패키징 분야에 나노기술의 접목이 큰 기대를 모으고 있는 가운데 국내에서 독자 개발된 나노소재가 본격적으로 제품 포장재로 적용되고 있어 관심의 대상이 되고 있다.

LG화학에서 독자기술로 개발한 고차단성 엔지니어링 플라스틱 신소재(EP) 하이페리어(HYPERIER®)가 생활용품 용기로 적용되면서 본격적인 상용화의 단계에 들어갔다. HYPERIER®는 최근 LG생활건강, 애경에서 화장품, 생활용품 튜브 용기에 적용되기 시작했으며, 현재 농약업체와 농약용기를 개발 중에 있다.

HYPERIER® 적용 사례

신소재가 개발 이후 몇개월 만에 본격적으로 제품 포장에 적용되기는 매우 빠른 경우로 HYPERIER®의 기능성이 높게 평가 받고 있음을 보여주고 있어 앞으로의 적용확대에 관심이 모아지고 있다.

단일 재질로 높은 차단성 가능

HYPERIER®를 개발한 LG화학 테크센타에서는 HYPERIER®가 이산화탄소, 산소, 수분 등에 대한 높은 차단성(배리어성)을 지니고 있다고 밝혔다. 이러한 HYPERIER®의 특성은 식품, 화장품, 농약 등의 용기나 자동차 연료탱크 등 높은 배리어성을 필요로 하는 패키징 분야에 적용되어 용매, 수분, 가스 등 내용물 누출을 방지하면서, 외부의 산소 침투를 막는 이상적인 소재로 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 보인다.

나노기술을 접목한 HYPERIER®는 몬트몬모릴로나이트라는 나노소재를 고분자 수지상에 완전 분산시켜 이 수지상을 배향, 차단성을 얻는 방법을 핵심으로 하고 있다. 이 분야에 대한 연구가 세계적으로 진행되고 있지만 상용화 할 수 있는 기술을 개발한 것은 LG화학이 세계 최초이다.

상용화가 이루어지고 있는 나노기술

전세계적으로 나노기술에 대한 개발이 본격적으로 진행되기 시작한 것은 90년대 초반부터로 95년도부터 다우, 듀폰, 티코나 등 세계적 거대 메이저 플라스틱 업계에서 개발 붐이 일기 시작하여 2000년에 들어서면서 일부 시제품들이 선보이기 시작하였다.

HYPERIER®의 차단성 원리

최근 들어서 상업화에 대한 기대가 높아지고 있는 가운데 본격적으로 제품에 적용된 것은 LG화학의 HYPERIER®가 처음으로 알려졌다. 테스트 결과에서도 HYPERIER®는 어느 소재보다 뛰어난 차단성을 보여주고 있어 앞으로의 적용확대는 빠르게 이루어질 것으로 예상되고 있다.

나노콤포지트 기술을 적용한 HYPERIER®는 층상점토화합물(Layered silicate mineral)을 나노 크기로 분산, 고분자 사슬과 나노충진재(Nanofiller)의 접촉면적을 최대화 시켜 플라스틱 소재의 배리어성을 높이고 있다.

이러한 나노콤포지트 기술뿐만 아니라 LG화학에서는 HYPERIER®의 생산에 배향성을 향상 시킬 수 있는 스크류, 다이 등의 핵심 가공 설비 설계를 통해 기존 차단성 소재에 비해 차별화된 차단성을 구현 할 수 있도록 하였다.

LG화학에서는 HYPERIER®는 이러한 가공성의 제약을 해결하기 위하여 가공성과 내수성을 집중 개선, 단층 성형이 가능해짐으로써 가공비 절감을 획기적으로 달성 할 수 있다.

특히 5L 이상의 대형 중공 성형 용기는 아직 국내에 고가의 대형 다층 설비가 도입 되지 않아 차단성 소재가 적용 되지 못함으로써 용기를 외국에서 고가에 수입 하거나 내용물의 변질 우려를 않고 일반 폴리올레핀 용기가 사용되는 문제점을 가지고 있었으나 HYPERIER를 사용 국내시장에서도 대형 용기의 차단성 문제를 해결 할 수 있다.

또한 용도에 따라서 다층형태로도 적용이 가능하다. 하지만 HYPERIER와 폴리올레핀의 접착력이 양호하여 접착층을 사용 하지 않고, 기존 다층 성형의 장점을 살리면서 성형이 가능하여, 접착층 제거에 따른 비용 절감 및 성형 불량을 감소 시킴으로써 가공비를 절감 할수 있는 장점이 있다.

패키징 분야에서 배리성은 높은 관심

패키징 분야에서 높은 배리어성을 지닌 재질은 제품의 유통기간 연장과 제품의 품질을 보호할 수 있다는 점에서 커다란 관심의 대상이 되어왔다. 특히 산소, 이산화탄소와 같은 기체에 민감한 제품의 경우 용기의 배리어성을 높이기 위해 PVDC나 EVOH 등의 재질을 포함한 다층(multi-layer) 성형용기가 적용되었다. 이러한 다층 성형용기의 경우도 최근 들어서야 본격적인 적용이 활발히 이루어지기 시작했다.

HYPERIER®의 차단성 비교

하지만 현재 적용이 이루어지고 있는 이들 배리어성 플라스틱 소재의 경우 일반 플라스틱에 비해 높은 차단성을 지니고는 있으나, 대부분 고가에 수입되는 원료로 가격이 높다는 점과 다층 성형 공정도 쉽지 않다는 제약을 지니고 있다.

또한, PVDC는 환경문제로 사용의 제약을 받고 있으며, EVOH의 경우는 수분에 약하다는 단점을 지니고 있어 폭넓은 사용에는 한계성이 가질 수 밖에 없었다. 이러한 문제를 보안하기 위해 이들 차단성 소재의 경우 적용을 위해 다층성형을 해야 했다.

다층성형은 중간층에 차단성 소재, 외층에 PE, PP 등의 폴리올레핀 계열이 위치하게 되며, 차단성 소재와 폴리올레핀 수지와의 접착력이 취약해 별도로 고가의 접착성 수지를 폴리올레핀 층과 차단성수지 사이에 넣어야 하는 등 가공의 어려움을 지니고 있다.

다층성형의 가공에 있어서도 다층성형 방법이 일반 단층성형 방법에 비해 고가의 성형 장비가 요구되며, 성형과정에서도 불량이 많이 발생하는 등의 단점이 있다.

하이페리어는 이러한 차단성 소재의 문제점을 해결하고 있다. 단일재질로의 성형이 가능하며 다층성형도 병행해 가공할 수 있는 특성을 지니고 있다. 이러한 일반적 단층 성형으로도 높은 배리어성을 가질 수 있는 HYPERIER®는 쉽게 재활용이 가능하다는 측면에서도 기대가 되는 부분이다.

다층용기의 경우 여러 재질이 혼합되어 있어 재활용하기 쉽지 않아 높은 환경부담금을 물어야만 했다. 또한 단층성형은 고가의 다층 성형기에 대한 투자를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 일반 중소형 제조업체에서도 제조가 가능해 가공비용이 감소, 차단성 포장용기 시장의 경쟁력을 높이는 데도 일조할 것으로 보인다.

다양한 용도로의 적용 기대

LG화학에서는 HYPERIER®를 국내 및 미국, 일본 등 세계 20여개국에 특허 및 상표 등록을 완료하고 국내 시장뿐만 아니라 세계 시장으로의 진행도 준비해 나가고 있다.

또한, HYPERIER®가 기존 올레핀 수지와 비교해 볼 때 동등한 이상의 물성을 가지고 있다는 점으로 폭넓은 분야에서의 적용이 기대되고 있다.

HYPERIER®의 물성

HYPERIER®의 배리어성과 물성 등의 특성은 내용물의 보존성이 요구 되는 패키징 분야에 장점을 가져다 줄 것으로 보인다. 화장품 튜브, 식품용기 등 내용물 변질을 막을 수 있는 포장용기에서 부터 농약, 방역 제품 등 인체 유해한 내용물의 담는 포장용기, 자동차 연료 탱크 등 다양한 가공 분야에 적용 가능하다

HYPERIER®가 본격적인 상용화의 단계에 접어들면서 나노기술에 대한 패키징 분야의 관심은 더욱 높아질 것으로 보인다.

특히, HYPERIER®의 경우는 해외에서도 성공하지 못한 부분을 국내 독자기술로 개발해 상용화 했다는 점에서 국내 나노기술을 한차원 높였다는 평가와 나노기술에 있어 우리가 앞서갈 수 있다는 기대를 갖게 해준다.

LG화학에서는 앞으로도 지속적으로 HYPERIER®에 대한 연구 활동을 지속해 진공 성형용 시트 및 필름용 제품을 개발해 나갈 것이라고 밝혔다 이를 통해 다양한 용도의 제품을 선보여 약 1조 7천억달러 이상의 시장 규모를 갖추고 있는 세계 차단성 시장을 선점해 나갈 계획이다.

또한, 2008년에 이르면 이 시장에서 약 30% 이상의 차지해 이 부분에서 세계 1위의 기업을 목표로 하고 있다.

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[미니 인터뷰]

용기 누출방지 능력 300배의 뛰어난 신소재
“LG화학의 기술만이 아닌 대한민국의 기술"

LG화학 테크센타는 핵심 소재기술과 가공기술을 개발하여 HYPERIER® 개발의 산파 역할을 하였다.

LG화학 테크센터 응용기술2팀

김명호 부장(테크센타 응용기술팀, 사진 하단 가운데)은 HYPERIER®의 개발과 상용화는 나노기술분야에서 세계적으로도 최초의 일이라며 세계 시장에서도 아직 상용화가 진행되고 있지 못하다고 밝혔다.

최근에 들어서 사용자의 요구가 늘어나면서 나노기술 개발에 대한 성과들이 보이고 있는 가운데 LG화학의 HYPERIER® 개발은 남다른 의미를 갖는다고 말한다.

“HYPERIER®는 세계적으로도 우수성을 인정받고 있습니다. 최근 해외에서 열린 컨퍼런스 발표에서도 높은 관심을 얻었습니다. 이번 HYPERIER®의 개발은 LG화학의 기술만이 아닌 대한민국의 기술이 될 것입니다.”

20여개국에 이미 특허가 등록된 HYPERIER®는 본격적인 상용화에 들어가 다양한 용도 개발이 진행중에 있다. 우선은 현재 갖추어져 있는 차단성이 요구되는 용기 등의 시장을 목표로 하고 있으며 앞으로 점진적으로 그 범위를 넓혀나간다는 계획이다.

“고 차단성을 지니고 있으며 기존의 올레핀 계열의 재질과 동등 이상의 물성을 지녔다는 점 뿐만 아니라, 단층성형이 가능해 HYPERIER®를 통해 용기를 다양하게 디자인 하거나 재활용이 용이합니다.”

LG화학에서는 HYPERIER®의 가공을 최적화 할 수 있는 가공기계를 개발하거나 기존 설비를 개선하는 작업을 함께 진행해 오고 있다. 이를 통해 단순히 소재만이 공급하는 것이 아니라 업계에 가공성을 향상할 수 있는 기술도 함께 보급하고 있다.

“고객과 함께 윈-윈 할 수 있는 기술개발에 노력하고 있습니다. 고객과의 만남을 통해 고객이 원하는 것을 개발할 때 쉽게 적용하는 기술이 될 것입니다. 또한, 기술의 가치를 인정받을 수 있을 것입니다.”

LG화학의 HYPERIER® 개발 및 상용화의 시작은 나노기술의 발전뿐만 아니라 고객이 필요로 하는 부분을 맞추어 간다는 응용기술의 한단계 전진이라는 점에서도 의미를 지니고 잇다. LG화학에서는 오는 10월에 독일에서 열리는 K-2004 전시회에서 HYPERIER®를 전세계에 소개할 예정이다.

<문의 : LG화학 테크센타 Tel : 042-860-8257>

홍순우 기자 / kip@packnet.co.kr