고품위·고기능성 도자기 개발현황

조우석 한국세라믹기술원 도자세라믹센터 센터장

1. 서론
최근의 도자 산업현황을 살펴보면 삶의 질 향상에 따라 매년 10%이상 지속 성장하고 있는 분야라는 것을 알 수 있다. 그러나 도자산업이 어려움을 겪고 있는 것은 산업의 성장에 비해 수입 산의 도약이 괄목할만한 성장을 거듭하고 있기 때문이다 (표 1).
우리의 도자산업은 80년대 1억불까지 수출실적을 올렸으나 해외에서 주도적인 마케팅 전략과 고부가가치 신제품 개발의 개념 없이 외형적인 성장만을 추구하여 종속적인 OEM 방식의 수출을 벗어나지 못하였다. 국내의 수입업체 수는 약 250개로서 수입 도자기의 약 57%가 중국에서 수입되며 수입액은 2008년 기준으로 2004년 대비 230% 증가되었다 (표 2).
주요 국가별 수입동향은 2008년 기준으로 수입국가 중 중국(US $57.8백만, 57.4%), 영국(US $14.4백만, 14.3%), 일본(US $11.7백만, 11.7%), 인도네시아(US $4.6백만, 4.6%), 프랑스(US $2.1백만, 2.2%)등 5개국이 주요 수입국가로 우리나라 생활도자기 수입의 90.2%를 점유하고 있다 (표 2).
유럽, 일본 등 선진국은 품질과 기술측면에서 절대적 우위를 확보하고 있으며 중국, 아세안 국가 등은 저임금과 풍부한 자원으로 가격 경쟁력 우위를 확보하고 있어 (표 3), 우리나라의 세계시장 점유율은 2004년 이후 2008년까지 0.5%의 미미한 점유율을 기록하고 있다. 주목할 만한 사실은 2008년 기준으로 세계시장에서 중국의 점유율은 36.8%로 압도적 우위를 차지하고 있다는 것이다 (표 4).
산업화시대 이후 도자 산업을 위한 국가 차원의 체계적이고 종합적인 정책 및 지원 부재로 인해 도자산업은 경쟁력이 취약한 상태에 놓여 있다. 따라서 좀 더 효율적인 지원방안을 위해 시장의 성장성과 고부가가치 측면에서의 유망품목 및 개발 현황을 살펴보고자 한다.
2. 고품위·고기능성 도자 개발현황
도자산업은 최근의 경제발전에 따른 웰빙 트렌드와 더불어 품질혁신 가능성, 성장 가능성, 고용창출 가능성 등의 요인을 고려할 경우 고부가가치 산업으로의 육성이 가능하다. 다음에서 대표적인 예를 들어 살펴보고자 한다.

(1) 경량도자기
생활도자기(식기, 타일, 위생도기, 점토벽돌)는 인간 생명과 생활 분야에 크게 기여하지만, 그들의 높은 비중은 단점으로 인식되고 있다. 일반적으로 도자제품의 비중은 2.3에서 3.0으로 취급성이 중요시 되는 급식소, 대중음식점, 가정 등에서는 환경호르몬이 배출되는 경량 플라스틱 식기의 사용으로 인한 인체유해성이 지적되고 있다. 또한 대중음식점 및 급식소에서 고비중 도자기의 사용비율이 취급성 결여, 취약성으로 인하여 감소하였고, 비행기 등의 분야에서는 고비중의 도자기는 에너지 소모 제품으로 인식되고 있다. 게다가, 건축시장의 확대로 인한 건축자재의 경량화 요구가 증대되고 있고 고비중의 건축자재는 건축자재 하중 증가로 인한 구조물 소모량 증대 및 안정성에 악영향을 미치고 있다. 최근에는 환경유해성 플라스틱 제품을 사용하는 현재의 한국 전통식문화에서 도자기를 통한 한국 고유의 식문화 유도 및 한식문화의 세계화 요구가 증대되고 있다. 현재, 국내 식기분야의 대기업인 한국도자기와 행남자기는 자체에서 본차이나의 비중을 낮추기 위한 기술개발을 검토 중에 있으며, 경량화에 대한 수요기술을 조사하고 있는 단계이다. 국내 유일의 도자기연구소인 한국세라믹기술원도 최근에 경량화 기술에 관한 기초자료조사 및 실험을 진행 중에 있으며, 생활자기, 타일, 위생도기 등의 현장적용과 더불어 세부적인 연구를 추진하고 있다.
해외동향을 살펴보면 일본이 세계적인 경량화 특허기술을 가장 많이 보유하고 있으며 기술을 선도해 나가고 있는 상태이다. 경량도자는 기존 도자시장의 확대뿐만 아니라 항공사의 식기류를 경량화 하여 유류비용까지 절감할 수 있어 전도유망한 분야로 시장의 주목을 받고 있다. 그러나 경량화를 위한 소지의 완성도, 성형성 및 기공형성에 따른 Pin-hole의 발생 등 제품화에 따른 문제점들이 아직 남아 있다.

(2) 유도가열용 생활식기
유도가열 개념은 유도가열 코일에 교류전류를 통하면 자력선이 발생하고 자력선 중심에 자력이 통하는 용기를 올려놓으면 용기바닥 자체에 전기소용돌이(Eddy Current) 효과가 일어나 열을 발생시켜 가열하는 방식이다.
기존의 간접가열방식(가스레인지 / 할로겐레인지 / 기타 가열기구)에 비해 안정성, 경제성, 편의성 등에서 월등하며, 최근 건축물의 고층화로 인한 안전성 측면에서도 그 사용이 증가될 전망이다.
일본의 경우 지진과 같은 자연재해와 노령화 인구의 증가로 간접가열방식보다 IH방식 가열원 채택이 급속히 증가하고 있으며, 가스레인지처럼 불꽃이 없기 때문에 화재에 안전할 뿐만 아니라, 조리를 할 때 실내의 공기가 흐리게 되거나 여름에도 덥지 않아 에너지 절감형, 환경에 친화적인 웰빙 도자로서 주목받고 있다. 기술현황을 살펴보면 IH가열방식의 개발품은 많으나 IH 반응 용기(식기)의 개발이 부족하며 식기용 도자제품에 IH반응 물질로 현재는 Ag(은) 페이스트를 사용하고 있으나 고비용 저효율로 급열·급냉에 안정한 내열용 식기 소재 개발, Ag 코팅막 대체품 개발, 도자제품용 IH 반응 고효율 코팅막 개발, IH 반응 도자제품 소재(소지, 유약) 개발, IH 발열 효율 향상 기술 개발 등이 현안 문제로 남아 있다.

(3) 고효율 원적외선 방사 도자 소재 및 응용기술 개발
원적외선(스펙트럼 영역: 4.0~1000μm)은 가시광선 보다 열 효과가 큰 에너지이며 이용분야에는 이 에너지의 작용효과를 기대하는 기계금속, 화학공업, 의료·건강, 식품·생활용품, 건자재 분야 등이다. 원적외선 복사체를 분류하면 전이금속 산화물을 주제로 한 고효율 복사체, Al2O3, SiO2, ZrO2, TiO2 등의 산화물을 이용한 원적외선 복사체, 금속소재와 같은 저효율 복사체로 구분되며, 원적외선 재료는 목적 및 용도에 따라 단체, 복합물, 복합 산화물, 표면처리 등의 각종 가공 상태로 실용화 할 수 있다. 원적외선은 대상물체의 균일한 가열, 가열시간의 단축으로 인한 에너지 절약효과, 열분해의 억제, 생체 및 세포의 활성화, 식품의 향미보존, 선도유지, 숙성효과, 냄새 제거 등 다양한 효과를 갖는다.
원적외선 특성이 응용된 분야 및 상품현황은 가열에 의해 효과를 얻을 수 있는 가열부분과 상온상태에서 사용하는 비가열 부분으로 크게 나눌 수 있다.
난방: 난방기건강 의료온열치료기, 찜질기, 매트, 난방기구, 사우나주방용석쇠, 각종 조리기구비가열주방용식품보관용기, 냉장고 탈취제, 선도유지 폴리백, 물통생활용품장신구, 샤워용품, 포장재건강용품밴드, 벨트, 안대, 깔창, 패드, 목걸이섬유제품양말, 내의류, 이불, 카바, 매트, 기능성 섬유류
한국, 미국, 일본의 특허출원 현황을 통한 기술동향을 보면 한국은 건강과 관련된 용품 및 기능성 제품 등 일상생활과 밀접한 분야에 대한 특허출원이 활발하게 진행되고 있으며, 미국의 경우 건조기, 히터 등 기본적인 장치산업과 센서 및 분석 장치 등 기능 및 평가 산업에 집중되었으며, 일본 역시 기능성 가열제품과 같은 장치산업과 건강제품의 특허 출원이 증가하고 있다. 원적외선 방사 도자세라믹스 소재를 중심으로 그 제조공정과 공업 가열분야에서 응용 및 가열효과가 연구자들에 의해 계속 발표 되고 있는 가운데 그 응용기술은 꾸준히 발전될 전망이다. 따라서 지금까지 사용되어온 천연원료를 대치하여 공업 가열 분야에 이용할 수 있는 고효율 원적외선 방사 도자세라믹스의 제조기술, 원적외선 활용기기의 설계 및 응용기술 등이 절실히 요구되고 있다.

(4) 절수형/저열변형 위생도기
현재 위생도기의 최대 이슈는 “그린” 친환경 제품을 개발하는 것으로 절수형과 저열변형 신제품의 개발이 우선적으로 고려되어지고 있다.

1) 절수형 양변기
물 절약을 위한 초절수 제품이며 적은 양(20%이상 절감)의 수세량으로도 수세할 수 있어야 한다. 절수형 위생도기(평균 9?5리터) 개발·보급 시 절수효과 (5천만명 기준)는 3억 5천만 톤에 이르며, 이는 강원도 동강댐의 연간 공급량으로 동강댐 건설비 약 7천억원이 절감 가능하다. 절수형은 기존과는 다른 직수 방식의 수세 방식으로 완벽한 내벽면 세척, 시공성, 수세력에서의 향상을 목표로 하고 있다. 물 사용량에 있어서의 법적규제라는 현실적 문제에도 불구하고 아직 만족할만한 개발성과를 거두고 있지 않다.
 
2) 저열변형 위생도기
제품의 형상 및 크기에 의해 위생도기의 두께가 결정되는데, 소지의 개선으로 기존의 제품보다 대형화 및 수직의 느낌을 부여하여 디자인을 획기적으로 변화시키고자 한다. 또한, 소지의 두께 감소로 인한 제품의 경량화 (10%)로 자원을 절약하고 건물의 하중을 줄일 수 있는 Smart 제품이다. 선진제품에 비해 아직 제품 품질의 향상이 미약하지만 최근의 기술개발 진전에 의해 조만간 신제품이 출시되리라 사려 된다.

(5) 친환경 고효율 기능성 벽돌
도심 집중화에 의한 열섬현상의 심화로 도심 건물의 에너지 소비가 심각하며, 이로 인한 생활환경 악화로 열섬현상을 근원적으로 억제할 수 있는 세라믹 블록(벽돌)의 개발이 이루어지고 있다. 기존 아스팔트 등 건축자재 대비 표면 온도가 최대 15℃ 저감될 수 있어, 이에 따른 열환경 개선 및 에너지 소비 0.3 kW/m2의 절약효과가 있다. 도심지역 시범 설치 및 장기적 평가 기반 구축으로 열섬현상완화 기능의 향상이 기대된다.

(6) 기타 연구개발 동향
그 외에 실내의 쾌적한 환경을 위한 기능성 타일, 고칼로리 섭취에 따른 현대인의 비만, 성인병 방지를 위한 다이어트용 식기, 냉장고 보관의 생활패턴에 적합한 도자기 밀폐용기, 욕실문화의 고급화에 따른 본차이나 세면기, 전체 생활식기 시장의 30% 정도를 차지하는 인기품목인 내열식기 등의 고급화를 위한 기술개발도 주목받고 있다. 소재 측면에서 디자인 중요성의 부각에 따른 다양한 색상의 고선명 안료개발도 시급하나 아직 구체적으로 추진되고 있지 않은 상태이다. 나노기술이 접목된 안료의 미립화를 통한 섬세 디자인 색상 표현으로 디자인 제고가 가능한 분야이다. 독성물질을 대체하는 친환경 무기안료의 개발 또한 아직 연구가 미진한 상태이나, 독성물질 사용규제에 따른 수요 증가에 따라 점차 연구개발이 활성화 될 전망이다.
3. 맺음말
도자산업은 숙련집약형 성장산업이며, 국민의 건강과 삶의 질을 향상시키는 기초산업이다. 상술한 바와 같이 도자산업은 친환경적이며 첨단과 접목하여 새로운 가치를 창출할 수 있는 전략적 산업으로의 육성도 가능하다.
그러나 우리나라의 도자산업은 IT중심의 첨단산업 발전에 밀려 정부의 지원이 거의 부재하였고 재도약의 기회를 점차 상실하고 있다. 설비의 노후화와 연구개발 인프라의 부족은 도자선진국과 중국을 필두로 한 신흥도자 강국사이에 샌드위치 상태로 전락되어 왔다. 도자산업의 경쟁력 확보는 디자인과 기술의 두 가지 측면을 모두 고려한 차별화된 상품개발을 통해 이룩할 수 있다.
즉, 미적 추구와 기능을 위한 기술개발이 선행되어져야 한다. 국내 도자산업이 문화에서 산업으로, 단순 지역산업에서 수출산업으로 신가치를 창출하는 고도화된 전략산업으로 발전할 수 있는 산업육성을 위해 정부의 지원과 도자산업에 종사하는 모든 이의 노력이 절실히 요구된다. 

표 1. 도자기산업의 수출입 현황              (단위 : 백만 달러, %)

표 2. 국가별 수입액 현황                   (단위 : US $백만)

       
표 3. 주요 선진국의 동일 품목과의 경쟁력 비교           
 (우리나라=100, 최대 130; 수치가 높을수록 경쟁력이 높음)

 국가명 생산비용 가격 경쟁력                 비가격 경쟁력
  
표 4. 주요국의 세계시장점유율 추이                    (단위 : %)

그림 1. Micro-Hollow 및 고온 기공 형성제에 의한 경량 도자제품 단면
그림 2. IH(Induction Heating) 작용 원리 및 적용

표 5.원적외선 응용분야 및 상품

  
그림 4. 보도용 보수성 블록의 포장도로 (일본 동경 도심지역 설치 실예)

조우석
동경공대 공학박사
일본과학기술진흥사업단 창조과학기술추진사업 연구원
Georgia Institute of Technology Research Scientist
삼성코닝 DIM 사업부 기술총괄 부장
현재 한국세라믹기술원 도자세라믹센터 센터장

< 본 사이트에는 일부 자료가 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹스코리아 2010년 8월호를 참조바랍니다.)