최근 미래 섬유산업의 핵심 키워드로 떠오른 나노섬유 소재는 기술 개발에 이어 상용화의 단계에 접어들기 시작하면서 다양한 산업군에 적용되고 있다. 특히 바이오, 복합소재, 센서류, 의료분야, 필터류, 연료전지, 디스플레이, 광학필름 등에 적용되고 있으며 최근에는 나노섬유를 활용한 마스크도 국내에서 개발하는 데 성공하면서 나노섬유가 전방위적으로 적용돼 향후 첨단산업 분야에 필수 적용품이 되지 않겠냐는 관측도 나오고 있다. 본지에서는 나노코리아에 참가한 나노섬유 제조 장비를 전문적으로 생산하는 나노엔씨의 사업방향과 장비 소개를 들어봤다.

나노엔씨가 나노코리아에 참가했다(사진. 여기에).

기술력 확보로 다양한 산업군에 적용 가능한 나노섬유

나노섬유는 최근 생화학 의복이나 의료용품, 연료전지 분리막, 투명전극을 이용해 디스플레이의 성형을 높이는 공정 작업에 투입 되는 등 다양한 용도에 적용할 수 있을 정도로 높은 활용성을 갖췄다. 최근에는 카이스트 신소재공학과 김일두 교수 연구팀이 나노섬유를 십자 모양처럼 직각으로 교차하거나 일렬로 정렬시키는 ‘절연 블록 전기 방사법’으로 세탁 후에도 필터 효율이 유지되는 나노섬유 필터를 개발했다고 밝히는 등 나노섬유의 활용 폭은 점차 확대되고 있는 상황이다.

이와 관련, 나노엔씨(NanoNC)는 나노섬유와 나노입자, 박막코팅 등 연구용 장비를 국내외 시장에 전문적으로 제작공급하는 회사로 특히 기본 포맷과 더불어 커스터마이징을 통한 전기방사법/전기분무법 시스템의 개발·생산에 주력하고 있다. 나노엔씨의 제품 포트폴리오에는 나노섬유와 나노소자를 조작하기 위한 전기방사/전기분사 시스템과, 여기에 적합한 여러가지 노즐을 포함해 나노섬유 시장에서의 사업력을 제고하고 있다.

나노엔씨 박종수 대표는 “당사는 다양한 노즐과 장치, 박층 코팅용 초미립자 분무 시스템 등을 제공하고 전기방사법/전기분무법 장비를 전문적으로 공급하며 나노섬유 시스템 분야의 전문 기업으로의 발전을 지향하고 있다”라고 소개했다.

전기방사 및 전기분무법 적용한 특수 장비

나노엔씨가 개발·공급하고 있는 ES-robot® 시스템(ESR200R2D-Machine 3)은 자동화 시스템이 포함된 실험장비로 전기방사법과 전기분무법을 통해 나노섬유를 방사하고, 기능성 물질을 박막으로 분무코팅하는 다목적 연구장비이다. 나노섬유는 고분자 원료로부터 전기장 하에서 노즐을 거쳐 제작되지만, 동사의 장비는 제작하는 소재와 특성에 맞추어 보다 세분화되어 있고, 재료의 사용 목적에 따라 특화된 장비이다.

ES-robot® 시스템(ESR200R2D-Machine 3)(사진. 여기에)

동사의 장비를 사용해 소재를 제작하는 전기방사법과 전기분무법은 폴리머를 용매에 녹여 용액을 만든 후, 폴리머를 정량 토출하는 과정에서 고전압을 인가시키는 데, 노즐 끝에 방울이 콘 형태로 뾰족해지면서 앞쪽에 가느다란 액으로 연신되다가 인가전압을 높아져 임계점에 도달하면 연신된 하전 필라멘트는 급격하게 요동치면서 가늘어지고, 함유된 용매는 대기로 휘발되고 고형분인 필라멘트 형태의 폴리머만 남게 된다. 이 폴리머를 ‘나노섬유’라고 부른다. 이러한 나노섬유를 특정한 수집기에 계속 받으면 미세다공성의 멤브레인(혹은 웹)이 제작된다. 

나노엔씨 박종수 대표는 “고분자 용액에 고전압의 전기장을 가하게 되면 내부에서 전기적 반발력이 형성돼 고분자 용액이 늘어나게 되고, 이렇게 연신된 나노 크기의 필라멘트는 자동화가 구축된 본 장비를 이용해 원통형 드럼에 나노섬유를 수집해 잘라내면 A4 용지 형태의 얇은 막의 시트를 받아낼 수 있고, 원통형 드럼이 아니더라도 접지를 걸어 하전의 방향을 유도한다면 평면의 특정한 면적부분에 나노섬유를 수집할 수 있다.”라고 설명했다.

나노 섬유를 분사하는 모습(사진. 여기에)

나노엔씨의 장비는 방사과정에서 용액에 고전압을 가해 전기장을 형성시키고, 주변 외곽으로 퍼져가지않도록 하전 필라멘트의 방향을 제어해 필요한 부분에만 방사해 두께가 균일한 나노섬유를 방사할 수 있다는 장점을 갖추고 있다.

나노엔씨가 공급하는 장비 시리즈는 자동화 장비 적용 유무에 따라 기본 세팅 장비와 편의성을 고르게 갖춘 장비가 있으며, 최근에는 멀티 노즐을 이용해 단시간에 많은 양의 나노섬유를 방사하기 위한 파일럿 형태의 롤투롤(Roll-to-Roll) 시스템을 갖춘 장비를 개발해 사업력을 제고하고 있다.

양산성과 연속성 개선된 노즐 개발

나노엔씨는 2003년 설립 이래 줄곧 대학연구소 기관의 연구개발 목적에 맞는 연구용 장비공급 역할을 수행해오면서, 최신기술을 적용·생산해 나노섬유 장비의 기술력을 제고하고 있다. 특히 동사는 오랫동안 전기방사 장비의 양산성 문제와 니들형 노즐에 대한 연속성 문제를 해소하는 등 새로운 노즐 타입을 개발하는 데 성공하며 차별화를 갖춰나가고 있다.

나노엔씨 박종수 대표는 “전기방사법은 용액을 바늘에 토출시키고 고전압을 인가하는 과정에서 노즐의 연속성 문제를 해결하는 과제가 있었다. 당사는 오랜 연구를 통해 내외부에서 발생하는 노즐막힘 문제를 해결할 수 있는 크리닝 타입의 노즐을 개발하는 데 성공했다.”라고 설명했다.

나노엔씨가 공급하는 노즐(사진. 여기에)

전기방사를 하는 노즐의 기본구조는 동일하지만 노즐 팁의 형상이나 노즐 직경 개수에 따라 목적이 다르다. 나노엔씨의 구매처는 연구소가 많은 비중을 차지하기 때문에 동사는 연구소의 사용 목적에 맞춘 공급을 이어가고 있다.

나노엔씨 박종수 대표는 “연구소에서 신기술을 개발하기 위해 당사의 제품을 많이 찾아주고 있으며 이에 맞는 노즐과 장비를 공급하기 위해 노력하고 있다. 특히 노즐의 비용을 대폭 절감하기 위해 교체형 타입을 개발·공급하고 있다.”라고 전했다.

파일럿 타입 양상 목표 구축

나노엔씨는 기존 실험 연구소에서 제작하는 제품들을 공급하면서, 최근 개발한 롤투롤 연속 장비에 대한 수요를 대비하기 위한 연구 및 공급에 집중할 계획이라고 밝혔다.

나노엔씨 박종수 대표는 “롤투롤 타입의 장비는 나노섬유로 구성된 길이가 긴 웹(혹은 멤브레인)을 제조할 수 있는 소규모 연속장비이기 때문에 고객사들이 많은 관심을 보여주고 있다. 당사는 롤투롤 타입 장비를 지속적으로 향상시켜 다양한 소재나 제품을 제작할 수 있도록 맞춤형 연속장비를 제작해 시장에서 대량생산에 필요한 장비의 신뢰성을 입증시키고 나아가 대량생산 가능한 파일럿 나노섬유 제조장비 사업을 확장하는 것에 집중할 계획이다.”라고 귀띔했다.