[Stock&Biz] 두와이즈켐 낮은 분산성의 기존 CNF 소재, 표면 무기질화 거쳐 문제점 개선 다앙햔 분야에 적용하기 위해 국내 및 미국-유럽서 특허 확보 디스플레이의 색 구현을 돕는 ‘QD 캡슐’ 개발도 진행
서영수 대표와 두와이즈켐 연구원들. 두와이즈켐 제공
2018년 설립된 두와이즈켐은 16년간 세종대 나노신소재공학과에서 개발한 기술을 토대로 차별화된 나노소재분야 기술을 보유한 기술 중심의 벤처기업이다. 강화 플라스틱, 기능성 필름, 화장품 등을 위한 고성능 무기질화 CNF(고분산 기능성 셀룰로스 나노 섬유) 소재개발에 주력하고 있다.
CNF는 친환경적이고 지속가능한 천연 섬유로서, 유리 및 탄소 섬유를 대체할 유일한 대안이라고 불린다. CNF는 종횡비가 큰 나노 크기의 셀룰로스 미세섬유로 구성되며, 미세섬유의 너비는 5∼20nm이다. 길이는 다양하지만 대체적으로 수 μm 정도이며, 목재에서 유래한 섬유(펄프 섬유) 등 셀룰로스를 함유하고 있는 물질이 고온 고압에서 고속 충격 균질화·분쇄·미세 유동화를 거쳐 만들어진다.
무기질화된 셀룰로스 나노섬유 분말 제품. 두와이즈켐 제공
미세섬유로 나뉘지 않은 원재료 상태의 셀룰로스는 대부분의 식물에 있는 1차 세포벽을 구성하는 주요 성분이다. 자연 상태에서 가장 풍부한 천연 고분자 중 하나로서 식용이 가능할 정도로 생체 적합성이 매우 높다. 현재 셀룰로스는 주로 판지와 종이를 생산하는 데만 사용되고 있고, 일부는 셀로판이나 레이온과 같은 다양한 파생 상품으로 변환되고 있다. 재생 가능 에너지원으로서 에너지 작물의 셀룰로스를 셀룰로스 에탄올 등의 바이오 연료로 전환하는 방안이 개발되는 중이다. 하지만, CNF 소재는 친수성을 가지기 때문에 소수성을 가지는 대부분의 고분자에 복합화하기 어렵고 열에 노출될 경우 색이 변하며 물성이 저하되는 단점이 있다.
무기질화된 셀룰로스 나노섬유 투과 전자현미경 사진. 두와이즈켐 제공
두와이즈켐은 CNF 표면을 무기나노입자로 개질하여 응집 현상을 원천적으로 차단하고 동시에 내열성을 개선했다. 무기질화 CNF(mCNF)라고 불리는 이 신소재는 플라스틱과의 조성물에서 응집 없이 분산이 잘되며, 고온의 열가공 공정에서도 매우 안정적이다. 또한 무기질화 기술을 마이크로 직경의 셀룰로스에 적용해 고함량 복합소재 제조가 가능하며, 플라스틱 소재의 친환경성을 증가하고 경량화에도 효과적이다. 현재 배터리 분리막에 테스트 중이며, HDPE, PP에 적용, 고분산되며, 필름의 녹는점, 인장강도·탄성률, 저장 탄성률 개선에 효과를 나타냈고, 이 외에도 다양한 분야에 적용하기 위해 준비 중이다. 현재 7개의 국내 특허와 미국, 유럽 특허 각 1건씩 등록 중이며 양산설비구축에 힘쓰고 있다.
두 제품을 적정 비율로 혼합하여 블루 광원에 노출시키면 레드, 그린, 블루 빛의 삼원색(RGB)에 의해 백색광(모든 색상이 포함되었다는 뜻)이 구현되어 여러 색상을 표현할 수 있게 된다. 두와이즈켐 제공
두와이즈켐은 고품질 디스플레이 및 스마트 팜 조명에 적합한 고배리어 QD(양자점) 캡슐 개발에도 집중하고 있다. QD는 반도체 나노 결정으로, QD의 광전자적 특성은 QD의 조성과 크기 및 모양에 의해 결정된다. 지름이 5∼6nm 정도의 큰 QD는 빨강과 주황 등 장파장의 빛을 만드는 한편, 2∼3nm의 작은 QD는 파랑과 초록의 단파장 빛을 만든다. QD 디스플레이는 청색 LED를 광원으로 사용하는데, 이 청색광이 QD 필름을 거치며 정확한 빛의 삼원색(RGB)으로 변환된다. 따라서 QD 디스플레이는 자연색을 그대로 구현할 수 있으며, OLED보다 높은 색 재현성을 보인다. 일반적으로 QD는 주변의 수분, 산소, 온도 등 외부 요인에 매우 취약한 단점을 가지기 때문에 안정성을 확보하기 위해서 고가의 배리어 필름을 사용해야만 한다.
이와 같은 단점을 보완한 두와이즈켐의 QD캡슐화 기술은 고분자 결정판 사이에 QD를 외부로부터 안전하게 보호하며, 열가공 압출공정으로 고부가가치 QD 필름을 높은 생산성으로 제조할 수 있다. 핸들링이 어려운 용액 상태의 QD를 분말화하여 모든 QD 입자가 고르게 분산되어 광효율의 저하가 없다. 또한 QD 외에 다양한 콜로이드 나노입자의 캡슐화도 가능하다.
서영수 두와이즈켐 대표.
서영수 대표는 현재 세종대 나노신소재공학과 교수로 재직하면서 학생들의 연구를 가치 있게 여기고 이를 기술 이전식으로 활용 중이다. 그는 “친환경 소재는 현대 사회에서 피할 수 없는 부분이자 가장 트렌디한 부분이며 그중에서도 플라스틱은 석유화학 기반으로 유한한 자원인 만큼 대체하기 위한 노력은 필수다”며, “두와이즈켐의 친환경 소재를 통해 2026년까지 50억 매출을 달성하는 것을 1차 목표로 하고 있다”라고 포부를 밝혔다. 그는 “교원창업을 장려한 만큼 정부의 제도적, 경제적인 지원이 뒷받침된다면 세계 시장에서 더욱 유리한 경쟁력을 가질 수 있을 것”이라는 바람을 전했다.
