바이오인

지속가능한 비목질계 재생 셀룰로오스 섬유소재 개발동향

KEIT 이슈리뷰 2023-8월호 1

◈ 목차

요약

⑴개괄

⑵주요 기술 개발 동향

⑶결론

출처 및 참고자료

◈본문

요약

• 환경위기 심화에 따라 섬유업계에서도 지속가능한 생분해 소재로의 전환이 요구되고 있다. 그러나 너무나 완벽했던 석유계 난분해성 섬유 소재를 대체할 생분해성 섬유 소재를 발굴하는 일은 쉽지 않다. 난분해성 섬유와 같이 연속방사 공정을 통해 제조되는 재생 셀룰로오스섬유는 현재 개발된 생분해성 섬유 중에서 그나마 비슷한 강도를 기대할 수 있다.

• 재생 셀룰로오스 섬유는 셀룰로오스 고유 특성으로 인해 가공 난이도가 높아 오랜 개발 역사에도 불구하고 상용화에 성공한 소재는 한정적이다. 그 결과 세계 재생 셀룰로오스 섬유산업은 여전히 초기 시장 선점에 성공한 기술 우위 국가들에 의해 좌우되고 있다. 재생 셀룰로오스 섬유에 대한 국내 섬유업계의 수입 의존도는 굉장히 높고, 美ㆍ中 패권 경쟁과 EU의 목재 사용 감축 계획에 따른 공급망 위기는 이미 예견되고 있었다.

• 이러한 와중에 '비목질계'라는 키워드가 새롭게 등장했다. 이는 재생 셀룰로오스 섬유의 주원료인 목재를 지속가능한 비목질계 자원으로대체하자는 것이다. Canopy와 같은 비영리단체가 이끌어 오던 새로운 흐름은 이제는 오스트리아의 친환경 섬유 기업 Lenzing, 인도의 대표적 섬유·의류업체 Aditya Birla 등 글로벌 업체들이 뛰어들 만큼 개발 수요가 높아졌다. 비목질계 재생 셀룰로오스 섬유 시장이 새롭게 오픈되었지만, 다행히 아직까진 시장 선점에 성공한 업체는 없다.

• 본고에서는 비목질계 재생 셀룰로오스 섬유 개발 동향을 분석하고 비목질계 원소재, 펄프화 공정 및 방사 공정에 대한 지속가능성에 대해고찰하였다. 본고를 통해 비목질계 재생 셀룰로오스 섬유 소재 개발에 대한 국내 투자가 활성화되길 기대한다.

1 개괄

수입 의존도가 높은 재생 셀룰로오스 섬유

● 재생 셀룰로오스 섬유는 정제한 셀룰로오스 용해 펄프로부터 섬유소를 재생시켜 만든 섬유로, 천연섬유가 아닌 준합성 고분자 섬유로 간주되어 셀룰로오스계 인조섬유(Man-made Cellulosic Fiber, MMCF)로 불린다. 재생 셀룰로오스 섬유는 방사 공법에 따라 구분되며, 비스코스 레이온(Viscose rayon), 모달(Modal), 큐프라(Cupra), 라이오셀(Lyocell) 등이 있다.

● 스테이플(Staple) 형태로 얻어지는 천연 셀룰로오스 섬유는 방적 공정을 통해 絲를 형성하는 반면, 재생 셀룰로오스 섬유는 용액 방사를통해 필라멘트(Filament) 형태로 제조된다. 생분해성을 지니면서 바이오매스로부터 제조되는 재생 셀룰로오스 섬유는 PET 등 기존의 非분해성 석유계 필라멘트 섬유의 대체 소재로 개발되고 있다.

● 세계 재생 셀룰로오스 섬유 시장의 규모는 2022년 기준 195억 3000만 달러였으며, 연평균 7.8%씩 성장하여 2028년에는 306억 달러 규모에 이를 것으로 예상된다.

● 먼저, 비스코스레이온은 폴리에스터와 면에 이어 세계에서 세 번째로 많이 사용되는 섬유이다. 실크 같은 촉감 때문에 인견(人絹)이라 불리며 드레이프성(drape性), 흡습성, 통기성, 염색성 등의 장점을 지니고 있다. 그러나 비스코스레이온은 1993년 원진레이온의 이황화탄소 중독 사태 이후 국내에서의 생산이 완전히 중단되었다. 현재는 세계 비스코스레이온 생산량의 65%가 중국에서 생산되고 있으며, 국내는 전량 수입에 의존하고 있다.

●라이오셀은 단면이 원형에 가까워 비스코스레이온에 비해 직물 감촉과 드레이프성이 우수하다. 또 결정의 크기가 크고 결정화도 및 배향도가 높아 건조 강도(dry tenacity)가 비스코스레이온과 모달보다 높고 습윤 조건에서도 건조 강도의 85%까지 유지된다고 알려져 있다. 무엇보다도 라이오셀은 용제로 사용하는 NMMO(N-methylmorpholine-N-oxide)가 자체 독성이 매우 적고 99% 이상 회수/재사용되기 때문에친환경 섬유로 평가된다. 오스트리아 Lenzing(1997년)에서 대량 생산을 시작한 이후 중국의 Grecell(2016년), Hi-Tech Fiber Group(2014년)등이 시장에 뛰어들었다. 국내에서도 효성첨단소재와 코오롱인더스트리에서 타이어코드용 라이오셀 필라멘트 제조 기술을 보유하고 있으나, 아직까지는 연간 30만 톤의 생산 능력을 보유한 Lenzing이 전 세계 시장의 75% 이상을 점유하고 있다.

● 구리암모늄 공법은 1901년 독일 J. P. Bemberg가 구리암모늄 용액에서의 연신(延伸) 방사를 통해 미세 필라멘트 생산에 성공한 이후1950년대까지 유행했다. 그러나 고속 방사 및 용해제 회수 등의 어려움으로 인해 현재는 일본 Asahi Kasei(旭化成)만이 유일하게 큐프라(cupra) 생산하고 있다. 또한 1974년 Asahi Kasei는 습식 스펀본드(Spunbond) 공정을 통해 큐프라 소재의 스펀본드 부직포 BemlieseTM를개발하여 상품화했으며, 재생 셀룰로오스 섬유 소재로 된 스펀본드 부직포는 현재까지 Bemliese뿐이다.

세계 경제 및 국제 정세 변화에 따른 수입 원자재 공급망 불안정

● (세계 경제 변화) 2011년, 중국 내수 경기가 급격히 활성화되면서 면, 양모, 화섬 원료할 것 없이 섬유류 원부자재 가격이 천정부지로 치솟았다. 당시 다른 부문의 원자재에서도 수입 가격 상승이 나타났으나 섬유 원료의 상승률(7.18%)이 가장 높았다. 당시 레이온 絲의 경우에는 폭등한 가격에도 원료를 구하지 못해 오퍼를 중단하는 상황까지 벌어졌으며, 국내 섬유산업은 심각한 타격을 피할 수 없었다.

● (국제 정세 변화) 2022년 6월, 중국 신장산(産) 원자재가 포함된 상품 등을 수입 금지하는 미국 법률 「위구르족 강제노동 금지법」이 발효됐다. 신장은 비스코스레이온 섬유의 중국 최대 생산지로, 국내 의류업계는 신장산 비스코스레이온을 대체할 새로운 공급망을 찾아내야 하는 상황이다.

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