국도화학, 100% 바이오화 도전 … 나가세, 식물 베이스 ECH 활용

에폭시(Epoxy)는 바이오화를 위한 연구개발(R&D)이 본격화되고 있다.
국내 에폭시수지 1위 국도화학은 2022년 7월부터 삼양이노켐과 바이오 에폭시 소재 개발을 추진하고 있다.
삼양이노켐이 국내에서 유일하게 생산하고 있는 바이오매스 베이스 이소솔바이드(Isosorbide)를 활용해 친환경 에폭시 코팅제, 접착제, 페인트 등을 상업화할 계획이며, 바이오 원료 함량 100%에 근접한 소재를 개발함으로써 최근 글로벌 시장에서 확대되고 있는 친환경 트렌드에 적극 대응할 방침이다.
이소솔바이드는 옥수수 등 식물 자원에서 추출한 전분을 화학적으로 가공해 만든 바이오 소재로 기존 화학 소재를 대체해 플래스틱, 페인트, 접착제 생산에 사용할 수 있다.
삼양이노켐은 국내 최초이자 세계에서 2번째로 이소솔바이드를 상용화해 노바소브 브랜드로 공급하고 있으며 군산에서 1만톤 공장을 가동하고 있다.
일본에서는 나가세켐텍스(Nagase ChemteX)가 에폭시 화합물의 바이오매스 향상에 박차를 가하고 있다.
나가세켐텍스는 최근 바이오 베이스 특수 에폭시 화합물 그린데나콜(Green Denacol) 시리즈에서 신제품 4종을, 그린데나콜을 사용한 바이오 베이스 에폭시 변성제품으로 신제품 3종을 개발했다.
나가세켐텍스가 50년 이상 공급하고 있는 데나콜은 알코올성 수산기와 유기산을 글리시딜에테르화한 특수 에폭시 화합물로 방향족(Aromatics)이 대부분인 일반 에폭시 화합물과 달리 지방족이며 내후성, 유연성, 내열성, 전기특성이 우수해 수계 코팅제 가교제 등으로 사용되고 있다.
관능기에서 다능기 에폭시까지 50개에 달할 만큼 종류가 다양하고 약 25개는 수용성인 것으로 알려졌다.
데나콜은 식물유지 베이스 글리세린(Glycerin) 혹은 전분 베이스 당알코올인 솔비톨(Sorbitol) 등 다양한 골격을 보유한 알코올성 수산기나 카복실산(Carbocyl Acid)에 대해 석유화학 베이스 ECH(Epichlorohydrin)를 반응시킨 반면, 그린데나콜은 ECH까지 글리세린을 원료로 식물 베이스화함으로써 바이오매스도가 높고 일반 데나콜과 용도는 거의 동일한 것으로 파악된다.
나가세켐텍스는 그린데나콜을 GEX-313, GEX-521, GEX-622, GEX-614B 등 4개 그레이드로 개발하고 실제 기기와 동일한 스케일의 전용 플랜트를 설치해 샘플 공급체제를 확립했다.
4개 그레이드는 구조식, 에폭시 당량, 점도가 달라 수요기업이 용도에 따라 선택할 수 있다.
또 GEX-313, GEX-521, GEX-622는 바이오 베이스도가 99% 이상, GEX-614B는 80% 이상에 달해 일본 유기자원협회의 바이오매스 마크를 취득한 것으로 알려졌다.
그린데나콜을 주 원료로 사용하고 경화제, 첨가제 등을 배합함으로써 높은 바이오매스도를 부여한 바이오 베이스 에폭시 변성제품 역시 개발에 성공하고 샘플 공급을 시작했다.
변성제품 중 ASA-8101은 바이오매스도 70% 이상에 2액 경화형으로 상온경화에서 높은 접착력이 발현된다는 점과 고탄성 및 고신장률을 모두 갖출 수 있는 특징이 있어 접착제로 사용하면 자동차부품에서 이종소재 접합을 실현할 수 있다.
ASA-8102는 바이오매스도 95% 이상, 1액 경화형으로 섭씨 140도에서 3시간 가열경화해 사용하고 높은 바이오매스도와 안전성을 갖추어 FRP(Fiber Reinforced Plastic) 매트릭스 수지로 이용이 기대된다.
ASA-8103은 바이오매스도 75% 이상, 2액 경화형으로 140도에서 3시간 가열경화해 사용하며 유리전이온도(Tg)가 155도로 높아 FRP 매트릭스 수지로 이용할 수 있다.
ASA-8101과 8102는 일본 유기자원협회로부터 바이오매스 마크를 취득한 것으로 알려졌다. (강윤화 책임기자)