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제목 고성능 폴리프로필렌(PP) 동향
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2021/09/06 14:49

고성능 폴리프로필렌(PP) 동향

‘엔지니어링’ 애플리케이션 및 지속가능성을 위한 새로운 그레이드

 

극히 다양한 기능을 지닌 소재인 폴리프로필렌(PP)의 최신 버전들은 보다 가격이 높은 ‘엔지니어링’ 수지에 버금가는 성능을 제공하는 동시에 자동차 및 전기전자에서 패키징, 소비재, 건축 건설에 이르기까지 응용제품의 지속가능성을 향상시켰다.

폴리프로필렌은 광범위한 물성과 용도를 아우르지만, 새로운 세대의 고성능 PP수지 및 컴파운드는 두 가지 주요 특징을 지니고 있다. 첫 번째로 PS 및 PET 같은 다른 범용 수지에 대해서뿐 아니라 나일론 및 PC 같이 가격이 더 높은 엔지니어링 폴리머에 대해서도 경쟁력을 지닌다는 점과 두 번째 특징은 성능을 저하시키지 않고도 지속가능성을 매우 높인다는 점이다.

이 같은 트렌드를 구현하고 있는 최신 제품들에는 발포 PP, 단유리 섬유 및 장유리 섬유 강화 컴파운드, 탄소섬유 강화 PP 등 경량화 기회를 확장하는 그레이드 그리고 재활용 원료 또는 바이오 기반 원자재로 만든 그레이드 등이 포함된다.

지난 2년 동안, Albis Plastics(알비스 플라스틱스)와 Borealis(보레알리스) 같은 PP 공급업체 및 컴파운딩 기업들은 재활용업체를 인수해왔다. 또한 바이오기반 프로판에서 PP를 생산하기 위한 노력도 이루어져 왔다. Borealis는 현재 벨기에 두 곳의 공장에서 핀란드의 Neste(네스테)가 개발한 NEXTBL 기술로 제조한 재생가능한 원자재를 기반으로 PP를 상업적으로 양산하고 있다. 지난해 LyondellBasell(라이온델바젤)은 NEXTBL 기술을 활용한 바이오기반 PP 및 LDPE 생산을 최초로 성공했다. 현재 이 제품들에 대한 시장 수요 검증 과정에 있다.

지속가능한 PP

 

SABIC(사빅)의 Trucircle 포트폴리오에는 목재 펄프 폐기물 같은 2세대 비동물성 바이오기반 원자재를 사용해 인증한 새로운 재생가능 신생원료 PP가 포함되어 있다. Trucircle 소재들은 폐기물을 최소화하고 재활용 촉진을 위해 재활용성을 강화한 제품 설계 뿐만 아니라 기계적으로 재활용한 제품 및 혼합 플라스틱 폐기물을 토대로한 순환성 인증 제품들도 포함된다.

Braskem(브라스켐)의 I’m Green 브랜드의 PE와 PP는 바이오기반 수지, 생활 폐기물 재활용(PCR) 수지뿐 아니라 혼합 바이오기반 플라스틱 및 PCR 제품 등이 포함되어 있지만, 회사는 아직 Green PP를 산업 규모로 생산하지 못하고 있다. 7월, Braskem은 미국의 PP 회수 와 재활용 개선을 목표로 한 PP Recycling Coalition(PP 리사이클링 연합)의 창립에 주도적으로 참여했다.

이 행사에 참여한 ExxonMobil Chemical(엑손모빌 케미컬), SABIC, Braskem 등 주요 PP 수지 생산업체 3사와 RTP사와 Albis Plastics 두 곳의 주요 ‘엔지니어링’ 컴파운드 생산업체들은 새로운 미래의 PP 개발에 무게를 두고 있다. 

자동차를 비롯해 더 많은 성능을 지닌 PP

 

자동차 부품용 고급 PP 소재가 최신 개발 움직임에서 가장 두드러지고 있다. 맞춤형 컴파운더 전문업체 RTP 관계자에 의하면 수지 원료 제조업체들은 첨가제를 사용하지 않은 원 PP 수지의 물성을 지속적으로 개선하고 있다. 따라서 컴파운더들은 이런 향상된 품질의 그레이드를 활용해 TPO 같은 PP기반 컴파운드의 특성을 더욱 우수하게 만들 수 있다. 예를 들어, 새로 출시되는 고유동성 코폴리머 PP는 갈수록 더 우수한 충격내성 및 굴곡탄성률 균형을 보이고 있다. 여기에 개질 첨가제 또는 광물 충전재를 첨가하면 성능의 추가적 향상이 가능하다.

ExxonMobil이 출시한 두 종의 새로운 고성능 그레이드는 부품을 더 얇고 가볍게 하면서 충격 성능과 강성을 유지해 차량의 중량은 줄이지만 주행성능에는 문제가 없다. 이들은 북미시장을 대상으로는 Achieve Advanced PP7925E1를, 아시아태평양지역을 위해서는 ExxonMobil PP7495E1을 설계해 각 지역 고객들이 선호하는 사양에 맞추도록 했다.

MFR 100 이상의 높은 유동성을 제공하는 두 종의 그레이드 모두 더 얇은 부품을 효율적으로 성형할 수 있다. 내연기관 차량이나 전기 자동차 모두 경량화를 달성하는 것을 목표로 하고 있기 때문에 이 분야에서 더 많은 혁신이 이루어질 것으로 예상된다. 예를 들어, 사용이 늘고 있는 크로스오버 SUV 대형 리프트 게이트는 강철 대신 PP/유리섬유 복합소재로 제작되는 경우가 늘고 있다. 전기 자동차가 확대되면 PP 사용은 더 늘어날 것으로 보인다.

ExxonMobil 관계자는 “전기자동차로 가면서 나타나는 중요한 변화는 높은 열이 발생될 수밖에 없는 내연기관(ICE)이 사라지는 것이고, 그로 인해 언더후드 영역에서 기존에 사용되던 엔지니어링 수지와 금속을 PP가 대체할 수 있게 되고 후드 자체의 리프트 게이트도 PP로 제작이 가능하게 됐다. 심지어 내연기관 차량에서도 소형화 트렌드로 흡기 매니폴드 및 엔진 커버와 같은 용도에서 PP를 사용할 수 있는 기회가 늘고 있다. 또한 발열이 적은 LED를 채택해 램프 하우징에서 ‘항시 켜짐’ 모드에 있더라도 PP를 더 많이 사용할 수 있게 되었다”고 설명한다.

PP가 나일론과 PC 등 고가 수지에 도전장을 내고 있다.

 

SABIC은 뛰어난 성능이 요구되는 응용분야에 저밀도 솔루션을 제공하는, 단유리와 장유리 섬유로 강화된 새로운 할로겐 프리 난연 PP 컴파운드를 새로 출시했다. 우수한 온도 내성과 전기, 기계적 물성을 지닌 이 컴파운드는 자동차 부품만이 아니라 전기전자, 건축건설과 가전제품에도 적합하다. 이 원료는 뛰어난 공정성과 기계적, 전기적 특성과 낮은 인화성 등급을 고루 갖추고 있다.

이 컴파운드는 전기자동차의 파워트레인과 충전 인프라뿐 아니라 소형 회로 차단장치, 배전함 박스, 커넥터, 스위치와 소켓, 전동 공구 하우징 등의 E&E 애플리케이션 그리고 건축물 건설에 필요한 구조성 부품 시장을 겨냥하고 있다. 100C/212F의 연속사용 온도 범위에 맞는 소재 수요에 부응하는 이 새로운 컴파운드 포트폴리오는 나일론 6과 66의 대체 소재로 충분한 성능을 지니고 있다.

SABIC은 별도의 도색 없이도 저광택 애플리케이션 제품에 우수한 긁힘방지 특성과 부드러운 촉감을 제공해주는 Hapsoft S3615, S3620, S3625 PP 컴파운드도 출시했다. 이 사출성형 그레이드 수지들은 고급스러운 촉감과 마감을 자랑하며, 제조업체가 2차 가공작업을 제거하게 함으로써 최대 50%까지 비용 절감을 해주고 응용분야 또한 자동차 인테리어 부품, 소형 가전과 소비자 가전제품 등을 포함한다.

SABIC은 최근 포르투갈의 Solaris-Protevs(솔라리스-프로테비스)사의 수상 태양광 패널 시스템에 필요한 사출성형 플로터 제작을 위한 특수 PP 컴파운드를 공급했다. 이 가볍고, 높은 강성을 지닌 수상 태양광 패널은 호수나 내륙 수면에 배치할 수 있으며, 전력망에 연결해 도시의 재생가능 에너지원을 제공한다.

Albis Plastics은 모회사인 Otto Krahn Group(오토크란 그룹)이 컴파운딩 사업과 수지 유통사업(Albis 브랜드 유지)을 분리해 별도의 Mocom 브랜드로 새로 운영되고 있다. 이 회사는 앞으로 새로운 고성능 PP 컴파운드에 일반 PP와 나일론 6 사이의 격차를 좁혀주는 제품들이 포함된다.

여기에는 높은 강성, 낮은 밀도, 뛰어난 내화학성, 낮은 수분 흡수, 그리고 150C/302°F 온도에서 2,000시간 열 노화를 견딜 수 있는 Altech NXT PP, 단유리섬유 강화 컴파운드 제품들이 포함되어 있다. UV 안정화된 NXT PP 컴파운드는 최근 폭스바겐의 새로운 SUV트렁크 오프너 제작에 사용됐다.

고도로 엔지니어링 된 Mocom 제품군의 또 하나의 예는 자동차 계기판 클러스터에서 리플렉터와 LED 하우징에서 PC 소재를 대체하기 위해 설계된 Alcom LB PP 컴파운드다. Alcom LB PP는 한정된 공간에서 다양한 광원을 분리할 수 있는 기능이 있다.

이 소재는 0.5mm 두께에서 <0.2% 빛 투과율을 보이며, 최대 빛 반사 97% 수준, 탁월한 유동, 높은 열 안정성, 우수한 강도와 강성 균형, 높은 치수안정성와 낮은 뒤틀림을 특성으로 한다. 현재 자동차 응용분야에서 Honda 자동차의 한 모델에 리플렉터 소재로 얇은 두께에서 높은 불투명도, 뛰어난 반사 수준과 향상된 빛 출력을 제공하고 있다. 이 신제품 PP 컴파운드는 또한 전기전자, 가전제품, 소비재, 의료용품, 잔디 및 정원관리 분야 등 응용제품 시장을 목표로 하고 있다.

Mocom은 자매 회사인 독일의 플라스틱 재활용업체 Wipag(위팍)과 협력해 자동차산업을 주로 겨냥한 Altech Eco Near-to-Prime PP 컴파운드, Altech IQ (Industrial Quality) 그레이드, Wipelast PP/EPDM, Wipaflex PP/PE/EPDM 등을 비롯한 재생원료 컴파운드를 공급한다.

RTP 관계자에 의하면 장유리 섬유 및 단탄소 섬유 PP같은 컴파운드는 전기자동차와 같이 연비 향상이 중요한 자동차 설계에 의미가 크다. RTP사는 더욱 가볍고 환경친화적인 소재로 지속적으로 전환이 이루어지는 상황에서 장유리섬유 강화 PP가 단유리섬유 강화 나일론 또는 PBT 같이 중량이 더 나가는 엔지니어링 컴파운드를 대체하면서 더욱 시장을 넓혀갈 것으로 예상하고 있다.

Mocom은 30%의 장유리섬유로 강화한 산업 스크랩을 재활용한 PP로 여러 가지 시험 적용을 진행하고 있다. 진행 중인 프로젝트의 하나로 폭스바겐의 ID3 전기자동차의 테일게이트가 있다.

RTP는 또한 최근 새로운 단탄소섬유 PP 컴파운드 라인을 개발함으로써, 경량화 수요가 탄소섬유의 상대적으로 높은 비용을 감당할 수 있는 여건이 성숙되었을 때를 대비해 더욱 가벼운 부품을 구현할 수 있는 길을 닦았다. Mocom은 또한 WIC PP라 불리는 탄소섬유 PP 컴파운드를 개발하고 있다. 이 소재는 현재 최대 60% 유리섬유 충전 나일론 6을 사용하고 있는 애플리케이션을 겨냥한 것이다.

여기서 핵심은 자매 회사 Wipag가 제공하는 저비용 재활용 탄소섬유의 사용이다. 재활용 탄소섬유는 프라임급 섬유의 10% 미만이다. WIC PP 30은 BMW 아우디의 필러캡 힌지암 소재로 사용되던 50% 유리 충전 나일론 6을 대체해 무게와 비용을 32%나 줄였다. 또 다른 사례로 WIC PP는 Porsche의 새로운 전기차 Taycan의 대시보드와 트렁크 지지 빔에 사용하던 유리충전 나일론 6과 66을 대체했다.

광범위한 성장이 기대되는 발포 PP

 

포장이나 자동차, 또는 건축건설이나 소비재 등 분야를 막론하고, 전통적인 고형 소재에서 경량 발포 구조로 활발하게 이동이 이루어지고 있다. SABIC은 여러 가지 가공기술로 생산되는, 치수안정성과 강성이 향상되고 변형이 적은 차세대 열가소성 폼 솔루션의 진화와 혁신을 거듭하고 있다고 밝힌다.

전통적으로 폼, 즉 발포소재 응용분야는 PS, PUR, PVC 등 비정질 폴리머가 주류를 이루었다. 발포 가공한 반결정질 PP는 상대적으로 최근에 개발돼 아직 상업적으로 널리 활용되고 있지 않은 편이라고 ExxonMobil 관계자는 말한다.

최근 이 회사는 대량생산 애플리케이션을 위한 간편하고 지속가능한 솔루션인, 발포가공이 가능한 Achieve Advanced PP6302E1을 출시했다. 이 새로운 고용융강도(HMS, High Melt Strength) PP는 일반 HMS PP 소재 폼보다 최대 30% 높은 강성을 제공하며 다양한 응용분야에서 상당한 비용 절감효과를 제공할 것으로 기대된다.

또한 PP6302E1은 재활용이 가능하고 원료 사용을 줄일 수 있다. “PS 발포소재의 VOC(Volatile Organic Compounds 휘발성유기화합물)와 모노머 우려로 인해 규제가 강화되고 있는 상황에서, PP6302E1은 현실성 있는 대안이 되고 있다. 특히 중요한 장점은 기존의 PS 발포성형 라인을 사용해 다양한 발포제로 가공할 수 있다는 것이다”고 ExxonMobil 측은 강조한다.

가공업체, 브랜드 소유기업, 제조업체 등은 PP의 특성을 활용하면 경량화와 단열 성능 등 여러 가지 장점을 다음과 같은 다양한 애플리케이션에 구현가능하다고 밝힌다.

• 식품 및 음료포장(육류 트레이, 전자레인지용 보울/밀 키트/트레이, 밀폐 용기, 컵) - PP6302E1은 향상된 강성과 비용 절감을 제공하는 동시에, 뛰어난 단열 특성, 우수한 재활용성, 그리고 전자레인지나 식기세척기의 고온에서 사용해도 기름기와 습기 내성을 오랫동안 유지한다. 이 원료를 사용한 포장은 운송 중 내용물 온도를 유지하고 편안한 촉감의 표면을 제공한다.

• 산업포장(박스, 칸막이, 시트) - PP6302E1은 인성과 강도, 온도안정성, 습기와 화학내성, 경량을 제공한다. 이 원료는 포장재의 강성과 내구성이 뛰어나 재사용이 가능하며, 내용물 보호를 위한 골판지 시트 대신으로도 적합하다.

??건설제품(단열 및 콘크리트 조인트) - PP6302E1은 내구성과 유연성이 뛰어나 설치가 용이하다. 이 원료로 만든 제품들은 폭넓은 온도 범위에서 열안정성과 습기내성, 우수한 치수 안정성을 보인다.

??자동차부품(헤드라이너, 덕트, 플로어 라이너) - PP6302E1은 향상된 강성을 제공해 제조업체는 부품의 성능 특성을 유지하면서도 중량을 줄이고 연료 효율을 높일 수 있다.

 

ExxonMobil 관계자는 “전자레인지에서 사용 가능한 우수한 내열성은 식품포장에서 PS보다 발포 PP 소재를 더 매력적으로 만드는 주요 차별화 요인이 되며 종이와 비교해 PP6302E1은 포장 분야에서 보다 경제적인 절연성능으로 더 나은 소비자 경험을 제공하며 또한 인성/강성도 뛰어나 제품을 재사용할 수 있는 내구성을 부여한다”고 밝힌다.

네덜란드에 자리한 SABIC 발포소재 혁신센터는 폼 가공 설비와 분석 장비를 갖추고 SABIC이 원료의 환경 영향을 줄이고 에너지 및 비용 절감을 가능하게 하는 동시에 시장 출시 시간을 단축하기 위해 가치사슬 파트너들과 새로운 폼 기술 협력 프로젝트에 대한 개발작업을 진행할 수 있도록 지원한다. 또한 고객과의 긴밀한 협력을 통해 SABIC은 다양한 발포 공정에 대한 대규모 지식 은행을 구축하는 한 편, 거의 모든 최종 애플리케이션을 대상으로 다양한 분야별 전용 폼 포트폴리오를 개발하고 있다.

이러한 새로운 폼 솔루션 가운데 대표적인 것으로 SABIC PP-UMS(Ultra Melt Strength, 초고용융강도) 발포용 수지가 있다. 회사 측에서 시중 유일의 제품이라고 강조한 이 수지는 뛰어난 발포성에 효율적인 가공성으로 비용 절감이 가능하며, 업계의 엄격한 유해가스배출 기준을 충족시킨다. 또 경량과 절연 특성이 우수해 자동차, 포장과 건축건설에 매력적이다.

포장용기를 위한 차세대 PP

 

폴리프로필렌 공급업체들은 PS의 지속가능성에 대한 우려가 PP로 대대적인 전환 동기가 되고 있다고 말한다. PS와 달리 PP는 밀도가 낮아, PP나 PP 폼은 물에 부침법(flat/sink)으로 소재를 분리하는 재활용 시스템을 적용할 수 있다. 하지만 PS는 비중이 무거워 가라앉기 때문에 분리되지 않아 PET 병 재활용 스트림을 오염시킬 위험이 있다. 이러한 재활용성으로 여러 업체들이  서둘러 다양한 용도로 사용할 수 있는 새로운 PP를 개발하고 있다.

SABIC은 사출성형을 위한 새로운 프탈레이트 프리 PP 내충격성 코폴리머 Flowpact FPC75를 출시했다. 이 원료는 식품과 비식품용 얇은 포장을 위해 두께를 줄일 수 있으며, 더욱 빠른 가공이 가능하다.

SABIC은 유연 포장을 위한 새로운 헤테로상(heterophasic) 저온 내충격성 PP도 출시했다. SABIC의 PP BCT18F는 레토르트 식품포장을 위한 라미네이션 필름 용도이다. 최근에 이루어진 고객의 시험 사용에서 캐스팅, 블로운, 텐터프레임 등의 생산라인을 포함한 모든 필름 압출공정에서 매우 우수한 가공성과 특성이 확인됐다. 또한, 이 그레이드는 냉동식품 포장을 위해 저온(-20°C/-4°F)에서 시중의 유사 소재보다 훨씬 뛰어난 충격 강도를 제공한다.

SABIC이 내놓은 또 다른 새로운 제품은 과자, 스낵, 구운 식품, 말린 과일, 파스타 및 신선 식품포장 라벨이나 테이프, 포장을 위한 BOPP 필름용 고강성 PP 5212P가 있다. 이 원료는 폭넓은 분자량 분포 덕분에 최대 1722ft/min의 고속 생산에서 필름의 파단을 최소화해 가공이 쉬워졌다. 이 제품은 최적화된 MFR(용융유동속도)와 뛰어난 강성과 차단 특성을 제공한다.

Braskem도 최근 PET를 대체할 수 있는 새로운 Inspire 열성형 그레이드를 출시했다. 이 새로운 그레이드는 PET 또는 PP 랜덤 코폴리머 보다 더 나은 내열성을 지니면서 PET에 버금가는 광학적 특성을 자랑한다. 이 원료는 상점과 식당에서 사전 조리되어 다시 가열해 섭취할 수 있는 밀 키트 용기 같은 투명도와 내열성의 우수한 균형이 요구되는 시장을 겨냥하고 있다.

이 원료로 가공한 용기는 향상된 내열성을 지녀 식기세척기를 사용해도 재사용할 수 있다. Braskem은 또한 새로운 PCR(생활 폐기물 재활용) 호모폴리머 PP도 내놓았다. 이 제품은 컴파운딩과 포장, 자동차, 가정용품, 소비재 등의 용도에 적합하다.

ExxonMobil도 기존 포트폴리오의 새로운 조합을 모색하고 있다. ExxonMobil는 PP2252 PP와 Exceed XP 고성능 PE의 조합을 통해 수축으로 인한 다트낙하 충격 내성, 크리프 개선과 변형이 적은 필름을 만들냄으로써 블로운 필름의 품질을 한 차원 높일 수 있도록 한다. 이 기술의 고온 내성과 수축 성능은 압축 라이너, 핫필 포장과 스탠드업 파우치 시장에서 새로운 기회를 열어 줄 것으로 회사 측은 기대하고 있다.



관리자에 의해 2021-09-06 오후 2:41:10 에 이동되었습니다.
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