우리나라 석유화학 산업이 대규모 생산에서 고품질 생산으로 전환되는 과정에서, 국내 기업들의 시장 침투율이 낮은 신소재 분야에서 혁신적인 성과들이 버섯처럼 쏟아져 나오고 있습니다. 특히 폴리올레핀 엘라스토머(POE), 탄소 섬유, 생분해성 플라스틱 등 신소재 분야의 상황은 매우 고무적입니다. 4월 20일 상하이에서 열린 제6회 산학협력 과학연구 교류회의 및 중국 석유화학공업연합회에서, 중국 석유화학공업연합회 과학기술설비부 부부장인 뤄치밍은 이러한 신소재들의 현황을 꼼꼼히 살펴보고 정리했습니다.
핵심 유기 원료에서 획기적인 진전이 이루어졌습니다.
아디포니트릴은 나일론 66의 중요한 원료이지만, 기술적으로 생산이 어렵습니다. 지금까지 제품 시장은 인비스타(Invista)가 장악해 왔습니다. 그러나 최근 화학섬유, 엔지니어링 플라스틱 등의 분야가 급속도로 발전하면서 나일론 66의 응용 분야가 더욱 넓어졌고, 국내 여러 기업들이 아디포니트릴 연구 개발 및 산업화에 있어 획기적인 성과를 거두며 관련 프로젝트를 시작했습니다.
뤄치밍은 국내 아디프디니트릴 연구 개발에는 크게 아디프딘산법과 부타디엔법, 두 가지 기술적 경로가 있다고 소개했다.
충칭 화펑 그룹은 아디프딘산 공정을 이용하여 2020년 완공 예정인 10만 톤 규모의 아디프디니트릴 생산 공장을 기반으로 20만 톤 규모의 아디프디니트릴 생산 공장을 건설하고 있다.
부타디엔 공정은 인비스타(Invista)에서도 사용하는 기술로, 공정 경로가 짧고 원료 비용이 저렴하며 제품 품질이 우수하다는 장점이 있습니다. 중국화학톈천치샹신소재유한공사(China Chemical Tianchen Qixiang New Materials Co., LTD.)는 수년간의 연구 개발 끝에 부타디엔 직접 시안화수소화 기술을 적용한 연간 20만 톤 규모의 아디포니트릴 생산 설비를 구축하여 전체 산업 사슬을 개방하고 성공적으로 가동을 시작했습니다.
기자의 보도에 따르면, 연간 50톤 규모의 부타디엔 공법 아디프디니트릴 생산 프로젝트 건설 지분 중 어떤 부분이 올해 말에 가동될 예정이라고 합니다.
고급 폴리올레핀 품종의 국내 생산
“독자적인 지적재산권을 보유한 가스액상 폴리에틸렌 공정과 관형 폴리프로필렌 공정은 모두 우리나라에서 개발되었습니다. POE(폴리에틸렌 옥사이드)와 UHMWPE(초고분자량 폴리에틸렌)와 같은 고급 폴리올레핀 제품 생산이 ‘가속 버튼’을 누르고 있습니다.” 뤄치밍은 고급 폴리올레핀 제품 개발에 대해 이야기하며 이렇게 말했다.
POE는 합성 소재 중 밀도가 가장 낮은 소재 중 하나이며, 차세대 태양광 필름 제조의 핵심 소재입니다. 20년 전부터 POE 산업화 기술 연구에 매진해 온 시노펙(Sinopec)은 이제 그 결실을 거두고 있습니다. 기자는 시노펙이 최근 폐막한 제35회 중국 국제 고무 및 플라스틱 전시회에서 POE 엘라스토머를 비롯한 여러 신제품을 선보였으며, POE 관련 모든 독자적인 지식재산권을 획득한 국내 최초 기업이라는 사실을 확인했습니다.
동시에, 완화화학을 비롯한 여러 기업들도 POE 산업화를 위한 여건을 갖추고 있습니다. 자료에 따르면 2023년 3월 기준 중국에서 건설 예정인 국내 생산 설비 용량은 210만 톤에 달합니다. 향후 2~3년 안에 우리나라는 POE 생산 붐을 맞이할 것으로 예상됩니다.
뛰어난 제품 성능으로 인해 UHMWPE는 최근 몇 년 동안 석유화학 및 에너지 기업들의 주목을 받고 있습니다. 기자에 따르면, 2022년 7월 이후 다칭 석유화학, 장쑤 세르방, 상하이 화학 연구소는 신규 생산 또는 에너지 부문 확장 형태로 UHMWPE 산업에 진출했습니다. 그중 다칭 석유화학은 주로 리튬 배터리 격막을 생산할 계획이며, 장쑤 세르방은 연간 2만 톤 규모로 리튬 배터리 격막과 섬유 소재를 주력 제품으로 내세우고 있습니다. 주요 제품으로는 섬유 소재, 리튬 배터리 격막 소재, 용융 방사 수지가 있습니다.
지난 3월, 상하이 화학 연구소의 3만 톤급 정지 링 튜브용 UHMWPE 장치가 생산에 들어가면서 우리나라가 세계 최초로 이 분야에서 중요한 기술적 돌파구를 마련했음을 알렸습니다. 고섬유질 및 리튬 배터리 격막이 기본 수지를 제공합니다.
선도적인 생분해성 소재 기술
플라스틱 사용 제한 조치 시행은 생분해성 소재 개발 및 생산에 "불씨"를 지폈습니다. 뤄치밍에 따르면, 우리나라는 폴리콜산(PGA), 폴리아크릴산-헥실-보놀(PBS), 폴리페놀산-헥실-보놀(PBAT), 폴리스티렌(PLA), 폴리벤젠(PCL), 폴리카보네이트(PPC), 폴리크록시 지방산 에스테르(PHA) 등의 산업 생산 기술을 확보하여 생분해성 플라스틱의 주요 범주를 포괄하고 있으며, 세계적으로 생분해성 플라스틱의 다양한 종류를 아우르는 완벽한 산업 시스템을 구축했습니다.
PLA는 현재 연구 및 응용 분야에서 가장 생분해성이 뛰어난 소재입니다. 중국에서는 핵심 기술이 획기적인 발전을 이루어 수입 제품과 충분히 경쟁할 수 있습니다. 또한, PGA, 폴리벤조나이트 딜레이트(PBST), 그리고 국내 최초의 생분해성 폴리에스터 고무인 에센스(Essence) 등 다양한 신소재 생분해성 수지가 국내 최초로 개발되었습니다.
보도에 따르면 상하이 둥겅(Shanghai Dong Geng)사는 에틸 에스테르 개환을 통한 합법적인 PGA 합성법에 대한 독자적인 기술을 개발하여 의료용 PGA를 얻을 수 있게 되었으며, 베이징 화학기술대학교 첨단 탄성체 소재 연구센터는 고분자량 다각화 일반 폴리머 고무의 연속 생산 공정을 혁신적으로 개발하여 폴리에스터 고무 소재를 분해하는 생물학적 기질을 만들어 수천 톤 규모의 시범 시험을 완료했습니다.
새로운 합성 고무 공정이 그 공백을 메웁니다
용해형 폴리스티렌 부타디엔 고무(DPL)의 기능성 개질은 고무 제품의 물성을 크게 향상시킬 수 있어 DPL 분야에서 중요한 연구 주제이지만, 중국에서는 아직 산업적으로 상용화된 제품이 없습니다. 2021년 5월, 페트로차이나, 퉁지대학교, 다롄공업대학교는 공동으로 기능성 용해형 폴리스티렌 부타디엔 고무 합성 기술을 개발하고, 중국 두산쯔 석유화학 공장에 최초의 기능성 용해형 폴리스티렌 부타디엔 고무 생산 설비를 구축했습니다. 이 제품은 친환경 타이어 트레드 고무에 적용되고 있습니다.
네오프렌 고무는 국가 경제 및 국방 산업에서 중요한 전략 소재 중 하나입니다. 하지만 부타디엔을 이용한 네오프렌 고무 생산 공정은 복잡하고 핵심 장비 기술 또한 까다롭습니다. 진자오 하이테크(상하이) 유한회사는 이러한 난관을 극복하고 새로운 부타디엔 네오프렌 고무 생산 공정을 개발하여 시범 시험을 완료했습니다. 뤄치밍 대표는 "기존의 탄화칼슘 공정과 비교했을 때, 새로운 공정은 생산 비용과 제품 품질 면에서 모두 월등히 우수하다"고 밝혔습니다.
엔지니어링 플라스틱과 특수 섬유의 주요 특징이 두드러지게 나타납니다.
'신소재의 왕'으로 불리는 탄소섬유는 국가 경제와 국방 건설에 없어서는 안 될 전략적 신소재입니다. 우리나라는 이제 일본과 미국에 이어 고성능 탄소섬유 기술을 보유한 세 번째 국가가 되었습니다. 뤄치밍은 "우리나라의 T300급 탄소섬유는 유사 해외 제품 수준에 도달했고, T700급과 T800급 탄소섬유는 산업 생산에 성공했으며, T1000급과 M55J급 탄소섬유 핵심 기술은 핵심 기술 분야에서 돌파구를 마련하여 생산에 들어갔습니다."라고 밝혔습니다.
고강도 고단면 폴리타미드 섬유는 항공, 우주, 전자, 보호 등 첨단 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 가지고 있습니다. 베이징 화학기술대학교는 고강도 고단면 폴리타미드 섬유 생산 기술을 개발하여 국내외 최초로 고강도 고단면 폴리타미드 섬유 생산 라인을 구축하고 다양한 제품을 생산하고 있습니다.
또한, 다롄 과학기술대학교와 중국과학원 다롄화학이 공동 개발한 페놀 폴리포드 에테르론 케톤은 세계 최초이며, 모든 산업 설비가 이미 구축되어 있습니다.
전자화학 분야의 발전 속도가 더 빠릅니다.
신에너지 산업의 급속한 성장은 전자화학 분야에 발전 기회를 제공했으며, 많은 국내 기업들이 전자화학 기술 발전을 위해 경쟁적으로 빠르게 진전을 이루고 있습니다.
최근 몇 년 동안 우리나라의 산업용 및 식품용 인산염 생산 능력은 과잉 상태였지만, 초고순도 전자 등급 인산염과 같은 반도체 생산의 핵심 소재는 전적으로 수입에 의존해 왔습니다. 10년 이상의 끊임없는 노력 끝에 싱파 그룹은 초고순도 전자 등급 인산염의 순도를 "39"에서 "99"까지 끌어올리는 데 성공했습니다.
전자 등급 불산은 주로 집적 회로 및 대규모 집적 회로 칩의 세척 및 부식 방지에 사용됩니다. 국내 전자 화학 분야의 선도 기업 중 하나가 2022년 5월 TSMC 인증 협력업체 시스템에 공식 등록되었으며, 이후 고순도 전자 화학 원료, 특히 반도체 등급 불산의 대량 공급을 검토하기 시작했습니다.
또한, 쑤저우 징루이가 개발 및 생산한 과산화수소와 황산, 하오화 가스, 중국선 718 연구소의 삼불화질소, 타이허 가스의 고순도 염소 가스와 염화수소, 장쑤 자크의 전구체 특수 가스, 후베이 딩룽의 연마 패드 등 일부 습식 전자 화학 물질도 첨단 공정 칩 제조의 요구 사항을 충족합니다.
뤄치밍은 "가장 어려운 과제 중 하나인 첨단 공정 칩용 불화아르곤 포토레지스트 개발은 여전히 난제"라고 말하며, 국내 많은 기업들이 레진 모노머, 광개시제, 용매부터 포토레지스트까지 전 산업 체인을 아우르는 제품을 개발하고 있지만, 현재 하류 기업에 테스트를 거친 제품은 일부에 불과하다고 덧붙였다.
게시 시간: 2023년 5월 8일