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오늘날 나노기술은 산업환경을 새롭게 변화하는 중심에 있으며, 최근에는 나노전자소자,
나노복합재료, 나노입자, 나노구조등으로 폭넓게 전개되고 있는 실정이다. 그 중에서 나노
기술이 접목된 고분자 신소재가 강도향상, 난연성, 가스차단성등의 장점 때문에 자동차 소재 및 포장재등에 활발히 적용되고 있음이 특허출원분석을 통해서도 확인되고 있다. 미래의
산업을 좌우할 나노기술을 대비함에 있어 특허가 매우 중요한 요소임에도 불구하고 국내출원동향은 매우 미약한 실정이었다. 그러나 최근 고분자 나노복합재료에 대한 응용기술은 학교와 연구소를 중심으로 활발하게 전개되고 있으며 따라서 지금이 NT분야의 특허전략이 필요한
시점이다.
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□ 나노기술의 다양화

21세기에 들어서면서 나노기술(NT), 바이오기술(BT), 정보기술(IT), 문화기술(CT), 환경기술(ET), 우주기술(ST)이라는 6T를 중심으로 새롭게 산업환경이 변하고 있으며, 그 중에서도
나노기술(Nanotechnology)은 나노전자소자(Nanoelectronics), 나노복합재료(Nanocomposite), 나노입자(Nanoparticle) 그리고 나노구조(Nanostructure)등 그 응용분야가 폭넓게 전개되고 있는 추세이다.

탄소나노튜브를 이용한 나노기술이 주를 이루고 있었으나, 최근에는 나노재료 및 나노입자에 대한 제품개발도 가시화되고 있는 실정이다. 나아가서는 바이오산업과 결합하여 "바이오나노테크놀로지"라는 신조어까지 탄생할 정도로 새로운 분야로의 발전이 거듭되면서 고부가가치이고 고성장산업 창출에 크게 기여하고 있다. 이러한 기술혁명의 시기에 재료의 중요성이 더욱 부각되고 있으나, 아직까지는 Bottom-up 형식의 신개념 소재보다는 기존 재료들에 나노기술을 접목하는 Top-down 방식으로 발전하고 있다.

□ 고분자 나노복합재료(Polymer Nanocomposite)

고분자 나노복합재료는 유기매트릭스인 고분자와 나노크기(Nanosize)의 무기충진제로 이루어진 복합재료를 의미하며, 이에 사용되는 무기충진제는 층상 실리케이트(layered silicate), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 금속 또는 무기물의 나노입자 등 다양한 물질들이 사용되고 있고 현재 가장 활발히 적용되고 있는 입자로는 층상실리케이트이다. 분자단위로 화학반응을 하는 고분자와 달리 충진제인 무기물을 나노크기로 만들기는 굉장히 힘들고 만들더라도 많은 비용이 소요된다. 그래서 충진제를 먼저 자연물질에서 찾게 되었고 이 중 가장 경제적이고 나노구조적인 특성을 잘 지닌 물질이 층상 실리케이트에 사용되는 점토(Clay)이다.

Clay silicate를 이용한 나노복합재료는 강도향상, 난연성, 가스차단성, 내마모성, 저수축화등의 장점이 있어서 자동차 소재 및 포장재등에 우선적으로 적용되고 있다. 자동차업계에 따르면 이렇게 제조된 외부 몸체 패널은 오늘날 차량에서 사용되는 것보다 더 가벼운 특징을 갖기 때문에 고강도의 특성을 가지는 향상된 외형을 제조할 수 있으며, 재생이용면에서도 커다란 장점을 보여주고 있다고 한다. 또한 고차단성의 특성을 이용한 식품포장재, 음료수 또는 맥주병등의 용도에도 사용되고 있으며, 미국에서는 산소투과도가 낮아지는 성질을 이용하여 장기간의 비상식량보관이 요구되는 군용 식품포장재를 개발하기도 하였다(그림1. 첨부 참조)

표1(첨부 참조)은 기능성을 위주로 개발되고 있는 고분자 나노복합재료의 특성을 비교한 것이다.

나노 복합재료의 상업적인 기술개발은 이제 막 본격적인 활동을 시작한 단계라고 할 수 있다. 세계적으로 약 70여개 이상의 기업, 정부기관, 학술연구소 등이 Nanocomposite에 대한 연구를 수행하고 있으며, 전세계시장은 약 7360톤 정도에 달하며 이 중 약 970톤이 일본의 Unitika와 Ube에 의해 각각 자동차 및 포장용으로 생산되는 Nanoclay Reinforced Nylon임을 알 수 있고 나머지 450톤은 북미에서 생산되는 자동차 몸체용의 Carbon Nanotube-Filled PPO/Nylon Alloy이다.

□ 국내외 특허기술동향

고분자 나노복합재료는 일본의 토요다 자동차 중앙연구소가 1990년부터 연구개발을 하였고 다른 일본기업들에서도 제품화 연구가 활발하여 현재까지도 나노복합재료의 제품화 분야에서는 일본이 앞서 있는 반면에 기본원료인 유기화 층상실리케이트 분야에서는 Southern Clay, Nanocor등 미국 기업들이 앞서고 있다. 즉 제품화 기술은 일본이, 기본소재 및 기초기술은 미국이 우위를 점하고 있으며, 특히 미국에서는 국가연구기관, 대학 및 기업등이 컨소시움을 구성하여 역할 분담을 함으로서 나노복합재료에 적합한 유기화 층상 실리케이트의 개발 및 이를 이용한 자동차, 식품포장재, 난연소재등으로 적합한 고분자 나노복합재료 제조, 구조 및 특성 평가와 신규 응용분야 개발 등 연구개발이 매우 광범위하고 진행되고 있는 실정이다.

국내에서는 학교와 연구소를 중심으로 기초적인 연구를 하고 있고 최근에는 코오롱, 새한, 금호석유화학등과 같은 기업에서도 연구개발을 하고 있는 것으로 조사되었지만, 아직까지는 유기화 층상실리케이트가 국내에서 생산되지 않기 때문에 종합적이고 근본적인 연구가 이루어지지 않고 있다.

고분자 나노복합재료의 특허출원동향은 전세계적으로는 미국(Amcol Inter- national)과 일본(Toyata CRDL)이 우위를 점하고 있으나(그림2. 첨부 참조), 국내는 아직까지 이들 외국인의 출원비중은 미미한 편이다. 국내의 특허출원은 학교와 연구소중심으로 이루어지고 있으며, 1999년부터 5건∼17건내외에 불과하던 것이 2001년에 37건으로 급증하고 있는데 이는 한국과학기술원과 한국화학연구원등이 연구개발한 클레이 나노입자관련 특허출원이었으며 용도는 고강도 복합체 및 난연재 제품으로 응용되는 기술이었다. 다음의 표3(첨부 참조)은 국내에 출원된 나노복합재료의 주요목록이다.

□ 향후전망

나노기술의 응용분야가 점차 다양화되고 실용화되고 있다. 이미 탄소나노튜브관련 기술은 반도체 소자등에 활발히 적용되고 있으며 최근에는 나노복합재료가 자동차 소재 및 포장용으로 선택되면서 신소재로써 각광을 받고 있다. 그러나 아직까지 물성의 선택적 발현이나 첨가제로써의 균일한 혼합문제에 있어서는 더 많은 연구가 필요한 시점이다.

미래의 산업을 좌우한다고 보이는 나노기술분야에서 특허는 매우 중요한 요소 중에 하나인데, 그 이유로는 제품화할 때 특허침해에 대한 분쟁이 야기될 수 있기 때문이다. NT분야의 많은 부분은 기초연구 단계에 있다고 생각되지만, 일본의 전문가는 "나노 테크놀러지의 기본 특허는 이미 주목받고 있다"고 할 정도로 이제는 어느 정도 수준에 이르렀다고 보고 있다. 바이오 의약분야 등에서는 일본과 미국 사이에 이미 특허분쟁이 일어났으며, NT에서도 조만간 특허분쟁이 발생할 여지가 매우 많다. 이 분야에 대한 국내의 연구개발열기는 매우 높고 특허출원건수도 상대적으로 증가하고 있으나, 기술성숙도면에서는 선진국에 비해 아직도 미천할 실정이다. 따라서 우리나라도 이에 대한 대비차원에서 특허의 중요성을 인식하고 NT분야의 특허전략을 지금부터라도 총체적으로 준비하여야 할 시기이다.

* 첨부
표1. 기능성 고분자 나노복합재료의 개발 예
표2. 나노복합재료 시장의 예측
표3. 나노복합재료 관련 주요 한국특허출원 목록
그림1. 폴리에스터계 나노복합재료를 이용한 군용식품포장용기
그림2. 나노복합재료관련 특허에서의 출원인별 구성비율

* 문의 : 심사3국 유기화학심사담당관실 반용병 사무관. 전화 042)481-5547