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섬유정보

탄소섬유 뛰어넘는 그래핀텍스, 상업생산 돌입

작 성 자
협력지원팀
조 회 수
26
작 성 일
2020-05-21
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항균·방오·보온·자외선 차단·정전기 방지
그래핀에 PP 나일론 폴리에스터 면 모 등 천연섬유까지 복합 
지금까지 경험하지 못했던 ‘꿈의 소재’
서울대 화학연구팀 끈질긴 연구개발 성과

그래핀텍스가 상업생산에 돌입하며 섬유 원사 시장에 새로운 다크호스로 부상했다. 섬유분야 다소 생소한 그래핀을 검색해보면 흑연을 원료로 한 신물질로 구리와 비교된다. 학계를 비롯 전자 물리화학 분야는 노벨물리학상을 받을 정도로, 널리 알려져 있다. 최근 그래핀 양자점 활용 염증성 장질환 치료효과 확인 등 항균 바이러스 차단과도 밀접하다.

IGS.F(대표 이영환)가 그래핀 복합 섬유원사 ‘그래핀텍스’를 개발 공급에 나서며 화제를 불러 모은다. 그래핀+천연/합성섬유 복합 폴리머 등, 독보적 그래핀나노복합 기술력으로 다양한 천연섬유 또는 합성섬유와 그래핀을 복합시킨 그래핀텍스 양산체재를 구축했다.

기존 섬유 기능을 극대화시킨다는 점에서 관련업계의 기대감이 커진다. 그래핀은 섬유와 복합되는 과정에서 다양한 시너지를 일으키며, 그래핀 고유의 기능은 물론 기존 섬유의 기계적 물성을 극대화시킨다. 영구적 물성, 그래핀과 섬유를 복합시켜 만들어낸 원사는, 원사가 훼손되지 않는 한 사라지지 않는다는 점이다. 

이 회사 박경희 부대표는 오랫동안 의류 디자이너로 활약해 왔으나 최근 그래핀 텍스에 푸욱 빠지며 이 분야 전문가로 변신해 새로운 면모를 과시하고 나섰다.

“그래핀 섬유, 그래핀 텍스는 서울대 화학과 연구팀에서 몇 년 동안 끈질긴 기술개발의 산물이다”며 “최근 마스크가 항균시장을 들썩이고 있는데 그래핀 복합 섬유소재는 이러한 항균 마스크 뿐 만 아니라 기능성 침구류 의류 스포츠 웨어 수요에 대응할 혁신적 신물질 섬유소재이며, 섬유패션산업 발전에 크게 이바지 할 것으로 판단 한다”며 그래핀텍스 확장에 대한 남다른 각오를 피력했다.  

박경희 부대표는 의류 디자이너로 활약하며 국내외 패션시장을 두루 섭렵한 전문가 중에 한사람이다. 그가 그래핀텍스에 열광하는 이유는 한국인의 기술 개발력을 믿기 때문이다. “그래핀섬유를 타 섬유소재에 적용해낸 복합섬유원사는 기존의 성질을 가지면서도 그래핀의 소재 기능을 잃지 않는다는 점이다.

더욱이 그래핀텍스는 흑연을 베이스로 하는 만큼 흑연원료역시 국산이다. 현재 글로벌 시장은 흑연원료가 중국이 전 세계의 70%를 차지할 만큼 큰 시장이다. 원사도 일부 개발은 되어 있으나 상업화에 활용할 만큼 기술에 도달하지는 못한 상태이며 영국이나 유럽도 마찬가지로 섬유개발은 코팅제품에만 쓰일 정도로 미미한 실정이다”고 지적한다. 

탄소의 다른 동소체에는 흑연, 탄소나노튜브, 풀러렌, 다이아몬드 등이 있다. 그래핀은 원자 한 층의 두께를 지니기 때문에 동일한 결합구조지만 여러 층으로 구성된 흑연과는 확연히 다른 특성을 보인다.

그래핀이 주목받은 이유는 뛰어난 특성들 때문이다. 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 단결정 실리콘보다 100배 이상 전자를 빠르게 이동시킬 수 있다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하고, 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 열전도성이 높다.

탄성도 뛰어나 늘리거나 구부려도 전기적 성질을 잃지 않는다. 이런 특성으로 인해 그래핀은 차세대 신소재로 각광받는 탄소나노튜브를 뛰어넘는 소재로 ‘꿈의 나노물질’이라 불린다.

이제 100% 대한민국 기술로 제조한 최초의 그래핀 복합 섬유는 끊어지지 않는 고른 섬유 방사 기능으로 글로벌 시장에서 경쟁력을 갖췄다. 기존 섬유보다 촘촘하고 탄탄한 섬유 제조가 가능하기에 그래핀텍스는 안정된 팩압에서 복합 폴리머 형태의 그래핀을 고르게 방사시켜 제조하기 때문에 기존 섬유보다 우수한 내구성을 자랑한다.

세탁 후에도 영구적인 기능을 유지하며 추가공정 없이 그래핀 기능이 발현된다. 그래핀텍스는 후가공 처리를 따로 하지 않고 섬유 원사만으로 기능이 발현, 아무리 세탁 해도 기능이 사라지지 않는다.

일반적인 그래핀 분산 코팅방식이 아닌 세계 최초 특수금속 나노필터를 활용, 분산제 첨가 없이 제조된다. IGSF 그래핀과 PP/PU/Nylon 등 은 그래핀 복합 플리머 마스터배치로 만들어져 섬유 원사 방사한다. 그래핀 복합 폴리머 마스터배치는 개발한 그래핀을 투입하고자 하는 첨가제를 고농도로 농축, 분산시킨 펠렛(Pellet)모양의 원료이다.

울트라 마이크로 필터는 각종 박테리아 / 알레젠 / 먼지 / 액체는 차단하고 공기만 투과한다. 이것을 활용하면 그래핀텍스와 그래핀필터로 완성되는 그래핀텍스 마스크를 만들어낸다. 그래핀 마스크는 강력한 3중 구조의 필터링과 우수한 공기 투과성을 자랑한다.

그래핀은 정전기가 발생되지 않아 쾌적함을 제공하면서도 고유의 흡착성은 대기 중 미세물질을 필터링 한다. 아울러 정전기방식의 마스크와 달리 세탁시에도 반영구적으로 사용가능하며 쾌적한 호흡을 경험할 수 있다. 의류 레깅스는 어떤가. 지금까지 경험하지 못한 레깅스를 경험한다. 그래핀텍스 레깅스는 놀라운 신축성과 통기성을 가져다준다. 

환경 친화적이면서 뛰어난 보온성의 그래핀텍스 패딩은 언제 어디서든 적정 체온 유지에도 좋다. 스스로 원적외선을 방출해 온도 상승, 혈액순환 촉진 등 몸의 온도를 높이고 유지하는데 아주 효과적이다. 완벽한 자외선 차단과 세탁에도 변하지 않는 그래핀텍스 스포츠 웨어는 장시간 야외 활동에도 완벽한 보호기능을 유지한다.

그래핀텍스 침구류는 박테리아가 살 수 없는 환경을 만들어낸다. 그래핀은 분자상태에서 박테리아가 살 수 없는 환경이다. 그래핀텍스는 이러한 특징을 그대로 발현하며 매우 위생적이다. 또한 소취 효과도 뛰어나 쾌적한 숙면을 보장한다. 

고순도 그래핀 제조기술은 Top-Down 방식(흑연을 전기나 화학처리로 분해하거나 물리적인 방법으로 분쇄하는 방식)과 Bottom-Up 방식(CVD증착기술을 이용해 탄소원자를 금속표면에 증착시켜 그래핀을 얻는 방식)을 혼재한 독창적 기술이다. 이러한 기술로 고품질 싱글레이어 (70%가 3층 이하) 그래핀의 대량 생산을 가능케 했다. 상용화와 양산 체제구축은 획기적 산물이다. 

5층 이하로 구성된 고순도 그래핀을 합리적인 단가로 제조, 10층 이상으로 구성된 플레이크 타입의 그래핀은 상업적 복합응용이 가능하다. 지금까지 알려진 기술은 5층 이하로 구성된 고순도 그래핀 $400~1500/g 수준으로 상용화가 어려운 실정이다. 그래핀 응용 복합 섬유 개발이다. 

그래핀 기술은 전기전자 소재용으로 개발되는 대면적 생산 방식이 아닌 그래핀과 다양한 소재를 복합해 기존물성의 한계를 뛰어넘는다. 새로운 소재는 시장에서 다양한 산업에 새로운 방향을 제시한다.

환경 친화적 제품 개발의 장점이 크기 때문이다. 그래핀 복합 공정에는 별도 화학처리 과정이 없다. 따라서 환경유해물질을 배출하지 않으며, 환경보호로 지구 살리기에도 앞장설 수 있다. 아이지에스에프가 그래핀섬유를 활용해, 이제껏 경험하지 못한 다양한 섬유제품들의 라인업화에 기대가 모아진다.

<출처 : 한국섬유신문>
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