564…NICE, 제20권 제5호, 2002
PETG수지 소개
PETG수지는 글리콜 변성 PET수지(glycol- modified polyethylene terephthalate)를 이르는 것으로, 기존의 PET수지로는 제조하기 어려운 투명하고 두꺼운 sheet나 용기에 적합하도록 공단 량체로 CHDM(1,4-cyclohexanedimethanol)을 첨가하여 공중합한 비결정성 수지이다[그림 1].
따라서 비결정성 PETG수지는 결정화로 인한 백 화(白化)현상 없이 성형 가능한 모든 두께의 투명 한 제품을 생산할 수 있으며, 이외에도 밝은 색상 과 우수한 광택을 지니고 인쇄성, 내충격성, 내화 학성이 뛰어나며 넓은 조건에서 성형가공이 가능 하고 2차 가공성이 용이하다는 장점 외에도 환경 호르몬물질을 함유하지 않고 소각 폐기할 때에 유 해물질이 발생되지 않는 환경친화성을 지닌 수지 이다[그림 2]. 이러한 특성으로 현재 PETG수지 는 sheet, film, 포장재료, 성형제품 등의 분야에 각광을 받는 중요한 폴리에스테르 수지의 하나로 자리잡고 있다. PETG수지의 상업화는 1970년대 후반에 미국의 Eastman Chemical이 세계에서 처 음으로 성공하여 2001년도에 SK케미칼에서 세계
에서 2번째로 상업생산하기 전까지 독점 생산, 공 급하였다.
PETG수지를 제조하기 위해서는 여러 가지의 기술적 난제가 있다. PETG수지는 압출성형에 주 로 사용되므로 높은 용융점도가 필요하여 고분자 량의 polymer를 제조하여야 하나, 비결정성 수지 라는 특징으로 인하여 고상중합 공정을 이용할 수 가 없어 용융중합만으로 고분자량까지 반응시키 면서 아울러 최종 용도에 맞도록 밝은 색상과 우 수한 투명성을 동시에 만족시켜야 하는 높은 난이 도의 기술이 필요한 제품이다. 고온에서 고점도의 polymer를 장시간 반응시켜야 하므로, polymer의 착색을 막기 위하여 반응 조건, 촉매 및 안정제를
PETG
전 재 영
SK케미칼 화학연구소, [email protected]
그림 1. PETG구조식.
그림 2. PETG수지의 특성.
광학적 특성, 투명성, 광택,
밝은색상,
화학적 특성, 내화학성(산, 알칼리)
기계적 특성, 내충격성,
가공 특성, 넓은 성형가공조건, 용이한 2차 가공성, 환경친화성,
소각시 유해물질 미발생, 환경호르몬 Free
세심하게 선택해야 하며, 고점도의 polymer를 만 들 수 있도록 특수하게 설계된 설비가 필요하다.
즉 어느 한가지 분야의 기술만으로는 생산할 수 없고 각 분야의 기술개발과 분야별 기술간의 적절 한 조화가 필요하다.
SK케미칼은 PETG수지를 개발하기 위하여 90 년대 초부터 연구를 시작하여 생산기술 개발가능 성을 검토하다가 지난 1997년도에 specialty plastics분야로의 진출을 모색하던 중, 고부가가치 제품이면서 연간 시장 성장률이 10% 이상으로 높 고, 전세계적으로 미국의 Eastman Chemical사가 독점 생산하고 있어 제 2의 생산업체에 대한 시장 의 기대가 크다는 것과 환경에 대한 세계적인 추 세와 일치하고 20여년 동안 축적된 polyester생산 기술과 formulation기술, process 및 성형평가기술 을 활용할 수 있다는 점에서 적합한 project라는 판단을 하였다. 이 때부터 새롭게 앞의 각 분야별 전문가로 전담 팀을 구성하여 본격적인 상업생산 기술을 개발하여, 연구 개발비를 포함하여 총 470 억원을 투자하여 2000년 말에 연산 35,000톤 규모 의 PETG수지 공장을 신설하고 2001년 초부터 상 업생산을 시작하여 6월부터‘SKYGREEN PETG’
라는 상품명으로 본격적인 판매를 개시하였다[그 림 3].
PETG수지의 특징
앞서 설명한 것과 같이 PETG수지는 광학적 특성, 기계적 특성, 화학적 특성, 가공 특성 및 환 경친화성이라는 여러 측면에서 우수한 장점을 가 지고 있다. 이를 다시 기능적, 경제적, 환경적인 측 면으로 나누어 상세히 설명하면 다음과 같다.
1) 기능성
광학적 특성중의 하나로 전투과율을 다른 투명 수지와 비교하면 아크릴수지에 버금가며 성형 가 공성이 우수하여 복잡한 모양의 제품성형 및 thermoforming이 가능하다. 또한 cutting, bond- ing, bending, drilling, punching, decorating 등의 2차 가공이 용이하여 상온에서도 백화현상 없이 bending가공이 가능하고, 인쇄성이 뛰어나 별도 의 처리 없이 성형제품 표면에 일반적인 인쇄방법 을 이용하여 인쇄가 가능하다. 그리고 의료기구에 사용할 때 감마선을 이용하여 멸균처리를 하면 다 른 수지는 변성이 되어 노랗게 변하는 반면, PETG 수지는 감마선 멸균처리에 아무런 영향을 받지 않 으므로 의료기구의 재료로 사용이 가능하다.
2) 경제성
우수한 가공성으로 넓은 범위의 조건에서 성형 이 가능하며 성형설비의 보수관리비를 절감할 수 있고, 짧은 성형 cycle time으로 생산성이 향상되 며 스크랩의 재사용이 가능하여 재료비를 절감할 수 있다.
3) 환경적 특징
수지제조에 사용되는 원료에 환경호르몬물질이 없고, 소각 폐기할 때에 유해물질이 발생되지 않 으며 재사용이 가능한 환경 친화적인 특징을 가지 고 있다.
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 20, No. 5, 2002…565
신·사·업·소·개
그림 3. SKYGREEN PETG수지.
566…NICE, 제20권 제5호, 2002
신·사·업·소·개
그림 4. 투명수지의 물성비교.
SKYGREEN
2차 가공성, 내화학성,
충격강도, 인장신율,
PETG
Trans.
ABS Hard PVC
GP PMMA
Impact PMMA
A-PET PC
Excellent
Good
Poor
SKYGREEN PETG
Trans.
ABS Hard PVC
GP PMMA
Impact PMMA
A-PET
PC
Excellent
Good
Poor
Izod Impact Strength
(J/m)
Ten sile Elong ation
(%) 150
125
100
75
50
25
0
160 140 120 100 80 60 40 20 0 100
17
36 39
N.B
78.4 147 140
2.5 30
125 120 155
40
SKYGEEEN PETGGP PMMAImpact PMMAPC A-PET Hard PVCTrans SKYGEEEN PETGGP PMMAImpact PMMAPC A-PET Hard PVC . ABS
Trans . ABS
표 1. SKYGREEN PETG Data Sheet
Physical Properties
Specific Gravity ASTM D792 – 1.27
Mold Shrinkage ASTM D955 % 0.3~0.6
Rockwell Hardness ASTM D785 R-Scale 110
Water Absorption ASTM D570 % 0.2
Mechanical Properties
Tensile Strength at Yield ASTM D638 MPa(kgf/cm2) 50(510)
Tensile Strength at Break ASTM D638 MPa(kgf/cm2) 28(286)
Elongation at Break ASTM D638 % 140
Flexural Strength at Yield ASTM D790 MPa(kgf/cm2) 73(745)
Flexural Modulus ASTM D790 MPa(kgf/cm2) 2100(21430)
Izod Impact Strength ASTM D256(Notched, @23℃) J/m(kgf-cm/cm) 100(10.2) Thermal Properties
Heat Distortion Temperature ASTM D648(@0.455 MPa) ℃ 70
Vicat Softening Temperature ASTM D1525(@ 1kg load) ℃ 83
Glass Transition Temp.(Tg) DSC method ℃ 80
Optical Properties
Haze ASTM D1003 % < 1
Total Transmittance ASTM D1003 % 91
Properties Test Method Unit Values
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 20, No. 5, 2002…567
신·사·업·소·개
이러한 특징 외에도 용도에 따른 인증획득이 필 요하여 SKYGREEN PETG는 식품포장재료에 대한 안전성 인증인 미국의 FDA, 유럽의 EU directive, 일본의 JHOSPA 인증을 획득하였으며, 의료용 재료에 대한 안전성 인증인 미국의 ISO 10993/FDA biological tests와 미국의 난연 규격 인 UL인증도 획득하였다.
PETG수지의 용도
PETG수지는 거의 모든 성형가공이 가능하여 일반적인 수지의 용도 외에도 sheet형태의 제품과 film extrusion을 이용한 blister packaging, 식품 용기, 전기 전자용 packaging, IC card 재료는 물 론, injection molding을 이용한 container, 의료기 구 부품, 그리고 extrusion blow molding을 이용 한 bottle 등의 다양한 용도로 사용되고 있으며 제 품의 투명성 및 저온 가공성이 뛰어나 PC, PVC, PMMA, 유리 등을 대체하여 사용할 수 있다. 용 도를 크게 sheet, packaging, EBM(extrusion blowing molding), injection으로 나누어 살펴보면 다음과 같다.
1) Sheet：건축용 보호 sheet, display, signs, 산업용 부품, 인테리어용 칸막이 등
2) Packaging：전기 전자용 packaging, 제약 및 의료용 packaging, 식품포장 용기, 수축 필름 등
3) EBM：고급 화장품용기, 약품용 bottle 등 4) Injection：smart card, 의료용 기구, 전기 전
자 부품, 문구, 완구 등
시장성 및 파급효과
현재 세계 PETG수지의 시장규모는 약 11만톤 정도이며, 환경에 대한 세계적인 관심증가와 다른
투명수지의 대체는 물론 신규 용도개발로 PETG 수지의 연평균 성장률은 10% 이상으로 예상되어 2005년경에는 시장규모가 약 15만톤에 달할 것으 로 전망된다. 용도별로는 [그림 6]에 나타낸 것처 럼 packaging과 sheet용도가 전체 수요의 70%을 점하고 있다. SK케미칼은 작년 6월부터 판매를 개시하여 현재 국내는 물론 미국, 유럽, 일본 등에 좋은 평가를 받으며 판매을 하고 있으며 향후의 수요증가에 대처하기 위하여 제 2공장 건설을 검 토 중에 있다.
SKYGREEN PETG수지개발로 기술적으로 SK케미칼은 새로운 specialty plastics개발에 있어 기반기술을 확보하게 되었고, 경제적으로는 판매 량의 90% 이상을 수출하여 향후 1~2년 이내에 연간 700억원 이상의 수출증대에 기여할 것이며 그 동안 전량 수입에 의존하였던 국내수요에 대해 서는 수입대체에 기여하고 있다. 아울러 이미 미 국, 유럽 등 선진국에서 활성화되고 있는 환경 친 화적인 PETG를 사용한 전자 및 의료, 포장, 건축 분야에 대한 관련 산업의 연구개발이 활성화되고, 또한 이를 이용한 부품개발 기술의 향상으로 이 들 분야의 발전 및 시장성장에 기여할 것으로 예 상된다.
그림 6. 용도별 시장규모.
