| 열가소성 엘라스토머 : 더 높이, 더 멀리
TPE 개황 세계 각국에서 독창적인 기술 또는 제품개발을 위한 신소재 연구·개발이 진행 중인 가운데, 열가소성 엘라스토머(Thermoplastics Elastomer, TPE)는 향후 수요증가가 기대되는 신소재로 관심이 높아지고 있다. 또한 점차 환경문제에 대한 인식이 확산되면서 재활용이 가능한 열가소성 엘라스토머에 대한 용도개발이 추진되고 있다. TPE는 플라스틱과 동일하게 성형가공이 가능하면서 재활용성 등의 특성을 가지고 있으며, 다양한 물성을 얻을 수 있는 장점이 있다. 실제로 유럽·미국·일본 등지에서는 70년대부터 열가소성 엘라스토머에 대한 관심이 고조돼 80년대 이후로는 수요가 매년 10% 이상씩 꾸준히 성장하고 있는 것으로 알려졌다. 국내 TPE 시장은 수요나 개발면에서 아직까지는 걸음마 단계라고 볼 수 있다. 국내에서는 종류별로 전량 수입품에 의존해왔으나 시장이 확대되면서 80년 중반부터 업체별로 연구를 통해 TPE를 개발해 시장에 진출하고 있는 것으로 나타났다. 국내에서는 폴리올레핀계, 폴리에스터계, 폴리스티렌계, PVC계 TPE가 개발돼 생산·판매되고 있다. 이 중 폴리올레핀계, 폴리에스터계, 폴리스티렌계 열가소성 엘라스토머는 비교적 시장규모화를 이루고 있는 것으로 나타났다. 열가소성 엘라스토머는 상온에서는 가황고무와 동일한 성질을 가지고 있으며, 탄성이 있는 것이 특징이고, 고온에서는 보통 열가소성수지와 같고 기존 성형기를 그대로 사용할 수 있는 고분자 재료다. 고무와 플라스틱의 중간 성질을 갖는 것이기 때문에 일본에서는 우선 신발용재료로서 사용하고 있고 그밖에 자동차부품, 가정용 전자제품의 부품, 스포츠기구, 식품포장, 의료기구에 이르기까지 범용계에서 엔지니어링 플라스틱계 등 폭넓은 분야에 사용되고 있다. TPE는 분자중에 탄성을 갖는 고무성분(소프트세그먼트)과 열가소성 변형을 방지하기 위한 분자구속성분(하드세그먼트)을 가지고 있다. TPE의 제품 연구 개발은 이러한 소프트세그먼트와 하드세그먼트를 종류, 분자량, 배열의 조합을 통해 이루어지고 있어 TPE는 고성능, 고기능화가 진행되고 있으며, 점차 다종다양화 되고 있다. TPE 발전사 TPE는 세계적으로 60년대 초부터 발전돼 현재는 고분자 재료로서 중요한 위치를 차지하면서 수요가 점차 증가하고 있다. 10년주기로 보면, 1960년대 초부터의 제1세대 TPE로는 Kraton S, Polyurethane 및 Sunprene이 있고, 제2세대 TPE는 TPR, USR RB, Hytrel, Kraton G 등이 있으며, 제3세대는 Santoprene, Geolast, Pebax DAI-EL 등이 세계에서 상품화됐다. 올레핀계 TPE는 미국에서 최초로 생산됐으며 EPDM 및 PP생산업체에서 제조·판매를 시작했으나, Santoprene 등은 EPDM, PP 이외의 업체에서 연구·개발해 상품화됐다. 폴리에스터계 TPE는 섬유의 염색성 향상을 위한 연구도중 발견된 성질을 플라스틱 제품에 적용하기 위해 60년대부터 연구가 이루어져 72년부터 미국의 DuPont이 Hytrel을 상품화해 시장에 나오게 됐다. 스티렌계 TPE는 SBS계가 1세대로 분류되고 SEBS계가 차세대로 발전해가고 있는데, 대부분 업체들이 SBS계 TPE를 생산하고 있으며 SEBS계는 쉘이 유일하게 생산하고 있다. 유연성, 고강도, 고무탄성을 살려서 가장 가황고무에 가까운 성질을 가진 소재로 발전해 가고 있다. 그러나 아직까지는 내열성, 고온크립성, 압축영구삐뚤어짐성 등에서 가황고무에는 미치지 못하고 있는 것으로 나타났다. 수요가 증가함에 따라 다양한 그레이드 및 용도 개발이 계속되고 있으며 강도, 내열성, 내유성 등의 물성이 개량돼 고무, 플라스틱 대체가 가속화되고 있다. TPE 종류 TPE는 소프트세그먼트와 하드세그먼트의 종류에 따라 여러 가지 종류로 나누어지는데 폴리올레핀계, 폴리에스터계, 폴리스티렌계, PVC계, 폴리우레탄계, 폴리아미드계 등과 그외에 화학적 변성과 Polymer alloy에 의해 제조된 종류 등 다양하게 개발되고 있다. 폴리올레핀계 TPE는 하드세그먼트에 PE·PP 등의 폴리올레핀계수지, 소프트 세그먼트에 EPDM, EPR 등의 고무가 사용되고 있다. 제조방법에는 여러 가지가 있지만 단순 Blend 타입, 동적가황에 의해 고무성분을 부분가교 또는 완전가교하여 고무탄성을 부여한 가교타입, PP 등과 공중합한 타입 등 3가지로 분류된다. 주로 폴리올레핀과 EPR이 복합된 것이 주류이고 원료의 복합비율에 따라 제품의 강도를 다양하게 조절할 수 있다. 폴리스티렌계 TPE는 가황고무의 성질에 가장 가까워 국내·외적으로 TPE중 가장 많은 수요를 보이고 있다. 폴리스티렌계 TPE는 하드세그먼트에 폴리스티렌, 소프트세그먼트에 폴리부타디엔이나 폴리이소프렌, 폴리올레핀을 가진 블록 공중합체로 고무블록에 의해 SBS계 SEBS계 등으로 분류된다. 폴리에스터계 TPE는 하드세그먼트에 방향족 폴리에스터, 소프트세그먼트에 지방족 폴리에테르로된 구조와 소프트세그먼트가 지방족폴리에스터로 된 2종류가 있으나 대부분이 폴리에스터-폴리에테르의 구조를 가진 것이다. EP계 TPE로 범용TPE에 비해 가격이 비싼 편이지만 자동차의 쾌적성, 안정성을 향상시키는 소재로 적용이 진행되고 있으며, 타수지와 alloy에 의한 개량이 진행되고 있다. PVC계 TPE는 일본에서 독자적으로 발전된 TPE로 미국, 유렵 등에서는 수요가 적어 관심도 적은 종류다. PVC계 TPE는 고중합도 PVC를 이용한 타입과 부분가교 PVC를 이용한 타입, polymer alloy를 이용한 타입이 있다. PVC계 TPE는 가격이 저렴하고 가공성이 양호하고 촉감이 우수해 다방면에 적용되고 있다. 주로 자동차용으로 사용되고 있으며, 최적중합도의 선정, 타고분자와의 alloy화, 부분가교 기술의 도입, 특수한 가소제와 안정제를 첨가하는 방법 등에 의해 개발이 이루어지고 있다. 폴리우레탄계 TPE는 가장 먼저 개발된 TPE로 탄성회복성, 기계적강도, 내마모성, 내한성, 내유성 등의 특성이 우수하다. 그레이드가 다양하게 개발돼 소량다품종으로 사용되고 있다. 폴리우레탄계 TPE는 하드세그먼트가 폴리우레탄, 소프트세그먼트가 폴리에테르나 폴리에스터로된 공중합체로 가교 및 발포, 난연화 등 개발이 활발하게 진행되고 있다. 폴리아미드계 TPE는 하드세그먼트를 구성하는 폴리아미드와 소프트세그먼트를 구성하는 폴리에테르 또는 폴리에스터가 규칙적으로 결합돼 있다. 폴리아미드계 TPE는 비중이 낮고 기계적 강도와 내열성, 내한성, 내마찰 마모성, 탄성회복성, 소음 특성 등이 우수하며 사출성형, 압출성형이 가능해 성형가공이 양호한 재료로 세계적으로 아직은 수요가 적으나 순조로운 성장을 보이고 있다. 기존의 난연화 기술을 응용해 난연화도 추진되고 있으며, 고가라는 단점을 극복하기 위해 원가절감이 주요한 과제로 부각되고 있다. TPE 특징 및 용도 TPE는 스티렌계, 올레핀계, 폴리부타디엔계 등 범용계와 폴리에스터계, 우레탄계, 폴리아미드계 등의 EP계 등 많은 종류로 제품화돼 이용되고 있다. TPE는 일반적으로 열가소성 플라스틱용 성형기로 용이하게 가공되고 가황공정이 필요없어 가황고무에 비해 많은 장점을 가지고 있다. 반면, 가황고무에 비해 내열성 영구압축비뚤어짐 등의 물성이나 내구성은 떨어지는 것으로 알려졌다. TPE는 자동차용, 신발용, 스포츠용품, 전선, 의료용품 등으로 용도확대가 진행되고 있다. 폴리올레핀계 TPE는 가류의 정도 등에 따라 올레핀계통간에도 물성 및 내열·내구력에서 차이를 보이지만 일반적으로는 다른 TPE와 같이 상온에서 가황고무의 특성을 보인다. TPO는 내열성이 우수해 고온에 적용이 가능하며 성형가공성이 뛰어나 다른 열가소성 수지와 동일한 조건으로 성형이 가능하며 재사용할 수 있어 경제적으로도 이점을 가지고 있다. 물, 아세톤, 산 등에 대해 내약품성이 양호하며 밀도가 낮아 적용시 제품의 경량화를 가져올 수 있어 자동차용으로 용도개발이 활발한 것으로 알려졌다. 미국, 일본 등지에서 TPO 수요의 가장 큰 용도는 자동차 부품용으로 범퍼에 많이 적용되고 있으며, 외장재로 스플래쉬가이드, 사이드 몰 등 PVC 대체품으로 사용이 증가하고 있다. 내장재로는 천정, 좌석 등 가공성과 내한성의 특징을 살려 적용하고 있다. 전기절연성이 우수해 전선케이블로도 이용되고 있는데 미국에서는 자동차 관련 다음으로 많이 쓰이고 있어 앞으로 일본이나 국내에서도 수요증가가 기대되는 용도다. 이외에도 내열성과 내후성이 우수해 토목, 건축용자재로 사용되고 있으며, 가전부품용 호스나 패킹재에 적용되고 있는 전기·전자용도는 OA기기 등의 적용확대가 기대되고 있다. 폴리에스터계 TPE도 내유·내약품·내후·내오존·내열성의 특성을 가지며 탄성회복력을 가지고 있고 기계적 강도가 뛰어나다. 따라서 자동차용부트, 자전거튜브 등에서 일부 가황고무를 대체하고 있으며 금속, 플라스틱의 대체품으로 용도 개발이 이루어지고 있다. 폴리스티렌계 TPE는 SBS계와 SEBS가 물성차이가 있지만 유연성이 가장 우수한 열가소성 엘라스토머로 알려졌다. SBS계는 가격적으로도 다른 TPE에 비해 저렴한 편이며, 압축영구삐뚤어짐이나 내열·내후성도 뛰어난 것으로 알려져 있다. 기계적 물성이 뛰어나 일반공업용품이나 의료·식품위생용도로 쓰이고 있으며 절연시스플럭 프로텍터커버 등의 전기절연부품에 사용되고 있다. 현재는 폴리스티렌계 TPE수요의 70% 가량이 SBS계이지만 SEBS계는 SBS계의 결점인 내후성, 내열성의 개선이 이루어져 이전에 SBS계로 전개가 어려웠던 새로운 분야로 적용이 점차 활발해질 것으로 기대된다. 주요 TPE의 국내·외 시장현황 세계적으로 TPE수요는 계속되는 용도개발과 환경에 대한 관심고조로 해마다 늘고 있는 것으로 나타났다. TPE 전체 수요를 살펴보면 70년에 13만6000톤, 80년에 32만5000톤으로 성장했는데, 60년대에는 연간 성장률이 약 16%를 기록했으며, 70년대 11%, 80년대에는 9%로 꾸준히 증가하고 있는 것으로 알려졌다. 이는 세계적으로 440만톤 정도의 수요를 보이고 있는 가황고무의 연평균 성장률이 1%내외인 것에 비해 TPE의 연평균 성장률은 30%에 이르는 것이다. 90년대 들어 세계수요는 약 87만톤 정도를 보이고 있으며, 이중 미국과 유럽 지역이 수요의 75% 이상을 소비하고 있으며, 일본이 15%, 기타지역에서 나머지 8만여톤이 사용되고 있다. 업계에 따르면 TPE는 세계적으로 천연고무의 수요까지 합쳐 연간 630만톤가량인 고무시장의 20% 규모까지 시장확대를 예상하고 있다. 세계적으로 TPE의 종류별 수요를 살펴보면 폴리스티렌계TPE의 수요가 50% 이상을 차지하고 있으며, 폴리올레핀계, EP계 등의 순으로 수요가 있는 것으로 알려졌다. 세계적으로 TPE시장의 관심이 크게 높아지면서 시장확대가 활발하게 이루어지고 있는 가운데 국내에서도 TPE에 대한 관심이 높아져 제조업체들은 각 수지별로 국산화에 성공, 시장참여가 이루어져 왔다. 국내에서는 주로 자동차용으로 TPE 적용이 증가하면서 수요가 확대되고 있는 것으로 나타났는데, 아직까지는 수입품의 공급비중이 절대적이다. 90년대 초까지는 업계에서 수지별 연구가 계속돼 국산화가 이루어져 시장참여가 활발했으나 아직까지 시장확대는 미미한 실정이다. 이는 대부분의 수요업체가 기존 수입품을 국산화하는 것을 꺼리기 때문에 개발된 제품이 사장되는 예가 있기 때문인 것으로 알려졌다. 국내에서는 주로 폴리올레핀계, 폴리에스터계, 폴리스티렌계 TPE 수요가 비교적 많은 것으로 나타났다. 국내 TPE시장은 폴리올레핀계가 약 2000톤, 폴리에스터계가 600톤 정도의 규모를 보이고 있으며, 폴리스티렌계가 약 1만5000톤 정도의 수요로 가장 많이 사용되고 있다. 폴리올레핀계 TPE는 국내시장의 95% 이상 점유율을 보이고 있는 AES제품이 주로 공급되고 있는 것으로 알려졌다. 이는 SK, LG화학, 호남석유화학 등에서 개발해 판매를 시도했으나 현재는 자체소비에 사용하거나 소량생산해 판매하고 있어 적극적인 마케팅 전략이 시급한 것으로 지적되고 있다. 폴리올레핀계 TPE는 90년초부터 사용되기 시작해 94년부터 사용량이 증가하고 있는 것으로 나타났으나 대부분을 수입품에 의존하고 있으며, 국산 TPE 중 수입품에 가장 근접하고 있다는 평가에도 국산 판매량은 아직까지 미미한 것으로 나타났다. SK와 호남석유화학은 4~5년전 각각 플라스토, 하이스토마라는 상품명으로 TPE시장에 참여했으나 현재는 판매량이 매우 저조한 것으로 알려졌으며, 최근에 시장에 참여한 LG화학은 자가소비량 많은 것으로 나타났다. AES는 몬산토와 엑슨의 합작사로 국내 폴리올레핀계 TPE 수요의 대부분이 AES Santo-prene으로 공급되고 있다. 이 제품은 가황고무에 비해 가공시 에너지코스트 및 인건비가 낮아 공정상 생산량 증대와 원가절감 효과로 향후 용도개발이 판매확대의 관건이 될 것으로 보이며, 또한 기존의 고무에 비해 가벼워 제품의 경량화 효과도 가져올 수 있는 것으로 평가되고 있다. 그러나 기존 고무의 가격이 ㎏당 1700~1800원대인 것에 비해 이 제품은 2~3배가량 비싸기 때문에 기존의 가황고무를 사용하던 업체에서 대체를 망설이고 있어 시장규모가 작은 편이나 자동차분야 이외에도 가전·전기 등에서 적용이 해마다 확대되고 있다. 국내 폴리올레핀계 TPE 수요는 약 2000톤 규모로 연간 20% 이상씩 꾸준한 성장세를 보이고 있다. 96년 미국에서도 환경관련 인식에 따라 수요가 30%가량 증가한 것으로 나타나 업계에서는 97년 국내 수요도 약 30% 증가할 것으로 전망하고 있다. AES는 이러한 전망에 따라 아시아지역의 수요증가에 대비해 미국의 본사외에 싱가폴에 아시아 전진기지로 지역본부 및 연구소를 설치하고 있다. 폴리에스터계 TPE는 국내 시장에 DuPont제품이 주로 공급되고 있으며 LG화학, 코오롱, 새한, 효성T&C, 삼양사, SKI에서 개발해 시장에 참여했으나 대부분 생산을 중단한 것으로 알려졌다. 국내업체 중에는 LG화학과 코오롱에서 현재 생산하고 있으며, 내수 및 수출로 공급하고 있다. 폴리에스터계 TPE는 600톤 정도의 시장규모를 보이고 있으며 최근 들어 수요가 정체돼 있는 것으로 알려졌다. 이는 국내 신발경기가 침체일로를 걷고 있고, ㎏당 4000~5000원대로 고가인 제품의 용도개발이 활발하지 않기 때문인 것으로 분석된다. DuPont은 Hytrel을 고기능성이 요구되는 용도로 판매하고 있으며, 국내 업체로는 코오롱이 KOPEL이라는 상표명으로 연간 150톤 정도 내수판매하고 있는 것으로 알려졌다. LG화학도 Keflex라는 상표명으로 생산하고 있으며, 효성T&C, SKI, 삼양사, 새한 등에서도 이미 개발이 이루어진 것으로 알려졌다. 그러나 미국, 일본 등 선발 기업들이 제품마다 특허신청을 해놓은데다 제품생산에도 노하우가 요구되고 있어 국내기업이 시장을 확대해 가는데는 어려움이 따를 것으로 보인다. 폴리스티렌계 TPE는 시장규모가 1만5000톤 정도로 국내시장 규모가 비교적 크기 때문에 국내업체의 생산·공급도 활발한 것으로 나타났다. 금호석유화학은국내에서 최초로 스티렌계 TPE를 독자개발해 95년부터 양산체제에 돌입했다. 금호석유화학은 연산 3만톤규모의 플랜트를 보유하고 있으며, 연간 약 1만톤 정도를 생산해 KOSYN KTR 101이라는 상품명으로 판매하고 있는데 내수와 수출비중은 6:4 정도인 것으로 알려졌다. LG화학도 현재 스티렌계 TPE(SBS계) 플랜트를 건설 중인 것으로 알려졌으며, 이외에도 대만합성고무 제품과 쉘의 스티렌계 TPE가 수입·공급되고 있는 것으로 나타났다. 국내의 TPE 시장에서 수입품 비중이 높은 것은 국내업체의 개발·판매 역사가 짧고, 아직까지는 고분자 메카니즘에 대한 연구부족에서 오는 기술력 차이를 극복하지 못하고 있기 때문인 것으로 분석된다. 향후 TPE는 2~3년안에 국내 합성고무 및 플라스틱 시장의 상당부문을 잠식할 것으로 예상된다. 따라서 국내 TPE 제조업체들은 연구개발과 기술혁신을 통해 결점을 계속 개량시키고 기능성 향상 및 신제품 개발을 통한 독자적인 제품으로 시장개척 및 새로운 용도개발을 위해 노력해야 할 것으로 보인다. 자료출처 : 케미칼리포트(1997년 11월 - 제 85호) / www.cischem.com - Copyright ⓒ 씨스켐닷컴㈜, 무단전재 및 재배포 금지 - |