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제목 의료용 플라스틱으로 주목받는 폴리페닐설폰(PPSU)
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2021/01/29 14:27

의료용 플라스틱으로 주목받는 폴리페닐설폰(PPSU)

 

의료용 플라스틱에서 가장 각광을 받고 있는 폴리페닐설폰의 특성과 응용분야를 살펴본다. 폴리설폰(polysulfone) 폴리머 중 하나인 폴리페닐설폰

(polyphenylsulfone, PPSU)은 의료 응용분야에서 금속 대체소재로 갈수록 그 사용이 확대되도록 만들어 주는 여러 가지 우수한 물성을 지니고 있다. 특히 주목할 만한 것은 내열성이다. PPSU는 최대 260°C로 지속되는 온도에서 견딜 수 있다. 또한 병원에서 흔히 사용되는 화학물질 및 강한 소독제에 대한 내성이다.

미국의 의료용 바이오 폴리머 전문기업 Foster Corp.(포스터)사의 관계자에 따으면 PPSU는 우수한 굴곡 탄성률, 내충격성 및 내구성 등 금속과 유사한 기계적 물성을 보이지만 훨씬 무게가 가벼워 일회용 및 다회 사용 수술도구 응용분야에서 금속을 교체할 수 있는 뛰어난 대체재로 여겨지고 있다.

또한, PPSU의 고온내성은 반복적인 증기 멸균이 필요한 다회 사용 의료기기를 위한 탁월한 대체소재로, 산과 염기, 소독약 및 알코올 같은 유기 용제 등에 대한 내성도 우수해 의료용 하우징에도 매우 적합하다. 에틸렌산화물(EtO), 감마선 및 증기 살균이 가능해 의료기기 소재에 필수적인 물성을 갖추고 있다. PPSU는 독성도 없어 탁월한 2등급 및 3등급 의료기기용 소재로 적합하다는  평이다.

벨기에의 다국적 화학기업 Solvay(솔베이)의 글로벌 마케팅 관계자는 “PPSU가 의료용 소재에 반드시 필요한 핵심 특성인 다양한 멸균처리 및 화학물질 내성을 지니고 있다”며 “PPSU 테스트 결과에서 1,000회 이상의 증기 멸균에서도 견딜 수 있음이 밝혀졌다”고 설명했다. 이는 열가소성플라스틱으로는 놀라운 결과다.

이 같은 특성 덕분에 PPSU는 재사용을 필요로 하는 의료기기에 적합하다. 또 우수한 화학물질 내성을 지니고 있어 의료 환경에서 사용되는 자극성 강한 소독제와 세척제에 노출되는 의료용 응용제품 소재로 훌륭하다. Solvay의 비즈니스 상에서도 강한 화학물질과 빈번한 낙하 충격에 반복적으로 노출되는 환자 모니터링 장치 및 바코드 판독기 하우징 같은 응용제품 생산용으로 PPSU 공급이 늘고 있다.

PPSU vs PC

PPSU는 의료용 소재 분야에서 몇몇 다른 폴리머들과 경쟁하고 있지만, 의료기기 설계 엔지니어들의 구매가 늘고 있는 추세다. Solvay 관계자에 따르면 폴리카보네이트(PC) 또한 PPSU가 사용되는 곳과 비슷한 용도로 의료산업에서 널리 사용되고 있는 소재다. 그러나, 의료기기 및 그 부품의 사용수명을 향상시켜주는 능력 때문에 PPSU가 PC를 대체하는 경우가 늘고 있다. PC와 비교해 PPSU는 더욱 우수한 멸균 및 내열성을 더해 가수분해 안정성과 살균제 및 소독제에 대한 내화학성을 제공한다. 이는 현재의 코로나19 팬데믹 상황에서는 특히 큰 이점이다.

Legacy Medical Solutions사는 이 멸균 트레이 소재로 Solvay의 PPSU 수지를 사용했다. PPSU 뚜껑은 금속 잠금장치와 통합되어 138°C에서 반복되는 오토클레이브(고압멸균기)를 비롯해 모든 종류의 상업적 멸균 방법에서 오랜 기간 사용할 수 있다.

플라스틱 소재 관련 데이터베이스를 운영하면서 플라스틱 가공 부문을 포함한 다양한 산업을 위한 시뮬레이션 소프트웨어를 개발하는 미국 기업 Altair(얼타이어)에 따르면 일부 의료 응용분야에서는 PEEK가 PPSU의 뚜렷한 경쟁 소재가 될 수 있다.

PEEK는 화학물질, 세제, 소독제 등에 대해 우수한 내성을 가지고 있으며 PPSU와 마찬가지로 모든 종류에 널리 쓰이는 멸균 처리에 적합하다. 또한 강성은 PPSU 보다 더 앞서기 때문에, 임플란트 소재로 선호된다. 하지만 PPSU는 PEEK보다 충격 강도가 높고 투명성을 제공한다. 따라서 의료기기 및 장비 소재로 PPSU가 선호되는 추세다.

그러나 다른 의견도 있다. Foster사의 관계자는 “PEEK나 PC에 더해, 메디컬 분야에서 PPSU와 경쟁할 수 있는 소재로 폴리에테르이미드(PEI)를 꼽는다. PEI는 PPSU보다 저렴하고, 아이조드(Izod) 충격강도가 낮고 사용 온도가 낮기 때문이다”고 말한다.

PPSU 가공 시 고려해야 할 사항

PPSU는 기존의 장비를 사용해 사출성형 또는 압출할 수 있지만, 가공에는 365°에서 395°C의 상대적으로 높은 금형온도를 필요로 한다고 www.polymerdatabase.com에 나와 있다. 다른 열가소성 플라스틱보다 더 높은 가공온도가 필요하지만 PPSU는 용착, 접합, 인쇄, 코팅 등의 이차 가공이 가능하다. Altair(얼타이어) 또한 “PPSU와 PEEK는 필라멘트 형태로도 공급되기 때문에 의료부문을 위한 복잡한 형상의 부품을 3D 프린팅하기에 적합하다”고 말한다. 따라서 PPSU가 3D 프린팅 영역에서 큰 성장을 보일 수 있을 것으로 전망하고 있다.

성장의 기회

Foster Corp사 관계자는 “BCC의 시장 보고서를 인용하며 글로벌 의료시장에서 폴리설폰이 차지하는 비중이 2022년 3580만 파운드(16238톤)에서 4900만 파운드(22226톤)로 증가하며 6.5%의 년간 복합 성장률을 기록할 것으로 전망하고 있다”며 “이 데이터는 시장에서 찾을 수 있는 그 밖의 정보들과 일치하는 것으로, 이미 발전하고 있는 의료시장에서 사용이 증가하고 있다는 점은 설폰계 폴리머 전체의 핵심 성장 동력이다”고 전망했다.

Foster Corp사는 코로나19로 인한 시장의 성장 속도 둔화를 겪고 있지만 이 상황이 안정되면 PPSU 시장은 급속한 발전을 회복할 것으로 전망했다.  

한편 Solvay 관계자의 견해는 조금 다르다. “코로나19 팬데믹이 진행중인 지금도 산소호흡기, 가습기 및 마취 장비와 같은 호흡기 장치의 순환 부품 제조를 위해상당한 양의 PPSU 수지에 관한 많은 문의를 받았다”고 밝힌다. “의료 부문 종사자들이 코로나19 위기 초기 단계에서 개인보호장비(PPE)의 심각한 부족을 경험했을 때에는, PPSU 필름과 적층제조를 위한 PPSU 필라멘트도 재사용 가능한 안면 보호막 제작을 위해 이용됐다. 이 특별한 소재가 생명 보호와 개선 및 유지에 도움을 주며 기여할 수 있음은 의료기기 공급사슬 내에서 더욱 분명해졌다”고 말한다.

실제로 지난 해 4월 Solvay는 의료 그레이드 Radel(Solvay의 PPSU의 브랜드) 필름을 Boeing(보잉)사에 안면 가림막 제작을 위해 공급했다. Solvay의 Ajedium Films 사업부가 제조한 이 열가소성플라스틱 필름은 코로나19 바이러스로부터 미국 내 병원과 의료 종사자를 보호하기 위해 긴급히 필요했던 수천개의 안면 가림막 생산 용도로 Boeing사에 의해 사용됐다.

이 필름은 멸균 및 강한 소독제를 견딜 수 있기 때문에 의료기기에 널리 사용되는 두 종의 투명한 특수 폴리머인 Solvay의 의료 그레이드 Radel PPSU과 Udel 폴리설폰으로 제조됐다. 지난 해 4월, Boeing사는 코로나19의 확산을 막기 위해 싸우는 의료 전문가들의 지원을 위해 3D 프린팅을 통한 재사용 가능 안면 가림막 생산을 시작했다. 안면 가림막 소재로 Solvay의 Radel PPSU가 쓰였다.

Solvay에 따르면 PPSU가 바이오 의약품 가공 분야에서도 중요한 역할을 하고 있다. PPSU는 바이오 의약품 생산의 몇 가지 단계에서 필수적인 일회용 장치 설계에 적합하다. 이 일회용 장치는 오염 위험을 줄여주는 것 외에도 생산 유연성, 생산에 걸리는 시간단축, 비용절감 등을 가능케 한다.

외과수술 로봇은 이 소재가 의료기반을 구축해 나갈 수 있는 또 다른 영역이다. PPSU는 몇몇 다른 엔지니어링 폴리머와 더불어 설계와 제조 유연성을 통해 보다 복잡한 부품 제조가 가능하고 외과수술 로봇 시장이 지속적으로 성장함에 따라 특수 폴리머를 활용하는 병원과 클리닉에 더 큰 가치를 제공할 수 있다.

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