고압균질기를 활용하는 방법을 고안해냈다. 기존 산 중화 수처리 공정이나 초음파 분쇄가 필요 없어 친환경적이고 효율이 높다.

결정형 나노셀룰로오스는 결정체로 이루어져 있기 때문에 결합력과 강도가 높아서 향후 센서, 건축자재 강화재료, 액상 정화 필터 등에 활용될 것으로 기대되고 있다. 또한 식물로부터 유래된 당 구조(글루코오스)를 가지고 있기 때문에 신체에 해가 없어 약물 전달체, 이식 보조물질, 피부 보습제품 등 의료 바이오 분야에도 활용될 수 있다.

화학(연) 신지훈 박사는 "화학적 처리를 하지 않고 전자빔과 고압균질기만으로 셀룰로오스 나노결정체를 만드는 친환경 고효율 제조 공정을 개발했다"며 "앞으로 관심있는 기업과의 상용화를 위한 대량 생산 공정 연구에도 박차를 가할 계획"이라고 연구의의를 밝혔다.

이용민 기자

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