[신사업 소개] 화학산업의 고부가화를 위한 끈질긴 도전

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신사업 소개

화학산업의 고부가화를 위한 끈질긴 도전

이상욱 [email protected] 한화케미칼㈜ 중앙연구소

■ 한화케미칼 중앙연구소 소개

한국의 화학산업은 70년대부터 주력 산업으로 성 장해왔다. 2016년 기준 한국의 석유화학 총 수출규모 는 362억 달러에 달하여, 반도체, 일반기계, 자동차 품목과 함께 국가 경제에 이바지 하는 바도 크다. 한 화케미칼은 1965년 설립된 후 국내 최초로 PVC를 생 산한 데 이어, 폴리올레핀, 클로로-알칼리 등 각종 산업의 기반이 되는 기초 화학제품 생산을 통해 국 가 경제 및 국민의 삶의 질 개선에 기여하고 있다.

화학산업계는 고부가 제품, 범용이 아닌 차별화 된 산업의 핵심 소재를 개발할 것을 대내외적으로 주문 받아 왔다. 그러나 범용과 달리 고부가, 차별화 된 특화제품은 기술도입이 쉽지 않을 뿐만 아니라,

자체개발에는 많은 시간과 resource를 필요로 한다.

고부가 특화 제품의 핵심 중간체는 유럽, 미국, 일본 등 화학산업 강국이 이미 기술을 선점하고 있으며, 관련 물질도 특허의 보호를 받고 있다. 따라서 고부 가 특화제품을 개발하기 위해서는, 핵심 중간체 개 발 역량과 최종제품 개발 역량이 동시에 필요하다

이에 한화케미칼 중앙연구소는, 석유화학 핵심 기술인 촉매, 공정 기술, 폴리머 중합 등을 핵심역량 으로 육성하고 있으며, 기술역량의 바로미터인 경 제성이 있는 자체 공정 설계/상업화에 매진하고 있 다. 또한 외부와의 협력을 강화하여 KAIST와 미래기 술연구소 및 서울대학교와 신기술 연구소를 설립하 고, 차세대 유화 신소재 제조기술, 혁신적 에너지 저

그림 1. 한화케미칼 중앙연구소 전경

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감이 가능한 고순도 정제공정 등 시장에서 경쟁력을 가질 수 있는 원천기술 역량 확보에 주력하고 있다.

이러한 기술역량 축적을 통해 케미칼 중앙연구소 는 최근에 CPVC(Chlorinated PVC), 친환경 가소제, 수첨 석유수지 등을 개발하여 상업화를 진행하고 있 다. 본고에서는 한화케미칼 중앙연구소가 개발한 기 술개발의 성과를 소개하고자 한다.

■ CPVC 제조 기술

한화케미칼은 국내 최초로 1967년부터 PVC를 생 산을 개시하였다. 하지만 PVC는 범용 제품인 관계 로 시황에 자유롭지 못한 단점을 가지고 있다. 특히 중국의 석탄 Base PVC 생산량이 다시 늘어나면 언제 든지 공급과잉이 빚어질 수 있는 상황이다. 이에 한 화케미칼은 고부가가치 제품인 염소화PVC(CPVC)를 개발 하였다. 한화케미칼은 CPVC를 생산하기 위한 주 원료인 염소와 PVC를 모두 보유하고 있기 때문 에, 이 원료들을 활용한 고부가가치 제품을 생산하 기 위한 최적의 사업 조건을 보유하고 있다.

CPVC는 PVC보다 염소 함량을 10%이상 높인 고 부가가치 제품이며, 이를 달성하기 위한 반응조건 및 중합기술은 고부가화 달성에 핵심적인 요소이다.

CPVC는 범용 PVC 대비 내열성과 내 화학성이 우수 하기 때문에, 소방용 배관, 온수용 배관, 산업용 특수 배관 등에 주로 사용된다.

국내에서는 소방용 스프링클러 배관에 주로 사용 되며, 기존 강철 배관 대비 내부식성이 우수하고, 시

공이 편리하며, 건축비를 절감할 수 있기 때문에 매 년 10% 이상의 고속 성장을 하고 있다.

한화케미칼은 2011년부터 약 5년간 염소화 PVC(CPVC)의 공정기술 개발에 집중하기 위하여, 연 구 초기부터 TFT를 구축하고, 1000번이 넘는 시행착 오 끝에 중합 및 공정기술을 모두 독자 개발하는데 성공하였다. 2016년 국가기술표준원은 국내 최초로 개발된 “PVC 개질 및 고효율 중성화 기법을 이용한 CPVC 신 공정 기술”에 신기술인증(NET)을 수여 하 였다. 수요업체의 현장 평가 결과, 개발된 제품의 성 능이 경쟁사 제품 대비 우수함이 확인되었다.

한화케미칼의 CPVC 개발은 전량 수입에 의존하 던 제품을 국산화할 수 있게 되었고, 2017년 상반기 초도양산 및 판매를 시작하며 인도 및 중동 온수용 배관 시장에 진출함으로써 글로벌 시장 진출에 박차 를 가하고 있다.

■ 친환경 가소제 기술

한화케미칼은 안전성과 가격 경쟁력을 갖춘 非프 탈레이트 가소제로 HCCFlex SP-390(DOTP)을 개발 하여 공급함으로써 보다 안전한 PVC 제품의 생산이 가능하였으나, 가공성 및 물성적 한계로 인하여 고 품질 및 내구성을 요구하는 제품에는 적용이 용이하 지 않았다. 이에 보다 우수한 안전성과 가공성 및 물 성을 겸비한 친환경 가소제의 개발을 추진하였다.

2009년부터 시작된 연구는 당사에서 생산하는 DOTP에 고온/고압의 수소를 첨가하여 개질 하는 추

그림 2. 소방용 제품 성능평가(좌) 및 온수용 제품 성능평가(우) 결과

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가 공정을 개발/적용함으로써 2012년 12월에 안전성 과 가공성을 획기적으로 높인 고기능성 친환경 가소 제 제품 개발에 성공하였다.

신규 친환경가소제는 국내외의 일반 가소제 및 친환경 가소제들과 성능을 비교한 결과 가소제가 가 져야 하는 상용성, 가소제 흡수성, 가소화 경도, 열 안정성, 내한성 등에서 매우 우수한 가공성 및 물성 을 보유하고 있음을 확인하였다. 뿐만 아니라, 신규 고기능성 친환경 가소제를 생산하기 위한 상업공정 은 다양한 설계 기술을 통해 폐수가 발생하지 않는 친환경 공정으로 구성하였다. 그 결과 2014년 국가 기술표준원은 “안전성과 환경 친환성이 우수한 친환 경 가소제 및 제조공정 개발”에 대하여 신기술인증 (NET)을 수여하였다.

현재 공정연구센터 친환경가소제 연구팀은 고압 수첨 생산 공정을 자체 설계할 수 있는 기술력을 확 보하였고, 이를 기반으로 국내 엔지니어링 및 설비 업체와 협력하여 친환경 가소제를 생산하기 위한 공 정 건설을 완료하여, 상업 생산에 돌입하였다.

■ DCPD 수첨석유수지 기술

석유수지는 나프타 분해에서 생성된 혼합물 중에 서 C5 및 C9으로 구성된 올레핀 성분을 분리하여 정 제하고, 이를 원료로 사용하여 열 또는 촉매 하에서 중합하여 제조한 고상의 열가소성 수지이다. 분자량

(Mw)은 300~3,000 수준으로 비교적 낮은 분자량에 속하는 수지이며, 제품을 구분하는 물성인 연화점 (Softening point)은 50~150℃까지 제품에 따라 다양 한 범위를 가진다.

석유수지는 우수한 점착 특성을 가지고 있어 SIS(Styrene isoprene styrene), SBS(Styrene butadiene styrene), EVA(Ethylene vinyl acetate copolymer), APAO(Amorphous poly alpha olefin) 등의 베이스 폴 리머에 혼합하여 점착 또는 접착제 제조를 위한 점 착 부여제(Tackifier)로 사용된다.

한화케미칼은 석유수지 중에서 위생용, 식품용 등의 고품질 및 안전성이 요구되는 고급 접착제 제 품에 적용할 수 있는 석유수지를 개발하여 상업화 를 추진하고 있다. 한화케미칼의 석유수지는 내열 및 내광, 냄새, 색상품질, 독성 등에서 일반적으로 석 유수지가 가지고 있는 취약한 품질 문제를 해결하기 위하여 고온 고압으로 수소를 첨가하여 안정화 처리 한 제품이다. 이를 통해 열안정성과 내후성이 우수 하고, 특히 안전성이 우수한 무색 무취의 고품질의 수지로 변환된다.

수첨석유수지는 무색, 무취, 안전성의 장점으로 인해 고급 위생용품 및 식품용의 점/접착제 용도로 많이 적용되며, 식품 및 위생용 제품의 세계적인 소 비 증가와 용제를 사용하지 않는 Hot-melt 접착제의

그림 3. 친환경가소제의 화학구조

표 1. 친환경 가소제의 제품 물성

Property Unit Value Test method 점도(25 °C) mPa·s 50~55 ASTM D445

색상 APHA 30 max JIS K-6751

휘발분 Weight % 0.1max JIS K-6751

그림 4. 한화케미칼 수첨 석유 수지

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환경적인 장점으로 인해 자동차, 전자, 생활용품 부 문을 중심으로 매년 시장이 확대되고 있다.

당사는 석유수지 제조 및 공정 기술을 자체 기술 로 개발하고, 여수 국가산업단지 내에 연산 5만t 규 모의 공장 건설에 착수하여 2019년부터 석유수지를 양산할 예정이다.

■ 맺음말

한화케미칼은 대한민국의 대표적인 석유화학 기 업으로, 고부가 제품의 원천기술 개발을 통한 화학 산업의 발전을 이끌어 나가고 있다. 더 나아가 성장

잠재력이 강한 차세대 유화 신사업을 발굴하고 지속 적으로 개발하여, 새로운 가치를 창출하기 위한 선 도적 핵심기술을 확보하기 위하여 꾸준한 연구를 지 속하고 있다.

또한, 글로벌 시장에서 선도적인 지위를 유지하 기 위해 중앙연구소는 독자적인 개발과 더불어 우수 연구기관들과의 긴밀한 공동개발을 함께 추진하고 있다. 한화케미칼 중앙연구소는 앞으로도 미래를 앞 서가는 기술개발로 인류의 풍요로운 내일을 만들기 위해 노력할 것이다.