▲ 이원 프리미엄 케톤소재 사업단장.

기후변화로 인해 전세계적으로 환경규제가 강화되면서 가벼우면서도 튼튼하고 다양한 기능을 발휘하는 소재개발이 트렌드로 자리잡아 가고 있다. 이중 꿈의 소재로 불리는 폴리케톤 소재는 이러한 수요에 대응해 산업용 섬유 및 엔지니어링 플라스틱으로 사용할 수 있는 신소재로 각광받고 있다.

폴리케톤 섬유는 초고강도 및 초고탄성률을 가지고 있는 슈퍼섬유로서 기존 산업 소재에 비해 내충격성·내화학성·내마모성·가스차단성이 월등히 뛰어나 타이어 보강재, 보호용의류, 로프 등 자동차분야, 정보통신 분야, 토목건축 분야, 스포츠 분야 등에 널리 적용할 수 있다. 원료로 사용되는 일산화탄소(CO)는 화학, 제철산업 등에서 부산물로 얻을 수 있어 가격경쟁력을 확보할 수 있으며 환경 보호도 가능하다.

또한 케톤계 엔지니어링 플라스틱(EP)은 수퍼엔지니어링 플라스틱의 한계인 비용절감, 환경규제 강화에 따른 열가소성 플라스틱화 및 금속대체 등에 대응이 가능한 소재다.

효성이 총괄주관기관을 맡은 프리미엄 케톤(폴리케톤)소재 사업단은 △폴리케톤 소재(세부주관기관 효성) △폴리케톤 섬유 복합소재(거성산업자재) △폴리케톤 EP 복합소재(데스코) 개발에 나서고 있다.

사업단은 엔지니어링 플라스틱 소재개발과 함께 세계 최초 산업용 폴리케톤 섬유 소재 상업화를 추진해 2019년 1조8천억원의 매출과 1,740개의 일자리를 만든다는 계획이다.

▲ 폴리케톤 직물.

■ 폴리케톤 파일럿 플랜트 구축, 상용화 준비

사업단은 1단계 사업을 통해 상용화를 위한 기반을 마련했다. 효성이 울산에 연산 1,000톤 규모의 폴리케톤 파일럿 플랜트를 구축한 것이다.

폴리케톤이 지금까지 상용화되지 못한 것은 촉매와 공정 기술 개발이 미흡했던 탓이다. 쉘·BP등 글로벌 정유 업체는 지난 1970년대부터 폴리케톤 개발에 착수해 사업화를 추진했지만, 폴리케톤을 중합할 수 있는 촉매의 비효율성으로 번번이 좌절된바 있다.

사업단은 성공적인 출발을 계기로 향후 아라미드 섬유 수준의 고강도를 가지면서 고무접착성이 뛰어난 폴리케톤 섬유 개발을 추진하고 있다.

또한 사업단은 고활성을 발현할 수 있는 촉매·소재 구조 디자인 개발과 함께 사업화를 위한 제조 공정 기술을 확보했으며 고강도 폴리에스터, 나일론 대비 1.7배 강도를 가지는 고강도 폴리케톤 섬유 물성도 확보했다. 내충격성이 나일론 3배, 내마모성이 아세탈 10배 이상인 폴리케톤 중합기술 및 수지를 개발한 것도 주요 실적이다.

지식재산권 출원도 국내외 37건을 기록했고 SCI 등재된 국내외 논문은 5건에 달했다. 신규채용도 32명의 R&D 인력을 포함해 106명의 일자리를 창출했다.

▲ 폴리케톤은 타이어 보강재로 적용할 수 있다..

■ 협력 통해 無에서 有를 창조

폴리케톤 소재는 현재 상업화되지 않은 소재이기 때문에 선진업체의 정보 입수가 매우 어려워 사업단은 원천 소재 제조 기술부터 제품화 기술까지 모두 직접 개발해야 하는 어려움이 있다.

이에 사업에 참여하고 있는 대·중소기업들은 세계에서 처음으로 사업화를 추진한다는 사명감을 가지고 협력하고 있다.

사업단은 원천기술 개발부터 공정 및 적용 시장 개척까지 일괄 체제를 구축하고 개발 역할을 분담하고 부족한 부분을 서로 채우며 기술개발을 진행했다.

폴리케톤 EP(엔지니어링 플라스틱) 복합소재를 개발하고 있는 엔지니어링 플라스틱 생산 전문업체 데스코는 효성으로부터 폴리케톤 중합 베이스 폴리머를 공급받아 제품을 생산하고 문제점 발생시 이를 해결할 폴리머를 요청하는 방식으로 기술력을 향상시켰다.

이러한 기술개발의 결실은 함께 공유하는 방식으로 이뤄져 사업단의 대·중소기업 공동특허 출원은 내충격성이 우수한 폴리케톤 조성물, 자동차부품용 폴리유산 조성물, 열전도성이 우수한 폴리케톤 조성물 등 국내 4건, 해외 6건에 이른다.

또한 사업단은 중국, 캐나다, 미국, 일본, 브라질 등 해외전시회에서 공동으로 홍보활동을 펼치며 폴리케톤 EP소재를 ‘한국의 신소재’로 외국 바이어들에게 각인시켰다.

사업단은 향후에도 산업용 섬유시장에서 요구하는 제품에 맞는 폴리케톤 섬유소재를 개발하고 타이어 코드 및 산업용 섬유분야를 구분해 섬유 복합소재에서 동반성장 한다는 계획이다.

특히 활발한 개발 실적 및 제품판매가 기대되는 산업용 섬유 분야에서는 MRG, 고강력 로프, 산업용 고강도 후직물 등 다양한 산업군에 폴리케톤 섬유 복합소재가 본격 적용될 전망이어서 더욱 강력한 협력이 요구되고 있다.

세계 최초 사업화 추진, 1,000톤 규모 파일럿 플랜트 구축

20만톤 공정 기술개발 추진, ‘대한민국 신소재’ 자리매김

▲ 폴리케톤 원사.

■ 年 5만톤규모 폴리케톤 생산능력 갖춘다

사업단은 2단계 사업에서는 파일럿 플랜트에서 생산한 폴리케톤으로 사업성을 검증하고 연산 5만톤 규모의 생산능력을 구축할 계획이다. 우리나라 폴리케톤 소재를 독점하고 세계 소재 시장을 주도 하기 위해서는 플랜트 당 연산 20만~30만톤 규모의 생산 능력이 필요하기 때문에 연속 중합 공정 기술 개발과 신촉매 기술개발을 추진할 예정이다.

이밖에도 △아라미드 수준의 고강도 폴리케톤 섬유 파일럿 제조 기술 개발 △폴리케톤 섬유의 사가공, 제직, 염색 기술 개발 및 산업용 용도개발 △폴리케톤 수지의 차별화된 특성을 활용할 수 있는 엔지니어링 플라스틱 용도 개발 등에 나설 계획이다.

이원 프리미엄케톤 소재 사업단장은 “1단계 확보한 폴리케톤 상용화의 핵심 기술인 촉매, 공정 기술이 사업화 단계에 진입하고 있어 글로벌 소재시장 선점에 한걸음 더 나가게 됐다”면서 “시생산 라인에서 만든 다양한 폴리케톤 소재의 검증 작업과 사용 용도에 맞는 소재 구조 설계 최적화를 진행해 상용화에 박차를 가할 것”이라고 말했다.

▲ 폴리케톤 소재부품.