유변학, 혁신 및 지역 협력: 바이오플라스틱과 재활용 소재의 미래를 이끌어 가다

재료 과학을 통한 지속가능성 과제 해결

급속히 변화하는 산업 및 규제 환경 속에서, 고분자 소재에 대한 심층적인 이해는 혁신의 핵심 동력이 되었습니다. 각 산업이 야심 찬 지속가능성, 순환 경제, 성능 목표를 달성하기 위해 노력함에 따라, 첨단 소재 특성 분석은 점점 더 전략적인 역할을 수행하고 있습니다.

이러한 목표를 염두에 두고, 바이오소재 및 바이오플라스틱(바이오 기반 및/또는 생분해성 소재)은 물론 재활용 플라스틱을 포함한 친환경 솔루션 개발에 전념하는 그린 비즈니스 및 컨설팅 기업인 그린 테크놀로지()는 프랑스 오베르뉴-론-알프(Auvergne-Rhône-Alpes) 지역에서 독창적인 기술 및 과학 협력 프로젝트를 출범시켰습니다.

이 이니셔티브는 상호 보완적인 전문성을 바탕으로 강력한 혁신 생태계를 구축하는 네 곳의 파트너를 한데 모았습니다:

• 생분해성 플라스틱 및 생분해성 플라스틱 개발 전문 기업인 그린 비즈니스 앤 컨설팅 컴퍼니(Green Business and Consulting Company)는 에코디자인(Ecodesign) 및 LCA(생명주기평가) 분야에서 탄탄한 전문성을 보유하고 있습니다.
• 플라스틱 가공 교육 및 기술 훈련 분야에서 인정받는 우수 교육 기관인 장 자이(Jean Zay) 공업고등학교(티에르 소재);
• 세계적 수준의 연구와 산업 혁신 이전을 결합한 선도적인 공과대학인 클레르몽 오베르뉴 INP;
• NETZSCH, 첨단 유변학 시험 기술 분야의 글로벌 리더.

공통된 전문성을 바탕으로 하나 되기: 유변학

이번 협력의 핵심에는 물질의 흐름과 변형을 연구하는 과학인 유변학이 자리 잡고 있습니다. 유변학은 학술 연구와 산업적 응용 사이의 필수적인 연결고리 역할을 하며, 복잡한 고분자 시스템의 거동에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다.

이러한 전문 지식은 조성, 미세구조 및 가공 조건에 따라 물리적·화학적 특성이 크게 달라질 수 있는 바이오플라스틱 및 재활용 고분자와 같은 신소재에 특히 중요합니다.

2026년 8월부터 시행될 예정인 유럽 포장 및 포장 폐기물 규정(PPWR)의 향후 요구 사항으로 인해 첨단 특성 분석의 중요성은 더욱 부각되고 있습니다. 이 규정은 향후 몇 년간 포장재에 재활용 및 지속 가능한 소재를 사용해야 한다는 더 엄격한 의무를 도입했습니다.

이러한 과제를 해결하기 위해 파트너들은 교육, 연구, 소재 혁신 및 계측 분야의 강점을 결합하여 차세대 지속 가능한 고분자 개발을 가속화할 수 있는 협력 플랫폼을 구축했습니다.

첨단 계측 기술: 지식과 성과 증진

NETZSCH Kinexus Prime Pro+ 회전식 레오미터

파스칼 연구소(Institut Pascal)의 GePEB 연구 그룹 연구진이 주도하는 회전식 레오메트리 분야의 과학적 전문 지식은, 파브리스 오도네(Fabrice Audonnet)가 관리하는 폴리테크 클레르몽(Polytech Clermont, 클레르몽 오베르뉴 INP)의 Gen’Mat 기술 이전 플랫폼을 통해 활용되고 있습니다. 공학 교육 지원을 위한 AMI CMA “아카데미 데 모빌리테(Académie des Mobilités)” 자금 지원 프로그램을 통해 확보된 이 장비들은 첨단 재료 특성 분석에 활용되며, CA INP 공학 학생들의 교육과 학술 연구 모두에 기여하고 있습니다.

HTC Prime 가열로를 탑재한 NETZSCH Kinexus Prime Pro+ 회전식 레오미터는 낮은 전단 조건 하에서 재료의 구조와 거동에 대한 근본적인 통찰력을 제공합니다. 이 시스템을 통해 다음과 같은 주요 특성을 정밀하게 측정할 수 있습니다:

• 동적 점도;
• 점탄성 계수;
• 유동 거동 및 탄성을 포함한 물리적 전이.

유변학 분석을 위한 확립된 도구로서, 이 장비는 첨단 고분자 배합물의 이해와 개발을 지원합니다(노화에 따른 물성에 대해서는 그림 1 참조).

NETZSCH Rosand RH7 모세관 레오미터: 기술적 도약

프레데릭 프레이스(Frédéric Fraisse)의 기술 지원을 받아 로산드( NETZSCH )의 RH7 모세관 레오미터(그림 2 참조)를 도입함으로써, 압출 및 사출 성형과 같은 실제 산업 공정 조건을 재현하는 데 있어 중요한 진전을 이루었습니다.

이 장비를 통해 다음과 같은 용융 상태의 주요 특성을 규명할 수 있습니다:

• 고압 조건 하에서의 전단 및 신장 점도;
• 광범위한 전단 속도 범위에서의 탄성 거동 및 유동 프로파일(그림 3 참조);
• 재료의 압축성 및 열팽창을 모델링하는 데 필수적인 pVT(압력-부피-온도) 특성.

이러한 측정 결과는 공정 시뮬레이션, 금형 설계 및 부품 제조를 위한 매우 정확한 데이터를 제공하여, 궁극적으로 제품 품질을 향상시키고 개발 기간을 단축시킵니다.

포괄적인 재료 이해를 가능하게 하는 상호 보완적인 기술들

회전식 및 모세관식 레오메트리를 결합하면 광범위하고 상호 보완적인 분석 능력을 확보할 수 있습니다.

회전식 레오메트리는 특히 낮은 변형률 조건에서 재료의 반응을 연구하고 점탄성 특성을 파악하는 데 유용합니다.

반면,모세관 레오메트리는 재료가 높은 전단 속도와 고온에 노출되는 산업 공정에서 발생하는 까다로운 조건 하에서 중요한 정보를 제공합니다.

이 두 기술을 결합하면 점도, 탄성, 고체-액체 상전이와 같은 기본적인 재료 특성을 압력, 온도, 부피, 유속과 같은 주요 공정 매개변수와 연계하여 포괄적인 유변학적 특성 분석을 수행할 수 있습니다.
특성이 크게 달라질 수 있는 바이오폴리머나 재활용 블렌드와 같은 복잡한 소재의 경우, 이러한 통합적 접근 방식은 중요한 과학적 이점을 제공합니다. 이는 제형 최적화를 용이하게 하고, 공정 예측 가능성을 향상시키며, 실험실 개발 단계에서 large 규모의 산업 생산으로의 성공적인 기술 이전을 지원합니다.

역량 강화 및 지식 전수 촉진

이 파트너십의 핵심은 전문 지식의 상호 교류입니다.
NETZSCH 는 파스칼 연구소(Institut Pascal)와 클레르몽 오베르뉴 INP(Clermont Auvergne INP)의 학계 및 연구진뿐만 아니라 Green Business and Consulting Company의 기술팀을 대상으로 에서 고급 실무 교육을 제공합니다. 이러한 역량을 개발하는 것은 Rosand RH7의 분석 능력을 최대한 활용하고, 차세대 지속 가능한 폴리머 개발을 위한 고품질 데이터를 생성하는 데 필수적입니다.

동시에, David Bonnet의 지도 하에 있는 Jean Zay 기술 고등학교는 플라스틱 가공 프로그램과 기술 시설, 특히 EuroPlastics & Composites BTS 프로그램의 틀 안에서 중요한 기여를 해왔습니다.

이 학교는 ENGEL 60톤 전기 사출 성형기에 설치될 나선형 유동 금형(그림 4 참조)을 설계 및 제작했습니다. 이 교육 및 과학 도구를 통해 학생과 연구원들은 재료 유변학과 산업 가공 성능 간의 직접적인 관계를 시각적으로 파악할 수 있게 될 것입니다.

이 도구를 실습 워크숍에 도입함으로써 학문적 학습과 산업 현장의 연계성을 강화하는 동시에, 미래의 기술자들이 지속 가능한 소재와 기술 혁신에 적극적으로 참여하도록 장려하고 있습니다.

지역적 우수성의 모범 사례

이번 협력은 수준 높은 기술 교육을 바탕으로 기초 연구부터 산업적 응용에 이르기까지 가치 사슬 전반에 걸친 종합적인 혁신 모델을 완벽하게 보여주는 사례입니다.

클레르몽 오베르뉴 INP의 연구 역량, 장 자이 공업고등학교의 교육 전문성, NETZSCH, 그리고 그린 비즈니스 앤 컨설팅 컴퍼니의 시장 주도형 혁신 전략을 조화시킴으로써, 오베르뉴-론-알프 지역은 성공적인 지역 협력의 모범 사례로 자리매김하고 있습니다.

이 파트너들은 힘을 합쳐 플라스틱 가공의 미래를 더욱 순환적이고, 기술적이며, 지속 가능한 방향으로 만들어가고 있습니다 .

성공적인 협력을 해주셔서 감사합니다

그린 비즈니스 앤 컨설팅 컴퍼니(Green Business and Consulting Company)의로랑 마사크리에( Laurent Massacrier) 씨, 파스칼 연구소(Institut Pascal)의 GePEB 연구 그룹 및 Gen’Mat 플랫폼(폴리테크 클레르몽, 클레르몽 오베르뉴 INP)의 파브리스 오도네(Fabrice Audonnet) 씨, 장 자이 공업고등학교의 데이비드 보네(David Bonnet) 님을 비롯해, 이번 협력에 참여해 주신 모든 분들께 신뢰와 전문성, 헌신을 보여주신 데 대해 깊이 감사드립니다.

저희는 이 강력한 지역 파트너십의 일원이 된 것을 기쁘게 생각하며, 유변학, 소재 개발, 연구 및 교육 분야의 전문 지식이 결합되어 더욱 지속 가능한 고분자 솔루션 개발에 어떻게 지속적으로 기여해 나갈지 기대합니다.