폐수발생에너지 절감, 고품질 등 친환경 기술 타당성 검토
인체 무해 및 안전성 확보로 의류 외 분야 적용 가능성 기대

전 세계적으로 에너지 절감에 대한 요구가 증가하고 있고, 특히 환경오염 배출가스의 규제가 사회적 관심으로 높아지고 있는 현시점에서, 폐수배출이 많은 섬유염색업체의 막대한 폐수비용의 감당과 중국, 동남아 섬유시장과의 가격 경쟁력에서 고전을 면치 못하고 있는 국내 섬유염색산업에 반가운 소식이 있다.

최근 생기원 융합생산기술연구소에서 폐수발생 걱정이 없는 염색가공기술을 연구개발 중에 있어 새로운 대안으로 떠오르고 있다. 폐수발생 및 에너지 절감을 통한 가격경쟁력 제고, 고품질 확보, 나아가 타 산업 적용 가능성까지 갖춘 이 기술이 가져올 미래는 무궁무진하다. 세계 최초 ‘친환경 에너지 절감을 위한 염색가공용 양·단면 표면처리 시스템’ 하나면 국내는 물론 세계 섬유산업시장의 판도를 바꿀 수 있다.
 
섬유, 기술을 넘어 사람을 생각하다

최근 몇 년 동안 아웃도어 제품이 각광받으면서 많은 사람들이 섬유의 기능성에 주목하기 시작했다. 이에 따라 방수는 물론, 통풍 및 투습, 내구성, 보온성 등 섬유의 기능은 점점 진보하고 있다. 특히 발수원단은 아웃도어 제품에 가장 많이 쓰인다.

보이지 않는 보호막을 형성해 물이나 오염물질로부터 보호하는 기능을 가진 섬유이다. 하지만 문제는 사람의 몸에 닿는 부분에 있다. 양면 모두 발수기능을 가진 섬유가 몸에서 나오는 땀과 수분을 흡수하지 못해 불쾌감을 느끼게 하는 것이다.

이에 개발된 것이 바로 편발수 가공이다. 기존 발수가공이 앞뒤 전체를 가공하는 것이라면, 편발수는 한쪽 면씩 기능을 부여할 수 있다. 즉, 한쪽 면은 발수기능을 부여하고 다른 한쪽 면은 수분흡수 기능을 부여함으로써 섬유의 안과 겉의 기능을 달리 할 수 있게 된 것이다.

약 2년 전 편발수 가공 장비를 접하게 된 심재윤 수석연구원팀은 이를 염색가공에 적용시키면 더 큰 파급효과를 가져올 것으로 판단했다. 섬유의 기능만큼이나 중요한 것이 바로 섬유 염색가공. 특히 핵심기술인 커낼블레이드는 미세한 홈의 넓이 및 깊이 조절을 통해 도포량을 자유롭게 조정할 수 있어, 이를 염색가공에 사용할 시 좌우 편차 없이 균일하게 염색이 가능하다. 마찬가지로 한쪽 면만 염색이 가능해, 피부에 닿는 안쪽 면에는 염색 시 첨가되는 화학물질이 묻어있지 않아 인체에 무해하다는 장점이 있다.

기술 개발로 섬유산업의 재도약을 꿈꾸다

심재윤 수석연구원팀의 이번 연구 아이템이 더욱 주목받는 이유는 따로 있다. 바로 에너지 절감을 위한 친환경 기술이기 때문이다. 1980년대 이후 비약적인 발전을 이룬 섬유산업에서 염색가공산업에는 늘 환경문제가 뒤따르곤 했다. 이는 염색가공 시 방출되는 폐수 때문이다.

전통적 염색가공에는 항상 많은 용수가 필요로 한다. 물에 염료와 함께 보조제의 역할을 하는 케미칼을 희석시킨 후 원단을 넣은 후 고온고압으로 처리하고 나면 염색이 되는데, 이때 많은 양의 에너지가 드는 것은 물론, 염색처리 후 발생한 폐수의 양 또한 매우 많다. 염색가공 시 물의 양이 원단무게 대비 약 10배 이상이 필요하기 때문이다.

폐수처리비용이 1톤당 약 500원가량에, 한 공장 당 평균적으로 하루 2,400톤의 물을 사용하다보니 영세한 염색가공업체에서 그 비용을 감당하기란 쉽지가 않은 게 현실이다.
보조제의 역할을 하는 케미칼은 섬유에 고착되지 않고 그대로 물과 함께 빠져나오기 때문에 폐수에 대한 위험성이 더욱 높게 되며, 폐수처리비용이 만만치 않은 데다 제대로 처리되지 않을 시 환경오염의 가장 큰 원인으로 주목받는 이유이다.

심재윤 수석연구원팀이 연구개발 중인 ‘친환경 에너지 절감을 위한 염색가공용 양·단면 표면처리 시스템’은 염색가공에서 절대 없어서는 안 될 물의 사용을 배제했다는 데 의의가 있다. 물이 사용되지 않으니 폐수가 발생하지 않는 것은 물론, 이에 따른 폐수처리비용과 에너지 사용을 줄일 수 있게 된 것이다. 특히 엄격한 환경규제, 원재료가 상승, 염색가공료의 비현실화라는 삼중고에 시달리고 있는 국내 염색가공산업에 있어 연구팀이 진행 중인 연구개발 기술은 더욱 각광받을 수밖에 없다.

불량 NO, 폐수 NO! 진보하는 염색기술

이번 연구개발 기술의 핵심인 커낼블레이드의 가장 큰 강점은 섬유의 단면 염색과 더불어 균일한 염색에 있다. 특히 커낼블레이드(Canal blade)와 테이크업 롤러(Take up roller) 안에 마그네틱을 삽입, 전자력에 의해 맞닿아 돌아가도록 설계되어 있다. 커낼블레이드의 미세한 홈으로부터 도포량을 조절할 수 있는데다가 삽입된 마그네틱, 즉 자석에 의해 테이크업 롤과 접지되어 구동함으로써 염료를 좌, 중, 우 편차 없이 균일하게 도포 가능하게 된 것이다.

이는 염색불량을 획기적으로 줄여 재고발생을 없애는 것은 물론, 염색폐수가 발생하지 않는다는 점, 건조효율이 매우 높아 에너지 절감효과가 크다는 점에서 향후 장비개발 시 그 파급효과가 더욱 클 것으로 기대되고 있다. 단면염색은 의류뿐 아니라 적용 분야의 확대가 가능할 것으로 내다본다. 자동차 시트커버, 헤드라이닝, 인테리어 원단 벽지, 본딩원단 등 다른 소재와 접착이 되는 제품, 즉 한 면만 컬러구현이 필요한 제품 전체로 적용이 가능하다. 이는 결과적으로 원가 경쟁력으로 이어져 다양한 산업에 큰 보탬이 될 것으로 예상된다.

염색분야의 세계시장 규모는 2014년 기준 약 35조원이며 2018년에는 약40조원으로 추정되며 염색폐수비용이 90%, 건조에너지가 60%절감을 목표로 하는 기술로서, 국내의 기술개발 선점이 매우 중요한 사안이기도 하다. 심재윤 수석연구원팀은  해당 기술의 특허 출원을 준비하고 있다. 세계 최초의 기술인만큼 전 세계로의 확장은 시간문제이다.

선진국이 주도하고 있는 친환경 녹색섬유산업 시장을 선점할 수 있는 혁신적 기술로, 나아가 환경과 사람을 생각한 미래기술로 더 큰 내일을 그려나가는 데 앞장서기를 바라며 세계적으로 최초의 기술로서의 발전은 정부의 아낌없는 지원으로 기술이 사장되지 않도록 해야 할 것이다.
 

▲  한국생산기술연구원 융합생산기술연구소 심재윤 ICT섬유의류그룹 수석연구원  © TIN 뉴스

다음은 한국생산기술연구원 융합생산기술연구소 심재윤 ICT섬유의류그룹 수석연구원과의 인터뷰 내용 전문이다.

Q. ‘친환경 에너지 절감을 위한 염색가공용 양·단면 표면처리 시스템’ 연구 배경

“섬유산업에서 염색가공은 가장 많은 에너지를 사용하는 분야이다. 가장 큰 문제는 바로 ‘물’이 대량 사용된다는 것이다. 그리고 사용된 물의 양 만큼 염색폐수가 발생하여 환경오염을 야기한다는 것이 가장 큰 문제였다. 폐수처리를 위해 막대한 비용을 감수하고 있지만 전 세계적으로 폐수배출에 대한 규제가 점점 강화되는 가운데 염색업계에서는 새로운 돌파구가 필요했다. 무엇보다 에너지 비용 및 폐수처리 비용의 절감을 통한 경쟁력 제고가 절실했다. 이에 따라 물의 양을 최소화하고 폐수배출을 줄인 친환경 염색가공 기술의 필요성이 대두되고 있는 상황이다.”

Q. 해외 섬유염색산업 현황

“현재 국내 섬유염색공장들은 중국에 많이 이전한 상태이다. 그러나 세계 최고의 섬유생산국이라 불리는 중국도 환경문제 때문에 많은 어려움을 겪고 있다. 해안선을 따라 줄지어 있던 수많은 염색공장들이 폐수배출로 인한 해양오염 유발로 인해 내륙으로 들어가거나 제3국으로 생산기지를 옮겨가고 있는 상황이다. 동남아시아도 비슷한 실정인데, 특히 베트남의 경우 용수쿼터제가 도입될 예정이라 1년 동안 사용할 수 있는 물이 한정되어 있고, 마찬가지로 폐수 처리에 대한 곤란한 입장을 보이고 있다. 결국 환경 규제는 전 세계적 추세이며, 폐수 발생이 불가피했던 섬유염색산업은 점점 더 어려움을 겪을 수밖에 없다. 이번에 연구개발 진행 중인 ‘친환경 에너지 절감을 위한 염색가공용 양·단면 표면처리 시스템’에 전 세계의 관심이 집중된 것이 바로 이 때문이다.”

Q. 이번 기술과 기존 기술과의 차별점

“물 부족과 폐수처리에 대한 어려움으로 인해 전 세계적으로 최소한의 물을 사용하거나 염색폐수를 줄이기 위한 노력을 해왔다. 그 대표적 예로는 DTP(Digital Textile Printing)와 초임계 염색이 있다. DTP의 경우, 장비 자체의 고속화 및 정밀성은 높아지는 반면, 잉크 등의 원부재료비용이 고가인데다 원단의 전처리 상태에 의한 불량률이 70%에 이르고 있다. 초임계 염색의 경우, 염색가능 섬유에 한계가 있고 설비투자비가 높다는 데 문제가 있었다. 반면 이번에 개발된 기술은 물을 사용하지 않는다는 것은 기존 장비와 흡사하지만, 기존 원부재료를 그대로 활용할 수 있어 염색 전체 공정시스템을 새로 바꿔야 하는 다른 장비 대비 가격이 매우 저렴하다. 또한 동일 장비로 소량에서 대량, 염색에서 가공, 천연섬유부터 합성섬유까지 범용성 역시 매우 우수하다. 특히 소량염색을 통해 원단 재고를 줄이고 이를 원가에 반영한다면 가격 경쟁력을 더욱 높일 수 있을 것이다.”

Q. 개발 기술 전망 그리고 앞으로 계획

“현재 연구개발 중인 이 기술은 여러 가지 장점을 가지고 있지만 특히, 세계 최초로 단면 염색의 성공 가능성을 제기했다는 데 큰 의미를 두고 있다. 흔히 사람들은 양면이 균일하게 염색되지 않으면, 염색이 잘못된 것이라고 생각하는 것 같다. 하지만 염색을 돕기 위해 첨가되는 케미칼은 결코 인체에 이롭지 않다. 어린 아이들에게 염색을 하지 않은 오가닉 소재를 입히는 것과 같은 이유이다. 단면염색은 이러한 기능성에 주목했다. 섬유의 겉면은 염색을 통해 아름답게, 피부에 닿는 안쪽 면은 화학첨가제를 배제하여 안전하게 만든 것이다. 앞으로 ‘염색가공용 양·단면 표면처리 시스템’은 의류뿐 아니라 더 다양한 분야에 적용될 것이다. 폐수로 인한 환경오염의 주범이었던 섬유염색가공이 이제는 환경과 사람을 생각한 기술로 거듭날 수 있었던 것에는 같은 꿈을 그려나갔던 중소기업의 열정과 많은 연구원들의 노력이 있었기에 가능한 일이었다. 모두의 힘을 합쳐 어떤 시너지를 발휘할지 앞으로 지켜봐주시기 바란다.”

* 자료출처 : tinnews 바로가기