열가소성 엘라스토머(TPE: Thermoplastic Elastomer)는 탄성이 있고 플래스틱과 동일하게 성형할 수 있으며 고무보다 가벼울 뿐만 아니라 리사이클성이 뛰어나 광범위한 분야에 활용되고 있다.
TPE는 올레핀(Olefin)계, 스타이렌(Styrene)계를 중심으로 PA(Polyamide)계, 폴리에스터(Polyester)계, 우레탄(Urethane)계, PVC(Polyvinyl Chloride)계가 주류를 이루고 있다.
올레핀계, 자동차 경량화 타고 수요 확대
대표적 TPE인 올레핀계 엘라스토머 TPO(Thermoplastic Olefin)는 TPE 가운데 비중이 가장 가벼워 경량화 소재로 적합하며 자동차를 중심으로 다양한 분야에 투입되고 있다.
일본 TPO 생산기업들은 공급능력 강화, 신규 그레이드 개발에 박차를 가하고 있다.
Mitsui Chemicals(MCC)은 성형가공성, 디자인성이 뛰어난 Milastomer 브랜드를 공급하고 있다.
Milastomer는 내장 표피재를 비롯한 자동차 뿐만 아니라 전기·전자, 건축자재, 칫솔 그립 등 생활용품 분야에서도 광범위한 용도에 채용되고 있으며, 부분가교 뿐만 아니라 신 가교법을 도입해 내유성과 뛰어난 고무탄성이 요구되는 용도 개척에 힘을 기울이고 있다.
MCC는 안정적인 공급체제를 확립하기 위해 2017년 여름 Ichihara 플랜트의 생산능력을 2만5000톤으로 5000톤 확대했으며, 독일기업과 합작으로 독일 1만톤, 중국 Shanghai 소재 6000톤 공장을 가동하고 있고 미국에도 생산체제를 구축할 방침이다.
또 도장하지 않고 외관을 보기 좋게 가공할 수 있는 특징을 바탕으로 에어백 커버용 공급 확대를 추진하고 있다.
Sumitomo Chemical(SCC)은 원료 PP(Polypropylene), EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)을 자체 생산하는 강점을 바탕으로 Espolex 브랜드를 공급하고 있다.
Espolex는 저온특성이 뛰어나 글로벌 에어백 커버용 시장을 20% 가량 점유하고 있다.
SCC는 Chiba 소재 1만톤, 미국 소재 1만2000톤 공장을 가동하고 있는 가운데 에어백 장착률 향상으로 수요가 확대되고 있는 중국에서도 2018년부터 생산을 본격화할 계획이다.
최근에는 난연성 그레이드 양산을 시작했다.
비 브롬(Bromine)계 난연제를 사용해 가볍고 부드러운 TPE의 특징을 유지하면서 불이 붙어도 바로 소화할 수 있는 특성을 부여함으로써 자동차 내장재, 철도 창틀소재, 건축자재 채용을 기대하고 있다.
Mitsubishi Chemical(MCH)은 세계 16개국 25곳에 기능성 수지 제조·판매거점을 구축하는 등 글로벌화에 힘을 기울이고 있으며 최근에는 타이 생산능력을 확대한데 이어 인디아 생산도 계획하고 있다.
연구개발에도 주력하고 있으며 점적액을 흐르게 하는 의료용 튜브 소재로 스타이렌계 TPE를 개발했다. 투명성이 뛰어나고 튜브가 구부러져도 액체 흐름이 손상되지 않도록 설계해 가공성을 향상시켰으며 PVC 대체소재로 판매할 방침인 것으로 알려졌다.
JSR은 TPO 브랜드 JSR Excelink로 자동차 글래스 런, 도어 실 코너 등 틈새시장에서 점유율을 끌어올리고 있다.
JSR Excelink는 열용융 시 유동성이 높고 다른 올레핀계 소재와의 접착성이 뛰어난 것이 특징이며, 사출성형기를 통한 가공이 가능하고 소량다품종 생산에 대응할 수 있는 등 다양한 성능을 인정받아 북미, 일본에 이어 유럽, 중국 공급을 확대하고 있다.
Riken Technos는 자동차부터 건축자재, 생활용품, 전선, 의료 분야까지 광범위한 영역으로 공급을 확대하고 있으며, 자동차 분야에서 동적가교 타입 엘라스토머(TPV)로 가교고무를 대체하는데 힘을 기울이고 있다.
EPDM 대체소재인 Actymer-G가 꾸준히 채용되고 있는 가운데 NBR(Nitrile Butadiene Rubber) 대체소재로 개발한 고내유성 Actymer-K를 2017년부터 양산하고 있다.
고내열·고내유성이 특징인 Actymer-HT는 아크릴고무를 대체할 수 있는 성능과 함께 나일론수지와 일체 성형할 수 있는 장점을 어필하며 엔진 주변 소재용으로 제안하고 있다.
스타이렌계, 수첨형 고기능제품 수요 신장
스타이렌계 엘라스토머 TPS(Thermoplastic Styrene)는 경도와 강도를 발휘하는 분자구조상의 하드 부분에 Styrene을 사용하고 탄성을 나타내는 다양한 소프트 부문과 조합해 제조한다.
비수첨형 SBS(Styrene Butadiene Styrene), SIS(Styrene Isoprene Styrene) 등은 비교적 오래전부터 점·접착제, 도로포장재, 수지개질제에 사용됐고 최근에는 수첨형 SEBS(Styrene Ethylene Butadiene Styrene), SEPS(Styrene Ethylene Propylene Styrene) 시장도 확대되고 있다.
수지개질용은 각종 수지 성형제품 형태로 자동차, 식품포장, 가전, 의료 등 사회 및 생활을 뒷받침하는 광범위한 영역에서 활용되고 있다.
Asahi Kasei Chemicals(AKC)은 수첨 SEBS 브랜드 Tuftec, 스타이렌과 부타디엔(Butadiene)으로 구성되는 특수한 분자구조 공중합체에 따른 수첨 엘라스토머 S.O.E, 미수첨 SBS Tufprene, Asaprene 브랜드를 중심으로 글로벌 TPS 메이저로 부상했다.
특히, 수첨제품은 풍부한 채용실적과 지식을 보유하고 있어 차세대 성장동력으로 설정하고 있다.
2016년에는 SBBS(Styrene Butadiene Butene Styrene) 구조를 지니는 신제품을 본격 투입했다. 구조 가운데 약한 특정부위를 선택적으로 수첨처리함으로써 다른 수지 및 소재와 상성이 좋고 다른 TPS에 비해 악취가 적을 뿐만 아니라 내후성, 저온특성이 뛰어나 식품, 위생 중심으로 공급하고 있다.
AKC는 2015-2016년 Kawasaki 플랜트를 단계적으로 증설했으며 추가 확장을 검토하고 있다.
글로벌 SBC(Styrene Block Copolymers) 메이저 Kraton은 2016년 미국 정밀화학기업 Arizona Chemical을 인수해 포트폴리오를 확충했다.
SBC는 타이완 Formosa Plastics과 합작으로 저분자량 그레이드인 수첨제품 HSBC(Hydrogenated SBC) 3만톤 플랜트를 신설해 2017년 가동에 들어갔다.
또 최근 출시한 고유동 그레이드 SEBS는 크기가 크고 형태가 복잡한 사출성형에 대응할 수 있어 새로운 용도를 개척할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
독자공법을 적용한 IR(Isoprene Rubber) 브랜드 Cariflex도 높은 성장률을 나타내고 있다.
Cariflex는 고순도·고투명성을 바탕으로 수술장갑용 수요가 확대되고 있으며, 알레르기 문제가 있는 천연고무 베이스 수술장갑의 대체소재로 주목받고 있다. 미국에서는 이미 독점화한 것으로 알려졌다.
Zeon은 종합적인 C5 케미칼 전략의 일환으로 SIS 브랜드 Quintac을 공급하고 있다.
기본 용도인 점착테이프, 라벨용이 세계적으로 호조를 보이고 있는 가운데 신규 용도인 종이기저귀 등의 접착제, 신축성 필름용도 성장이 두드러지고 있다.
Zeon은 2016년 Mizushima 플랜트의 보틀넥 해소를 실시해 생산능력을 4만2000톤에서 6만톤으로 대폭 확대했다.
최근에는 독자 개발한 비대칭 SIS 사업에 힘을 기울이고 있다. 분자구조에 Morphology 구조를 도입해 기존 SIS에는 없는 특성을 발휘하며 위생소재의 신축성 필름용 점유율을 높이고 있다.
특히, 플렉소(Flexo) 인쇄판, 식품포장 라벨 등에 응용할 수 있는 기술을 개발하고 있으며 저온특성이 뛰어난 라벨용 그레이드를 출시했다.
식품포장에서 타이어·의료까지…
JSR은 수첨 폴리머 브랜드 Dynaron을 중심으로 폴리부타디엔(Polybutadiene)계 RB 및 SIS, SBS 등 다양한 TPS 라인업을 보유하고 있다.
Dynaron은 스마트폰의 액정 보호필름용으로 안정 공급하고 있으며 한국, 타이완에 이어 중국에서도 채용을 시작했다.
SIS는 핫멜트 점·접착제를 시작으로 경피흡수제제용으로도 주목받고 있다.
JSR은 RB 기술을 응용한 타이어용 첨가제 AT 시리즈 공급 확대에도 주력하고 있다. 5-10% 첨가함으로써 타이어의 내구성 및 핸들링 성능 향상에 기여하는 강점을 바탕으로 신발창 개질제 수준의 주력 용도로 육성할 방침이다.
Kuraray는 부타디엔에 이소프렌(Isoprene)을 혼합한 차별제품으로 수첨 TPS를 공급하고 있다.
주력 브랜드인 Septon과 진동흡수 성능이 있는 Hybar를 공급하고 있고, 고부가가치 특화 전략으로 바이오 베이스 DM(Diene Monomer) 브랜드 Farnesene을 이용한 바이오 TPS를 제안하고 있으며 PP와 Hybar 합성제품으로 수액백, 튜브 등 의료 분야를 개척하고 있다.
아직 흔하지 않은 가스배리어 타입을 라인업에 추가해 IIR(Isobutylene-Isoprene Rubber) 대체도 추진하고 있다.
Kuraray는 타이의 수첨 TPS 생산능력을 약 30% 확대할 계획 아래 3사 공동으로 타당성 조사를 진행하고 있다.
타이완 TSRC는 타이완과 중국에서 SBS, SIS, SEBS 등을 생산하고 있으며 미국사업이 호조를 나타냄에 따라 글로벌화를 진행하고 있다.
경도가 낮고 가공하기 쉬운 그레이드 3가지를 투입했으며 수지개질, 컴파운드, 접착제, 탄성필름, 플렉소 인쇄판용 등에 채용되고 있다.
폴리에스터계, 대체소재로 신규시장 창출
폴리에스터계 열가소성 엘라스토머 TPC(Thermoplastic Copolyester)는 DuPont이 글로벌 최대 메이저로 자리 잡고 있는 가운데 DSM이 뒤를 잇고 있으며 최근에는 중국, 타이완기업도 참여한 것으로 알려졌다.
일본은 1972년 Toyobo가 Pelprene, DuPont이 Hytrel 브랜드를 개발한 후 신규 참여가 잇달았으나 철수, 인수합병(M&A)에 따라 현재는 중합부터 사업화하고 있는 Toyobo와 DuPont-Toray가 양분하고 있다.
MCH와 Aronkasei는 외부에서 폴리머를 조달해 컴파운드를 공급하고 있다.
일본은 TPC 수요가 2만톤에 미치지 못해 올레핀계 등에 뒤떨어지지만 연평균 5-10% 수준으로 꾸준히 신장하고 있다.
드라이어 브러시, 전선피복, 소음 목적 기어 등 기존 시장과 함께 내열성, 내유성, 고강도를 바탕으로 자동차 분야에서 수요가 확대될 것으로 기대되고 있다.
자동차용은 등속조인트(CVJ) 부츠가 대표적이다. CVJ 부츠에는 주로 CR(Chloroprene Rubber)이 사용됐으나 TPC로 대체함으로써 경량화 및 내구성 향상에 따른 박막화가 가능해졌고 유지보수도 불필요해진 것으로 알려졌다. 부츠 소형화로 그리스 투입량도 줄어든 것으로 나타났다.
CVJ 부츠 소재를 엘라스토머로 대체할 수 있는 부분은 드라이브 샤프트의 외측에 한정됐으나 최근에는 엔진과 가까워 내열성이 요구되는 내측에도 채용되기 시작했다.
TPC는 고무 뿐만 아니라 에어백 동작을 의식하는 경질수지 베이스 스티어링 엠블럼 소재도 대체하고 있으며 자동차 부품수 감축 관련 니즈에 대응하는 등 신규시장이 계속 창출되고 있다.
DuPont-Toray는 Hytrel 브랜드의 투명 그레이드를 중심으로 자동차 및 웨어러블 시장을 개척하고 있다.
자동차용은 투명하고 부드러운 감촉을 실현할 수 있는 내장재 투입을 목표로 하고 있다. 자동차는 전장화에 따라 위험, 오작동 방지 등 신호를 알리는 램프가 탑재될 것으로 예상돼 투명성과 내열성을 활용한 차내 스위치용 등으로 제안할 계획이다.
최근에는 전자제품용 공급도 늘어나고 있다. 경질수지와 열융착이 가능하고 선명하게 발색되는 점이 높은 평가를 받고 있으며 의장과 기능의 양립이 필요한 웨어러블제품에도 활용할 수 있을 것으로 보고 VR(가상현실) 시장 등에서 샘플 작업을 진행하고 있다.
아울러 감촉과 의장성이 뛰어난 강점을 바탕으로 화장품용기 시장도 공략할 방침이다.
Toyobo는 Pelprene 브랜드 판매의 70% 수준을 차지하고 있는 자동차 분야 공략을 강화하고 있다.
Toyobo만이 공급하고 있는 175℃에 달하는 장기 내열성과 높은 유연성을 겸비한 그레이드를 전략제품으로 설정해 시장을 개척하고 있으며 신형 차종에 가황고무 대체소재로 채용될 것으로 기대하고 있다.
투명 그레이드와 발포 그레이드도 공급하고 있는 가운데 발포 타입은 2016년 비자동차 분야에 채용됐으며 2017년부터는 자동차 분야를 공략하고 있다.
Toyobo는 생산거점 확충을 목표로 2017년 인디아, 브라질에서 컴파운드를 시작했고 중합능력 확대를 검토하고 있으며, 라인업을 더욱 다양화함과 동시에 안정적인 공급체제 구축에 힘을 기울이고 있다.
폴리우레탄계, 고강도에 성형가공성 뛰어나…
폴리우레탄계 열가소성 엘라스토머 TPU(Thermoplastic Urethane)는 고무와 같은 유연성과 기계강도, 내마모성, 저온특성이 뛰어나며 일반적으로 MDI(Methylene di-para-Phenylene Isocyanate)와 각종 폴리올(Polyol)을 조합해 생산하고 있다.
휘발성 유기화합물(VOCs) 함량이 낮고 리사이클이 가능해 친환경 소재로도 각광받고 있다.
또 무극성인 스타이렌계, 폴리디엔(Polydiene)계, 올레핀계와 비교해도 기계적 강도, 저온유연성, 내마모성, 내유성이 매우 뛰어나고 사출성형, 압출성형 등 플래스틱과 동일한 성형가공이 가능한 강점이 있다.
이에 따라 자동차부품, 각종 공업부품, 스포츠용품, 호스·튜브, 필름, 전선 케이블, 의료·위생용품 등 광범위한 영역에서 활용되고 있다.
Tosoh가 100% 투자한 일본 Miractran은 2017년 10월 Tosoh의 TPU 영업권을 취득해 생산·판매·연구체제를 일원화했다.
Nippon Polyurethane(NPU)의 100% 자회사로 출발한 Miractran은 2002년 경영 재건의 일환으로 영업과 연구개발 부문을 NPU로 통합시킨 후 2014년 Tosoh가 NPU를 합병함에 따라 Tosoh 산하로 들어갔다.
Tosoh는 Miractran의 Atsugi 및 Yamanashi Miractran 공장, Tosoh의 Nanyo 공장 생산제품을 모두 직접 판매했으나 2017년 10월 영업권을 Miractran에게 이관했다.
연구부문에 이어 영업권을 확보함으로써 효율적인 경영체제를 확립한 Miractran은 생산·판매·연구의 일원화를 통해 시장 니즈 및 환경 변화에 대한 대응력을 더욱 향상시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.
PA계, 내구성 바탕으로 스포츠용 수요 증가
PA계 열가소성 엘라스토머 PAE(Polyamide Elastomer)는 내유성, 내굴곡성, 내열성, 내약품성, 내마모성, 내후성이 뛰어나 호스, 튜브 등에 필수 소재로 사용되고 있으며, 최근에는 저온충격성을 활용해 스키부츠, 라켓 등 스포츠용품과 신발 등 생활용품용으로도 광범위하게 채용되고 있다.
PAE는 하드 부분에 PA(Polyamide)를, 소프트 부분에 폴리에테르디올(Polyether Diol) 등을 이용한 멀티블록 코폴리머(Multi-Block Copolymer)로 PA12 채용이 주류를 이루고 있다.
일반적으로 PA 올리고머(Olygomer) 생성과 에스테르화(Esterification)에 따른 고분자량화 단계로 합성이 이루어지며 비중이 1.01-1.02로 열가소성 엘라스토머 가운데 중간수준이나 경쟁제품이 많은 우레탄계, 에스테르계 엘라스토머에 비해 가벼워 경량화에 활용되고 있다.
열융착성이 뛰어난 것도 특징이다.
접착제 없이 다른 수지와 접합할 수 있고 PU(Polyurethane), PC(Polycarbonate), PI(Polyimide), 산 변성된 폴리올레핀(Polyolefin), PA12 등과 상성이 좋아 복합화 원료로도 주목받고 있다.
PAE의 역학특성과 TPU의 내마모성을 조합한 스포츠화 등이 상품화되고 있으며 다양하게 적용할 수 있는 방안이 개발되고 있다.
PA계는 TPE 중 하이엔드제품으로 Ube Industries, Daicel-Evonik, Arkema 등이 연구개발에 힘을 기울이고 있다.
Ube는 PA12 베이스 PAE인 「UBESTA XPA」를 공급하고 있다. 기본골격이 에스테르 결합 없이 아미드 결합만으로 구성되는 유일한 PAE로 내가수분해성, 열융착성이 뛰어나고 어떤 환경에서도 성능을 유지할 수 있어 스키부츠, 각종 개질제 등에 사용되고 있다.
고무처럼 유연하고 접착제 없이 접합할 수 있는 PAE의 기본 특성에 방열성을 부가한 고열전도 그레이드도 개발해 전자부품 등 고온 영역 적용을 추진하고 있다.
경량화에 기여하는 소재용으로 자동차 관련시장도 주목하고 있으며 기존용도 뿐만 아니라 신규용도를 개발함으로써 장기적으로 성장이 가능할 것으로 기대하고 있다.
