꿈의 신소재 ‘그래핀’을 아십니까?

꿈의 신소재로 불리는 그래핀은 2004년 발견된 이후 차세대 신소재 물질로 각광받고 있다.

그래핀은 흑연의 한 층이라고 할 수 있다. 2004년 영국 맨체스터대학교의 연구팀은 연필심에서 스카치테이프를 붙였다 떼어내는 것을 반복하여 흑연의 가장 얇은 한 겹을 분리해냈고 이것이 그래핀의 첫 발견이다. 그래핀은 탄소 원자들이 모여 2차원 평명을 이루고 있는 구조로 탄소로 구성된 탄소 동소체의 하나다. 그래핀의 결정 구조는 한 꼭짓점에 세 개의 결합이 붙는 원자구조에 의해 육각형 형태의연결이 2차원 방향으로 뻗어나간 모양을 하고 있는데 이러한 안정적적인 분자 구조 때문에 세상에서 가장 얇은 재질로 불린다.

두께 0.2nm, 즉 100억분의 2m에 해당하는 매우 얇은 탄소 한 층이 가진 힘은 상상 이상이다. 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고 반도체인 단결정 규소 보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 또한 강도는 강철보다 200배 이상 강하고 다이아몬드보다 2배 이상 열 전도성이 높다. 탄성도 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않으며 내구성이 좋고 한 층이기 때문에 가시광선 흡수량이 적어 투명하게도 적용 가능하다.

이런 특징 때문에 그래핀은 미래를 이끌어 갈 대표적인 소재로 꼽히며 패션산업을 비롯한 디스플레이, 2차 전지, 태양전지, 비행기, 자동차, 조명 등 다양한 산업에 활용되면서 주목을 받고 있다.

그래핀 섬유는?

섬유로 구현된 그래핀섬유는 섬유 표면 미세물질이나 박테리아 등 오염이 부착하는 것을 방지, 일부 부착된 오염물질은 세탁으로 쉽게 제거된다. 89.3% 원적외선 방사 능력은 일반열 보다 80배 깊이 스며들어 세포조직을 활발하게 만들어준다.

특히 그래핀 섬유는 환경 친화적 소재면서 그래핀 복합 공정에는 별도 화학처리 과정이 없어 환경유해물질을 배출하지 않는다. 환경보호로 지구 살리기에도 앞장설 수 있어 패션업체로부터도 호응을 받는 친환경 섬유로 섬유로 평가 받고 있다.

이런 그래핀 섬유의 적용되는 아이템은 아웃도어 웨어를 비롯 이너웨어, 침구류, 안감, 충전재, 수상스포츠웨어 등으로 다양한 분야에서 활용되고 있으며 그 특성 또한 다르다.

아웃도어의 경우 정전기 방지는 물론 흡한속건 기능과 항균성, 벌키성의 특성을 가진다. 그래핀이 주목 받는 또 다른 이유는 지속가능성이다.

섬유 원료를 재활용된 플라스틱에서 추출하여 그래핀 고유의 기능성은 물론 친환경적이고 윤리적인 생산과정의 지속가능한 제품을 생산할 수 있다.

업계 관계자는 “탄소는 사실 지구 상에서 가장 널리 분포되어 있는 물질이다. 석탄부터 다이아몬드까지 흙이나 우리 몸 속 유기물에도 있다” 며 “이렇게 흔한 탄소의 몸값은 점점 올라가는 추세며 대부분의 산업자재 및 제품을 만드는데 쓰일 신소재도 탄소를 이용한 탄소섬유다”고 말했다. 그는 이어 “강철보다 강하면서 무게는 가볍고 내화학성까지 뛰어나 미래형 자동차나 우주선의 외피와 뼈대를 만든 것이 대표적인 사례다”고 말했다.

그래핀 섬유의 현재 기술은?…네오엔프라 기술 주도

현재 그래핀 섬유의 기술을 주도하고 있는 회사는 네오엔프라(대표 김헌상)이다.

시중에 판매되고 있는 그래핀 섬유는 원사나 원단에 코팅으로 출시되는 것이 대부분이다. 하지만 네오엔프라는 그래핀 원천 기술을 바탕으로 원사 개발에 나서고 있다.

네오엔프라는 그래핀에 특화된 첨단 신소재 전문기업으로 고순도 그래핀 대량 합성 성공을 시작으로 그래핀 섬유의 양산을 주도하고 있다. 현재 휴비스와 일신방직, 효성 등을 통해 그래핀 섬유를 공급하고 있다.

최근 주목받고 있는 제품이 듀퐁의 옥수수 섬유인 소로나에 그래핀을 합성시킨 제품이다. 이 제품은 지난 8월 개최된 프리뷰인서울에서 첫 공개된 이후 관련 업계로부터 관심을 모으고 있다.

친환경 섬유로 각광받고 있는 소로나에 그래핀의 특성을 그대로 녹여 차세대 섬유로 주목을 받고 있는 것이다.

그래핀은 우수한 전자이동성과 전기전도성으로 전기, 전자, 반도체, 방위산업, 도로까지도 적용이 가능해 생활 전역에 두루 쓰일 수 있는 미래형 신소재다. 네오엔프라는 폐페트에 그래핀을 컴파운딩해 국제재생표준인증(GRS)을 취득했다.

이 때문에 최근 아웃도어 업계에서 그래핀 소재 채택이 확대되고 있다. 네오엔프라의 그래핀 소재는 내셔널지오그래픽과 네파, 와이드앵글, 다이나핏 등의 주요 스포츠 브랜드에 공급하며 시장 규모를 키우고 있다. 또 이 회사는 화장품이나 생활용품, 가전, 의료기기, 미용기기 등의 산업 전 분야에 걸쳐 그래핀 소재 적용을 확대하면서 사세를 확장하고 있는 것.

김헌상 대표는 “지난 4월 미국 포틀랜드의 기능성원단 전시회를 시작으로 6월 독일 테크텍스틸, 이번 8월 첫 국내 전시를 진행하며 그래핀 섬유에 대한 홍보를 강화하고 있다”며 “네오엔프라는 앞으로 다양한 산업 분야에 적용될 수 있는 그래핀 신소재를 개발을 확대할 계획이다”고 말했다.

미니 인터뷰

“꿈의 신소재로 그래핀섬유로 사업 확장 나설 것”

네오엔프라 김헌상 대표

한 시장조사기관에 따르면 글로벌 친환경섬유 시장은 연평균 10%씩 성장해 2025년엔 약 700억달러(약 83조원)에 이를 것으로 전망되는 등 시장성이 높은 분야로 알려져 있습니다. 네오엔프라는 꿈의 신소재로 알려진 그래핀 섬유를 활용해 다양한 친환경 섬유를 개발 출시할 계획입니다.

네오엔프라는 그래핀에 특화된 첨단 신소재 전문기업이다. 지난 8월 열린 프리뷰인서울 전시회에 첫 참가하면서 그래핀 섬유에 대한 홍보를 강화하고 있다.

김헌상 대표는 “세계적인 추세에 발맞춰 다양한 친환경 소재에 첨단신소재인 그래핀을 적용한 원사를 개발하는 데 박차를 가하고 있다”며 “이 중 하나가 듀폰의 옥수수 섬유인 소로나에 그래핀을 적용한 제품을 전시회 기간 선보이며 국내외 바이어으로부터 많은 관심을 받았다”고 말했다.

그는 “그래핀+소로나는 폴리에스터에 그래핀을 융합시켜 별도의 가공처리 없이 기능 구현이 가능하다”며 “후가공으로 인한 탄소배출 및 유해물질 발생을 최소화해 환경에 유해하지 않다”고 말했다.

네오엔프라의 대표 제품군으로는 ‘그래핀 폴리에스터’, ‘그래핀폴리*면혼방사’, ‘그래핀폴리 단섬유’, ‘그래핀 나일론’ 등이다. 그래핀을 활용한 다양한 친환경 고기능성 섬유들이 출시를 앞두고 있으며 원천기술을 바탕으로 대량 생산에 나서고 있다.

김 대표는 “그래핀은 다층으로 구성된 흑연(Graphite) 구조에서 물리적 혹은 화학적으로 분리해 낸 다양한 기능성을 갖고 있는 “꿈의 소재”라고 불리는 원소 단위의 물질이다. 대표적인 기능성으로는 뛰어난 내구성, 원적외선 방사, UV차단, 마찰대전성 등이 있다“고 전했다.

기존의 그래핀이 결합된 원사의 경우, 그래핀의 입자 크기 및 품질이 원사 자체에 적용되기에 적합하지 않아 대부분 코팅 방식을 통해 생산한다. 이로 인해 원사의 색상 자체가 어두운 흑색을 띄며, 다양한 색상으로 원단 구현이 어려운 단점이 있다.

하지만 네오엔프라의 그래핀 원사(Graphinus)의 경우, 고품질의 그래핀을 소재(폴리머) 자체에 용융방사하여 원사를 생산하기에 의류용으로서의 색상의 구현이 비교적 용이하다. 네오엔프라의 그래핀 섬유와 시중에 유통되고 있는 그래핀 섬유의 가장 큰 차이점이다.

김헌상 대표는 “일반적으로 기능성 섬유를 제작하기 위해서 별도의 추가 후가공 등의 화학적 처리를 한다. 하지만 네오엔프라 제품의 경우, 원사/원단 상태에서 그래핀의 기능성이 발현되기 때문에 기능성을 부여하기 위한 화학적 처리 및 추가 공정을 최소화할 수 있기에 보다 더 친환경적인 제품을 구현할 수 있다”고 말했다.