엔지니어링 플라스틱은 주로 구조 재료로 사용될 수 있는 열가소성 수지를 지칭합니다. 엔지니어링 플라스틱은 우수한 종합적 특성, 높은 강성, 낮은 크리프, 높은 기계적 강도, 우수한 내열성 및 우수한 전기 절연성을 가지고 있습니다. 가혹한 화학적 및 물리적 환경에서 장기간 사용할 수 있으며 엔지니어링 구조 재료로서 금속을 대체할 수 있습니다. 엔지니어링 플라스틱은 일반 엔지니어링 플라스틱과 특수 엔지니어링 플라스틱으로 나눌 수 있습니다. 일반 엔지니어링 플라스틱의 주요 종류로는 폴리아미드(PA), 폴리카보네이트(PC), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리페닐렌 에테르(PPO), 폴리에스터(PBT), PET 등이 있으며, 특수 엔지니어링 플라스틱은 일반적으로 150℃ 이상의 내열성을 갖는 엔지니어링 플라스틱을 의미하며, 주요 종류로는 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 고분자(LCP), 폴리설폰(PSF), 폴리이미드(PI), 폴리아릴에테르케톤(PEEK), 폴리아릴레이트(PAR) 등이 있습니다.
엔지니어링 플라스틱과 범용 플라스틱을 명확하게 구분하는 경계선은 없습니다. 예를 들어, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS)는 이 둘의 중간에 위치합니다. 고급 등급의 ABS는 엔지니어링 구조 재료로 사용될 수 있지만, 일반 등급은 범용 플라스틱입니다(해외에서는 일반적으로 ABS를 범용 플라스틱으로 분류합니다). 또 다른 예로, 폴리프로필렌(PP)은 대표적인 범용 플라스틱이지만, 유리 섬유 강화 및 기타 블렌딩을 통해 기계적 강도와 내열성이 크게 향상되어 다양한 엔지니어링 분야에서 구조 재료로 사용될 수 있습니다. 폴리에틸렌 역시 대표적인 범용 플라스틱이지만, 분자량이 100만 이상인 초고분자량 폴리에틸렌은 우수한 기계적 특성과 높은 열변형 온도로 인해 기계, 운송, 화학 장비 등 다양한 분야에서 엔지니어링 플라스틱으로 널리 사용됩니다.
플라스틱의 강도, 인성, 난연성 및 기타 물성을 향상시키기 위해서는 일반적으로 합성수지 기판의 성능 중 특정 부분을 보강, 충전, 합성수지 기반의 다른 수지 첨가 등의 블렌딩 기술을 통해 개선해야 합니다. 전기적 특성, 자기적 특성, 내광성, 내열성, 내노화성, 난연성, 기계적 특성 등은 특수 조건에서의 사용 요건을 충족해야 합니다. 블렌딩 첨가제로는 난연제, 강화제, 안정제 등이 사용될 수 있으며, 다른 플라스틱이나 강화 섬유 등이 사용될 수도 있습니다. 기판으로는 5가지 일반 플라스틱, 5가지 일반 공업용 플라스틱 또는 특수 공업용 플라스틱을 사용할 수 있습니다.
플라스틱에는 여러 종류가 있으며 널리 사용됩니다. 일반적으로 사용되는 수지 원료의 약 90%는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스티렌(PS) 및 ABS 수지입니다. 그러나 각 플라스틱에는 한계가 있습니다.
지난 수십 년간 사람들은 새로운 고분자 소재 개발에 매진해 왔습니다. 그러나 수많은 신소재 고분자 소재 중 대규모 응용 분야에 활용되는 것은 극히 드뭅니다. 따라서 성능이 향상된 새로운 고분자 소재를 개발하는 데에는 한계가 있습니다. 하지만 플라스틱에 충전, 혼합, 보강 등의 가공 방법을 적용하여 난연성, 강도, 충격 저항성을 향상시키는 것은 자연스러운 추세가 되었습니다.
일반 플라스틱은 산업 및 일상생활에서 사용 시 가연성, 노화, 낮은 기계적 강도, 낮은 사용 온도 등의 단점을 가지고 있습니다. 개질을 통해 일반 플라스틱의 성능 향상, 기능 증대, 비용 절감을 달성할 수 있습니다. 개질 플라스틱의 원료는 기본 수지이며, 첨가제 또는 다른 수지를 보조 재료로 사용하여 기계적, 유동성, 연소성, 전기적, 열적, 광학적, 자성적 특성 등 하나 이상의 측면에서 수지의 성능을 향상시킵니다. 또한, 인성 강화, 강도 향상, 혼합, 합금화 등의 기술적 방법을 통해 균일한 외관을 가진 재료를 얻을 수 있습니다.
기본 재료로 사용되는 다섯 가지 범용 플라스틱은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐입니다.
일반적인 엔지니어링 플라스틱 5종: 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(PA, 나일론이라고도 함), 폴리에스터(PET/PBT), 폴리페닐렌 에테르(PPO), 폴리옥시메틸렌(POM)
특수 엔지니어링 플라스틱: 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 액정 폴리머(LCP), 폴리설폰(PSF), 폴리이미드(PI), 폴리아릴에테르케톤(PEEK), 폴리아릴레이트(PAR) 등.
하류 응용 분야 측면에서, 변성 플라스틱은 주로 가전제품, 자동차, 전자제품 등의 산업에 사용됩니다.
21세기 초부터 우리나라의 거시경제 발전과 함께 변성 플라스틱 시장 규모는 더욱 확대되었습니다. 우리나라의 변성 플라스틱 명목 소비량은 2000년대 초 72만 톤에서 2013년 789만 톤으로 꾸준히 증가했으며, 연평균 복합 성장률은 18.6%에 달합니다. 특히 가전제품 및 자동차 산업이 변성 플라스틱의 주요 활용 분야로 높은 비중을 차지하고 있습니다.
2009년 8월, 우리나라는 농촌 지역에 '가전제품 보급' 정책을, 도시 지역에는 '신제품 교체' 정책을 시행했습니다. 에어컨, 냉장고 등 가전제품 시장이 빠르게 회복되면서 가전제품용 변성 플라스틱 수요가 급증했습니다. 농촌 지역으로의 가전제품 보급이 급속도로 확대된 후, 우리나라 가전 산업의 성장률은 둔화되었고, 변성 플라스틱 수요 또한 둔화되었습니다. 그러나 자동차 산업의 성장이 변성 플라스틱 소비 증가의 주요 원인이 되었습니다.
현재 중국은 가전제품 생산 및 소비의 주요 국가로 성장했으며, 세계 가전제품 제조의 중심지입니다. 가전제품 제조에 사용되는 플라스틱의 대부분은 열가소성 플라스틱으로, 약 90%를 차지합니다. 가전제품에 사용되는 거의 모든 플라스틱은 가공 과정을 거칩니다. 현재 중국에서 주요 가전제품에 사용되는 플라스틱의 비율은 진공청소기 60%, 냉장고 38%, 세탁기 34%, TV 23%, 에어컨 10%입니다.
농촌 지역 가전제품 보급 사업은 2007년 12월에 시작되어 1차 시범 사업이 2011년 11월 말에 종료되었고, 이후 1~2년 내에 다른 성 및 도시 지역으로도 확대되었습니다. 에어컨, 컬러 TV, 세탁기, 냉장고 등 4대 가전제품의 생산 증가율을 살펴보면, 농촌 지역 가전제품 보급 사업 기간 동안 생산 증가율이 매우 높았습니다. 향후 가전 산업의 성장률은 4~8% 수준을 유지할 것으로 예상됩니다. 가전 산업의 안정적인 발전은 플라스틱 가공에 대한 안정적인 시장 수요를 제공할 것입니다.
자동차 산업은 가전 산업과 더불어 변성 플라스틱의 주요 응용 분야입니다. 변성 플라스틱은 자동차 산업에 약 60년 동안 사용되어 왔습니다. 자동차에 사용될 경우, 경량화, 친환경성, 안전성, 미려함, 편안함, 에너지 절약, 내구성 등의 이점을 제공합니다. 1kg의 플라스틱은 2~3kg의 강철 및 기타 재료를 대체할 수 있어 차체 무게를 크게 줄일 수 있습니다. 연구에 따르면 자동차 무게가 10% 감소하면 연비가 6~8% 향상되고, 에너지 소비와 배기가스 배출량도 크게 줄일 수 있습니다. 점점 더 엄격해지는 에너지 소비 및 배기가스 배출 기준에 발맞춰 변성 플라스틱은 중요한 역할을 합니다. 기술의 발전과 함께, 이후 수십 년 동안 자동차에 변성 플라스틱을 적용하는 범위는 내부 소재에서 외장 부품 및 엔진 주변 부품으로 점차 확대되었습니다. 선진국에서 자동차에 변성 플라스틱을 적용하는 것은 초기에는 받아들여지지 않았지만, 2000년에는 차량당 105kg까지, 2010년에는 150kg 이상까지 점차 발전해 왔습니다.
우리나라의 자동차용 개량 플라스틱 소비량이 급속히 증가하고 있습니다. 현재 우리나라 차량 한 대당 개량 플라스틱 소비량은 110~120kg으로, 선진국의 150~160kg에 비해 훨씬 낮은 수준입니다. 그러나 소비자의 환경 의식 향상과 배기가스 배출 기준 강화로 경량 자동차에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 자동차용 개량 플라스틱 사용량은 앞으로도 계속 늘어날 것으로 예상됩니다. 또한, 지난 10년간 우리나라의 자동차 판매량은 급성장하여 2009년에는 세계 최대 자동차 시장으로 발돋움했습니다. 이후 성장세는 다소 둔화되었지만, 앞으로도 꾸준한 성장세를 유지할 것으로 전망됩니다. 자동차용 개량 플라스틱 소비량 증가와 자동차 판매량 증가 추세가 맞물려 우리나라의 자동차용 개량 플라스틱 소비량은 앞으로도 빠르게 증가할 것입니다. 자동차 한 대당 150kg의 플라스틱이 사용된다고 가정하고, 중국의 연간 자동차 생산량이 2천만 대를 넘는다는 점을 고려하면, 시장 규모는 300만 톤에 달합니다.
동시에 자동차는 내구 소비재이기 때문에 수명 주기 동안 기존 자동차에 대한 교체 수요가 발생할 것입니다. 유지보수 시장에서의 플라스틱 소비량은 신차 플라스틱 소비량의 약 10%를 차지할 것으로 추정되며, 실제 시장 규모는 이보다 더 클 것으로 예상됩니다.
개질 플라스틱 산업에는 다양한 시장 참여자들이 있으며, 크게 다국적 화학 대기업과 국내 기업으로 나뉩니다. 국제적인 제조업체들은 선도적인 기술과 우수한 제품 성능을 보유하고 있지만, 제품 종류가 단조롭고 시장 대응 속도가 느립니다. 따라서 우리나라 자동차 시장에서의 시장 점유율은 높지 않습니다. 국내 개질 플라스틱 기업들은 대부분 생산능력 3,000톤 미만의 중소기업으로 구성되어 있는데, 자동차 산업은 제품 품질 안정성에 대한 요구가 매우 높습니다. 중소기업이 제품 품질의 안정성을 확보하기는 어렵기 때문에 자동차 회사들의 인증을 획득하는 데 어려움을 겪습니다. 반면, 대규모 개질 플라스틱 기업들은 자동차 회사들의 인증을 획득하고 공급망에 진입하게 되면 장기적인 파트너 관계를 맺게 되며, 협상력 또한 점차 높아집니다.
게시일: 2020년 11월 30일
