진화하는 나노테크놀러지 1. 진화하는 나노테크놀러지 미국에서 나노테크놀러지의 정의는 “가로, 세로, 높이 중 한 변이 적어도 100nm 정도 또는 그 이하 의 물질의 구조와 기능을 제어하는 기술”이라고 하고 있다. 나노 기술이 주목 받게 된 것은 “카본 나노튜브”라고 하는 탄소로 만든 매우 가는 관이 개발되면서이다. 다이아몬드나 흑연과 같이 탄소 의 결정이다. 결정 구조가 나노튜브인 경우에는 탄소원자 6개가 6각형으로 결합하여 그 육각형이 겹치지 않도록 배열한 시트가 통상으로 둥글게 된 구조를 하고 있다. 통이 1층만의 가장 가는 관 은 직경 0.7nm, 다층관이라면 40~50nm가 된다. 탄소끼리의 결합은 강하고 나노튜브의 강도는 같은 중량의 철의 수백 배로써 굽혀도 잡아 당겨도 좀처럼 파괴되지 않는다. 동선보다 열이나 전기 전도성이 좋아, 21세기의 신소재로 주목을 모으 고 있다. 이러한 카본 나노튜브와 같이 나노 수준의 구조를 제어하는 것에 의한 새로운 기술을 나 노테크놀로지라고 부르고 세계 속에서 최첨단의 연구가 진행되고 있다. 의료 분야에서는 조기 진단을 가능하게 하는 미소환부 직접 진단, 생체 이식 기기에 대한 생체 친 화성 나노코팅 등의 이용이 현실감을 띠고 있다. 정보 분야에서는 초고밀도 기억 매체, 나노일렉 트로닉스 등에 에너지 생산, 저장면에서는 신형 연료 전지라든가 수소 저장 경량 나노 구조 재료 등, 재료 과학에서는 극한 환경에 견디는 항공 우주 산업에 대한 응용 등, 나노테크로 기대되는 분 야를 열거하면 한이 없다. 주로, 미래를 바꾸려고 하는 나노테크. 합섬 메이커를 시발로 하는 일본의 섬유업계도 나노테크 로 바뀌려고 한다. 2. 일본에서 나노테크의 연구 일본에서는 2001년부터 “나노테크놀로지ㆍ재료기술 개발 프로젝트”가 시작되었다. 2003년에는 61 억엔의 예산이 편성되어 다양한 나노테크놀로지 프로그램이 있다. 그 가운데에서 도쿄 공업대학의 鞠谷雄士 교수를 그룹 리더로 하는 “정밀 고분자 프로젝트”는 유 기 고분자 재료의 성능이나 기능의 고도화, 환경에 대한 조화를 목표로 고분자의 일차, 고차 구조 를 억제하는 기술의 확립을 목표로 하고 있다. 즉, 초미세한 것을 자유롭게 조작함으로써 다양한 분야에 이용되는 재료의 고강도화, 내식성 등의 고도화를 도모하려고 하는 것이다. 이러한 프로젝트의 하나로 데이진, 도레이, 도요보, 유니치카 파이버가 참가한 “고강도 섬유 개 발”이 있다. 2004년도네 중간 평가를 받아 연구의 속행이 결정, 약 7억엔의 예산이 편성되었다. 이러한 연구 내용은 범용 섬유의 2배의 강도를 유지하는 섬유를 2배 이하의 비용으로 생산하는 기 술의 확립이다. 간단히 말하면 아라미드와 같은 강도를 가진 폴리에스터를 값싸게 만드는 기술이 라고 하여도 좋을 것이다. 일본화학섬유협회의 山崎義一 오사카 사무소장ㆍ기술그룹장 주간 은 “1.5배의 강도를 유지하는 섬유를 만들기까지의 연구는 추진되고 있다”고 다소 성과를 나타내 고 있다는 것을 강조하였다. 이렇게 나노테크의 섬유 기술에 대한 응용은, ① 섬유의 가늘기가 나노 오더인 “나노 파이버”, ② 섬유의 구조를 나노 오더로 제어하는 “나노 구조 제어 파이버”, ③ 섬유 가공 기술에 있어서 예를 들면 코팅층이나 첨가하는 미립자가 나노 수준인 “나노 가공 텍스타일”의 3가지로 분류할 수 있 다. 나노테크를 섬유에 응용하는 이점이라 함은 무엇일까? 섬유의 기본 단위는 직쇄상의 고분자(사슬 상 고분자)로 되어 있고, 섬유 중에는 이들 분자쇄가 섬유 축 방향으로 평행으로 배열한 상태의 비 율을 늘리기도 하고 그 길이를 될 수 있으면 길게 하는 등 나노 레벨로 섬유의 내부 구조를 제어하 는 것이 중요하다. 낭창낭창함이나 굽힘에 대한 강도(굴곡 강도)가 요구되는 경우, 섬유를 가늘게 할 필요가 있다. 이미 합섬 메이커를 시발로 하는 섬유 업계에서도 나노테크 섬유에 대한 응용은 상당히 추진되고 있다. 3. 일본 각사가 경쟁하는 나노 일본 각사의 나노테크를 응용한 섬유는 어떤 것이 있을까? 직경이 500~1,000nm 이하의 섬유 “나 노 파이버”로부터 살펴보자. 도레이는 2002년 단사 140만 올로 이루어진 나일론 나노파이버(44T)의 개발에 성공하였다. 수십 nm의 균일한 섬유 직경을 가진 점에서 표면적이 종래 나일론의 1,000배 이기 때문에 종래의 나일 론에 비하여 23배의 흡습성(면과 동등)을 가지고 습윤 상태에서 특이한 점착성도 발현한다. 나노구조로는 구라레의 고발색성 청량감 섬유 “소피스타”가 있다. 소피스타는 폴리에스터와 에틸 렌 비닐알코올 수지(EVOH)의 이층 구조였으나 실은 양자의 상성은 나쁘다. 조그마한 충격에도 박 리한다. 그러나 심부의 폴리에스터를 국화와 같이 깔죽깔죽하게 하여 EVOH와의 접촉면을 증가시 킴으로써 문제점도 해결하였다. 데이진 파이버의 광발색 섬유 “모포텍스”도 폴리에스터와 나일론을 61층으로 겹친 것으로써 자연 발색을 실현하였다. 미쓰비시 레이온 텍스타일은 아크릴과 디아세테이트의 폴리머를 녹인 2종류의 용제를 블렌드하 여 방사한 “AHF”를 2001년에 개발하였다. 아크릴 섬유 속에 아세테이트가 랜덤하게 분산하는 형 으로 방사하는 것이 “나노 콤포지트”의 기술이라고 한다. 섬유의 표면을 코팅하는 등의 “나노가공”은 합섬 메이커만이 아니라 방적, 염색 가공 메이커에서 도 일반적이다. 도요보의 형태 안정 가공 “나노프루프”, 가네보 섬유의 보습 미백 피부 효과를 기 대한 가공 “나노듀”, 유니치카 그룹의 “나노펠”, “나노케어” 등의 나노텍스 사의 가공 등이다. 나 노 가공의 분류로 되는 것은 수없이 많다. 닛신보의 “에이지 프레시”는 은 입자를 미립화하였다. 섬유상에 고착재를 사용하지 않고 섬유 그 자체에 침투시킴으로써 세탁 내구성도 유지시키고 태의 열화도 억제한다. 이들은 “나노 입자”의 이용이라고 하는 것이다. 또, 나노 오더 피막을 원단의 피부쪽(안쪽)에 형성시킴으로써 땀을 원단 의 표면으로 순간적으로 이동시켜 건조하는 흡한ㆍ속건을 부여한 가공 “상쾌한 콤보”도 나노 입자 를 활용한 것이다. 4. 금후 나노테크의 행방 나노파이버인 경우, 제조법을 크게 나누면 “직접 방사”, “복합 방사”, “블렌드 방사”의 3가지가 있 다. 복합 방사는 더욱이 2가지로 분류할 수 있고, “海ㆍ島타입”, “분할형 타입”이 있다. 일본화학섬 유협회의 山崎義一 오사카 사무소장ㆍ기술그룹장 주간은 “나노파이버 분야에서는 일본이 가장 앞 서고 있다”고 평가한다. 한편으로 미국에서 개발되어 중국, 한국으로 퍼지고 있는 “전기 방사” 분야에서는 일본은 늦어지 고 있다. 일렉트로스피닝이라 함은 상온, 상압에서 고분자 용액에 2,000~20,000 V의 고전압을 걸어줌에 의 하여 전기적으로 나노파이버를 만드는 기술로써 간단히 말하면 하전된 고분자를 노즐의 선단에 서 분사하여 기반상에 디포지트시키는 방법이다. 단, 큰 장치에 비하여 생산성이 매우 낮은 점이 일본으로 침투하는 데 걸림돌이 되고 있다. 기반상에 디포지트된 것은 초극세 섬유 부직포 형상이라는 점에서 특수한 필터로의 응용이 기대 된다. 생체 적합성 폴리머를 이용하면 재생 의료에도 응용 가능하고 미국에서는 군수용으로써 생 물, 화학 병기 대응 의류로써의 연구를 추진하고 있다. 2003년 2월에 일본의 경제 산업성이 공모한 고기능 파이버 창조 나노 가공 기술 개발에서는 2006 년까지 다른 폴리머를 나노 수준으로 혼합하여 상이한 기능의 고도한 양립을 실현하기 위한 나노 알로이 기술, 초미세 복합방사 기술이라든가 경사 재료화 기술 등의 나노 가공 기술의 확립을 각 사 목표하고 있다. 예을 들면, 도레이 중심으로 용융 방사시에 폴리머 속에 가시 광선 이하의 장미 세공(나노 보이드) 을 형성함으로써 종래 섬유의 약 절반의 비중으로 실용 내구성이 우수하고 발색도 양호한 소재의 개발을 추진한다. 데이진의 주도로는 환경에 따라서 온도 조정을 자동적으로 하는 기능과 발수성, 흡ㆍ방습성을 양 립시키는 기능을 아울러 가지는 섬유 소재의 개발에 몰두한다. 상반되는 성질을 가진 이종 폴리머 를 경합시키는 등에 의하여 권축 형태 제어와 발수성, 흡습성의 양립의 실현을 목적으로 한 것이 다. 지금까지 살펴본 나노테크놀로지의 세계, 금후에도 기술 개발에 의한 신소재, 신제품의 창출에 주 목한다. 더욱이 자동차, 전기, 전자, 바이오 등 일본이 세계에 과시하는 하이테크 산업과의 여러 분야의 사업에 걸침에 있어서 또, 지구 환경의 공헌 사업에 있어서 새로운 섬유 수요를 창출하는 가능성을 넓히는 기술로써 기대는 크다. <;출처 : 日本纖維ニュ-ス>;