[신사업 소개] ㈜ Kuraray 사업 및 기술 소개

회사소개

㈜ Kuraray는 레이온 상용화의 목적으로 구라시 키시에서 1926년에 설립되었다. 2차 세계대전 이 후, 일본에서 발명된 합성 섬유KURALON을 상용 화하였고, 천연가죽과 폴리에스테르 섬유대용으로 개발된 인조가죽 CLARINO를 포함하여 부직포인 KURAFLEX, 벨크로 재료인 MASIC TAPE를 개발하 였다.

화학물질 및 기능성 재료분야에서 수용성과 접착 성 특수광학특성의 제품인, 효율적인 가스 barrier인 EVAL , 세계 유일의 합성 이소프렌 화학 제품 , 메타 크릴수지 및 의료제품과 치과 재료 등을 포함한 다 양한 사업 영역을 개척하고 있으며, 2014년 기준 약 5조원의 매출을 올리고 있다.

2014년 6월 듀폰사의 PVB interlayer Business 인 Glass Laminating Solutions 사업부를 인수하여 Kuraray Korea를 설립 운영하고 있으며, 현재 울산에 생산시설을 추가증설 중에 있습니다.

㈜ Kuraray의 주요 기술

㈜ Kuraray의 주요 기술로는 PVB접합필름과 접합 유리를 들 수 있다.

·PVB접합필름의 역사

접합을 통해서 유리의 단점을 보완하고자 하는 생각이 처음 도입된 것은 1905년으로 거슬러 올라간 다. 이 해에 John C. Woods는 유리접합에 관한 영국 특허와 그 다음해에 미국특허를 출원하였다. 그러

㈜ Kuraray 사업 및 기술 소개

이광오 상무

㈜ Kuraray Korea [email protected]

나, 비용, 성능 및 시장에서의 요구면에서 만족할 만 한 수준이 아니었으므로, 최초의 차량에는 일반 판 유리가 자동차의 앞유리로 채용되었다(1910년).

1910년 Eduard Benedictus에 의해 접합안전유리 제조에 관한 영국특허가 출원되었으며, 이는 상업생 산으로 이루어졌다. 그의 특허는 두 장의 유리사이 에 투명한 celluloid 플라스틱을 gelatin 등을 사용하여 접합한 것이었다. 1924년에 처음으로 상용자동차에 접합유리가 사용되었으며, 1928년 포드자동차는 접 합유리를 자동차 앞유리의 표준으로 채택하였다.

이때부터 유리 및 플라스틱제조업체에서는 이에 대한 잠재적인 수요에 관심을 가지게 되었으며, 당 시에 접합필름의 재료로서 사용된 cellulose acetate의 단점과 이를 대체할 재료에 대한 연구가 본격적으로 진행되었다. 1930년대 초에 미국의 5개회사(Carbide and Carbon Chemical Corp., Du Pont Company, LOF, Monsanto Chemical Co., PPG)는 공동으로 6백만불을 투자하여 6년간 연구 개발 끝에 PVB를 개발하기에 이르렀으며, 최초의 자동차용 앞유리 조합은 3mm 유리 사이에 0.38mm PVB(Polyvinyl Butyral) 필름을 사용한 것이었다.

PVB를 사용한 접합유리에 대한 특허는 PPG에 의 해 1936년에 출원되었으며, Polyvinyl Butyral 또는 Polyvinyl Actal에 대한 특허는 1928년에 출원되어 Du Pont이 이 특허에 의해 생산과 관련한 권리가 이어 지게 되었다. 이후로 몇 개의 회사들에 의해, 생산기 술에 대한 연구가 지속되어 현재는 Eastman, Sekisui, Kuraray 및 다수의 생산능력을 보유한 회사들이 시 장에서 경쟁하고 있다.

·PVB접합필름의 제조

PVB접합필름은 60~90%의 PVB 수지와 10~40%의 가소제를 주성분으로 하여 제조된다. PVB(Polyvinyl Butyral) resin은 PVA(Polyvinyl Alcohol)을 부틸화 (Butylation)하여 제조하며, 부틸화도를 적절한 수준 에서 조절하여, 유리와의 접합 시 접착력 수준이 필 요 수준에 이를 수 있도록 한다.

제조된 PVB 수지는 매우 질기고 단단하여, 판상 으로 제조하더라도 접합유리제조 시 사용이 쉽지 않 을 뿐 아니라, 유리와 접합하여 접합유리를 만들었 을 때 관통성능(penetration resistance)을 확보하기가 어렵게 된다. 따라서 적정 수준의 가소제를 첨가하 여, 유연성을 가진 필름형태로 가공하여 접합유리 제조에 사용하게 되며, 적용분야 및 요구 성능, 접합 유리제조 방법에 따라 두께 및 접착력, 색상, 표면 거 칠기 등이 다르게 된다. 최근에 기존의 PVB를 대체 하고 있는 차음등을 포함한 기능성 PVB는 다층구 조를 하고 있으며, 통상적으로 최외각 층은 기존의 PVB가 가지는 물성을 갖도록 설계하고, 내부층은 필 요한 기능에 따라 특수첨가제 또는 점탄성이 다르게 나타나도록 화학적인 변성을 하여, 필요한 기능을 발휘하도록 설계한다. 이 경우 다층구조를 구현하기 위해 공압출이 필요하며, 각각의 층을 제어하기 위 한 기술의 개발이 필수적이다.

자동차 앞유리용은 보통 HPR(High Penetration Resistance)로 불리며, 0.76mm 두께의 필름이 주로 쓰인다. 유리와의 접착력 수준을 적정 수준에서 유 지하여 내관통성을 갖도록 하는 것이 중요하다.

건축용은 최소 0.38mm가 사용되며, 성능 및 접합 유리제조상의 필요에 따라 그 이상의 두께가 사용되 고 있다.

·접합안전유리

유리라는 재료 없이 현대생활을 상상하기란 쉽 지 않다. 왜냐하면 우리 주위를 둘러 보았을 때 우리 의 시야 내에 크든 작든 유리가 있기 때문이다. 접합 안전유리는 안전유리의 한 가지로서 접합을 통하여 일반유리가 가지는 단점을 보완하고, 유리가 가지는 장점을 유지하도록 한 유리이다.

유리는 광투과성, 내후성, 내화학성, 내마모성등 다른 재료를 통하여 쉽게 구현할 수 없는 장점을 가 지고 있으나, 과다한 충격에 의해 파괴가 일어날 경 우, 날카로운 파편이 발생하여, 이로 인해 신체 및 재 물에 대한 피해가 있을 수 있으며, 내부가 개방되어

외부로부터의 침입 및 2차 피해에 노출되는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하기 위해 개발된 것이 접 합안전유리이며, 이러한 접합안전유리의 가장 간단 한 구조는 2장의 일반 또는 강화유리 사이에 접합필 름을 사용하여 붙여 놓은 것으로, 요구되는 성능에 따라 3중, 4중등의 다중접합 안전유리도 제조되어 쓰이고 있다.

접합필름에 사용되는 물질로는 여러 가지가 있을 수 있으나, 물성 및 성능, 제조측면에서 PVB를 사용 한 접합안전유리(PVB접합안전유리)가 가장 일반적 이라고 할 수 있다.

PVB 접합안전유리의 장점을 열거하면,

1) 안전성(Safety): PVB접합유리의 장점이 가장 돋 보이는 부문으로 일반유리는 깨졌을 때, 날카로운 파편의 비산으로 인한 치명적인 피해가 있을 수 있 는데 반해, PVB접합유리의 경우는 깨지더라도 유리 파편이 접합 필름에 강하게 붙어 있어, 이로 인한 부 상 및 피해를 최소화할 수 있다.

2003년 9월 남해안을 강타한 태풍 “매미”로 인해, 해안가에 위치한 많은 고층아파트의 베란다 창문유 리가 파손되어 유리파편으로 인한 부상 및 그 이후 강풍으로 인한 집안내부의 피해가 보도를 통하여 알 려졌으며, 접합안전유리를 채용했을 경우 그 피해가 최소화되었을 것으로 예상된다.

또한 자동차의 앞유리는 접합유리를 사용하도록 법으로 정해져 있는데, 사고로 인한 머리의 손상 및 외부 피사체로부터 운전자의 보호를 위하여 이의 적 용을 의무화하고 있다. 학교, 유치원 및 병원 등은 어 린이나 노약자가 이용하는 시설로서 접합유리의 사 용이 권장된다.

앞서 지적한 바와 같이 태풍 또는 지진, 가스폭발 등과 같은 자연재해 및 인재 시, 유리가 깨지더라도 유리조각의 비산을 최소화하고, 원래의 형태를 유지 함으로써 2차적인 피해를 막을 수 있도록 한다.

2) 보안성(Security): 도둑이나 강도의 경우 문이나 창문을 통해 침입하기 위해서 유리를 깨고 잠긴 문 을 열게 된다. 접합유리는 내관통성을 가지고 있으

므로 접합유리가 깨지더라도 이를 통해서 잠긴 문이 나 창문을 쉽게 열수 없으므로 보안성을 확보할 수 있게 된다.

필요에 따라 접합유리는 방탄이나 방폭 또는 폭 풍우, 태풍에 견딜 수 있도록 제조할 수 있으며, 좀 더 인간적이고 교화적인 분위기를 위하여 감옥의 쇠 창살을 대신하여 보안용 유리로서 사용할 수 있다.

일반 가정 및 대형건축물뿐 아니라 자동차용 창에도 마찬가지의 적용이 가능하다. 최근 자동차가 일반화 됨에 따라 차량 자체 및 차량내부의 도난이 증가하 고 있으며, 이를 예방할 수 있는 한가지 대안이 접합 유리의 적용이라 할 수 있다.

3) 차음(Sound Reduction): 최근 건물이나 자동차 의 내부를 외부 또는 주행 시 발생하는 소음으로부 터 차단하기 위해, 기존의 PVB 접합필름의 성능을 개선한 차음용 PVB가 개발되어 시장에서 호평을 받 고 있다. 건물이나 자동차의 경우, 많은 양의 음파가 창호 및 유리창을 통하여 내부로 들어오게 된다.

PVB접합안전유리의 경우, 접합필름으로 사용 된 PVB의 점탄성(visco-elasitic)으로 인해 유리를 통 한 소음의 통과를 감소시키게 된다. 특히 유리에 비 해 상대적으로 부드러운 PVB가 유리 사이에 위치함 으로써, 특정영역에서 나타나는 유리의 Coincidence dip을 감소시키게 되며, 특히 차음용 PVB의 경우, 차 음을 목적으로 일반적인 PVB에 비해 가소제 함량을 높이거나, 좀 더 부드러운 PVB층을 일반적인 PVB층 사이에 위치하게 하여 고성능의 차음효과를 가지도 록 하게 된다.

4) 자외선 차단: 상점이나 박물관 등의 창이 일반 적인 맑은 투명유리로 시공될 경우, 태양이나 그 외 의 발광체에서 나오는 자외선에 의해서, 시간이 지 남에 따라 전시물이나 카펫등의 색을 바라게 하며, 유물 등이 손상을 입게된다.

이러한 유리를 PVB접합유리로 대체할 경우, PVB 필름에 첨가된 자외선 차단제에 의하여, 380nm 또는 그 이하의 자외선을 효과적으로 차단할 수 있으며, 투명 PVB필름을 사용하게 되면, 400nm에서 700nm

에 이르는 가시광선의 투과는 거의 영향을 받지 않 으므로, 전시물이나 진열품의 감상에 전혀 장애가 되지 않는다.

5) 그 외에 색깔이 있는 PVB필름을 적용할 경우, 건물 외부에 미적인 기능을 경제적으로 구현할수 있 도록 해주며, 적외선의 부분적 차단, 광투과율을 외 부환경에 따라 또는 자의적으로 조절 가능하도록 기 능을 추가한 PVB접합필름 및 자동차의 앞유리에 HUD(head-up display) 기능을 추가하기 위한 개발이 완료 또는 진행 중에 있다.

PVB접합안전유리의 제조 시 필요한 원재료는 유 리와 PVB필름이다. 유리는 Float 방식으로 제조된 유리가 일반적으로 쓰이며, 필요에 따라 색상이 있 거나, 코팅이 된 유리가 쓰인다. 사용되는 유리는 PVB필름과의 상용성을 확인하여야 한다. PVB 접합

유리의 제조는 대략 아래와 같은 공정에 따라 이루 어 진다.

각 공정에 대하여 간략히 살펴보면,

1) 판유리의 절단 및 성형: 접합에 사용되는 유리 는 절단 후 필요에 따라 곡 또는 자동차의 경우 주변 에서 쉽게 볼 수 있는 것과 같은 모양으로 성형을 하 게 된다. 또한 요구되는 강도에 따라 강화공정을 거 치게 된다.

성형 및 강화 시에는 원래의 float 판유리가 가지 는 평활도가 손상되어 접합하려고 하는 두 장의 유 리사이에 국부적인 공간이 존재할 수 있는데, 이는 최종의 접합유리 품질에 영향을 주므로 이를 최소화 하도록 해야 한다.

2) PVB필름의 절단 및 성형: PVB필름은 125m에 서 500m 길이의 롤(roll)형태로 공급되며 적절한 크 기로 자른 후 사용하거나, 대형 유리의 제작 시에는 미리 재단하지 않고 Assembly시 절단한다.

자동차 앞유리의 경우는 유리의 형태에 따라서 Shaping 공정을 거치게 되는데, 이를 통해서 폐PVB 필름의 발생을 줄일 수 있으며, 상단염색 필름의 경 우 미관상의 이점이 있다.

PVB필름은 수분을 좋아하는(hydrophilic) 물질이 며, 수분을 흡수할 경우 접착력에 영향을 주고, 과도 할 경우에는 변색 또는 낮은 온도에서의 기포 발생 등의 악영향이 예상되므로, 보관 및 운송 시 방수 포 장이 필요하며, 포장 개봉 후에는 적정의 상대습도 하에서 취급하는 것이 필요하다. 또한 유리의 용도 상 접합 시 이물의 혼입은 불량품의 생산으로 이어 지므로 PVB필름 취급 시 적절한 이물방지 대책 및 설비가 필요하다.

3) Assembly(또는 Lay-up): 유리와 PVB필름이 준비 되면, 1차적으로 층 구조(laminate)로 조합을 하고 가장 자리에 있는 여분의 PVB필름을 제거하는데 이를 크 게 구분하여 Assembly 공정으로 분류할 수 있다.

4) Prepress(예압 또는 예합): Prepress공정은 Assembly공정 후 유리와 PVB필름사이에 남아있는

그림 1 고성능 차음용 접합유리의 구조

그림 2 차량 장착용 HUD 모식도

공기의 제거 및 다음 공정인 Autoclaving에서 모서리 를 통한 공기의 재침투를 방지하기 위한 edge sealing 을 주 목적으로 한다. 이 공정에서 공기 제거를 쉽게 하기 위해서 PVB필름의 표면은 미세한 구조를 가지 고 있는데, 공기 제거 방식에 따라 표면 거칠기 및 표 면 형상을 다르게 설계한다.

공기 제거 방식으로는 롤러를 사용하여 공기를 짜 내는 방식과 유리와 PVB필름 사이에 진공을 통하여 공기를 제거하는 2가지 방식이 널리 사용되고 있다.

평판 또는 곡이 크지 않은 소형유리 및 2중 또는 3중의 대형 평판유리의 경우 롤러의 이점을 볼 수 있다.

진공방식의 경우 일반적으로 공기의 제거가 롤러 방식에 비하여 탁월하나, 노동력 중심의 운전이나 초기 및 보전 비용 측면에서 롤러에 비해 약점이라 할 수 있다.

5) Autoclaving(본압 또는 본합): Autoclaving 공 정 후 접합유리는 일반유리와 같은 투명도를 가지 게 된다.

이 공정의 목적은 Prepress후 여전히 불투명한 접 합유리를 고온 고압 하에서 가공하여, 유리와 PVB필 름이 완전히 접촉하도록 하여 두 물질사이의 접착력 을 완결하고, 유리와 PVB필름사이에 남아 있는 공기 와 PVB에 국부적으로 녹아있는 공기를 접합유리내 의 PVB필름에 골고루 용해시키는 것이다.

이 와 더 불 어 , 광 학 적 인 왜 곡 현 상 ( O p t i c a l distortion)의 해소에도 기여한다. 즉 고온에서 중간에 있는 PVB필름은 점도가 낮아져 흐름성을 갖게 되며, 전 가공단계에서 물리적인 힘에 의해 발생한 스트레 스를 이 공정에서 해소하게 된다.

또한 유리 성형단계에서 발생한 국부적인 공간을 흐름성이 좋아진 PVB가 채우게 된다. 그러나 과도한 PVB의 흐름은 결과적으로 최종성능에 좋지 않은 영 향을 줄 수 있으므로 국부적인 성형의 불일치는 최 소화 해야 한다.

6) 검사: 접합유리는 특성상 외관검사 및 육안검

사가 중요하다고 할 수 있다. 육안검사 시에는 유리 표면의 흠, 이물 및 기포 등을 확인한다. 필요한 성능 검사 항목은 각국의 표준에 의해 정해져 있으며, 주 요 성능으로는 내열성, 내광성, 내충격성 등이 있다.

안전의식 및 보안에 대한 인식이 높아지고, 자연재 해로부터의 피해를 최소화하려는 노력이 높아짐에 따 라 접합안전유리에 대한 요구 또한 높아지고 있는 실 정이다. 이와 더블어 내부와 외부간의 불필요한 에너 지의 이동이나 소음에 의한 간섭등을 최소화하고자 하는 시장의 요구 또한 크게 증가하고 있다.

근래들어 연비 개선을 위한 차량 경량화의 일환 으로 얇은 유리를 차량에 채용함에 따라, 이에 따르 는 부수적인 문제를 해결하기 위해 PVB와는 상이한 재료를 사용한 접합유리에 대한 관심 또한 높아 지 고 있다.

많은 사람들이 이용하는 대형건물의 경우 상당수 는 이미 접합유리를 채용하여, 유리자체가 가지는 고유의 미적, 기능적인 요소와 함께 접합유리의 부 가적인 장점을 활용하여 시공되고 있다.

한편, 접합필름에 대한 연구가 진행되어 감에 따 라 안전도를 획기적으로 높일 수 있고, 부가적인 기 능이 한층 강화된 접합필름이 개발되고 있으며, 이 를 통하여 접합안전유리에 대한 수요는 더욱 커질 것으로 예상된다.

맺음말

㈜ Kuraray는 화학물질 및 기능성 재료 분야에서 다양한 사업영역을 구축하고 있으며, 확보된 핵심 기술, 사업 실적, 네트워크 등을 바탕으로 새로운 성 장동력을 창출해나가고 있다. 특히, 2014년 6월부터 Kuraray Korea를 설립 운영하고 있으며, 현재 울산에 생산시설을 추가증설 중에 있다. 이를 통해 앞으로 국내·외에서 인류 공영과 발전에 기여하는 세계적 기업으로의 역할을 다하고자 한다.