에폭시수지의 어원 및 시장전망

에폭시 수지의 어원 및 시장 전망

에폭시 수지의 어원 및 시장 전망에 대한 내용들을  목차 순서에 따라 정리하면 다음과 같다.

1. 에폭시 수지란 무엇인가?

에폭시 수지는 상업화된 지 50여 년이 지나는 동안 지금까지 개발된 고분자 제품 중에서 가장 고기능성을 가진 매우 훌륭한 화학 제품 중의 하나로 정착하게 되었다. 비록 사용량에 있어서는 다른 고분자 화학 제품들 중에서는 그렇게 많은 편은 아니지만, 여러 가지 유용한 물리적 특성들 때문에 오늘날 거의 모든 산업 분야에서 사용되고 있다.

Epoxy Resins은 합성 수지의 한 종류로써 점성이 있는 액상과 녹는점이 높은 고상(Solid)까지 다양한 제품들이 있다. 에폭시 수지의 분자는 최소한 2개 이상의 옥시란기 (Oxirane Groups 또는 Epoxide Groups )를 가지고 있다.

 

상업적으로 가장 많이 사용하는 에폭시 수지는 Epichlorohydrine (ECH)과 Bisphenol A (BPA)로 널리 알려진 Diphenylolpropane (DPP)과 축합 반응에 의해 생산되는 Diglycidyl Ether형이다.

DPP 대신에 다른 물질을 원료로 사용한 다른 특성을 가진 Epoxy Resins도 상업적으로 생산된다.

에폭시 수지를 사용하기 위해서는 경화제에 의해 경화가 되어야 하며, 더욱이 에폭시 수지는 휘발 성분이 없기 때문에 경화 중에 수축이 거의 없으며 또한 다양한 방법으로 가공될 수 있다.

그러므로 에폭시 수지는 여러 가지 화학 물질들과 반응할 수 있고, 다양한 방법으로 가공할 수 있어, 여러 가지 응용 분야에 사용되고 있다.

 

2.에폭시 수지의 정의 및 어원

2-1 에폭시 수지의 정의

에폭시 수지라고 총칭되는 것은 그것을 구성하고 있는 분자의 화학적인 단위로서 반드시 에폭시 결합을 갖고 있다.

에피클로로 히드린과 비스페놀 A를 중합하여 만든 것이 대표적이며, 에폭시 수지를 단독으로 사용하는 일은 없으며, 경화제를 다시 첨가하여 열경화성의 물질로 변화시켜 사용되므로 보통 수지의 중간체라고 볼 수 있다.

 

2-1. Epoxy 수지의 어원

에폭시란 희랍어의 "넘어서" 든가 "사이에"란 뜻과 영어의 "산소"의 합성어로서, 소위 산소를 사이에 둔 화합물을 말하며, 두개의 탄소에 하나의 산소가 고리 모양으로 연결된 반응성 구조를 의미하는 화합물의 총칭이다.

 3. Epoxy 수지의 장점과 단점

  3-1. 에폭시 수지의 장점

수지는 경화에 있어 반응 수축이 매우 작고 또한 휘발 물을 발생하지 않는다.

경화 수지의 전기적 성질이 매우 우수한 성질을 지닌다.

경화 수지의 기계적 성질이 우수할 뿐만 아니라 치수 안정성이 매우 좋다.

기계 가공성이 좋은 것을 만들수가 있다.

내수성, 내 약품성이 우수하다.

가소성이 우수한 성질을 부여할 수 있다.

내 마모성이 우수한 성질을 부여할 수 있다.

각종의 충진재, 예를들면, 무기, 유기, 금속분말, 모래 등을 매우 다량 첨가할 수 있다.

금속, 목재, 시멘트, 유리, 플라스틱 등 거의 모든 것에 접착시킬 수가 있고, 또한 가령 금속과 시멘트등 이종 물질 간의 접착에 사용할 수 있다.

저장 안정성이 높고 경화제를 혼합하지 않으면 기후, 온도에 관계없이 장기간의 보관이 가능하다.

 

3-2. 에폭시 수지의 단점

황변현상(Yellowing)이 일어난다.

경화시간이 길다 (단축은 가능하나 작업성이 문제)

결정성 Polymer 나 극성이 없는 Polymer (PE, PP, Silicon, Acryl)에는 접착이 불량하다.

주제 및 경화제를 혼용하여 사용해야 한다.

 

4.에폭시 수지 계통도

에폭시는 기본적으로 BPA와 ECH가 주 원료로, NaOH가 촉매로 사용된다

에폭시수지(Epoxy resin)는 비스페놀 A(bisphenol A)와 에피클로로 히드린(epichlorohydrin)의 축합 중합에 의해서 합성된 것이 대표적이다. 비스페놀 A와 에피클로로 히드린의 비를 조절하면 다양한 종류의 분자량을 가진 에폭시수지를 제조할 수 있다. 에폭시수지는 분자 내에 에폭 시기를 가지고 있다. 이 에폭시기는 뒤에 경화제와 반응하여서 가교 결합을 한 3차원적 고분자 구조를 만들게 된다. 에폭시수지는 강력한 접착력을 가지고 있어서 도자기, 유리, 경금속판의 접착 등 거의 모든 것을 접착시키는 데 사용한다. 또한 내약품성이 좋아 도료 등에도 쓰인다.

 

5.에폭시 수지 제품명 해석법

에폭시는, 자일렌(Xylene)등의 용제를 사용하여 고점도(범용 포함)의 액상 수지와 저분자량의 고상 에폭시 수지(KER)를 용액형 수지로 제조하는 것으로, 금호피앤비 화학에서 생산하는 기본적인 설루션 제품으로는 KER-834-X80, KER-1001-X75, KER-3001-X75 등이 있다.

예를들면 KER-3001-X75 수지 제품를 해석해 보면 에폭시 함량 75%, 자일렌(XYLENE) 함량 25%인 3001 타입에 금호 에폭시 수지라고 해석할 수 있다.

 

6. 에폭시 수지의 응용분야

에폭시 수지는 여러 가지 경화제, 충진제, 안료 등의 부자재와 조합해서 내열성, 내약품성, 밀착성 등에 우수한 도료를 얻을 수 있으며 주로 금속, 콘크리트, 목재, 플라스틱 등의 방식, 보호, 미장용에 사용된다.

에폭시수지는 우수한 전기적 모든 특성, 기계적 특성, 내습성을 가지고 있으므로 전기, 전자부품 용도에서도 널리 사용된다.

토목건축 분야에서 에폭시 수지를 이용한 접착성, 내식성을 살려서 콘크리트 구조물의 보수, 신구 콘크리트의 각종 라이닝 등에 사용되고 있다.

상기 그림과 같이 건축분야,전기분야뿐만 아니라 골프 샤프트, 테니스 라켓, 스키 등의 스포츠용 부품에서부터 파이프, 전기절연 로드 등의 산업용 재료 그리고 자동차, 항공기, 우주 관련 기기 등의 첨단재료까지 폭넓은 분야에서 적용되고 있다.

 

7.에폭시 수지의 제조 방법

7-1.직접법 수지

BPA와 ECH를 NaOH 하에서 저온에서(100℃ 이하) 반응 제조한다.
Epoxy화 반응공정과 중화반응 공정, ECH회수 공정, 반응 용제의 회수 공정과 이에 따르는 정치, 분액등의 6개 공정에 대한 각 반응 Tank 및 condenser 등의 설비가 필요하며 Steam과 냉각수설비 및 Flake 화하여 제품으로 포장하는 설비와 각 반응 Tank를 연결하는 Pipe Line이 필요하다. 이렇게 직접법 수지 제조에는 대단위 설비투자가 필요하다.

 

7-2. 간접법 수지

액상 Epoxy수지를 1차로 제조 후 BPA만을 추가 부가 반응하여 촉매 하에서 고온(160℃이상)에서 반응, 고분자량 화하여 고형 Epoxy수지를 제조한다.
액상 수지에 BPA만을 부가 반응하므로 기본적으로 반응 Tank 1개가 필요하며 고온 반응이므로 열매체 설비(Dowthem)와 냉각설비 및 부대설비로 Flake 화하여 제품으로 포장하는 설비가 필요하며, 비교적 적은 설비투자와 간단한 설비운영 기술력으로 제조 가능하며 수지 제조 시 직접법과 간접법에 있어서 소량 다품종에는 간접법이, 동일품의 대량생산에는 직접법이 유리하다.

 

8. 국내 에폭시 수지 생산업체들의 합작 및 기술제휴 변천사

▶국도화학: 국내 최대의 에폭시수지 전문 제조업체인 국도화학은 1972년 일본의 신일본제철화학의 계열회사인 동도화성과의 합작을 통하여 설립

▶금호피앤비 화학: 1991년 Shell Chemical과의 기술제휴를 체결

▶제일 시바가 이기: 1988년 제일합섬이 스위스 시바 가이 기사와 합작해 설립

▶퍼시픽 에폭시: 제일합섬과 그 자회사인 제일 시바가 이 기가 1995년 삼성그룹 분리 후 2000년 '퍼시픽 에폭시'로 상호 변경되었으며, 2001년 한국 다우케미컬에 인수돼 2006년 합병됨.

▶한국 다우케미컬: 다우케미컬의 100% 국내 자회사 한국 다우케미컬이 에폭시 사업부를 다우케미컬과 미국 화학업체 올린(Olin Corp) 합작법인인 블루 큐브 케미컬(Blue Cube Chemica)에 2015년 매각

▶블루 큐브 케미컬: 에폭시 수지 제조/판매회사로 2015년 10월 5일 자로 DOW CHEMICAL회사로부터 분리하여 미국 OLIN CORPORATION의 한국 자회사임.

변경된 상호를 정리해 보면 제 일 시배기이기 > 퍼시픽 에폭시> 한국 다우케미컬> 블루 큐브 케미컬으로 변경되어 현재에 이르고 있다.

▶L/G 화학: 1991년 LG화학은 Dow Chemical과 기술제휴를 체결하여 운영해 왔으나, 구조조정의 일환으로 비 핵심사업인 에폭시수지 사업을 2002년에 독일 열경화성 수지 전문업체인 베이크라이트(Bakelite)에 매각

▶베이크라이트 코리아: LG화학의 에폭시수지 사업부문을 2002년 인수

▶헥시온 코리아:베이크라이트가 2005년에 미국 헥시온에 매각되면서 헥시온 코리아로 상호 변경

▶모멘티브 스페셜티 케미컬스 코리아: 헥시온 코리아에서 2010년 모멘티브 스페셜티 케미컬로 상호변경 그리고 다시 2015년 헥시온 코리아로 상호 변경

변경된 상호를 정리해 보면 L/G 화학> 베이크라이트 코리아> 모멘티브 코리아> 헥시온 코리아으로 변경되어 현재에 이르고 있다.

지난 과거를 살펴보면 다국적 기업과 국내 기업 간의 인수와 합병을 통하여 제일 시바 가이 기와 L/G 화학 등과 같이 사명이 지속적으로 변경되어 복잡하게 국내에 진출해 있는 것을 알 수 있다.
현재는 기술적으로 앞서가고 있는 외국의 기업들이 국내에 기술 합작선으로 들어와 많은 영향을 주고 있는 상황이다.

그리고 2007년 코오롱 인더스트리사가 새로이 국내 에폭시 수지 시장에 진입하였다.

 

9. 국내 에폭시 수지 시장 현황

자료: 금융감독원 국도화학 공시자료

에폭시수지의 시초는 1934년까지 거슬러 올라가지만 상업적인 에폭시 수지 공업의 역사는 1946년 스위스의 Ciba사에서 Araldite라는 상품명으로 접착제를 시판한 것이 그 효시이다. 1년 후 미국의 Shell사에 의해 도료용으로 에폭시 수지가 소개되면서 수지의 다양하고 우수한 특성이 널리 인정되기 시작해 Dow 등 세계적으로 유수한 기업들이 산업에 참여하게 되었다. 국내에서는 70년대에 들어와서야 에폭시 수지 산업이 탄생되었다. 

현재 국내 에폭시 수지 산업을 주도하고 있는 국도화학이 72년 에폭시 기본형 수지를 생산하기 시작해 현재까지 이르고 있으며 상기 도표와 같이 국도화학이 65% 이상의 시장점유율을 나타내는 독주체제 속에 금호피앤비, 헥시온 코리아, 블루 큐브 케미컬 등 3개 사가 나머지 시장을 3 등분하는 1강 3 약의 시장구조를 나타내고 있다.

 

시장 상황을 살펴보면 중국에서 원료 BPA 가격이 최근 수년 내 가장 높은 수준을 기록 중으로 다운스트림 수요 강세 및 반덤핑 관련 조치에 따른 타이트한 공급 상황으로 인해 앞으로도 현 가격 추세가 강세로 이어질 것으로 예상된다.

국내 상황을 살펴보면은 2017년 4/4분기부터 2018년 상반기까지 물량 공급 타이트 및 가격 폭등으로 이어져 관련 수요업체들이 많은 어려움을 겪었던 품목이었다.

 

그리고 2021년 현재 또한 에폭시 국내 수지상황도 전과 마찬가지로 주요 원재료인 BPA, ECH, Phenol, Acetone 등 주요 원재료들의 공급 부족과 BPA, ECH공급사의 정기 보수 및 전 세계적인 Shortage로 인해 심한 공급 부족 현상이 나타나 에폭시 수지 가격 급등과 맞물려 공급 물량 부족 사태로 인해 국내 많은 제조업체들이 어려움을 겪고 있는 상황이다.

향후 글로벌 에폭시 수지 수요는 지속적으로 성장할 것으로 보이며, 가장 빠르게 성장하는 시장은 계속해서 아시아 지역이 될 것으로  전망되고 있다.