[신년특집] ‘폴리케톤’ 해양소재 시장 석권한다
아라미드 폴리에칠렌 절반 가격에 물성은 70~80% 효과
효성, 2월 파일럿 설비 가동
美·日 보다 기술력 앞서
한국염색기술연구소(소장 전성기)는 출품 아이템 분석을 위해 참관단을 파견, 전시품목을 분석했다. 주요 아이템은 해양용 로프, 패러글라이딩, 선박 내장재, 보호복 등.
출품 기업들이 내놓은 아이템의 주요 소재는 아라미드, 초고분자량 폴리에칠렌(UHMWPE), 고강력 폴리에스터, 고강력 나일론, PP, PP&PE 등이었다.
이 같은 전시 아이템 분석 결과 아라미드, UHMWPE소재의 50% 가격에 기능은 아라미드의 70~80% 물성을 가지며 고강력 나일론, 폴리에스터에 비해 2.5배 이상의 강도를 지니는 폴리케톤 개발이 시급하다는 결론을 내렸다.
연구원은 폴리케톤은 성능 대비 가격 경쟁력이 높아 해양소재 시장에서 파괴력을 지닐 것으로 분석했다. 올해는 전 세계에서 유일하게 국내에서 폴리케톤을 생산하는 광경을 볼 수 있을 것 같다. 효성을 필두로 프리미엄케톤 소재사업단을 통해서다.
효성을 주관기업으로 10대 핵심소재 개발프로젝트에 20여 개 기업, 대학, 관련기관이 참여하고 있다.
◆왜 폴리케톤인가?
비싼 아라미드 섬유를 대체할 고강도 소재로 각광받고 있기 때문이다. 글로벌 개발경쟁을 벌이고 있는 이유이기도 하다. 아라미드의 절반가격에 성능은 아라미드 섬유의 70~80%를 보증한다니 가히 경쟁력은 설명이 필요 없을 정도다.
폴리케톤은 에틸렌 분자구조에 일산화탄소를 결합한 고분자 화합물. 탄소와 산소, 수소만의 단순한 구조인데다 연료가 저렴하다는 측면에서 제조코스트가 낮고 아라미드 보다 최고 50%에서 30% 저렴한 가격에 상품화 할 수 있다는 장점을 갖고 있다.
특히 원료로 쓰이는 일산화탄소는 화학, 제철산업 등에서 부산물로 얻을 수 있어 높은 가격경쟁력과 환경보호라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 소재다. 이 같은 장점으로 70~90년대 미국(쉘)과 일본(아사히 카사이)이 경쟁하듯 폴리케톤 개발에 나서 소재 원천기술을 확보했지만 상품화까지는 이르지 못했다. 경제성과 상품화를 위한 공정기술이 뒤따라 주지 못했기 때문.
세계에서 3번째로 도전장을 던진 기업은 국내 화섬 대표 메이커인 효성이다. 효성을 총괄 주관기업으로 거성산업자재와 한국타이어, 넥센타이어, 현대자동차, 데스코 등 20여 개 기업과 대학, 기관이 역량을 모아 폴리케톤 개발에 나섰다.
개발 완료 기한은 2019년. 예상 국내 시장규모만 1조5000억 원에 이른다. 세계 시장규모는 2020년경 5조원에 육박한다는 전망이다.
◆ 어디에 쓰이는가?
고강도, 고탄성의 특징에다 고무와 접착력이 우수해 타이어코드, 자동차용 벨트, 호스 등 고무 보강재와 로프, 보호용구 등을 비롯 정보통신, 토목건축, 스포츠용도로 폭넓은 전개가 가능하다. 특히 내마모성도 뛰어나 자동차, 전기, 전자분야의 고부가가치 제품에도 활용도가 높을 것으로 예상하고 있다.
◆개발역사
미국의 다국적 석유화학회사인 쉘이 엔지니어링 플라스틱 용도로 케톤수지를 개발하고 있으며 일본 아사히 카사이는 섬유용도로 개발 중에 있다. 그러나 폴리케톤을 추출할 수 있는 촉매에서 어려움을 겪고 있는 실정이다. 쉘은 90년대 연간 2만5000톤의 생산 공장을 건설하고 생산에 도전했지만 경제성을 이유로 상용화의 꿈을 접은바 있다.
◆한국은?
효성을 주관기업으로 프리미엄케톤 소재사업단을 지난해 출범시켰다. 2차 년도를 거친 올해 연구개발 성과로 촉매, 소재구조 디자인에 이어 사업화를 위한 제조공정 기술을 확보했다. 이에 따라 올 2월 가동 목표로 울산에 연산 1000톤 규모의 폴리케톤 파일럿 생산공장을 건설 중이다. 기술이 확보될 경우, 연산5만 톤 규모의 공장 신축에 들어갈 예정이다.
◆개발의 핵심
케톤계 섬유는 원료부터 중합, 방사, 용매처리 등 세부 요소 기술들이 용융 방사와는 달리 난이도가 매우 높은 기술이 필요하다. 또한 아직 상업화가 이루어지지 않아 원천기술과 상업화 기술을 동시에 확보해야 하는 어려움을 안고 있다.
이 때문에 세계적으로 개발경쟁이 덜한데다 성공시 고부가가치 창출소재로 각광받을 전망이다. 우선 새로운 촉매공정을 개발해 양산성을 확보하는 게 개발의 핵심으로 꼽힌다. 또한 사업성을 높이기 위한 용도에 맞는 디자인 설계도 필수적이다.
과거 개발에 도전한 미국, 일본 등은 2가지 정도의 디자인 설계에 그쳤다. 그러나 폴리케톤 사업단은 이미 20여 개의 용도에 따른 디자인 설계를 구축했다.