Chemical Fibers International

0.5미크론 이하의 직경을 갖는 폴리머系 섬유는 보통 나노섬유라고 칭해지고 있음. 동 섬유는 필터 및 섬유제품의 기능성 가공 등 다양한 분야에서 관심이 증대되고 있음. 나노섬유는 멜트블로운 및 해도사 생산방식을 채용하여 생산이 가능하나, 전기방사 공정의 불안정함을 대체할 수 있는 획기적인 방법이 아직 개발되지 못하고 있음.

전기방사는 이제 고체 및 액체상의 소재를 코팅하기 위한 공정법으로 인식되고 있으며, 동 코팅방식은 나노섬유 기반의 부직포(통상밀도 0.1~5g/㎡)를 제조하는 데 사용될 수 있음. 독립구조의 전기방사로 생산된 나노섬유 부직포는 밀도가 최대 250g/㎡으로서 최신의 전기방사설비로 생산되고 있으며, 공정변수 및 소재선택을 최적화하는 등 향후 전기방사 소재를 적극적으로 활용하기 위한 시도가 이루어지고 있음.

전기방사법으로 생산된 나노섬유는 폴리머 용융물(점성을 갖는 폴리머 용액상태)이 高電壓이 걸린 전극에서 생성된 전기장을 통해 가공되어 생산됨. 전기장의 영향에 따라 폴리머 용융물(용액)이 대전, 분출되어 특정 소재에 코팅형태로 접착됨. 전기방사 나노섬유의 직경은 나노미터에서 미크론까지 다양하나, 100미크론에 달하는 일반 섬유에 비해 매우 가는 장점이 있음.

전기방사의 강점은 나노섬유의 형성이 매우 低농도에서 이루어짐에 따라 완전 용해혹은 수분을 포함하는 용제로부터 혼합가능한 폴리머를 가공할 수 있으면 가능함. 다양한 형태의 섬유, 표면구조, 형태학, 이에 따른 다공형성도 실현가능할 것으로 예상되고 있음.

폴리머의 분자량, 분자량분포, 폴리머 유리전이온도, 용액점도, 극성, 표면장력, 용제의 증기압, 대기습도, 전기장의 세기, 전극의 모양, 전극간격 등의 다양한 인자에 의해 전기방사공정에 따른 최종제품이 크게 달라질 수 있으며, 전기방사 공정의 최적화외에 정확한 모델링의 구현시 어려움 해결이 가능할 수 있을 것임.

전기방사 나노섬유는 부직포에 포함된 기능성 재료(촉매, 나노/마이크로입자, 염료, 향료, 유인물질, 항균제, 도전제, 약제, 효소, 바이러스, 박테리아 등)의 고정시 큰 역할을 할 수 있음. 적절한 전구체를 세라믹/금속 나노섬유기반의 부직포내 폴리머 매트릭스에 주입하여 as-spun 부직포의 추가적인 화학적 처리도 가능하게 할 수 있음. 특수 폴리머(block copolymer 등)를 통한 다양한 형태발현도 가능할 전망임.

이러한 신소재의 응용가능성을 통해 향후 전기방사 부직포의 잠재용도가 더욱 다양해질 수 있음. 적어도 동 부직포는 최근 수년간 에어필터 분양에서 상당한 성공을 거두었다고 판단되며, 향후 전개방향도 보호 및 의약용 섬유외에 BT기반의 식물보호용으로 사용이 기대되고 있음. 향후 상처치료용 드레싱, 조직재구성, 소재 등의 용도에 관심이 집중되고 있음.

단, 전기방사법으로 실험실 수준의 생산이 가능하더라도 생산조건에 따라 여러 가지 문제가 발생할 수 있음. 그 중 하나로 인화성 혹은 폭발성 용매의 사용이 불가능하다는 것임. 독성 혹은 부식성의 용제는 고가의 특수 방재설비도 요구될 수 있음.

이러한 딜레마를 해결하기 위한 방법으로 水系 방식의 전기방사가 있음. 그러나 동 방법은 수용성 폴리머를 통해 수용성 나노섬유가 생산되므로 적절한 수분 안정성을 유도하기 위한 후공정(가교공정 등)을 필요로 함.

이에 따라 가교형성 공정을 생략하고 고농도 방사액을 이용하기 위해서는 최근 개발되고 있는 폴리머 격자의 전기방사법이 제시되고 있음. 기타 전기방사법의 개선 방안으로는 생산성 향상도 있음. 특히, 현장적용 방식외에도 필터분야를 중심으로 한 전기방사코팅의 균일화를 들 수 있음. 이같은 해결/개발과제외에 각 분야별 문제해결이 요구되는 상황임.

전기방사법은 다양한 분야를 중심으로 부가가치의 향상이 가능함. 그러나 전기방사법을 고려하는 화학업체에는 수익모델의 개발이라는 관점도 고려할 필요가 있음. 반면, 인텔리전트 화학용제는 첨단 전기방사법과 조합하여 큰 시너지효과를 낼 수 있음. 개별업체의 향후 결과를 제외하더라도 전기방사법은 나노섬유기반의 高기능성 부직포생산의 기본기술이 될 것임.