주미방 중국과학원 원사: 순환가능한 섬유재료는 국가전략, 환경보호와 경제발전에서 의의가 비범하다

"이중탄소" 전략의 실시배경하에서 우리 나라 화학섬유과학기술함량을 제고하고 기능과 지능섬유신소재와 록색화생물기섬유를 발전시키는것은 우리 나라가 섬유대국에서 섬유강국으로 나아가는데 중대한 현실적의의가 있다.주메이팡 중국과학원 원사는'쌍탄소'전략적 배경을 분석하고 섬유소재 산업의 진전과 결합하여 국가 전략, 환경 보호와 경제 발전에서 순환 가능한 섬유재료의 중요한 의의를 상세히 소개하고 미래를 전망했다.

　　01 녹색화 생물 기초의 발전 전망이 넓다

섬유는 일반적으로 충분한 세도를 지름<100μm)과 충분한 길이비 (길이/지름 > 1000), 그리고 일정한 유연성을 가진 물질.금속, 광석, 생물체, 고분자는 상술한 정의를 만족시키기만 하면 모두 섬유로 간주할수 있다.주미방은 다음과 같이 소개했다. 현재 우리 나라 화학섬유의 산업규모가 지속적으로 증가되고있다. 2022년에 우리 나라 화학섬유생산량은 근 6500만톤으로 세계총량의 > 70% 를 차지하고 화학섬유는 방직섬유가공량의 약 85% 를 차지하며 화학섬유업종의 수입은 만억을 초과하고 수출은 500만톤을 초과하며 4개 기업은 세계 500대 기업에 진입하고 상장은 30개를 초과한다.

합성섬유의 기원인 구미국가에 비해 기능지능과 록색화생물기초재료를 발전시키는 면에서 중국은 여전히 광활한 발전공간을 갖고있다.주메이팡은 화학섬유공업의 기존 에너지 절약 저탄소 기술 응용 보급 수준이 비교적 약하고 순환 이용 체계가 한층 더 완비되어야 하며, 그 고품질 발전의 총체적 목표와 직면한 3대 병목은 각각 산업사슬 공급망 안전 안정 능력, 산업사슬 지식화 디지털화의 에너지, 화학섬유 녹색화 지속 가능한 발전 능력이라고 지적했다."우리나라 화학섬유과학기술함량을 제고하여 섬유대국에서 섬유강국으로 나아가는것은 중요한 현실적의의가 있으며 록색화생물기 분해가능순환재생섬유재료가 주류발전방향이다."라고 그는 강조했다.

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　　녹색, 저탄소, 환경보호는 이미 전 세계의 대세가 되었고, 녹색환경보호와 지속가능한 발전의 수요에 적응하기 위해 생물기섬유 생산기술이 끊임없이 출현하고 있으며, 생물기섬유는 이미 의류, 가정방직과 산업용 방직품에서 광범위한 응용을 얻고 있다.

바이오매스 섬유는 생물체 자체나 그 추출물을 이용해 만든 섬유를 말한다.석유기를 원료로 만든 폴리에스테르섬유, 폴리아미드섬유(폴리에스테르/나일론), 폴리아크릴아크릴(아크릴) 등 합성섬유와 달리 바이오매스의 원료는 바이오매스에서 나온다.

바이오매스 섬유는 원료가 재생 가능한 바이오매스에서 유래하기 때문에 석유 기반 원료에 비해 탄소 감소 효과가 더욱 뚜렷하기 때문에 바이오매스 섬유를 대대적으로 발전시키는 것은 탄소의 최고봉 탄소 중립을 돕는 데 매우 중요한 의의를 가진다.그중 생물기합성섬유는 천연식물이나 농작물을 원료로 유전자공학, 미생물발효, 려과, 정제 등 공정을 거쳐 순도높은 단체를 제조한후 중합반응을 거쳐 일정한 분자량을 가진 중합물을 제조한후 다시 용융방사공예를 거쳐 제조한것이다.

현재 방직에 사용되는 중요한 바이오 기반 섬유는 주로 PLA 섬유, 바이오 기반 PDT 섬유, 바이오 기반 PTT 섬유와 같은 폴리에스테르 섬유입니다.

PLA는 바이오매스 원료가 발효를 거쳐 젖산을 생성한 뒤 축합과 용융 방사로 만든다.PLA 섬유의 종면은 무규칙한 반점 및 불연속적인 줄무늬가 있고 구멍이나 균열이 존재하여 모세관효과를 쉽게 형성할수 있으며 흡습속건의 특징을 갖고있다. PLA는 약산성섬유이기에 일정한 항균성 및 난연효과를 갖고있다.그러나 PLA 섬유는 강력함이 낮고 염색 효과(특히 짙은 색의 상염)가 떨어져 후기 염색 정돈 가공 과정에서 고온에 견디지 못한다.이런 문제에 비추어 국내 생산기업들도 적극적으로 연구개발을 혁신하고 있으며 현재 관련 문제는 이미 기본적으로 해결되었다.

바이오 기반 PET는 일반적으로 바이오 기반 PTA 또는 바이오 기반 EG를 원료로 취합됩니다.바이오 기반 EG가 다중 성분 메탄올일 때 얻은 폴리에스테르는 PDT입니다.PDT는 바이오메틸에틸렌글리콜과 테레프탈산 또는 테레프탈산 디메틸에스테르가 중합되어 얻어지며, 합성 공정은 주로 PTA법으로 에스테르화, 예축합, 종집의 몇 단계를 포함한다.다조분 이원알코올의 존재로 인해 PDT의 중합 과정과 진공도는 석유 기반 폴리에스테르에 비해 향상되어야 한다.폴리에스테르를 합성한 후 다시 실크 공예를 거쳐 만든 PDT 섬유로, 방사 장치는 PET의 설비를 이용하여 완성할 수 있다.PDT 섬유는 신축성과 회탄성을 가지고 있으며, 신축 후 빠르게 원상태로 튕길 수 있으며, 옷에 사용하면 편안함을 향상시킬 수 있다.PDT 섬유는 PET보다 신장률이 높고 부드러운 감촉을 자랑한다.PET 섬유 역시 유리화 전환 온도가 낮아 염색을 상압할 수 있으며 물세탁 견고도와 다림질 견고도가 높다.또한 PDT 섬유는 PTT 및 PET 섬유보다 정전기 방지가 우수합니다.PDT 섬유도 울 등 천연 섬유와 혼방되어 더욱 우수한 원단을 만들 수 있습니다.PDT 섬유의 원료 중 하나는 바이오매스 자원에서 전환할 수 있어 CO₂ 배출을 줄일 수 있으며 저탄소, 친환경, 녹색의 신형 섬유 소재로 의류, 장식재, 산업 등 분야에 사용될 수 있다.

PTT는 바이오메트릭 프로필렌글리콜(PDO)과 파라벤(PTA)을 중합해 만든 또 다른 바이오메트릭 폴리에스테르다.바이오 기반 PTT 섬유는 비교적 좋은 회탄성을 가지고 있으며, 동시에 PET 섬유의 내화학성, 아크릴의 부스스함과 함께 폴리에스테르의 내마모성과 정전기 저항성이 있으며, 낮은 유리화 온도로 인해 상압 염색이 가능하다.

DuPont(듀폰)는 PTT 섬유 제조 기술을 최초로 확보하고 일본의 동려, 제인, 한국의 신한공업, 우리나라 대만의 극동방직 등과 합작하여 PTT 섬유 분야에서 선두적 지위를 더욱 공고히 하였다.국내의 PTT 섬유는 비교적 늦게 발전했으며 동화대학은 최초의 연구단위이다.그 후 성홍그룹은 칭화대학과 협력하여 글리세린을 주원료로 하는 바이오기반 PTT를 생산했다.

　　02 폴리에스테르의 방직산업에서의 재활용

주미방은 다음과 같이 언급했다. 현재 섬유원자재구조는 다원화추세를 보이고있으며 록색설계실천탐색을 증가하고 제조완화자원의 순환리용수준도 뚜렷이 제고되였으며 페기방직품의 종합리용제품사슬이 기본적으로 형성되고 지속가능한 소비추세가 점차 나타나고있다.이와 동시에 중국방직복장업종의 시스템전환을 가속화하는것도 다차원적인 도전에 직면하고있다. 례를 들면 선진기술, 공예와 설비혁신이 부족하다.최상층 설계 및 상응하는 정책, 부대 제도와 표준 체계를 완비해야 한다;녹색소비시장은 산업에 대한 추진력이 부족하다;통일된 비전과 산업 협동, 시스템 전환 합력이 부족하여 이루어지지 않았다;순환 패션을 추진하는 전문 인력이 부족하다.

페기된 방직품에서 재생가능에너지를 추출하는 상세한 절차를 보여줌으로써 주미방은 여러분들에게 폴리에스테르의 전 생명주기 록색순환리용개념을 소개하였는데 이 기술은 폴리에스테르합성원자재의 순환리용을 실현하고 환경0에 배출하며 자원을 절약함으로써 고분자재분야에서의 순환경제의 운용을 한층 더 구현하였다.

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　　자료에 따르면 우리 나라는 세계에서 가장 큰 방직복장생산국이고 소비국으로서 방직섬유가공총량은 전 세계의 50% 이상을 차지하며 매년 섬유소비총량은 약 3000만톤, 일인당 섬유소비량은 약 22.4킬로그람으로 기본적으로 중진국 수준에 도달했으며 이에 따라 대량의 페기방직품이 산생되였다.2020년에 페기방직품의 발생량은 약 2200만톤이고 순환리용률은 약 20% 이며 페기방직품의 재생섬유생산량은 약 150만톤으로서 페기방직품의 순환리용능력과 수준은 여전히 비교적 큰 제고공간이 있다.

관련 연구기관의 추산에 따르면 페기된 방직품 1킬로그람을 리용할 때마다 3.6킬로그람의 이산화탄소배출량을 낮추고 6000리터의 물을 절약하며 0.3킬로그람의 화학비료와 0.2킬로그람의 농약의 사용을 줄일수 있다.페기된 방직품의 순환리용은 자원리용효률을 높이고 방직원료자원부족문제를 해결하는데 유리할뿐만아니라 토지자원을 절약하고 이산화탄소배출을 줄이며 생태환경을 보호하는데도 유리하다.

이에 앞서 국가발전개혁위원회, 상무부, 공업정보화부는"페기방직품의 순환리용을 다그쳐 추진할데 관한 실시의견"(이하"실시의견"으로 략칭) 을 인쇄발부했다."실시의견" 이 제기한 발전목표에 따르면 2025년까지 페기방직품의 순환리용률이 25% 에 달하고 페기방직품의 재생섬유생산량이 200만톤에 달한다.2030년까지 폐방직품의 재활용률은 30% 에 달하고 폐방직품의 재생섬유 생산량은 300만 톤에 달한다.목표 달성은 이산화탄소 배출을 줄이고 에너지 자원을 절약하는 데 중요한 의의가 있다.

　　03 목질소 탄소기 섬유 및 고가치화 응용

목질소는 제2대 천연고분자로서 방향족구조를 가진 천연고분자재료로서 지구상에서 섬유소에 버금가는 재생가능한 탄소원으로서 매년 자연계에서 5~36억톤이 산생될수 있다.주메이팡은 목질소가 나무에 존재해 흙처럼 보이지만 유용한 섬유로 만들 수 있다고 말했다.목질소의 탄소 함유량은 대략 68% 로 비스코스 섬유보다 탄소 함유량이 더 높다.목질소에서 탄소섬유를 제조하는것은 아주 좋은 자원으로서 작게는 컴퓨터, 크게는 자전거, 자동차에 이르기까지 모두 탄소섬유복합재로 제조할수 있는데 그 특징의 하나는 아주 가볍다는것이다.

특히 목질소기 탄소나노튜브 섬유의 전체 성능은 정밀화학공품을 사용하여 생산한 탄소나노튜브 섬유와 비슷하며, 전도율은 대부분의 상업용 탄소섬유보다 높으며, 동시에 높은 유연성, 높은 스트레칭 강도, 높은 전도성 특성을 갖추고 있어 지금까지 대부분의 바이오매스에서 파생된 탄소기 섬유 재료보다 우수하다.

섬유의 발전은 민생산업뿐만 아니라 국가전략에도 관계된다.주메이팡은 미래 중국의 신소재와 신방직 경제에 대해 전망하면서 5대 목표를 제시했다: 원자재 구조를 한층 더 최적화하고 재생할 수 없는 자원의 소모를 줄인다;순환경제원칙에 기초한 방직품설계로 전환한다.제조 과정의 자원 이용 효율을 한층 더 높인다;비즈니스 모델을 혁신하고 녹색 소비를 확대한다;폐방직품의 회수 이용과 품질 향상을 촉진하다.

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　　탄소섬유는 고강도, 내부식, 저밀도, 고모량 및 양호한 전도성능을 갖춘 증강재료로서 항공우주, 자동차부품 및 의료기기 등 분야에서 모두 광활한 응용전망을 갖고있다.

현재 시중에 나와 있는 탄소섬유의 80% 이상이 폴리아크릴로니트릴 (PAN) 을 원료로 제조돼 가격이 비쌀 뿐만 아니라 제조 과정에서 많은 오염이 발생할 수 있으며 PAN이 재생할 수 없는 화석자원에서 유래하기 때문에 그 공급도 화석자원의 채굴에 따라 일정한 제한을 받게 된다.따라서 재생 가능한 원료를 개발하여 저비용 탄소 섬유를 제조하는 것이 미래의 발전 추세가 되었다.목질소기 탄소섬유는 전통적인 석유기 고중합체를 목질소를 주원료로 대체해 제조한 탄소섬유 소재다.주요한 제조 과정은 목질소 예처리, 조제 방사액, 정전기 방사, 예산화, 섬유 탄화 등과 관련된다.

PAN 기반 탄소 섬유와 비교할 때 목질소 기반 탄소 섬유는 다음과 같은 이점을 가지고 있습니다.

(1) 원천이 광범위하고 원가가 저렴한 목질소는 자연계에서 섬유소에 버금가는 재생가능한 자원으로 식물기체에 광범위하게 존재하며, 게다가 매년 제지업계의 부산물도 수천만 톤의 목질소를 생성하여 목질소기 탄소섬유의 원료는 원가가 저렴할 뿐만 아니라"무궁무진하고 무궁무진하다."

(2) 환경보호 무오염 목질소 중의 탄소 함량이 60% 에 달하며, 제조 방사액을 알코올류 용제를 채택하여 방사가 더욱 친환경적이다.

(3) 더욱 강한 이화학특성을 구비한 목질소는 대량의 방향탄화수소벤젠고리구조를 함유하고있는데 이는 이를 탄소섬유로 제조할 때 원래의 사상구조를 더욱 잘 유지할수 있어 더욱 큰 인장강도를 얻을수 있다.이로부터 알수 있는바 전통적인 PAN기탄소섬유에 비해 목질소기탄소섬유는 원료, 원가, 환경보호 나아가서는 성능면에서 모두 일정한 우세를 갖고있어 앞으로 저원가탄소섬유를 제조하는 우선순위이다.

정보출처: 국가선진기능섬유혁신센터