화학저널

이온교환수지(Ion-Exchange Resin) 생산기업들이 고부가가치화 전략에 박차를 가하고 있다.
이온교환수지는 3차원적 그물 구조의 고분자 모체에 관능기인 이온교환기를 도입한 수지로, 용액 속에 존재하는 이온 상태의 물질을 자신의 이온과 교환하는 능력이 있으며 주로 지름 0.2-1mm의 반투명한 구형 입자가 사용된다.
고분자 모체는 Styrene-DVB(Divinylbenzene) 공중합체가 일반적이며 크게 양이온과 음이온 교환수지로 구분된다. 교환기의 산성, 염기성 정도에 따라서도 분류할 수 있으며 중금속이온에 선택적 흡착성을 보유한 킬레이트수지(Chelate Resin)가 대표적이다.
해수담수화, 화력·원자력발전소 수처리, 보일러용 물 및 전자산업용 초순수 제조, 의약품·식품·음료의 분리·정제, PC(Polycarbonate) 및 아크릴수지 원료 제조, 전자소재 정제 등에 투입되고 있다.
이온교환수지 생산기업들은 고부가가치화를 목표로 애플리케이션 및 커스터마이징 기술 개발에 박차를 가하고 있으며 막, 장치를 비롯한 주변제품, 분석기술 등을 포함한 종합 솔루션을 제공함으로써 차별화하는 움직임을 확대하고 있다.
글로벌 이온교환수지 시장은 30억입방미터 수준으로 추정되고 있다.
일본은 발전, 전자, 석유·화학산업 등에서 신규투자 프로젝트가 거의 진행되지 않아 정체상태를 나타내고 있으나 고분자·중분자로 전환되기 시작한 의약품 정제, 기능성 표시 식품제도 등에 힘입어 음료 및 식품 관련용도가 성장할 것으로 예상되고 있다.
또 2020년 도쿄올림픽을 앞두고 할랄 대응식품용 등 각종 특수도 기대되고 있다.
중국은 반도체 관련 설비투자를 확대함에 따라 초순수용 수요가 급속히 신장하고 있으며 전자소재 정제용도 성장할 것으로 기대되고 있다.

Organo, 전자소재 초클린화에 주력
Organo는 수처리, 전자, 식품, 제약 등 광범위한 분야에 이온교환수지를 공급함으로써 시장에서 확고한 지위를 확립하고 있다.
수처리 관련이 중심이지만 최근에는 비수계에도 힘을 기울이고 있으며, 특히 전자소재 정제용 수요가 호조를 보이고 있는 것으로 알려졌다.
전자 분야는 스마트폰의 고기능화, IoT(사물인터넷), AI(인공지능) 보급에 따라 고집적화가 진행되면서 제조공정에서 사용하는 초순수, 약품, 용매, 고분자 폴리머 등 비수계의 고순도화 요구가 높아지고 있다.
Organo는 초순수 제조를 통해 축적한 이온교환수지의 클린화 및 분석기술을 응용해 전자소재 정제에 최적화된 이온교환수지를 개발했다.
건조 타입 Amberlist DRY는 다공질 Macroreticular(MR) 구조로 건조시켜도 Macroporous를 유지함에 따라 유기용매 속에서도 효율적으로 이온을 교환할 수 있는 특징이 있다.
또 알코올(Alcohol) 치환을 비롯한 전처리가 필요하지 않고 수분 반입이 적을 뿐만 아니라 수지를 조합함으로써 고도의 정제가 가능하게 하는 등 다양한 강점이 있어 채용이 꾸준히 확대되고 있다.
초저 메탈화 그레이드 Orlightf DS는 Organo 독자제품으로 유기용제 속의 금속 불순물을 ppt 수준까지 저감하는 초클린화가 가능한 것으로 알려졌다.
MR 타입과 겔 타입을 라인업하고 있으며 다양한 전재소재에 대응이 가능하고 수용액, 유기용매 속 미량의 금속 제거에도 적합한 것으로 파악되고 있다.
처리목적 및 용매종류에 따라 양이온교환수지, 음이온교환수지, 혼합제품 가운데 선택해 사용할 수 있어 채용이 꾸준히 확대되고 있다.
Organo는 용매 속 미량의 금속을 분석하는 기술을 보유하고 있으며 내용제에 대응한 클린한 칼럼 및 설비를 판매하는 등 전자소재 정제 분야에 대한 종합 솔루션을 제공할 수 있는 강점을 바탕으로 사업을 적극 확대할 방침이다.

Dow, 안정공급 목표로 증산 방안 검토
Dow Chemical은 이온교환수지, 역침투막, 한외여과막 등을 공급하고 있으며 뛰어난 기술력을 바탕으로 수처리 관련니즈에 대응하고 있다.
이온교환수지는 아시아를 중심으로 수급이 타이트해짐에 따라 안정공급에 주력하고 있으며 프로세스 효율화, 보틀넥 해소를 통해 생산을 확대하는 방안을 검토하고 있는 것으로 알려졌다.
Dow Chemical은 기술력을 바탕으로 잇따라 신제품을 투입해 차별화를 추진하고 있으며 대표적으로는 공장폐수를 처리·농축하는 Minimum Liquid Discharge(MLD) 대응제품이 있다.
역침투막 Dow Filmtec Fortilife는 폐수 재이용, MLD 등에 투입할 수 있으며 CIP(Clean in Place) 세정빈도를 30-50% 줄일 수 있을 뿐만 아니라 회수율 향상 및 폐수처리 코스트 감축에도 기여하는 것으로 알려졌다.
폐수에서 구리, 니켈, 코발트 등의 금속을 회수할 때 사용하는 킬레이트수지 Dow Xus 시리즈도 유망제품으로 기대하고 있다.
Dow Chemical Japan은 다양한 라인업과 기술력을 홍보하는 활동도 전개하고 있다.
2017년에는 Inchem Tokyo 2017에 참여했으며 2018년에는 기술세미나를 온라인으로 시청할 수 있는 Water Academy를 본격적으로 시작할 예정이다.
Dow Chemical과 DuPont이 통합한 DowDuPont은 농업, 소재과학, 특수화학제품으로 사업분야를 분할하고 있으며 이온교환수지는 특수화학제품의 핵심사업으로 자리 잡을 것으로 예상되고 있다.

Purolite, 생명과학 관련제품 강화
글로벌 No.2 이온교환수지 생산기업 Purolite는 이온교환수지 판매를 확대함과 동시에 생명과학 사업을 강화하고 있다.
미국에서는 초순수용, 특수제품, 루마니아에서는 일본, 미국, 유럽연합(EU)의 GMP 적합 인증을 취득한 입경 균일제품, 중국에서는 표준제품 및 킬레이트수지 등을 생산하고 있으며 루마니아 공장은 2016년 가을 생산능력을 3000톤으로 1.5배 확대한데 이어 2017년 No.4 클린룸을 건설했다.
의약품 및 식품용 제조공정용 분리제, 프로세스 제제 등 다양한 품종을 생산할 수 있으며 최근에는 의약품 및 식품 분쇄가공용 비즈 신제품 PuroMill 생산을 시작했다.
2016년 출시한 SST 음이온교환수지는 코어셸(Core-shell) 타입을 채용해 순수 제조장치인 탈염장치의 재생제 사용을 대폭 감축할 수 있어 다양한 프로세스 및 수처리 분야에서 겔 타입의 수지와 Macroporous 수지를 대체하고 있는 것으로 알려졌다.
세계에서 가장 많은 라인업을 보유하고 있는 합성흡착제는 혈액 정제 등 의약부터 당, 아미노산 정제 등 식품까지 광범위한 분야에서 채용되고 있다.
효소 고정화용 수지 ECR 시리즈도 의약, 식품용을 중심으로 안정적으로 성장하고 있다.
생명과학 사업은 영국 연구소를 중심으로 전개하고 있다.
2017년 12월에는 항체의약 정제공정에 사용되는 아가로스(Agarose) 베이스 수지의 모체인 친화 크로마토그래피(Chromato- graphy)용 분리제 프로테인(Protein) A 담체 Praesto AP, 이온교환 타입 Praesto SP, Praesto Q의 대규모 상업공장 건설을 완료했으며 2018년 봄 가동했다.
신규공장 생산능력은 10만리터로 글로벌 항체의약 정제용 분리제 시장의 30% 수준에 상당하는 것으로 알려졌다.
랑세스, 수처리 솔루션 확대
독일 Lanxess(랑세스)는 액체 정제기술(LPT: Liquid Purification Technologies) 비즈니스 유닛이 담당하는 수처리 솔루션 사업을 꾸준히 확대하고 있다.
이온교환수지 사업은 약 80년의 역사를 보유하고 있으며 독일 Leverkusen, Bitterfeld, 인디아 Jhagadia에서 Lewatit 브랜드를 생산하고 있다.
꾸준한 수요신장에 대응하기 위해 보틀넥 해소를 통해 생산 프로세스를 최적화하고 있으며 주력제품인 특수 선택성 수지는 수중 중금속 제거용 신제품 Lewatit TP107을 개발해 샘플 평가를 진행하고 있다.
크롬산(Chromic Acid)을 비롯해 물속에 존재하는 특정 옥소 음이온을 선택적으로 제거할 수 있어 신규 수요를 창출할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
역침투막은 글로벌 수요가 연평균 10% 이상 증가할 것으로 예측되고 있으나 생산능력이 거의 한계에 도달한 것으로 파악되고 있다.
랑세스는 2017년 Bitterfeld 소재 Lewabrane 공장 생산능력을 2배 확대했으며 수처리용 초저압 타입 Lewabrane RO ULP를 새롭게 출시해 라인업을 확충했다.
Lewabrane RO ULP는 유해물질 제거율과 물 투과성이 모두 높은 특징이 있으며 압력용기의 조작압력을 40% 가량 감축할 수 있어 코스트 감축에도 기여하는 것으로 알려졌다.
랑세스는 역침투막, 이온교환수지를 이용한 수처리 시스템 설계를 지원하는 소프트웨어 LewaPlus도 계속 업그레이드해 제공하고 있다.
최근에는 산화철 흡착제 Bayoxide의 판매·마케팅을 LPT가 담당하는 체제로 재편해 이온교환수지, 역침투막과 함께 수처리 기술의 상승효과를 최대한 발휘할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

MCH, 의약 중심으로 고부가가치화
일본 최대의 이온교환수지 메이저 Mitsubishi Chemical (MCH)은 고부가가치화 전략을 강화하고 있다.
MCH는 1946년 상업생산을 시작한 이후 뛰어난 수지 설계기술과 다양한 용도에 대응할 수 있는 풍부한 라인업을 바탕으로 세계시장에서 높은 점유율을 확보하고 있다.
일본 Kurosaki 소재 1만3000입방미터, 한국 2만입방미터, 타이완 4500입방미터, 이태리 100입방미터 공장을 가동하고 있다.
범용제품은 코스트 경쟁력이 뛰어난 한국 및 타이완에 생산을 집중하고 있으며 일본 Kurosaki 공장은 특수제품 및 부가가치제품에 특화하고 있다.
특히, 한국공장은 중국 반도체 투자 활황 등의 영향으로 초순수 제조용 수요가 급속히 확대됨에 따라 거의 풀가동하고 있는 것으로 알려졌다.
당 정제와 관련해서는 2020년 도쿄올림픽을 앞두고 할랄 인증 취득제품 수요가 호조를 보이고 있다.
MCH는 최근 수요동향에 대응함과 동시에 장기적인 관점에서 의약품, 당 정제 등 고부가가치 분야를 강화할 방침이다.
커스터마이징 기술을 바탕으로 수요를 개척하고 있으며, 특히 의약 분야를 중점적으로 강화하기 위해 고분자 바이오의약, 올리고핵산, 펩티드(Peptide) 등 중분자 의약을 대상으로 수요처 평가를 진행하고 있다.

Sumika, 3층 구조 순수 제조방식 제안
Sumitomo Chemical의 에너지·기능소재 부문을 담당하는 Sumika Chemtex는 이온교환수지 Duolite, Sumikaion, Duoject, 킬레이트수지 Sumichelate로 수요처 밀착형 사업을 전개하고 있다.
이온교환수지를 이용한 순수 제조는 수요처를 대상으로 트리오베드 방식 전환을 제안하고 있다.
트리오베드는 불활성 수지를 양·음이온 교환수지 사이에 넣은 3층 구조로 순수를 제조하는 방식이며 재생폐액을 배출하는 콜렉터를 불황성 수지로 덮어 역재생에 따라 발생하는 이온교환수지의 오염을 방지하는 강점이 있다.
관리가 용이하고 안정적으로 고순도 순수를 얻을 수 있으며 순도가 빠르게 상승할 뿐만 아니라 채수량이 증가하는 메리트도 얻을 수 있는 것으로 알려졌다.
또 기존 믹스헤드 방식의 설비에 그대로 적용할 수 있어 추가비용이 소요되지 않는 이점이 있다.
Sumika Chemtex는 제조코스트를 음이온교환수지 수준으로 억제한 Sumikaion S8TR을 개발한 것을 계기로 2015년부터 트리오베드 방식을 본격적으로 제안하기 시작했으며, 수요처로부터 높은 평가를 받고 있어 공장 보일러의 물 제조 용도를 중심으로 채용실적이 꾸준히 증가하고 있다.
Duolite는 초순수용, 일반순수용, 효소고정용, 산촉매용, 합성흡착제 등 다양한 라인업을 보유하고 있다.
반도체를 비롯한 전자소재 제조용은 초순수 뿐만 아니라 과산화수소(Hydrogen Peroxide), 가성소다(Caustic Soda), 황(Sulfur), 염산(Hydrochloric Acid), IPA(Isopropyl Alcohol) 등에 함유된 극미량의 금속이온 불순물을 제거하는 초고순도 정제용으로 채용이 확대되고 있다.
Duoject는 이온교환수지 특유의 아민 냄새를 저감하는 기술을 개발함으로써 탄산음료 등 식품공업 순수 제조용으로 수요가 증가하고 있으며 기술 우위성을 바탕으로 판매를 더욱 적극화할 방침이다.

Chelest, 정제용 재생 타입 샘플 공급
Chelest는 킬레이트제, 녹방지제, 킬레이트섬유를 공급하는 일본 특수화학기업으로 고성능 킬레이트섬유 Chelest Fiber, 이온교환수지 및 킬레이트수지 Chelest Pearl을 공급하고 있다.
특히, 금속이온 흡착·회수기술에 강점을 보유하고 있으며 폐수처리, 정제·금속회수 분야에서 성과를 올리고 있다.
Chelest Fiber는 셀룰로오스(Cellulose) 베이스 섬유에 킬레이트 관능기를 화학적으로 결합시킨 것으로, 흡착속도가 매우 빠르고 10ppb 이하의 낮은 농도까지 포착할 수 있는 등 기능성이 뛰어난 특징이 있다.
중금속을 선택적으로 흡착하는 Chelest Fiber IRY-HW는 폐수처리를 시작으로 기능성 색소 및 폴리머, 전자 관련약제 등의 정제용 채용이 확대되고 있다.
붕소(Boron) 등 반금속 흡착에 특화한 Chelest Fiber GRY-HW는 붕소 잠정 폐수기준 대상업종인 귀금속 회수업, 전기 도금업 등에 대한 제안을 가속화할 방침이다.
이온교환수지는 비소, 크롬, 시안화합물 등 유해금속을 제거하는 폐수처리용, 경도 성분을 제거하는 연수기용, 귀금속 회수용, 일반공업용 순수 제조용으로 채용이 확대되고 있다.
정제용으로 공급하기 위해 강산성 양이온교환수지, 강염기성 음이온교환수지를 베이스로 제조한 재생형 이온교환수지 샘플을 배포하고 있으며 2018년 출시를 목표로 하고 있다.
킬레이트수지는 중금속, 붕소, 수은 흡착용을 라인업하고 있으며 일반공업 폐수처리 뿐만 아니라 산업폐기물 처분장의 침출수 처리에도 투입되고 있다.
수은 흡착용 Chelest Pearl CH400은 금, 파라듐도 흡착할 수 있어 귀금속 회수용으로도 적극 제안하고 있다.

<화학저널 2018년 7월 23일>