미래의 유망 소재 (LG경제연구원)

- 고흡수성 수지 : 1960년대 초 미국 농무부는 토양의 물 보전 능력을 향상시키기 위해 자신의 무게의 수십 배의 수분을 흡수할 수 있는 고흡수성수지(Super Absorbent Polymer, SAP)를 개발한다. 그러나 농업용 수요는 크게 늘지 않았고, 정작 수요는 생리대나 기저귀라는 엉뚱한 분야에서 터져 나왔다. 1970년대 말 일본의 산요화성이 흡수성을 대폭 개선한 소재를 개발하였고, 이 소재를 최초로 생리대에 적용한 것이다. 기존 소재(펄프, 탈지면 등) 사용에 불편함을 느끼고 있던 고객들의 호응에 힘입어 SAP 수요는 이후 급증하게 되었고, 현재는 생산량의 거의 대부분이 기저귀나 생리대용으로 사용되고 있다.

- 광촉매 : 광촉매는 빛을 받으면 활성산소를 발생시켜 세균이나 유해한 화학물질을 분해하는 작용을 하는 소재이다. 1960년대 후반 일본에서 최초로 개발된 이래 타일 등의 건축자재, 자동차 유리 등을 대상으로 주로 공기 정화나 항균용으로 이용되어 왔다. 그러나 지금까지의 광촉매는 태양광에 포함된 자외선에 주로 반응하여 실내에서의 사용이 제한적인 데다 신뢰성 있는 제품 평가기준 마련이 어려워 당초 예상만큼 시장규모 확대가 이루어지지 않고 있다. 이에 따라 실내 조명에서도 본래의 효과를 발휘 할 수 있는 제품 개발이 요구되어 왔고, 최근 들어 그 성과가 나타나고 있다. 파나소닉전공, 스미토모금속, 오사카티타늄, 도시바 머티리얼 등의 참여 기업들은 이를 바탕으로 건축자재, 냉장고 등의 가전제품, 자동차 내장재, 창유리 등으로 광촉매의 용도 확대를 적극적으로 추진할 계획이다.

- 이산화탄소 : 장기적으로는 이산화탄소 재활용도 눈 여겨 보아야 할 분야이다. 대표적인 온실가스로 알려진 이산화탄소는 각국이 효과적인 처리를 위해 골머리를 앓고 있으나, 분리·저장 이외에는 뾰족한 대안이 제시되지 못하고 있다. 이에 따라 선진국을 중심으로 이산화탄소를 화학 제품의 원료나 연료로 활용하는 방안이 꾸준히 연구되어 왔다. 이미 PC(폴리카보네이트), 폴리우레탄 원료로 이산화탄소를 활용하는 방안은 실용화 단계에 들어서고 있으며, 최근에는 이산화탄소로 직접 고분자 재료를 합성하는 연구가 활발히 진행되고 있다. 미국의 곡물기업인 카길과 벤처기업인 Novomer, 일본의 스미토모화학과 데이진 등이 연구에 나서고 있으며, 우리나라의 SK에너지도 얼마 전 이산화탄소 플라스틱 연구 계획을 밝힌 바 있다. 애물단지로 전락한 이산화탄소가 고부가가치 자원으로 변신할 날도 머지않아 보인다.

- 탄소섬유 : 탄소섬유는 무게가 철의 1/4에 불과한 반면 강도는 10배에 달하는 첨단소재이다. 뛰어난 물성에도 가격이 워낙 비싸 그동안은 전투기나 스포츠카, 골프채 등 한정된 분야에만 사용되어 왔다. 그러나 고유가와 환경규제 강화로 항공기의 연비 절감 요구가 높아지면서 새로운 성장의 전기를 마련하게 된다. 보잉을 시작으로 주요 항공기 제조사들이 탄소섬유사용 확대 계획을 발표하고 있는 것이다. 보잉의 최신 기종인 B787의 경우 주날개및 동체의 약 50%를 탄소섬유강화플라스틱으로 대체할 예정이며, 이렇게 될 경우 대당 30톤의 탄소섬유가 사용된다고 한다. 현재 세계 탄소섬유 시장은 도레이와 미쓰비시레이온, 데이진 등 3사가 주도하고 있다. 이들 기업들은 공격적인 생산능력
확대와 함께 탄소섬유의 또 다른 용도 개발에도 적극 나서고 있다. 탄소섬유 기업들이 공통적으로 주목하고 있는 분야는 자동차 산업이다. 도레이의 시산에 의하면 자동차 차체의 17%를 탄소섬유로 대체하면 30%의 경량화가 가능하며, 연비는 20% 개선될 수 있다고 한다.

- 유리섬유 : 마쓰시타전기는 유리섬유를 이용한 주택용 진공단열재를 개발하였다. 이 제품은 일반적인 단열재로 사용되는 글라스울에 비해서는 16배 이상, 경질 우레탄폼에 비해서는 9배 이상의 단
열효과를 지닌 것으로 평가되고 있다.

- 에어로겔 : 우주 소재로 쓰인 에어로겔 (Aerogel)도 미래의 단열재로 평가받고 있다. 1930년대에 나왔지만 1997년 화성탐사 로봇 소저너의 단열재로 쓰이면서 다시 주목받기 시작했고 이후 우주선 ‘스타더스트’ 에서는 우주 물질 채집 역할도 하였다. 머리카락의 1만 분의 1 굵기인 실과 실 사이에는 공기 분자들이 전체 부피의 98%를 차지하여 밀도가 공기와 비슷하다. 지구상에서 가장 가벼운 고체로 기네스북에 기록되기도 하였다. 섭씨 1,100℃에서도 전혀 타지 않고, 높은 단열성, 방음력, 500g으로 자동차 무게를 견딜 정도의 강도, 높은 투광성을 지녔다. 대량 생산될 경우 건축자재는 물론 촉매, 흡착제, 자동차 소재로의 응용도 기대된다.

- 단열도료, 차열필름 : 일본의 태양도료 등 3사가 공동 개발한 단열 도료는 고온을 견뎌내는 우주 로켓용 도료 기술을 이용하여, 주택의 표면온도상승을 억제하는 효과를 발휘한다. 한편 스미토모3M은 적외선을 반사시켜 실내온도 상승을 차단하는 창유리용 차열필름을 개발, 시판하고 있다.

- 투명 전도성 소재 : 소니는 2007년 ‘Futuristic Vaio Zoom’이라는 노트북 컨셉을 선보인 바 있다. 디스플레이를 사용하지 않을 때는 투명한 유리가 되고 사용할때는 홀로그래피 영상이 나타나는데, 여기에 투명 전도성 소재가 사용된다. 투명 전도성 소재란 투명함과 전기가 통하는 특성을 모두 가지고 있는 소재로, 주로 여러 디바이스에서 전기를 통하게 하기 위한 전극의 용도로 사용된다. 우리가 흔하게 생각하는 전극은 구리, 알루미늄 등 불투명한 금속이다. 그러나 LCD, PDP 등의 디스플레이, 터치스크린 등은 내부에서 발생한 영상을 사람들이 보기 때문에 투명한 전극의 사용이 필요하다. 태양전지도 전기를 발생시키기 위해서는 햇빛의 투과가 중요하기 때문에 투명한 전극을 사용하고 있다. 이외에도 많은 용도가 있지만, 전극용 소재만 하더라도 투명전도성 소재의 대상 시장은 막대하다는 것을 알 수 있다. 한편 최근에는 투명 전도성 소재를 보다 값싼 소재로 대체하거나, 플렉서블한 특성을 부여하기 위한 시도가 활발하게 이루어지고 있다. 휴렛팩커드(HP)는 차세대 산화물(세라믹) 계열 소재에 대한 원천 특허를 바탕으로 다양한 투명 디바이스 및 부품을 적극적으로 개발 중이다. 전기가 통하는(전도성) 고분자나 탄소나노튜브를 기반으로 한 플렉서블 투명 전도성 소재도 개발되고 있다. 이렇게 될 경우 유기박막태양전지, 플렉서블 디스플레이용 등으로 대상시장은 더욱 확대될 전망이다. 금년도 미국 CE Show에서 소니가 선보인 플렉서블 OLED TV는 투명 전도성 소재의 잠재력을 엿볼 수 있는 제품의 하나라고 할 수 있다.

- 자기치유소재 : 지난 2005년 일본의 닛산자동차는 자기치유(self healing) 코팅 처리를 한 자동차를 발표하였다. 일본페인트와 공동으로 개발한 이 코팅제는 흠집이 생겼을 경우 하루에서 일주일 사이에 원래 상태로 회복된다. 한편 GM은 형상기억 합금이나 고분자등 소위 ‘스마트 재료’ 기술을 적용한 자동차를 2010년까지 개발한다는 계획이다. 에어댐, 리어 스포일러, 공기 흡입구, 핸들 등 각종 부품에 적용되는 이 기술은 온도나 압력 등 외부 환경 변화에 능동적으로 대응함으로써 고객 편의 및 자동차의 성능을 높이는 데 기여할 것으로 GM은 기대하고 있다. 최근 프랑스 국립과학원(CNRS)에서 개발한 소재는 칼로 두 조각을 내면 각 마디가 다시 하나로 합쳐지는 신기한 재생능력을 갖추고 있다. 올이 나갔을 때 저절로 기워지는 옷이나 오랜 기간 유지되는 코팅제에서부터 인공 뼈, 인공 인대 등 다양한 용도에 사용될 수 있을 것으로 평가되고 있다. 자기치유 고무로 불리는 이 제품은 프랑스 화학기업인 Arkema가 이미 시제품 생산을 마치고 응용 제품 개발에 들어간 상태이다.

- 생물기능 모방소재 : 2008년 북경올림픽에서 수영의 8관왕 마이클 펠프스 등 많은 선수들이 입어 좋은 성과를 기록했던 스피도의 수영복이 있다. 미국 항공우주국(NASA)과 공동으로 개발한 이 제품은 상어 피부 표면에 삼각형 돌기들이 수없이 나있는 것을 모방한 것이다. 수많은 돌기들이 물과 표면의 마찰력을 5% 이상 줄여줘 기록 단축이 가능했다는 설명이다. 비슷한 예는 도료 개발에서도 찾아 볼 수 있다. 선박바닥용 도료를 개발 중인 일본페인트마린은 돌고래나 참치의 몸통에 점막이 있
어 마찰 저항을 줄인다는 사실을 알아내어, 물과 접촉하면 도료 표면에 겔막이 형성되는 신제품을 개발하였다. 이 제품은 기존 제품에 비해 3배 정도 비싸지만 선박의 연비가 4% 개선됨으로써 경제성을 충족시킨다는 것이 개발기업의 주장이다.

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