열가소성 엘라스토머 TPE(Thermoplastic Elastomer)는 고무와 플래스틱의 특성을 겸비한 기능성 소재로 가황공정이 불필요하고 플래스틱과 동일한 성형방법을 채용해 생산 효율성을 높일 수 있으며 고무보다 가벼워 자동차를 중심으로 가전, 기계, 공업설비 및 일용잡화, 스포츠용품 등 광범위한 분야에 사용되고 있다.
또 TPE는 재활용이 용이해 친환경 고분자 소재로서도 중요한 위치를 차지하고 있다.
올레핀계, 자동차 경량화에 필수불가결
TPO(Thermoplastic Olefin)는 PP(Polypropylene) 등 올레핀 수지를 하드부분에, 소프트부분에는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)을 채용한 엘라스토머로 단순 블렌드형, 고무 성분을 블렌드한 가교형 TPV(Thermoplastic Vulcanization), 특수 촉매 및 중합기술로 제조한 종합형 R-TPO 3가지로 구분된다.
TPO는 열가소성 엘라스토머 가운데 가장 가볍고 가황고무보다 생산성이 월등히 뛰어나 탁월한 경량화를 발휘하며 에어백 커버와 도어 패널 등 자동차의 문·창 주변부에서 빼놓을 수 없는 소재로 정착하고 있다.
Mitsui Chemicals(MCC)은 가볍고 성형가공성이 우수한 대표제품 「Milastomer」를 통해 아시아 TPV 시장에서 우위를 선점하고 있다.
Milastomer는 자동차 창틀과 내장재 소재를 중심으로 사용되고 있으며 스포츠용품 분야에서도 채용실적을 쌓아가고 있다.
일본 TPV 시장은 성장률이 5% 수준이지만 Milastomer는 10% 내외로 뚜렷한 강세를 나타나고 있다.
MCC는 자체 생산설비를 보유하고 있는 일본·유럽의 생산능력을 강화하고 2014년 타이와 미국에서 컴파운드 위탁생산을 시작한데 이어 2015년 3월부터는 중국 Shanghai에서 Milastomer 제조·판매를 진행하는 등 5개 지역을 중심으로 글로벌 공급체제를 정비하고 있다.
Sumitomo Chemical(SCC)은 원료인 PP와 EPDM의 자체생산이 가능하다는 점을 강점으로 에어백 커버와 바디시트 등에 TPO를 공급하고 있다.
2015년 4월에는 새로운 무할로겐 난연재 TPE를 개발해 가전·건축 분야로 사업을 확대하고 있다.
또 5년 정도 장기적으로 곰팡이 방지 효과를 지속할 수 있는 TPE도 개발하고 있으며 건축자재와 욕실용품 분야의 수요에 대응해나갈 방침이다.
해외생산은 미국 조지아의 No.2 플랜트가 2015년 4월 상업생산에 돌입했고 유럽에서도 일부 그레이드 생산을 시작하는 등 글로벌화를 가속화하고 있다.
SCC는 2017년부터 중국에서도 TPE를 생산할 예정이며 일본·미국·유럽·중국 등 4개 생산거점을 중심으로 공세를 강화해나갈 계획이다.
Riken Technos는 자동차, 건축자재, 일용품, 전선, 의료 분야 등 광범위한 영역에 걸쳐 TPE를 공급하고 있다.
비가교형 「Multuse Leostomer」를 비롯해 내유성·내열성이 뛰어난 가교형 「Actymer-G」, 올레핀 계열 가교형 그레이드 「Oleflex」 등 풍부한 브랜드를 갖추었다는 것이 Riken의 강점이다.
그동안 일본에서 먼저 개발·제조해 판매한 후 해외공급을 시작했으나 2014년에는 글로벌 표준 그레이드 「Oleflex N」을 해외에 먼저 출시한 바 있다.
Oleflex N은 일본·미국·타이 등 3개 지역에서 동일한 품질을 공급하고 있으며 원료 가격과 고객 니즈의 변화에 유연하게 대처할 수 있다는 것이 특징이다.
Riken Technos는 앞으로 엘라스토머 시트 사업에도 주력할 예정이다.
내유성 TPV는 HNBR(Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber)로부터 교체하려는 수요가 증가하고 있으며, 나무와 실크의 감촉을 구현한 E 촉감 엘라스토머는 컴파운드 판매와 함께 시트 가공을 주력사업으로 육성해나갈 예정이다.
JSR은 고부가제품을 앞세우며 특수 분야에서 공세를 강화하고 있다.
TPO 브랜드 「JSR Excelink」는 접착성과 표면 접동성이 뛰어나 기술적 차별화를 추구하는 자동차 도어 패널과 도어 실 코너 부분을 중심으로 채용하고 있다.
JSR은 소량다품종 생산이 특징이며 성능의 우수성을 인정받아 거의 모든 수요기업들이 채용하고 있다.
최근 몇년 동안 판매량이 연평균 10% 가까이 신장했으며 Yokkaichi 플랜트를 거의 풀가동하고 있다.
스타이렌계, 의료·위생 분야 수요 확대
스타이렌(Styrene)계 엘라스토머 TPS(Thermoplastic Styrene)는 하드부분에 SM(Styrene Monomer)을 사용하며 공중합체 조합에 따라 SBS(Styrene Butadiene Styrene), SIS(Styrene Isoprene Styrene), 수소 첨가 고기능성 SEBS (Styrene Ethylene Butylene Styrene), SEPS(Styrene Ethylene Propylene Styrene) 등으로 구분된다.
최근에는 내열성·내유성 성능이 주목받으며 EP(Engineering Plastic) 일부와 각종 고무제품의 대체수요가 나타나고 있다.
수첨계 고분자 타입은 시프트노브 커버와 에어백 커버 등 자동차 내·외장용 부품용에, 중저분자 타입은 내충격성 향상 특성으로 수지개질제, 점·점착제, 실란드(Sealant) 등에 사용되고 있다.
SBS는 아스팔트 개질용이 수요의 50%를 차지하고 있으며 성형성을 살려 신발 바닥과 잡화용으로 용도가 확대되고 있고 신흥국 시장에서는 위생제품용 수요가 급증하고 있다.
SIS는 핫멜트(Hot-Melt) 타입의 점·접착제에 주로 사용되며 박스용 점착테이프와 1회용 기저귀를 중심으로 수요가 급증하고 있다.
Asahi Kasei Chemicals(AKC)은 고부가제품을 중심으로 TPS를 공급하고 있다.
SBS는 핫멜트 접착제용, SEBS는 EP와 수지개질제 등이 좋은 평가를 받고 있으며 최근에는 중국을 중심으로 신장하고 있는 의료용 수액백용 수첨 엘라스토머 판매에 주력하고 있다.
AKC는 시장을 선점하기 위해 Kawasaki 플랜트 확장을 계획하고 있으며 해외 플랜트 구축을 검토하는 등 확대되는 해외수요에 대응하고 있다.
SBS와 SEBS는 가황고무 대체를 중심으로 발전했으나 AKC는 올레핀 등 개질용을 중심으로 기술을 향상시키고 있다.
폴리머의 고기능화가 진행됨에 따라 수지의 부가가치 향상에 대한 관심이 높아지고 있기 때문이다.
글로벌 SBC(Styrene Block Copolymer) 메이저 Kraton Polymers는 가격 경쟁이 심화됨에 따라 고기능제품 판매 확대에 주력하고 있다.
HSBC(Hydrogenated Styrene Block Copolymers)는 윤활유 첨가제용을 중심으로 수요가 증가하고 있으며 해저 광케이블 보호용과 수지개질용 역시 호조를 이어가고 있다.
IR(Isoprene Rubber)은 수술용 장갑, 콘돔을 중심으로 안정적인 성장세를 나타내고 있다.
2015년에는 폴리머 개발 및 기술서비스 향상에 주력했고 해외 생산설비의 프로세스 개선에도 총력을 기울이고 있다.
Kraton Polymers는 앞으로 최신 생산설비를 도입하고 수율개선·에너지절약 투자를 추진함으로써 코스트 경쟁력을 갖추어 나갈 계획이다.
Zeon은 SIS 브랜드 「Quintac」이 호조를 이어가고 있다.
Zeon은 SIS 시장이 연평균 4-5%대 성장함에 따라 Mizushima 소재 42만톤 플랜트를 최근 수년 동안 풀가동하고 있으며 해외 플랜트도 3만톤 이상 확대를 계획하고 있다.
특히, 독자적인 형태와 제어 기술을 강화시킨 비대칭 SIS 수요 증가를 기대하고 있다.
또 저온충격성과 가공성이 뛰어난 신규 그레이드를 생산하고 있으며 2015년부터 식품포장 라벨을 중심으로 공급을 확대하고 있다.
TPEE, 고부가에 고부가를 더하다!
폴리에스터계 열가소성 엘라스토머 TPEE(Thermoplastic Polyester Elastomer)는 방향족계 PBT(Polybutylene Terephthalate)를 하드부분에, PTMG(Polytetramethylene Glycol) 등 지방족 에테르 또는 Polycaprolactone 등 지방족 폴리에스터를 소프트부분에 사용하며 TPE 중 최고부가제품으로 평가되고 있다.
TPEE는 사용 가능한 온도 영역이 넓으며 고율점, 내굴곡피로성, 기계강도, 내열성, 내유·내약품성, 성형성 등이 우수해 자동차 관련 분야를 중심으로 기계, 전선, 전기·전자 등 공업용 전반에 광범위하게 사용되고 있다.
자동차용은 소음차단성과 내구성을 살려 도어래치, 쿠션소재 등에 사용되고 있으며 수요가 가장 많은 CVJ(Constant Velocity Joint) 부츠는 내굴곡피로성, 내유성, 리사이클성과 더불어 두께가 CR(Chloroprene Rubber)의 50% 정도에 불과하고 내구성과 경량화를 도모할 수 있어 1990년대부터 채용되기 시작해 현재는 모든 차종에 적용되고 있다.
또 도어락과 AT레버 슬라이드 플레이트, 스티어링 버튼 내장재, 선루프 개폐 벨트 등에도 채용되는 등 자동차용 활용영역이 확대되고 있다.
TPEE는 내유성과 내약품성이 뛰어나 자동차 뿐만 아니라 건설기계의 유압호스 등에서도 빼놓을 수 없는 핵심 소재로 부상하고 있다.
일본시장은 Toray DuPont과 Toyobo가 90% 전후를 장악하고 있으며 Mitsubishi Chemical도 약전 전기 및 잡화 분야에서 독자노선을 걷고 있다.
일본 TPEE 시장은 2만톤 이하로 TPO에 비하면 시장규모가 작지만 개별기업들이 국내외 수요에 대응하며 꾸준히 사업을 확대하고 있다.
Toray DuPont은 「Hytrel」 브랜드를 중심으로 양사의 국내외 네트워크를 최대한 활용하며 세계 어디서든 공급이 가능하다는 강점을 내세우고 있다.
특히, 자동차 분야는 일본 도어록 부품을 거의 독점하고 있으며 CJV 부츠 역시 기존의 휠 쪽 부츠 뿐만 아니라 엔진 쪽 부츠의 고무를 Hytrel로 교체하고자 하는 수요가 꾸준히 발생하고 있다.
Toray DuPont은 고부가 그레이드 개발을 강화하고 있으며 기존 접착소재보다 접착시간을 단축할 수 있는 금속과 수지의 접착층으로 기능하는 「이종소재 접착」 그레이드 개발에 총력을 기울이고 있다.
최근 경쟁이 과열되고 있는 방열 그레이드는 이종소재 접착 기능을 부여해 「방열 플러스 알파」로 완성하고 경쟁력을 확보해나갈 예정이다.
Toyobo는 「Pelprene」을 중심으로 TPEE를 공급하고 있으며 PBT와 소프트부분의 수지의 배합을 변경함으로써 내굴곡피로성, 내수성, 내약품성, 내유성, 내열성 등을 향상시켜 고객의 니즈에 부합하는 특화제품을 라인업하고 있다.
「C타입」은 70% 이상을 자동차용으로 공급하고 있으며 최근 에어덕트에 채용되는 등 위상을 강화하고 있다.
Toyobo는 앞으로 이종소재 접착 기술과 독자적인 결정화 제어 기술을 활용해 유연하면서도 내열성을 유지할 수 있는 투명소재를 개발할 예정이다.
Pelprene을 원료로 사용하는 탄성계 「Diaflora」 브랜드도 자동차 시트 소재 등으로 채용이 늘어나고 있다.
폴리우레탄계, 성형가공성 뛰어나 “호조”
TPU(Thermoplastic Polyurethane)는 고무와 같은 유연성과 기계적 강도, 내마모성, 저온특성 등이 뛰어난 기능성 엘라스토머로 VOCs(휘발성 유기화합물) 함량이 낮고 리사이클이 가능해 친환경 소재로 각광받고 있다.
사출성형, 압출성형 등 플래스틱과 같은 성형가공이 가능해 압출 튜브·호스, 각종 슈즈 및 스키 부츠와 같은 스포츠용품, 자동차 부품, 기계 부품 등에 고무 PVC(Polyvinyl Chloride)를 대체해 사용되고 있다.
일본 시장은 Tosoh와 Dainichiseika Chemicals, BASF, DIC Bayer Polymer 등이 개발에 열을 올리고 있다.
일본 TPU 수요는 약 2만톤 정도이나 신흥국을 중심으로 가공제품 수요가 신장하고 있다.
TPU는 앞으로 고객의 니즈에 얼마나 세세하게 대응해 개발하고 공급할 수 있는지가 수익성 확대의 관건으로 판단된다.
Tosoh는 중국 Nanyang 및 일본 Atsugi 공장에서 TPU를 생산해 「Miractran」 브랜드로 공급하고 있다.
Nanyang은 벌크제품을 중심으로 생산하고, Atsugi는 섬세한 기술력을 발휘해 700종 이상을 생산하고 있다.
Tosoh는 베이스 레진(Resin)부터 각종 컴파운드까지 일괄 생산하고 있으며 고객 수요에 맞춰 착색 그레이드도 제공하고 있다.
2014년 가을에는 Miractran 브랜드를 생산하는 Nippon Polyurethane과 합병했으며 앞으로 PE(Polyethylene)와 CR 부문 등과 연계를 강화해 새로운 용도 개척과 신제품 개발을 통해 시너지를 발휘할 방침이다.
폴리아미드계, 스포츠·자동차용 수요 증가
폴리아미드(Polyamide)계 열가소성 엘라스토머인 PAE (Polyamide Elastomer)는 하드부분에 폴리아미드를, 소프트부분에 폴리에테르디올(Polyether Diol) 또는 폴리에스터디올(Polyester Diol)을 채용한 멀티블록 폴리머(Multi-Block Polymer)이다.
PA 6 또는 PA 12를 사용하고 있으나 PA 12 채용제품이 주류를 이루고 있다.
일반적으로 Polyamide Oligomer 생성과 에스터화에 의한 고분자화 2단계로 합성이 이루어지며 비중이 1.01-1.02 정도로 열가소성 엘라스토머 중 중간수준이나 뛰어난 내유성, 내굴곡성, 내열성, 내약품성, 내마모성, 내후성으로 호스, 튜브 등에 사용되고 있다.
또 저온충격 특성을 활용해 스키부츠, 라켓 등 스포츠용품과 신발 등에도 채용되고 있으며 다른 수지와 혼합하기 쉬워 복합화용 원료로 각광받고 있다. 아울러 합성섬유의 기능성 향상에도 활용되고 있다.
PAE는 전체 수요가 1만톤에 미치지 못할 만큼 시장규모가 작지만 Ube Kosan과 Daicel Evonik, Arkema 등이 다양한 생산제품을 공급하고 있다.
Ube Kosan의 「Ubesta XPA」는 에스터 결합 없이 아미드 결합만으로 구성된 유일한 PAE로 내화학약품성, 난연성, 점착특성이 뛰어나 어떤 환경에서도 성능을 그대로 유지할 수 있어 공압 튜브, 스포츠슈즈, 테니스 라켓, 각종 개질제 등에 사용되고 있다.
또 사출성형 뿐만 아니라 압출성형으로 다층 튜브와 이형성형 사업 진출도 추진하고 있다.
고무처럼 유연하고 접착제 없이 접합이 가능한 PAE의 기본 특성에 방열성을 더해 고열전도 그레이드를 개발했으며 전자 부품과 자동차 부품 등 고온이 필요한 영역 진출을 추진하고 있다.
Ube Kosan은 자동차 엔진룸의 수지화가 진행됨에 따라 열전도성, 성형가공성, 열용착성에 의한 공정 생략, 코스트 다운 등을 어필하고 있으며 코팅·필름용 공급도 확대해나갈 계획이다. <강윤화 기자: kyh@chemlocus.com>
