화학산업의 고부가화를 위한 끈질긴 도전이에 한화케미칼 중앙연구소는,...
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282 … NICE, 제35권 제3호, 2017
신사업 소개
화학산업의 고부가화를 위한 끈질긴 도전
이상욱
한화케미칼㈜ 중앙연구소
■ 한화케미칼 중앙연구소 소개
한국의 화학산업은 70년대부터 주력 산업으로 성
장해왔다. 2016년 기준 한국의 석유화학 총 수출규모
는 362억 달러에 달하여, 반도체, 일반기계, 자동차
품목과 함께 국가 경제에 이바지 하는 바도 크다. 한
화케미칼은 1965년 설립된 후 국내 최초로 PVC를 생
산한 데 이어, 폴리올레핀, 클로로-알칼리 등 각종
산업의 기반이 되는 기초 화학제품 생산을 통해 국
가 경제 및 국민의 삶의 질 개선에 기여하고 있다.
화학산업계는 고부가 제품, 범용이 아닌 차별화
된 산업의 핵심 소재를 개발할 것을 대내외적으로
주문 받아 왔다. 그러나 범용과 달리 고부가, 차별화
된 특화제품은 기술도입이 쉽지 않을 뿐만 아니라,
자체개발에는 많은 시간과 resource를 필요로 한다.
고부가 특화 제품의 핵심 중간체는 유럽, 미국, 일본
등 화학산업 강국이 이미 기술을 선점하고 있으며,
관련 물질도 특허의 보호를 받고 있다. 따라서 고부
가 특화제품을 개발하기 위해서는, 핵심 중간체 개
발 역량과 최종제품 개발 역량이 동시에 필요하다
이에 한화케미칼 중앙연구소는, 석유화학 핵심
기술인 촉매, 공정 기술, 폴리머 중합 등을 핵심역량
으로 육성하고 있으며, 기술역량의 바로미터인 경
제성이 있는 자체 공정 설계/상업화에 매진하고 있
다. 또한 외부와의 협력을 강화하여 KAIST와 미래기
술연구소 및 서울대학교와 신기술 연구소를 설립하
고, 차세대 유화 신소재 제조기술, 혁신적 에너지 저
그림 1. 한화케미칼 중앙연구소 전경
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 35, No. 3, 2017 … 283
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감이 가능한 고순도 정제공정 등 시장에서 경쟁력을
가질 수 있는 원천기술 역량 확보에 주력하고 있다.
이러한 기술역량 축적을 통해 케미칼 중앙연구소
는 최근에 CPVC(Chlorinated PVC), 친환경 가소제,
수첨 석유수지 등을 개발하여 상업화를 진행하고 있
다. 본고에서는 한화케미칼 중앙연구소가 개발한 기
술개발의 성과를 소개하고자 한다.
■ CPVC 제조 기술
한화케미칼은 국내 최초로 1967년부터 PVC를 생
산을 개시하였다. 하지만 PVC는 범용 제품인 관계
로 시황에 자유롭지 못한 단점을 가지고 있다. 특히
중국의 석탄 Base PVC 생산량이 다시 늘어나면 언제
든지 공급과잉이 빚어질 수 있는 상황이다. 이에 한
화케미칼은 고부가가치 제품인 염소화PVC(CPVC)를
개발 하였다. 한화케미칼은 CPVC를 생산하기 위한
주 원료인 염소와 PVC를 모두 보유하고 있기 때문
에, 이 원료들을 활용한 고부가가치 제품을 생산하
기 위한 최적의 사업 조건을 보유하고 있다.
CPVC는 PVC보다 염소 함량을 10%이상 높인 고
부가가치 제품이며, 이를 달성하기 위한 반응조건
및 중합기술은 고부가화 달성에 핵심적인 요소이다.
CPVC는 범용 PVC 대비 내열성과 내 화학성이 우수
하기 때문에, 소방용 배관, 온수용 배관, 산업용 특수
배관 등에 주로 사용된다.
국내에서는 소방용 스프링클러 배관에 주로 사용
되며, 기존 강철 배관 대비 내부식성이 우수하고, 시
공이 편리하며, 건축비를 절감할 수 있기 때문에 매
년 10% 이상의 고속 성장을 하고 있다.
한화케미칼은 2011년부터 약 5년간 염소화
PVC(CPVC)의 공정기술 개발에 집중하기 위하여, 연
구 초기부터 TFT를 구축하고, 1000번이 넘는 시행착
오 끝에 중합 및 공정기술을 모두 독자 개발하는데
성공하였다. 2016년 국가기술표준원은 국내 최초로
개발된 “PVC 개질 및 고효율 중성화 기법을 이용한
CPVC 신 공정 기술”에 신기술인증(NET)을 수여 하
였다. 수요업체의 현장 평가 결과, 개발된 제품의 성
능이 경쟁사 제품 대비 우수함이 확인되었다.
한화케미칼의 CPVC 개발은 전량 수입에 의존하
던 제품을 국산화할 수 있게 되었고, 2017년 상반기
초도양산 및 판매를 시작하며 인도 및 중동 온수용
배관 시장에 진출함으로써 글로벌 시장 진출에 박차
를 가하고 있다.
■ 친환경 가소제 기술
한화케미칼은 안전성과 가격 경쟁력을 갖춘 非프
탈레이트 가소제로 HCCFlex SP-390(DOTP)을 개발
하여 공급함으로써 보다 안전한 PVC 제품의 생산이
가능하였으나, 가공성 및 물성적 한계로 인하여 고
품질 및 내구성을 요구하는 제품에는 적용이 용이하
지 않았다. 이에 보다 우수한 안전성과 가공성 및 물
성을 겸비한 친환경 가소제의 개발을 추진하였다.
2009년부터 시작된 연구는 당사에서 생산하는
DOTP에 고온/고압의 수소를 첨가하여 개질 하는 추
그림 2. 소방용 제품 성능평가(좌) 및 온수용 제품 성능평가(우) 결과
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가 공정을 개발/적용함으로써 2012년 12월에 안전성
과 가공성을 획기적으로 높인 고기능성 친환경 가소
제 제품 개발에 성공하였다.
신규 친환경가소제는 국내외의 일반 가소제 및
친환경 가소제들과 성능을 비교한 결과 가소제가 가
져야 하는 상용성, 가소제 흡수성, 가소화 경도, 열
안정성, 내한성 등에서 매우 우수한 가공성 및 물성
을 보유하고 있음을 확인하였다. 뿐만 아니라, 신규
고기능성 친환경 가소제를 생산하기 위한 상업공정
은 다양한 설계 기술을 통해 폐수가 발생하지 않는
친환경 공정으로 구성하였다. 그 결과 2014년 국가
기술표준원은 “안전성과 환경 친환성이 우수한 친환
경 가소제 및 제조공정 개발”에 대하여 신기술인증
(NET)을 수여하였다.
현재 공정연구센터 친환경가소제 연구팀은 고압
수첨 생산 공정을 자체 설계할 수 있는 기술력을 확
보하였고, 이를 기반으로 국내 엔지니어링 및 설비
업체와 협력하여 친환경 가소제를 생산하기 위한 공
정 건설을 완료하여, 상업 생산에 돌입하였다.
■ DCPD 수첨석유수지 기술
석유수지는 나프타 분해에서 생성된 혼합물 중에
서 C5 및 C9으로 구성된 올레핀 성분을 분리하여 정
제하고, 이를 원료로 사용하여 열 또는 촉매 하에서
중합하여 제조한 고상의 열가소성 수지이다. 분자량
(Mw)은 300~3,000 수준으로 비교적 낮은 분자량에
속하는 수지이며, 제품을 구분하는 물성인 연화점
(Softening point)은 50~150℃까지 제품에 따라 다양
한 범위를 가진다.
석유수지는 우수한 점착 특성을 가지고 있어
SIS(Styrene isoprene styrene), SBS(Styrene butadiene
styrene), EVA(Ethylene vinyl acetate copolymer),
APAO(Amorphous poly alpha olefin) 등의 베이스 폴
리머에 혼합하여 점착 또는 접착제 제조를 위한 점
착 부여제(Tackifier)로 사용된다.
한화케미칼은 석유수지 중에서 위생용, 식품용
등의 고품질 및 안전성이 요구되는 고급 접착제 제
품에 적용할 수 있는 석유수지를 개발하여 상업화
를 추진하고 있다. 한화케미칼의 석유수지는 내열
및 내광, 냄새, 색상품질, 독성 등에서 일반적으로 석
유수지가 가지고 있는 취약한 품질 문제를 해결하기
위하여 고온 고압으로 수소를 첨가하여 안정화 처리
한 제품이다. 이를 통해 열안정성과 내후성이 우수
하고, 특히 안전성이 우수한 무색 무취의 고품질의
수지로 변환된다.
수첨석유수지는 무색, 무취, 안전성의 장점으로
인해 고급 위생용품 및 식품용의 점/접착제 용도로
많이 적용되며, 식품 및 위생용 제품의 세계적인 소
비 증가와 용제를 사용하지 않는 Hot-melt 접착제의
그림 3. 친환경가소제의 화학구조
표 1. 친환경 가소제의 제품 물성
Property Unit Value Test method
점도(25 °C) mPa·s 50~55 ASTM D445
색상 APHA 30 max JIS K-6751
휘발분 Weight % 0.1max JIS K-6751
그림 4. 한화케미칼 수첨 석유 수지
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환경적인 장점으로 인해 자동차, 전자, 생활용품 부
문을 중심으로 매년 시장이 확대되고 있다.
당사는 석유수지 제조 및 공정 기술을 자체 기술
로 개발하고, 여수 국가산업단지 내에 연산 5만t 규
모의 공장 건설에 착수하여 2019년부터 석유수지를
양산할 예정이다.
■ 맺음말
한화케미칼은 대한민국의 대표적인 석유화학 기
업으로, 고부가 제품의 원천기술 개발을 통한 화학
산업의 발전을 이끌어 나가고 있다. 더 나아가 성장
잠재력이 강한 차세대 유화 신사업을 발굴하고 지속
적으로 개발하여, 새로운 가치를 창출하기 위한 선
도적 핵심기술을 확보하기 위하여 꾸준한 연구를 지
속하고 있다.
또한, 글로벌 시장에서 선도적인 지위를 유지하
기 위해 중앙연구소는 독자적인 개발과 더불어 우수
연구기관들과의 긴밀한 공동개발을 함께 추진하고
있다. 한화케미칼 중앙연구소는 앞으로도 미래를 앞
서가는 기술개발로 인류의 풍요로운 내일을 만들기
위해 노력할 것이다.