정전분산 고분자 - GIFT (글로벌 미래동향 지식 시스템)gift.kisti.re.kr/data/IAC/files/KISTI_200611_ESD polymer.pdf · 2008-11-18 · ESD POLYMER 07 Technology Commercialization

한국과학기술정보연구원

BA 557

2006 TCI Report(Technology Commercialization Intelligence Report)

정전분산 고분자ESD(ElectroStatic Dissipitation) Polymer

박창걸․노현숙

TCI Report는 혁신형 중소기업 정보분석 지원사업의 일환으로 작성된 보고서로서, 중소기업형 유망 아이템에 대한 심층 분석을 통해 혁신형 중소기업들의 기술사업 기회를 극대화 하는데 목적이 있다. 기술의 사업화를 중심으로 구성된 TCI Report는 KISTI 연구원들이 해당 기술 분야에 대해 전문가들의 자문과 실사를 바탕으로 분석하였다. 기술 및 시장의 개요, 수요자 니즈⋅환경⋅기술적 측면에서의 사업화 환경분석, 체계화되고 계량화된 시장구조 분석을 통해 객관적이고 현실적인 수요전망을 수행하였고, 이를 근거로 혁신형 중소기업에 사업화 기회를 제시하고자 하였다.

2006 TCI Report ⋅지능형 서비스 로봇

⋅DNA칩

⋅디지털 저작권 관리(DRM)

⋅평판디스플레이 요소장비-LCD장비

⋅무선네트워킹 연동 S/W 플랫폼

⋅반도체칩 적층용 die attach adhesive film

⋅은분말

⋅단백질칩

⋅정전분산 고분자

⋅UHF RFID

⋅스마트 센싱엔진

⋅인공관절

⋅스킨케어 하이드로젤 마스크

⋅홈네트워크 인증/접근권한 제어

⋅차세대 디지털 컨버전스 플랫폼

머｜리｜글최근 들어 정부는 산업구조 개선의 일환으로 중소기업을 혁신주도형 기업으로 바꾸

기 위해 노력하고 있습니다. 이를 위해 2005년말 현재 3,300여개에 불과한 혁신형 중소기업의 수를 크게 증가시킬 계획으로 있습니다.

정부의 계획이 성공적으로 이행되기 위해서는 중소기업의 발빠른 사업구조 개선이 요구되며, 현재 수행하고 있는 사업과 관련성이 있으면서도 미래 성장 잠재력이 높은 사업을 발굴하고 추진할 필요가 있습니다.

패러다임의 변화에 능동적으로 대처하기 위하여 한국과학기술정보연구원(KISTI)은 정부육성품목과 수입대체효과가 높은 품목 가운데 중소기업이 관심을 가져야 할 과학·기술(아이템)에 대한 정보를 심층 분석하여 제공함으로써 중소기업으로 하여금 새로운 사업기회를 찾을 수 있도록 지원하고 있습니다.

이러한 사업의 일환으로 출간하는 UHF RFID는 정보통신부의 「IT839 전략」의 8대 신규서비스의 하나로 추진되고 있는 RFID 활용서비스 가운데 최근 들어 그 비중이 확대되고 있는 주파수 대역으로서 향후 지속적인 시장의 성장이 예상되고 있습니다. 따라서 각계의 기술개발 노력과 국가 차원에서의 기술개발 지원을 통해 현재의 기술력을 한 단계 뛰어넘어야 할 것입니다.

본 보고서는 사업화 환경분석, 시장구조 분석 및 사업화 기회분석을 통해 UHF RFID에 대한 체계적이고 심도 있는 분석정보를 제공하고자 노력하였으며, 본 연구의 결과가 UHF RFID 관련 중소기업의 신규사업 기회 탐색에 작으나마 도움이 되었으면 합니다.

끝으로 본 보고서는 박창걸, 노현숙 선임연구원이 집필한 것으로 노고에 깊이 감사드리며, 본 보고서에 수록된 내용은 연구자 개인의 의견으로서 한국과학기술정보연구원의 공식의견이 아님을 밝혀두고자 합니다.

2006년 9월

한국과학기술정보연구원원 장 양 병 태

Table of Contents01 개 요

03 1. 기술의 개요11 2. 시장의 개요

19 사업화 환경 분석21 1. 수요 요인24 2. 환경 요인26 3. 기술 요인

41 시장 구조 분석41 1. 시장현황분석43 2. 시장구조분석61 3. 수요예측

65 사업화 기회 분석69 1. 시장기회의 전제조건74 2. 시장기회의 탐색80 3. 시장진출전략92 4. 종합검토의견94 참고문헌

｜표 목차｜<표 I-1> ESD 고분자의 종류 및 특징 5<표 I-2> ESD 고분자의 구성 6<표 I-3> ESD 고분자의 핵심요소기술 8<표 I-4> 대전방지의 유형 12<표 I-5> ESD 수지와 어플리케이션 16<표 I-6> 충전제별 특성 17<표 II-1> 전기/전자분야의 선정품목 24<표 II-2> ESD 고분자의 시장요구 성능지표 27<표 II-3> 카본블랙, 탄소섬유, CNT ESD 고분자의 성능지

표 비교 32<표 III-1> ESD 고분자 생산업체 50<표 III-2> ESD 고분자 관련업체 51<표 III-3> LG 화학 ESD 고분자 제품별 주요용도 59<표 IV-1> ESD 고분자 충전제 간의 가격경쟁력 비교 70<표 IV-2> CNT ESD 고분자 생산을 위한 전략적 제휴

Matrix와 중소기업의 성장목표 93

｜그림 목차｜<그림 I-1> ESD 고분자의 구조 개념도 4<그림 I-2> ESD 고분자의 제조공정 흐름도 9<그림 I-3> ESD 플라스틱 관련 시장의 범위 12<그림 I-4> 플라스틱 컴파운드 생산유형 13<그림 I-5> 일상생활에서의 정전기 방지 어플리케이션 14<그림 I-6> ESD 고분자 제조공정 16<그림 I-7> ESD 고분자의 어플리케이션 Catagory 17<그림 II-1> ESD 고분자의 기술개발 방향 30<그림 II-2> ESD 고분자 충전제에 따른 percolation threshold 비교 32<그림 II-3> 응용영역에 따른 ESD 고분자 충전재의 전개방 향 34<그림 II-4> CNT ESD 고분자 상용화의 장벽 36<그림 III-1> 세계 ESD 고분자와 최종재 시장규모 41<그림 III-2> 세계 ESD 사용분야별 최종제 시장규모 42<그림 III-3> ESD 수요비중 43<그림 III-4> 세계 ESD 컴파운드 시장점유율 44<그림 III-5> ESD 고분자 수지별 사용현황 44<그림 III-6> ESD 고분자 전도성 충전제 사용비중 45<그림 III-7> 세계 ESD 컴파운드 시장 점유율 17<그림 III-8> 세계 ESD 고분자와 최종재 시장규모 41<그림 III-9> 세계 ESD 사용분야별 최종제 시장규모 42<그림 III-10> ESD 수요비중 43<그림 III-11> 세계 ESD 컴파운드 시장점유율 44<그림 III-12> ESD 고분자 수지별 사용현황 44<그림 III-13> ESD 고분자 전도성 충전제 사용비중 45

<그림 I-1> ESD 고분자의 구조 개념도 4<그림 I-2> ESD 고분자의 제조공정 흐름도 9<그림 I-3> ESD 플라스틱 관련 시장의 범위 12<그림 I-4> 플라스틱 컴파운드 생산유형 13<그림 I-5> 일상생활에서의 정전기 방지 어플리케이션 14<그림 I-6> ESD 고분자 제조공정 16<그림 I-7> ESD 고분자의 어플리케이션 Catagory 17<그림 II-1> ESD 고분자의 기술개발 방향 30<그림 II-2> ESD 고분자 충전제에 따른 percolation threshold 비교 32<그림 II-3> 응용영역에 따른 ESD 고분자 충전재의 전개방 향 34<그림 II-4> CNT ESD 고분자 상용화의 장벽 36<그림 III-1> 세계 ESD 고분자와 최종재 시장규모 41<그림 III-2> 세계 ESD 사용분야별 최종제 시장규모 42<그림 III-3> ESD 수요비중 43<그림 III-4> 세계 ESD 컴파운드 시장점유율 44<그림 III-5> ESD 고분자 수지별 사용현황 44<그림 III-6> ESD 고분자 전도성 충전제 사용비중 45<그림 III-7> 세계 ESD 컴파운드 시장 점유율 17<그림 III-8> 세계 ESD 고분자와 최종재 시장규모 41<그림 III-9> 세계 ESD 사용분야별 최종제 시장규모 42<그림 III-10> ESD 수요비중 43<그림 III-11> 세계 ESD 컴파운드 시장점유율 44<그림 III-12> ESD 고분자 수지별 사용현황 44<그림 III-13> ESD 고분자 전도성 충전제 사용비중 45

I개요ESD POLYMER Section 01

∙기술의 개요∙시장의 개요

정 분산(ESD) 고분자

는 카본블랙, 탄소섬유,

카본나노튜 등의

도성 첨가제가 고분자

매트릭스 내에 분산되

어 고분자의 특성을 유

지하면서도 정 기 방

사 능력을 가진 기

도성 고분자 재료임.

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Technology Commercialization Intelligence Report

1. 기술의 개요가. ESD(정전분산) 고분자의 정의 및 특징

고분자는 경량성, 다양한 성형성, 내약품성 등이 우수한 특성과 착색이 용이하고 아름다운 외관을 가지고 있어 포장재료, 건축재료, 전기 기기 하우징, 가정용 잡화, 자동차 내장 부품 등에 폭넓게 쓰이고 있다. 그러나 고분자는 금속과는 달리 전기 절연성이므로, 마찰 등에 의해 생긴 정전기를 장시간 축적하는 성질을 가지고 있어, 대전된 정전기에 의한 방전, 흡인, 반발로 여러 장해를 야기할 수 있다. 고분자의 정전기 장해를 방지하기 위해서는 발생 전하를 제거, 중화, 누설시키는 정전기 분산 또는 방사가 필수적으로 요구된다.

ESD(Electrostatic Dissipation, 정전분산) 고분자는 카본블랙, 탄소섬유, 탄소나노튜브(CNT : Carbon Nanotube) 등과 같은 전도성 첨가재가 고분자 매트릭스에 고르게 분산되어, 내열성 및 내화학성과 같은 고유의 성질을 유지하면서도, 뛰어난 정전기 방사 능력을 보유한 전기전도성 고분자 소재이다.

ESD 고분자는 104-10Ohm./sq 정도의 표면저항을 갖고 있어, 마찰시 정전기의 발생을 방지하는 수준을 넘어, 외부에서 대전된 물체를 접촉하였을 때에도, 스파크 없이 정전기를 방사(dissipation)하는 정전분산 기능을 가지고 있다.

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<그림 I-1> ESD 고분자의 구조 개념도

(a) 탄소섬유가 첨가된 전도성 복합체의 광학사진

(b) CNT가 첨가된 전도성 복합체의 TEM 사진

정전기로 인한 불꽃은 전자기기에 치명적인 손상을 입히거나 폭발까지 야기할 수 있으므로, ESD 고분자는 정전기 발생 방지가 필수적인 반도체 공정부품, 이송용 부품, 고용량 디스크 드라이브, 정전기 분산 가전제품, shielding 부품, 유류저장탱크, 차량용 부품 등의 소재로 사용되고 있다.

나. ESD 고분자의 종류

전도성을 갖고 있는 전도성 고분자 복합체의 경우, 표면저항의 범위에 따라 전자기 차폐 고분자, ESD(정전분산) 고분자, 대전 방지(Antistatic) 고분자

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로 구분된다. ESD 고분자는 104～1010Ω/sq 정도의 표면저항을 가진 전도성 고분자로써,

표면저항의 범위에 따라 정전 전도성(Static Conductive)과 정전 분산성(Static Dissipative) 고분자로 구분된다. 정전 전도성 고분자의 이상적인 저항치는 106Ω/sq 정도이며, 정전 분산성 고분자는 약 108Ω/sq 정도의 표면저항이 요구된다.

<표 I-1> ESD 고분자의 종류 및 특징 전도성 고분자 복합체

Antistatic고분자

ESD(Electrostatic Dissipation) 고분자 EMI/RF 고분자

Static dissipativepolymer

Static conductive polymer

전자기 차폐(EMI/RF shielding)

대표 표면저항 1011-12 Ω/sq 108 Ω/sq 106 Ω/sq 102 Ω/sq

주요응용영역

바닥재의류 전자제품 전자제품, 차량 전자제품

고분자 20 종 정도의 고분자 수지

10 종 정도의 고분자 수지



충전제

각종 단분자성

대전방지제(계면활성제),

카본블랙

고유정전분산 고분자

카본블랙, 탄소섬유

CNT

카본블랙, 탄소섬유,

CNT금속코팅탄소섬유

금속섬유, 금속입자

카본블랙, 탄소섬유

CNT금속코팅탄소섬유

금속섬유, 금속입자

Ref. BCC. INC., The Maturing ESD Market : Challenges and Opportunities for the Future", 2005.

실질적으로 ESD 응용 분야에서는 정전 분산성(Static dissipative) 고분자에 부합되는 약 108Ω/sq 정도의 저항치를 만족시키면 충분하지만, 실제 공정

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에서는 표면저항의 규격을 정확히 맞추기 힘들기 때문에 대부분의 경우, Over spec의 정전 전도성 고분자가 정전 분산성 고분자를 대신해서 사용되고 있다. 전도성이 높은 104-6Ω/sq 범위의 정전 전도성 고분자의 경우, 고전도성으로 인해 정전분산성능 뿐만 아니라 전자기 차폐 기능도 갖고 있어, 범용의 전자기 차폐 분야에서도 활용이 가능하다.

다. ESD 고분자의 구성

ESD 고분자는 내열성 및 내화학성이 우수한 고분자와 고분자 매트릭스내에 분산되는 전도성 충전제(Filler)로 구성된다.

<표 I-2> ESD 고분자의 구성고분자 재료 전도성 충전제(Filler)

ESD 고분자․ ABS계 화학소재․ 엔지니어링 고분자․ 열가소성 고분자(폴리이미드)․ 내화학성이 강한 ester계 (PBT, PC)

․ 카본블랙, ․ 탄소섬유,․ 금속섬유, ․ 고유전도성고분자․ 탄소나노튜브 MW(Mult-walled: 다층벽) CNT SW(Single-walled: 단일벽) CNT

▷ 고분자 재료

ESD 고분자로는 내열성 및 내화학성이 우수할 뿐더러 높은 충격강도 및 뛰어난 성형성을 가지는 고분자들이 요구되어지므로, 전자기기 하우징 및 전자부품용 소재로 이용되는 ABS계 고분자, 반도체 및 디스플레이 부품용 엔

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지니어링 고분자 소재 등이 활용되고 있다. 그 외 폴리이미드 등 내열성, 내마모성, 성형성이 뛰어난 열가소성 고분자

및 폴리카보네이트(PC), 폴리부틸테레부탈레이트(PBT) 등 내화학성이 우수한 ester계 고분자들도 ESD 고분자로 활용되고 있다. 최근에는 PET 등 저가의 범용 고분자를 high-end 분야에서의 ESD 고분자로 활용하려는 시도도 진행되고 있다.

일본의 Mitsui Chemicals에서는 내열성, 내마모성, 성형성 등에 매우 뛰어난 특성을 가진 고성능 플라스틱인 폴리이미드를 원료로 활용, CNT가 충전된 폴리이미드 ESD 고분자를 개발하였다. 또한 이들은 MWCNT를 사용하여 PEEK, PPS, PC, PET, PBT, Epoxy, PU, Silicone 등 상용화된 범용수지를 CNT ESD용 고분자 수지로 활용하려는 연구를 진행 중이다.

미국의 CNI는 3P(Performance Plastics Products)와 기술제휴를 통해 PVF, PVDF, PTFE, PPS 등과 같은 고분자와의 컴파운딩을 포함해서 최종제품까지 관심을 가지고 공동개발을 하고 있다. 또한 CNI는 유럽의 SABIC-Europe과 공동기술협력을 하고 있으며 대상 고분자는 HMW-HDPE 이다.

▷ 전도성 충전제(Filler)

ESD의 전도성 충전제로는 소량의 첨가만으로도 고분자가 정전분산 성능을 발현할 수 있도록, 특정 표면저항을 부여할 수 있을 뿐만 아니라, 첨가로 인한 고분자 소재의 충격강도 및 성형성을 저하시키지 않을 전도성 소재가 요구된다.

이에 따라 높은 전기전도성을 갖는 카본블랙, 탄소섬유, 금속섬유, 고유정전분산 고분자(Inherently static dissipative polymer) 등이 전도성 충전 재

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료로 활용되어 왔다. 그러나, 이들은 슬러깅 현상 및 분진 발생으로 이용이 제한적이며, 소재의 충격강도 저하 및 낮은 성형성 등 문제점을 가지고 있어 시장 확장에 한계가 있다.

따라서, 최근에는 high-end 시장에 대한 대안으로써, 높은 전도성으로 소량의 첨가만으로도 정전분산 성능을 부여할 수 있는 신소재인, MWCNT (Multi-Wall Carbon NanoTube : 다층벽 탄소나노튜브), SWCNT (Single- Wall Carbon NanoTube : 단일벽 탄소나노튜브) 등의 탄소나노튜브(CNT)를 전도성 충전제로 활용하는 정전 분산 고분자에 대한 기술 개발도 시도되고 있다. 라. ESD 고분자의 요소기술

ESD 고분자는, 전기전자제품의 용도별로 요구되는 표면저항을 정확히 구현할 수 있어야 하며, 이를 위해서는 전도성 첨가제의 선택과 고분자 메트릭스내 분산기술이 중요하다.

ESD 고분자의 개발에 필요한 요소기술 및 제품에의 기여도는 아래와 같다.

<표 I-3> ESD 고분자의 핵심요소기술요소기술 제품에의 기여도(%)

ESD 고분자전도성 입자 제조기술 및 표면처리 기술 40전도성 물질의 분산․안정화 기술 30고분자 컴파운딩 및 제품성형기술 30

자료: 한국과학기술정보연구원, 중소기업청, 기술혁신전략과제 발굴 기술수요조사, 2005. 12.

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ESD 고분자의 경우, 충전제의 종류에 관계없이 요소기술의 구성은 동일하나, 충전제의 종류에 따라 성능뿐 만 아니라 기술적인 장벽 및 이슈가 크게 달라진다. 현재 가장 널리 응용되고 있는 카본블랙 및 탄소섬유의 경우 오일퍼니스법(Oil Furnace), PAN계 탄소섬유제조법 등 규격화된 대량생산 방법을 통해 경쟁력 있는 가격의 충전제가 제조되고 있다. 또한 이들 충전제는 twin screw extrusion, 전단력, 교반, 초음파 등의 기계적인 방법을 통해 마이크로 수준으로 균일하게 분산되며, 일반 고분자의 성형방법인 injection molding과 thermoforming 방법을 이용해 고분자 컴파운딩 및 제품성형이 이루어지고 있다. 이들 방법은 공정의 단순화, 처리속도 등의 장점으로 인해 고분자 합성에 널리 활용되고 있으며, 카본 블랙 및 탄소섬유를 활용하는 ESD 고분자도 공정 기술상의 제한요인은 거의 없다.

<그림 I-2> ESD 고분자의 제조공정 기술 흐름도

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다만, 전도성 충전제인 카본블랙, 탄소섬유는 슬러깅 현상 및 분진 발생으로 이용이 제한적이며, 낮은 전도성으로 인해 원하는 표면저항을 얻기 위해서는 과도한 량의 첨가가 요구된다. 과도한 전도성 충전제의 첨가는 압출 공정 중 extruder를 손상시키는 문제를 일으킬 뿐만 아니라, 고분자의 성형성, 기계적 강도 등을 저하시켜, 최종 고분자 복합체의 성능을 저하시키는 주요 원인이 되고 있다. 따라서 기존의 전도성 첨가제를 사용하는 ESD 고분자의 경우 공정 기술이 아닌 소재특성으로 인해, 성능적인 한계를 극복하기가 어려워, 새로운 고성능 소재에 대한 모색이 활발히 이루어지고 있다.

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2. 시장의 개요

가. 시장의 범위

ESD(Electro Static Dissipation) 고분자는 대전방지 기능 뿐만 아니라 대전된 전하를 접촉하였을 때 정전기를 방사하는 정전분산 기능을 가진 고분자를 모두 포함하는 개념으로 사용된다.

일반적으로 플라스틱의 정전기 장해를 방지하기 위해 대전방지제를 이용하는데 아래와 같은 3가지 유형으로 구분된다.

1. 저분자형 대전방지제를 플라스틱 표면에 도포 또는 반죽해서 넣음. 2. 탄소계(carbon), 금속, 입자 및 고유 정전분산 고분자(Inherent

Static Dissipative Polymer) 등의 전도성 충전제(filler)를 고분자 수지에 분산시킴.

3. 재료의 분자 구조를 전도성 고분자로 함.

한편, 대전방지 및 정전분산을 위해서는 그 어플리케이션별에 따른 표면저항치 요구수준에 따라 계면활성제를 이용한 저분자 대전방지제와 전도성 충전제를 구분하여 사용한다. 즉, 표면고유저항이 낮을수록, 그리고 단순한 대전방지뿐 만 아니라 정전분산 기능까지, 필요에 따라 탄소계 및 고분자형 전도성 충전제를 사용하는 것이 일반적이다.

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시중에서 흔히 볼 수 있는 제품류들 중에서 ESD 성능을 필요로 하는 제품의 유형에는 경성 및 연성 포장재, 가구, 의류, 바닥재, 전자제품류 등이 있다. 이와 같이 매우 광범위한 분야에서 ESD 성능을 필요로 하나, 요구수준은 각기 다르다. 즉, 단순한 먼지방지수준에서 전도성 부여를 목적으로 하는 것까지 다양하다.

<표 I-4> 대전방지의 유형표면고유저항

(Ω) 대전현상 목적 기타

1013≤ 정전하(靜電荷)가 축적됨 절연(絶緣) 재료

1012~1013 대전됨 정적상태에서의 장해방지 먼지 방지

1010~1012 대전되지만 곧 감쇠 동적상태에서의 장해방지 필름, 섬유제조공정

108~109 대전되지 않음 대전방지, 정전분산 IC패키지

107~108 대전되지 않음 정전분산, 전도성 부여

정전기녹지용도전제靜電氣錄紙用導電濟

104~107 대전되지 않음 정전분산, 전도성 부여

축전방지, 전자기기보호, 클린룸용 바닥재

자료: http://cischem.com/

본 보고서는 충전제를 이용한 ESD 고분자로 정전 분산(Electrostatic dissipation)을 타깃으로 하는 어플리케이션을 주 대상 분야로 제한하고 있다.

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나. 시장의 특징

ESD 고분자는 일반적으로 컴파운드라 불리는 화학소재분야로 분류된다. 컴파운드는 고분자 원재료(Polymeric Raw Materials)에 사용목적에 적합한 다양한 종류의 첨가제(Additives)나 보강재(Reinforcing Mate- rials) 등을 첨가하여 압출, 사출 등의 성형가공이 가능한 중간제품을 의미한다. 분류상으로 ESD 고분자는 표준산업분류상 업종은 화합물 및 화학제품제조업 D24152 「합성수지 및 기타플라스틱 물질제조업」 분야와 관련이 있다.

<그림 I-3> ESD 플라스틱 관련 시장의 범위

ESD 고분자가 포함되는 고분자 컴파운드의 생산유형은 규모의 경제에 의한 대량생산 방식과 주문형 소량생산 방식이 공존한다.

고분자 컴파운드는 범용 고분자 수지에 첨가제 및 기능성 마스터 배치를 반응기에 투입하여 제품을 생산한다. 이 경우 적정규모 이상의 수요가 발생할 시에는 범용 고분자 원료(Resin)의 제조업체가 경쟁력을 발휘할 수 있다.

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그러나, 수요자의 다양한 요구와 컴파운드 제품의 세분화로 생산 Lot가 작은 경우에는 대규모 반응기로 경제성을 실현하기 어렵다. 따라서, 대규모(수요)의 컴파운드 제품은 대기업에서 생산하고 특화(틈새)시장에서는 제조 고정비 및 부대비용 증가로 중․소형업체가 임가공 생산 또는 독자 생산하는 것이 일반적인 생산방식이다,

<그림 I-4> 고분자 컴파운드 생산유형

국내 고분자 컴파운드 업체는 200~300개 업체로 추정되는데 그 중 대기업 20개 업체, 중형 컴파운드 업체 40개 업체 전후이며 그외에는 영세한 중소기업들이 차지하고 있다. 일반적으로 고분자 컴파운드 산업은 장치산업의 특성을 지니고 있어 규모의 경제 및 시설투자자금으로 50~100억원 규모의 투자가 필요하여 중소기업의 시장진입장벽으로 작용한다.

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따라서, 고분자 컴파운드 시장의 특징을 다음과 같이 정리할 수 있다.

■ 생산방식: 규모의 경제에 의한 대량생산방식 vs 주문형 생산방식■ 기업유형: 대기업형 vs 중소기업형■ 산업 PLC: 성숙산업 vs 초기 or 성장산업

다. 어플리케이션

일반인들의 정전기방지에 대한 관심은 1920년대 미국의 힌덴버그(Hindenberg) 수소연료 비행선의 정전기 스파크 원인에 의한 폭발사고 가 중요한 계기가 되었다. 그 이후 다양한 분야에서 정전기 방지 제품들이 출시되었고, 일반적인 생활재에서 부터 정전기에 의해 폭발이나 화재위험이 있는 작업장 등 어플리케이션이 다양하다.

<그림 I-5> 일상생활에서의 정전기 방지 어플리케이션

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(1) 수지(Resin)별 어플리케이션

일반적으로 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 포장재(Packaging), 가구(Furniture), Apparel(의류), 바닥재(Flooring) 등에서 일정 수준의 정전기방지 성능을 필요로 한다. 그 중 가장 광범위하게 채용되고 있는 분야는 포장부문(최종재 기준 37%)이다. 그러나, ESD를 제어하는 것이 매우 중요한 작업현장이외에는 그 효과가 제한적이어서 포괄적인 확대로 이어지기에는 한계가 있다.

ESD 고분자의 주요 수지(Resin)는 폴리카보네이트, UHMWPE, 고물성 수지류 (PEI, PEEK, PVDC, PES, PSO), 저가 수지류(PP, PS, Polyesters plus blends), 중가 수지류(Nylon, Acetal 등)가 있다. 그 중 PEI, PEEK, PVDC, PES, PSO 등 높은 물성의 수지들은 고온, 고성능이 필요한 분야에서 사용되고 있다.

<표 I-5> ESD수지와 어플리케이션수지(Resin) 어플리케이션

Polycarbonate ElectronicsUHMWPE Slides, chutes, storage linersPEI, PEEK, PVDC, PES,PSO

High-temperature, high-performance permanent part

PP, PS, Polyesters plus blends Packaging, some permanent parts

Nylon, Acetal Permanent parts, packaging합계

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(2) 충전제(Filler)별 어플리케이션

ESD 고분자는 수지(Resin) 및 첨가제와 충전제(Filler)의 혼합으로 생산된다.

<그림 I-6> ESD 고분자 제조 공정

ESD 고분자를 생산하는데 첨가되는 충전제에는 카본블랙(carbon black), 탄소섬유(carbon fiber), 고유 정전분산 고분자(Inherently static dissipative polymer), 기타 금속류들이 있다. 그 중 카본블랙, 탄소섬유가 가장 많이 사용되는 충전제들이다. 최근 나노기술의 발달과 더불어 CNT를 충전제로 사용하는 연구개발이 활발하나 아직까지는 높은 가격으로 사용에는 극히 제한적이다. 일반적으로 고가의 ESD 고분자 생산에 탄소섬유 나아가 CNT가 사용되고 있다.

<표 I-6> 충전제(filler) 별 특성카본블랙Carbon Balck

탄소섬유Chopped Carbon Fiber CNT요구 함량 Much Relative little Little가격 충 전 제 Low Middle High

정전분산 고분자 Low Middle High가격 대 성능비 낮은 성능 상대적 저가 비교적 고성능CB에 비해 고가 고성능높은 가격

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(2) 수지와 충전제의 조합(Combination)

현재 시판되고 있는 ESD 고분자의 주요 어플리케이션은 ESD 원재료와 제조공정에서 추가되는 충전제에 의해 크게 3개 형태로 구분할 수 있다. 즉, 범용수지에 카본블랙 또는 탄소섬유, 폴리카보네이트 등 중가 수지에 탄소섬유, 그리고 고가 수지와 탄소섬유의 조합 등이다.

<그림 I-7> ESD 고분자의 어플리케이션 Category

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II사업화 환경

분석ESD POLYMER Section 02

∙수요 요인∙환경 요인∙기술 요인

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고성능 신규 어 리

이션에 있어 ESD 수

요가 증가하면서 ESD

고분자 신소재 개발

연구가 으로 이

루어 지고 있음.

CNT ESD 고분자는

뛰어난 정 분산 특성

에도 불구하고 양산기

술, 분산기술 등의 부

족과 고가의 CNT로

인해 시장의 확 가

어려운 상황임.

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1. 수요요인(Needs) 사업화 환경분석은 정전분산 플라스틱 분야의 성장요인(Drivers)과 성

장저해요인(Restraints) 분석을 통하여 사업참여자(Players)가 현시장에서 직면한 문제점(Barriers to Commercialization)을 파악하고 기회창출의 가능성을 제시하는 데 목적이 있다. 환경분석은 수요자측면의 요인(Needs), 환경적측면의 요인(Environments), 기술적 측면의 요인(Technology)으로 구성하였다.

가. 성장 촉진 요인

최근 정전기로 인한 전기전자제품 및 가전산업에 미치는 피해가 전세계적으로 50억 달러에 이르며 매년 증가 추세에 있다. 일반적으로 전자부품은 2~3V 정전기에도 오작동이 발생되며, 가전 및 전자업계에서 추산하는 정전기 피해가 업체별 평균 생산 부품량의 8~33% 정도로 보고되어 있다.

절연물질인 플라스틱은 쉽게 정전기적으로 대전이 되며, 플라스틱 물질이 서로 마찰이 되면 특히 건조 분위기에서 쉽게 정전기가 축척된다. 이 정전기에서 발생하는 스파크가 생기면 민감한 전자 부품 및 소자의 파괴나 오작동을 가져온다. 이와 같은 이유로 정전분산 고분자는 전자산업, 특히, clean room flooring 및 IC Chip trays, carrier, IC shipping tubes, ESD shipping trays, wafer cassette holders 등의 반도체 관련 장비, 컴퓨터에서의 키보드, housings, tinder-desk pads,

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tinder-de나 pad, disk drive, electronic packaging, head shipping trays, tote boxes, handling equipment, bar code scanner 등의 많은 응용분야에 적용이 가능하다. 전반적인 어플리케이션분야의 성장세는 두드러지지 않으나 최근의 ESD 제어는 다양한 산업들에서 필수적인 요건이 되고 있으며, 기본적인 작업자들의 안전차원뿐만 아니라 제조원가의 절감차원에서 매우 중요하게 인식되고 있다. 세계적으로도 국가별로 ESD분야에 대한 중요성과 유망성을 인식하고 있다.

또한, 최근 고기능 전자 및 자동차 제품 등 고기능의 신규 어플리케이션을 중심으로 ESD 고분자에 대한 수요가 증대하고 있다.

그 중 하나가 고기능 disk drive head의 생산 및 취급과 관련되어 있다. Hard Disk Drive Head는 GMR(giant magnetoresistive effect)에 의존하며, 정전기 불꽃에 의해 쉽게 파괴될 수 있는 미세한 features로 구성되어 있다. 따라서 고기능 고속의 HDD에 적용되는 정전방지 고성능 ESD 고분자의 수요가 증대하고 있다.

자동차 연료라인에서도 ESD 고분자의 채용이 증가하고 있다. 연료시스템에서 연료의 급격한 흐름은 정전기를 내부에 축적시키며, 이는 연료시스템과 전자센서들에 손상을 일으킬 수 있어, 이를 방지할 수 있는 ESD 고분자에 대한 적용이 증가하고 있는 실정이다.

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나. 성장 저해 요인

ESD의 제어에 대한 필요성과 요구가 증대하고 있는 반면 제품생산라인과 작업현장에서 포괄적으로 광범위하게 적용되지 않을 경우 가시적인 효과를 보기 어려운 부분이 있다. 따라서 경영자 측면에서 ESD 소재의 채용 효율성과 경제성을 저울질하게 되며, 현재까지 매우 중요한 작업현장 이외 광범위한 채용에 대한 문제로 전반적인 시장확대에 걸림돌이 되고 있다. ESD 고분자의 충전제별 가격차이가 크고 특히 CNT의 높은 가격은 새로운 분야의 수요를 제한하는 요인으로 작용하고 있다.

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2. 환경요인(Environmental factors) 가. 성장 촉진 요인

산업자원부와 전국경제인연합회 공동으로 2005년 고부가가치의 경제성장에 필요한 핵심 부품소재 10대 전략품목1)을 발표하였다. 그 중 전기전자분야의 CNT 복합소재 품목내의 단위품목 중에 정전분산(ESD)플라스틱이 포함되어 있다.

<표 II-1> 전기/전자 분야의 선정품목부문 선정품목 단위부품소재

전기/전자

․투명 CNT 복합소재

․ 투명 전자파 차폐기능 외장재․ 고강도 경량 외장재․ 정 분산 (ESD) 라스틱

․LCD ․RF embedded 기판 ․근거리 무선통신 복합모듈 ․OLED 등 5개 품목

투명 CNT 복합소재의 선정사유로 다음의 사항을 들고 있다. ․ Carbon Nano Tube와 고분자 복합재료로 경량이면서도 강하고 정전기를 소산시키는 성질을 가짐․ Notebook PC, 휴대폰, TV 등 전기전자제품 외장재로 사용․ 기술선점 시 원가절감 30% 이상 가능

1) 10대 품목은 전기전자(5개), 자동차(3개), 기계(2개) 부문에서 각 부문의 생산규모 및 부가가치 비중을 감안하여 선정되었음.

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이에 따라 향후 5년간 정부와 기업이 미래 한국의 산업 경쟁력을 높이는데 필수적인 이들 10대 전략품목의 기술개발과 상용화에 공동으로노력하게 된다.

나. 성장 저해 요인

현재 탄소섬유나 카본블랙 위주의 전도성 충진제는 입자오염 문제로 인해 wafer carrier 등의 제품에 적용하는데 기술적으로 한계가 있으며 이미 유럽 등 선진국에서는 입자 오염문제로 인해 탄소섬유나 카본블랙 첨가제는 규제 대상으로 고시되어 있다.

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3. 기술요인(Technological Factors) 본 장에서는 ESD 고분자가 시장에 진출하기 위해서 요구되는 성능지표에 대해 정리하고, 시장요구 목표와 현재 시장에서 출시되고 있는 카본블랙, 탄소섬유, CNT계 ESD 고분자의 성능지표와 비교를 통해서 ESD 고분자의 기술개발 방향에 대해 살펴보았다. 또한, 향후 ESD 고분자의 성장을 견인할 것으로 예상되는 CNT ESD 고분자의 상용화 장벽과 함께, 시장성장과 관련한 기술적 촉진요인과 저해 요인에 대해 분석하였다.

가. ESD 고분자의 시장 요구 성능지표 및 기술개발 방향

ESD 고분자는 포장재, 바닥재 등의 범용제품에서부터 반도체 공정부품, 이송용 부품, 유류저장탱크, 고용량 디스크 드라이브 등의 High-end 제품으로까지 그 응용이 가능하다.

범용응용영역의 시장은 성숙기로 접어들어, 그 성장이 한계에 도달하였으나, 고성능 정전분산 기능을 필요로 하는 High-end 제품에서의 ESD 수요가 증대하면서 이에 부응할 수 있는 ESD 고분자 개발 연구는 현재 활발히 진행되고 있다.

범용제품에서는 단순한 대전방지 기능만을 요구되었으나 High-end 제품에서는 다양한 성능지표들이 요구되므로, ESD 고분자의 기술개발은 high-end용 제품 시장에서 요구하는 성능지표들을 만족시킬 수 있는 방향으로 진행되고 있다.

ESD 고분자의 시장 요구 성능 지표는 아래와 같다.

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<표 II-2> ESD 고분자의 시장요구 성능지표주요 성능 지표 개 념 요 건

Carbon contents(Loadings)

정전분산능력 발현에 필요한 표면저항을 갖기 위한 탄소 요구량

정전분산 능력을 발현하기 위해서는 표면저항 104～10 Ohm./sq가 요구되며, 이를 위해서는 전도성 충전제인 탄소계 입자의 첨가가 필요함. 과도한 충전제의 첨가는 고분자의 물성을 떨어뜨리고, 슬러깅 현상을 일으키는 등의 문제를 발생시켜 시장에서는 5wt.% 이하의 탄소함량을 요구함. 마이크로 수준의 혼합체에서는 카본블랙은 약 15-30wt.% 및 CNT는 약 5wt.%가 필요함. 분자수준의 복합소재를 형성할 경우에는 0.5wt.% 이하의 충전제 함량으로 정전분산능력을 발현할 수 있음.

Slugging

전기전도성을 나타내는 carbon black 등의 충전제가 소재의 표면에 흘러나오면서, 검은색이 묻어나오는 현상

정전분산 고분자를 구성하기 위해서는 분진발생 및 슬러깅이 zero에 가까워야 함.

Static Charge Decay(50%/sec)

대전된 정전하의 50%가 소산되는데 필요한 시간

< 0.005 sec정전분산소재는 마찰될 경우 정전기의 발생을 방지하는 수준을 넘어, 대전된 물체가 접촉하였을 경우에 스파크의 발생 없이 대전된 정전하를 짧은 시간내에 소산해야 함.

(1) Carbon Contents(Loadings)

범용 고분자는 대부분 절연성이기 때문에 원하는 정전분산성을 발현하기 위해서는, 응용분야별로 고유의 표면저항이 필요하며, 이를 위해서는 용도별로 적절한 종류 및 함량의 전도성 충전제를 첨가하는 것이 필요하다. 즉,

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어떤 종류의 충전제가 사용되어야 하며 어떤 방법으로 접근하여 고분자내에 분산시키는가가 최종 생산품의 정전분산력에 큰 영향을 주게 된다. 전도성 충전제의 양과 전도성과의 관계가 일반적인 선형관계가 아니기 때문에 제한된 표면저항 범위 내에서 목적 표면저항을 신뢰성 있게 구현하는 것이 쉽지 않다. 전도성 첨가제의 낮은 충 율은 ESD 고분자의 비용 감과 고분자 매트

릭스내 충 제의 분산능력을 향상시키기 해 필수 이다. 특히, 과도한 함

량의 첨가는 고분자의 성형성과 기계 강도를 하시키기 때문에 도성

충 제의 함량을 낮추는 것이 유리하다.

재 시장에서 요구되는 도성 충 제의 함량은 략 4～5wt.% 내외이

고, 분자수 의 분산이 가능할 경우에는 0.5wt% 정도이다. 이를 해 최소의

함량으로 목표 정 분산력의 발 을 가능하게 할 수 있는 충 제와 이것의

분산기술에 한 연구가 활발히 진행되고 있다.

(2) Slugging

ESD 고분자의 중요한 문제점의 하나는 고분자 표면에서 떨어져 나오는 충전제 입자이며, 이는 ESD 고분자를 이용하여 전기전자 디바이스 제조하는 과정 중 청정을 요구하는 응용분야에서 큰 문제가 될 수 있다. 이와 같은 slugging 현상은 전도성 물질이 얼마나 고분자 물질과 강하게 결합되어 있는가에 달려 있으며, 대기에 노출시 얼마나 구조적으로 안정된 결합력을 가지고 있는가가 중요한 관건이다. 탄소 충전제와 고분자와의 결합력은 화학적이기 보다 기계적인 물리적 결합에 가까우며, 외부 충격이 있을 때 탄소 충전제가 외부로 떨어져 나올 수 있다. 현재, 카본블랙이 가장 심하게 slugging 문제를 일으키며, 청정룸에서는 실제로 카본블랙은 사용 금지되

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고 있다. 특히, high end 제품의 응용에 있어서는 zero에 가까운 slugging이 요구되고 있으며, 이를 만족시킬 수 있는 전도성 충전제에 관한 연구도 활발히 진행되고 있다.

(3) Static Charge Decay

ESD 소재는 마찰될 경우 정전기의 발생방지 수준을 넘어, 대전된 물체가 접촉하였을 경우 스파크의 발생 없이 대전된 정전하를 소산시킬 수 있어야 하는데, 이를 위해서는 대전된 정전하의 50%가 소산되는데 필요한 시간(Static Charge Decay)이 0.005초 이하여야 한다. 0.005초 이하의 짧은 static charge decay를 가지기 위해서는 전 고분자에 걸친 균일한 표면저항이 요구되며, 따라서 고분자 표면내에서 전도성 충전제의 균일한 분산이 중요한 요건이라 할 수 있다. 이에 따라 전도성 충전제를 고분자 매트릭스내에 균일하게 분산시킬 수 있는 기술개발에 대한 연구가 진행되고 있다.

(4) 성형성 (Part performance)

전도성 충전제를 고분자 수지에 첨가하면 인장강도, 탄성계수, 열변형 온도 등 다양한 물성이 변화한다. 충전제가 함유된 성형제품의 경우 인장강도, 열전도성, 전기전도성, toughness 등 성능이 개선되지만, flexibility 및 신뢰성 등 물리적 성능을 저하시키기도 한다. 과다한 충전제의 첨가는 수지의 점도 등 성형성을 떨어뜨리므로, 대부분의 수지 공급자들은 순수한 수지 그 자체의 가공성을 확보하기 위해 가능한 한 전도성 충전제의 양을 최소화하기 위해 노력하고 있다. 모델에 기초한 고분자 성형체 설계 역시

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순수 수지에 집중되어 있고, 충전제가 포함된 고분자 설계의 경우에는 주로 실험식에 의존하고 있는 상황으로, 정전분산 성능을 충분히 발휘하면서도 순수 고분자 수지의 성형성 및 기계적 물성을 유지할 수 있는 ESD 고분자 개발 연구가 이루어지고 있다.

(5) 표면마감도

ESD 고분자를 활용하는 시장 중 고품질 자동차 및 전자제품의 외장용 고분자에서는 외장을 A급으로 처리하는 것이 최종 제품의 성능 및 가격에 중요한 요인이므로, ESD 고분자의 표면 마감도는 매우 중요하다 할 수 있다. 현재 활용되고 있는 ESD 고분자용 충전제 중, 탄소섬유는 긴 형상과 마이크로 수준의 크기로 인하여, 자동차 외장 표면에 쉽게 노출되어 표면을 거칠게 한다. 카본블랙의 경우도 표면처리 후에 입자가 외부표면으로 나오거나 떨어지면서 pit을 형성하게 되어 역시 표면을 거칠게 한다. 고품질 자동차 및 전자부품의 외장용 고분자에서는 class A finish의 표면마감 특성이 요구되며, 만족시킬 수 있는 충진제로는 CNT가 가장 유력하여, 고유한 영역을 차지할 수 있을 것으로 판단되고 있다.

(6) Cost of Fillers ESD 고분자는 그 용도에 따라서 시장가격이 크게 달라진다. 범용의 경우에는 저가의 충전제가 경쟁력을 가지는 반면, 가격보다는 고성능을 요구하는 fuel line, hard disc drive, clean room 등의 high-end 용 제품에서는 가격은 고가이나 고성능의 충전제가 경쟁력을 가진다. 그러나 향후

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high-end용 제품의 수요가 확대되기 위해서는 고성능 충전제의 저가격화가 필수적이며, 향후 기술개발은 저가의 대량생산기술 개발을 통해 고성능 충전제의 가격경쟁력을 확보하는 방향으로 진행되고 있다. 또한 , high-end용 제품에서도 고분자 수지로 고가의 엔지니어링 고분자 뿐만 아니라, PET 등 저가의 범용 고분자를 활용하려는 시도도 진행되고 있다.

<그림 II-1> ESD 고분자의 기술개발 방향

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나. 충전제에 따른 ESD 고분자의 성능지표 비교

상기에서 제시한 시장요구 성능 지표에 대한 카본블랙, 탄소섬유, CNT 정전분산 고분자의 실제 성능에 대해 비교해 보았다. 현재 활용되고 있는 카본블랙 및 탄소섬유 ESD 고분자의 경우 공정의 용이성, 낮은 가격으로 인해 범용의 용도로는 널리 활용되고 있다. 그러나, 표면의 slugging 현상, 목적 비표면 저항 획득의 어려움, 전도성 충전제의 과다 첨가로 인한 성형성, 기계적 강도 저하 등의 문제가 지적되고 있다. 따라서, 고성능의 정전분산 발현력과 함께 0에 가까운 slugging 특성, 뛰어난 표면마감특성이 요구되는 HDD, 클린룸, 자동차 연료 탱크 및 라인 등의 high end 제품 영역에서는 활용이 제한되고 있어, 시장성장의 한계로 작용하고 있다.

<표 II-3> 카본블랙, 탄소섬유, CNT ESD 고분자의 성능지표 비교카본블랙

Carbon Balck

탄소섬유Chopped

Carbon Fiber

CNT

탄소 요구 함량 25-35wt.% 15-20wt.% 2-5wt.%

슬러깅 PoorOften acceptable

Good

성형성

(Part Performance)Often degraded Variable

Little change from neat polymer

표면마감도 Acceptable Acceptable Good

성능low performance

Higher performance

Very high performance

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탄소섬유의 경우 카본블랙에 비해 비교적 우수한 성능으로 인해 IC 트레이, 프린터 페이퍼가이드, 노트북PC 하우징 등에는 활용되고 있으나, 더 높은 정전분산 성능 및 zero에 가까운 슬러깅 특성을 요구하는 자동차 연료 탱크 라인, 고성능 HDD, 클린룸 등의 영역에 있어서는 그 활용이 제한되고 있다. 카본블랙 및 탄소섬유계 ESD 고분자의 경우, 제조기술은 대부분 완성된 단계로, 기술력보다는 가격우위가 경쟁력 확보의 핵심 요인이 되고 있다. 즉, 기술상의 한계가 아니라 물질 상의 한계로 인해, 성능적인 한계를 극복하기가 어려우므로, 새로운 고성능 소재에 대한 모색이 활발히 이루어지고 있다.

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다. CNT ESD 고분자 <그림 II-2>에서와 같이 CNT의 경우 기존의 전도성 충전제에 비해 적은 양으로도 percolation threshold를 구현할 수 있어, CNT ESD 고분자는 기존의 대전방지재료에서는 불가능했던 표면저항, 즉 정전분산력을 발현할 수 있다.

<그림 II-2> ESD 고분자에서 충전제에 따른 percolation threshold 비교2)

또한, 유동성, 치수안전성이 뛰어나고, 발진 및 slugging이 거의 0에 가까울 뿐더러 내화학성 및 내열성이 있는 정전분산 고분자를 실현할 수 있으므로, 기존의 범용 정전분산 고분자를 대체할 뿐만 아니라 신규

2) ESD 고분자의 경우, 전도성 충전제의 함량이 증가함에 따라 표면저항이 점진적으로 감소하다가 어느 시점에서 S자 라인을 그리면서 급격히 감소하는데, 급격히 표면저항이 감소하는 시점에서의 충전제 첨가량을 Percolation Threshold라 한다.

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응용시장을 창출할 것으로 기대되고 있다.

ESD 고분자의 전도성 충전제로서의 CNT의 특성 - CNT는 전기전도도가 103～105S/cm로 기존 탄소계 충전제보다도 높고

입자가 미세하기 때문에 비교적 소량으로도 고전도성의 고분자소재 설계가 가능함(카본블랙의 1/4～1/5, 탄소섬유의 1/3～1/4로 동일수준의 전도성 부여가 가능

- CNT는 종횡비가 적어도 100-1000 이상으로, 수지에 분산되어 치밀한 네트워크 구조를 만들기 때문에 고전도성을 얻을 수 있음.

- CNT를 미세하고 치밀하게 수지에 분산시킬 경우, 수지성형품 표면으로부터의 CNT의 탈락과 발진성이 거의 보이지 않고 내마모성도 우수하며 Class A의 표면상태를 제공함.

- CNT-고분자 복합재료의 경우 리싸이클성이 우수함. 카본블랙등의 탄소계 충전제는 압출 및 성형처리를 반복함으로써 전도

구조의 파괴 및 탄소섬유의 파단에 의한 전도회로의 파괴 등으로 전도성과 물성의 열화가 보이는 경우가 있지만, 초미세 CNT에서는 이러한 현상들이 나타나지 않으므로 기계특성 뿐만 아니라 전도성 관점에서도 리싸이클성이 우수한 것으로 판단됨.

- CNT 복합소재는 Clean Room 등의 환경에서 분진발생이 zero에 가깝고 내화학성 및 내열성이 있는 정전분산 고분자를 실현할 수 있음.

따라서, ESD 고분자의 기술개발은 전도성 충전제를 기존의 카본블랙, 탄소섬유에서 CNT로 대체하는 방향으로 진행되고 있다.

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<그림 II-3> 응용영역에 따른 ESD 고분자 충전제의 전개 방향

다만, CNT ESD 고분자는 대량으로는 신뢰성 있는 제품을 얻는 데에 한계가 있어 실험실 규모로 제조되고 있을 뿐 연료탱크라인 등 일부분야를 제외하고는 아직 상용화가 이루어지지 않고 있다. 이를 상용화할 수 있는 기술 개발이 ESD 고분자에 있어 가장 시급한 과제라 할 수 있다.

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(가) CNT ESD 고분자의 기술적 촉진 요인

□ CNT 합성기술의 진

CNT 제조 기술에 한 연구는 90년 일본의 Iijima 박사가

기 방 법을 사용하여 CNT의 합성에 성공한 이래 일본 미국을

심으로 활발히 진행되어 왔다.

특히, CNT가 차세 기능성 소재로써 산업 반에 걸쳐 새로운 수요

를 창출할 것으로 기 됨에 따라, 각국에서는 CNT 합성 응용 기술

을 선 하기 해 경쟁 으로 지원책을 추진해 왔다.

이에 따라, 전기방전법(Arc-discharge Method), 레이저증착법(Laser Vaporization Method), 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced CVD), 열화학기상증착법(Thermal CVD), 기상합성법(Vapor Phase Growth), HiPCO(High-Pressure Co Conversion)법 등 고성능의 CNT를 신뢰성 있게 생산할 수 있는 다양한 합성 기술이 개발되었다. 이러한 CNT 합성기술의 진전은 CNT를 전도성 충전제로 활용하는 CNT ESD 고분자 시장의 확충에 긍정적인 요인으로 작용할 것이다.

(나) CNT ESD 고분자의 기술적 저해요인

CNT ESD 고분자는 다양한 장점에도 불구하고 원재료인 MWCNT 및 SWCNT의 고가격과 함께, 핵심요소기술인 CNT의 고분자 매트릭스내 분산 기술의 미흡으로 인해 시장 확대가 지연되고 있는 상황이다.

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<그림 II-2> 기존의 충전제 대비 CNT ESD 고분자의 문제점카본블랙

Carbon Black

탄소섬유Chopped Carbon

Fiber

CNT

고분자에의 분산용이성 Acceptable Goodcan be problematic

충 제 가격($/lb) $1-$2/lb $4-$5/lb $100/lb

<그림 II-3> CNT ESD 고분자 상용화의 장벽

□ CNT 대량생산기술 미흡

CNT ESD 고분자가 기존 ESD 고분자 대비 가격경쟁력을 갖기 위해서는 저가로 CNT를 대량 합성할 수 있는 기술의 확보가 선결되어야 한다. 나노 합성기술의 활성화에 따라 고성능의 CNT를 신뢰성 있게 생산

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할 수 있는 합성 기술이 다양하게 개발되었으나, 실험실 또는 pilot 규모 수준으로 저가에 CNT를 대량으로 합성할 수 있는 양산기술의 개발은 미흡한 실정이다. 특히 국내의 경우 화학증착법(CVD)를 이용한 CNT의 합성기술은 선진국과 대등한 수준으로 평가되지만 대량생산기술이 미흡한 상황이다.3) 선진국은 대량생산기술을 미리 확보하고 특허로 보호하고 있기 때문에 단순모방이나 변형만으로는 부족하고 경쟁력이 있는 대량합성 공정기술 개발이 요구되고 있다.

□ CNT 분산, 안정화 기술 미흡

CNT는 1-100nm 범위의 나노크기의 직경으로 최대 수십 cm 길이로 제조될 수 있으며, CNT 합성과정에서 개개의 CNT 입자 간 응집현상으로 인해 rope 혹은 응집체 형태로 존재한다. CNT의 응집현상은 기계적 강도와 전도특성을 향상 시킬 수 있는 3차원적 네트워크 구조형성을 방해하기 때문에 CNT가 고분자 매트릭스 내로 완벽히 분산되지 않아 충전제로서 나노튜브의 장점이 실현되고 있지 않은 실정이다. 특히, 고분자 매릭스와 나노튜브 계면 사이의 부착력이 부족하여 매트릭스에 발생한 외부부하를 나노튜브에 충분히 전달하지 못하여 성능 발현이 충분히 되지 않고 있다.

3) 생산 capa.의 비교를 비롯해서 CNT 생산단가 수준까지 고려할 경우 대량 생산기술은 세계수준의 60% 수준로 전문가들은 판단하고 있음(생산 capa. 국내 최고 수준 45톤/yr, 세계 수준 수백톤급 이상).

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고분자 매트릭스 내에 안정적으로 CNT를 분산시키는 기술로써, 초음파처리에 의한 CNT 절단, 산처리된 CNT의 외부표면에 기능화를 통한 정전기적 분산, 각종 용매, 계면활성제, 폴리머 물질을 이용한 분산 등 많은 방법이 기초수준으로부터 실제공정수준에 이르기까지 제시되고 있다. 그러나, 아직까지는 재연성과 신뢰성이 확보된 CNT 분산 공정기술의 개발이 미흡한 실정으로 이는 CNT ESD 고분자 시장의 성장을 저해하는 요소로 작용하고 있다. 더구나, 국내에서의 CNT 분산, 안정화 기술 개발은 저조한 편이며 세계적인 수준에 비해 낮은 기술수준을 보이고 있는 상황이다.4) 또한, CNT 생산기술 및 분산 기술이 상당부분 원천 특허에 의해 특허권리가 제한이 되어 있고, 더욱이 세계적인 선도그룹에서는 CNT 분산 기술에 있어 특허출원을 통한 기술보호보다 기업자체의 영업비밀이나 know-how 형태로 공개를 거의 하고 있지 않아, 후발업자의 입장에서 기술 도입이 용이하지가 않은 것도, 시장진입의 걸림돌로 작용하고 있다.

4) 전문가들에 의하면 국내 CNT 분산 기술은 세계수준의 50% 정도이며, ESD에 필요한 분산기술수준을 고려하면 70% 정도임.

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III시장 구조


∙ 시장 현황 분석 ∙ 시장 구조 분석∙ 수요 예측

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ESD 고분자는 PLC(Pro

duct Life Cycle)상 성숙

시장에 해당되며 포장

(Packaging)부문이 여

히 가장 큰 어 리 이

션 역이 될 것으로

보이는 가운데 이 분야

에서의 신규 어 리

이션과 신기술의 등장

이 성장동력이 될 것으

로 단됨.

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1. 시장현황분석 가. 국내외 시장규모

(1) 세계 시장규모

ESD 고분자가 사용되는 최종제품에 해당하는 ESD 성형제품의 세계시장규모는 2004년 기준 6.77억 달러 수준이었다. 한편, 세계 ESD 고분자 시장은 2004년 기준 전년 대비 4.5% 성장한 2.40억달러 규모이었다.

<그림 III-1> 세계 ESD 고분자와 최종재 시장규모

ESDpolymer 240.1

676.9

220.0

596.7

-

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1,000

2003년 2004년

Finishes goods

(단위

:백만

달러

)

자료: The Maturing ESD market: Challenges and Opportunities For the Future, BCC, 2004.

ESD 고분자는 포장(Packaging), 가구(Furniture), 의류(Apparel), 바

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닥재(Flooring) 등의 분야에서 사용되고 있다. 그중 특히, 포장부문에서 최종제품 기준으로 전체 용도의 37% 수준으로 가장 사용규모가 크다. 분야별 성장추이는 전반적으로 완만하지만 최근의 ESD 제어에 대한 필요성이 증가하고 있다. 이는 작업자들의 안전차원뿐만 아니라 제조원가의 절감차원에서 ESD제어에 대한 중요성을 인식하고 있기 때문이다. 특히, IC칩 등 전자부품의 소형화로 ESD에 의한 불량발생 등 잠재적인 위험은 더욱 증가하고 있어 ESD 방지시설이나 설비에 대한 관심이 높다. 그러나, 제한적인 부문의 사용으로 실제 효과를 반감시켜 적극적인 확대에 대한 의사결정을 유보하게 하는 경향이 있다.

<그림 III-2> 세계 ESD 사용분야별 최종재 시장규모 (단위:백만달러)

자료: The Maturing ESD market: Challenges and Opportunities For the Future, BCC, 2004. 재구성

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ESD 고분자의 세계시장규모는 2004년 기준 240.1백만 달러로 추정되며, 정전 전도성(Static conductive) 고분자와 정전 분산성(Static dissipative) 고분자가 각각 80 : 20 수준의 비중으로 추정되고 있다5)

· <그림 III-3> ESD 수요비중

Static dissipative20.0%

Staticconductive

80.0%

자료: The Maturing ESD market: Challenges and Opportunities For the Future, BCC, 2004.세계 주요 ESD 고분자 생산업체로는 G.E Plastic, RTP, 유원컴텍,

Denka, Sumitomo 등이 있다. <그림 III-4> 세계 ESD 컴파운드 시장점유율

G.E Plastic23%

DENKA17%

RTP23%

SUMITOMO9% 기타

7%

㈜유원컴텍21%

자료: KISTI

2) 실질적으로 ESD 응용 분야에서는 정전 분산성(static dissipative) 고분자에 부합되는 약 108Ω/sq 정도의 저항치를 만족시키면 충분하지만, 실제 공정에서는 표면저항의 규격을 정확히 맞추기 힘들기 때문에 대부분의 경우, Over spec의 정전 전도성(static conductive) 고분자가 정전 분산성 고분자를 대신해서 사용되고 있다.

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수지(Resin)타입별 ESD 고분자 수요는 2003년 기준 전체 50백만 파운드(약 22,730톤)중 폴리프로필렌, 폴리스타이렌 등 저가 수지와 폴리카보네이트가 74%로 주종을 이루었다. 그 중에서도 단일 수지로는 폴리카보네이트가 주종이며 전자컴퍼넌트(Electronic components) 대부분에서 사용되고 있다.

<그림 III-5> ESD 고분자 수지별 사용현황(2003년 기준)

(단위:milions of pounds)

Polycarbonate,12.5, 25%

UHMWPE, 3.5,7%

OEI,PEEK etc,1.5, 3%PP,styrene, etc,

24.5, 49%

nylon,acetal etc,8, 16%


ESD 고분자를 생산하는데 투입하는 전도성 충전제로는 카본블랙, 탄소섬유, 고유 정전분산 고분자(Inherently dissipative polymer), 기타 금속류들이 있다. 그 중 카본블랙, 탄소섬유가 가장 널리 사용된다.

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<그림 III-6> ESD 고분자 전도성 충전제 사용 비중

carbon fiber22.7%

carbon black66.7%

Inherently staticdissipative polymers

10.5%

stainless steel0.1%


(2) 국내 시장규모

국내 전도성 고분자 시장규모는 대전 방지 및 전자파 차폐 분야에서 2001년 기준 100억원, 2005년 기준 1,200억원 규모6)로 추정된다.

특히, 본 보고서의 조사범위에 근접한 고기능 ESD 고분자 국내수요는 600억원 규모로 400~500톤 수준으로 IC 트레이, 프린터 페이퍼가이드, 노트북PC 하우징 분야 등에서 사용되고 있다.

그중 IC 트레이가 주요용도이며 유원컴텍과 KOSTAT가 국내수요의 90%이상을 점유하고 있다. 일부 LG화학과 제일모직 등에서 생산하고 있으나, 시장에서의 비중은 그리 높지 않아 10%미만(10억 미만)의 비중을 차지하고 있다.

6) www.nanotech.re.kr

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<그림 III-7> 국내 ESD 고분자 업체별 시장점유율 (2005년 기준)

KOSTAT20%

기 타< 10%

YOO W ON COM -TECH70%

자료: KISTI

생산타입은 주로 PPE(Polyphenylene ether), PES(Polyether Sulfone), PSU(Polysulfone)를 기본수지로 하고 탄소섬유를 충전제7)로 하고 있다. 반면 LG화학의 경우 PC(Polycarbonate)에 탄소섬유를 첨가하는 제조방식8)을 취하고 있다.

7) [PPE, PES, PSU] + CF + additives8) [PC] + CF + additives

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2. 시장구조 분석 가. 산업구조분석

ESD 고분자(B)를 둘러싼 산업구조는 전도성 재료 및 고분자 수지를 공급하는 산업(A), ESD 고분자를 생산하기 위한 첨가제 등을 조달하는 분야(C)를 후방 및 관련산업분야로 하며, ESD 고분자를 이용하여 성형, 패키징하는 분야(D), 마지막으로 최종 전자제품, 자동차 등에 장착하는 분야를(E) 전방산업으로 하고 있다.

<그림 III-8> ESD 고분자 산업구조

본 보고서에서는 M. Porter의 산업분석 모델에 기반하여 ① 기존 경쟁사들 사이의 경쟁정도(rivalry), ②잠재적 진입자의 위협(threat of potential entrants), ③ 대체재의 위협(threat of substitute products or services),

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④ 공급자들의 협상력(bargaining power of suppliers), ⑤ 구매자들의 협상력(bargaining power of buyers) 등의 변수를 주요 분석 축으로 삼아 ESD 폴리머 산업의 구조를 분석하였다. 또한, 국내외 주요 ESD 고분자 업체들을 살펴봄으로써, 세계 ESD 고분자 업계 현황 및 동향을 제시하였다.

(1) 기존 경쟁사들 사이의 경쟁정도(rivalry)

국내 ESD 고분자를 생산하는 업체는 유원컴텍, KOSTAT, LG화학, 제일모직 등이 있다. 특히 유원컴텍은 반도체 관련 소재 산업에 이용되는, PPO, PES, PSU를 주원료로 전도성 컴파운드의 국내 시장에서 약 70%를 점유하고 있다.

<표 III-1> ESD 고분자 생산업체

업체 구분 업체수 주요업체

생산업체 4-5 제일모직, 엘지화학, 유원컴텍 등 (기존 탄소섬유 첨가재 이용)

(2) 잠재적 진입자의 위협(threat of potential entrants)

그밖에 CNT를 이용한 ESD 고분자의 연구개발을 진행 중인 업체는 LG화학 등 5개이상의 업체들이 있다.

최근 LG화학과 제일모직 등의 대기업과 유원컴텍, 성신신소재 등 중소업체에서 CNT를 활용한 ESD 고분자 제품을 포함하여 전자파 차폐제 개

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발 제품에 큰 관심을 보이고 있다.

<표 III-2> ESD 고분자 관련업체

업체 구분 업체수 주요업체

R&D업체(미생산) 5개 이상 제일모직, 엘지화학, 유원컴텍, 성신신소재 클러스터인스트루먼트 등 (CNT 이용)

(3) 대체재의 위협(threat of substitute products or services)

현재의 ESD 고분자의 주류는 일반 또는 엔지니어링 폴리머에 탄소섬유를 첨가하는 방식이다. 그러나, CNT의 가격경쟁력 확보와 단순 분산공정 기술 확보 시 기존의 탄소섬유를 대체할 수 있고 탄소섬유와의 경쟁관계에 놓일 수 있을 것이다. 탄소섬유와 CNT는 상호 적용 가능한 어플리케이션에 따라 경쟁이 매우 치열할 것으로 전망된다.

(4) 공급자들의 협상력(bargaining power of suppliers)

일반적인 ESD 고분자의 경우 기술력보다 가격우위가 경쟁력확보의 핵심요인이 될 것으로 보인다. 따라서, 공급자 측보다는 수요자 측의 협상력이 보다 강한 양상이다.

그러나, 보다 업그레이드된 물성의 ESD 고분자는 기술력이 매우 중요하기 때문에 CNT를 이용한 ESD 고분자의 경우 가격경쟁력과 단순 분산공정 기술이 확보되면 시장초기에는 과점적 형태를 보일 수 있을 것으로

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예상할 수 있다.

(5) 구매자들의 협상력(bargaining power of buyers)

구매자는 현재 범용 ESD 고분자의 경우 비교적 다양한 업체 제품의 성능과 가격을 비교하여 선택할 수 있는 위치에 있다. 따라서, 구매자들의 협상력이 생산자보다 우위에 있다고 볼 수 있다. 그러나 전반적인 합성 고분자 제품들은 산업 고도화, 소비수준 고급화 및 다양화 추세에 따라 기능적인 제품의 요구가 증대되고 있어 고기능 ESD 고분자의 경우, 과점적 소수의 공급자들에 의해 시장이 주도될 가능성도 있다.

나. 주요업체 동향분석(1) 해외업체

(가) DuPont

DuPont은 엔지니어링 폴리머 사업부가 이스트만화학으로부터 고기능성 플라스틱 사업을 인수하여 전자재료부문에 대한 사업을 강화하는 전략을 추진하고 있다. 이러한 전략의 일환으로 이스트만화학의 액정고분자 사업(titan LCP)과 강화 PET 열가소성 폴리에스터 수지(thermx EG) 사업의 기술, 재료 조성 등 지적재산권을 인수하였다.

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(나) Mitsui Chemicals

Mitsui Chemicals社는 2005년 내열성, 내마모성, 성형성 등에 매우 뛰어난 특성을 가진 슈퍼 고성능 플라스틱인 열가소성 폴리이미드의 제조 및 판매를 시작하였다. 이를 위해 Mitsui Chemicals社는 탄소나노 튜브 제조업체인 Hyperion(U.S)社와 공동으로 대전방지 및 정전분산 성능이 우수한 나노 복합재료를 개발하였다.

1. 제품：나노 복합재료(열가소성 폴리이미드/탄소 나노 튜브) 2. 상표명：오람(R) CNT 그레이드 3. 기술：미국 Hyperion사(탄소 나노 튜브 제조업체)와의 공동 개발

오람(R) CNT 그레이드는 기존 ESD 고분자에 비해 발진이 적어, 반도체를 중심으로 높은 청정성이 요구되는 용도에서의 채용이 기능하다. 또한, 기존의 대전방지재료에서 불가능한 전도성을 제어할 수 있고, 전도재료의 첨가량을 극단적으로 줄여 분산성, 유동성, 치수 안정성이 뛰어나다. 이 제품은 하드 디스크 드라이브 부품, 하드 디스크 제조 기구 등 전기 전자 부품 중 기존 대전방지재료가 사용되는 용도와 추가로 다양한 신규용도의 확대가 가능할 전망이다.

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<그림 III-9> NANO JAPAN 2006에서 전시된 Mitsui社의 CNT-고분자 복합체 시제품

(다) Plextronics

Plextronic社는 2004년 전기적 전도성을 부여하기 위하여 종래의 플라스틱에 분말 형태로 분산된 Poly(23-Substituted Thiophene)계 고분자인 Plextronic ICPs(Inherently conducting Polymers)를 개발하였다.

또한, 다양한 플라스틱 구조로 직접 공중합체(Copolymer)를 형성하는 ICP 단량체들도 연구개발하고 있다. 이 소재들의 잠재적 응용 분야들에는 코팅에서의 정전기적 분산, 전도성 프라이머 코팅, 유기 LED, 그리고 전파 신분확인 태그 등이 있다.

(마) Degussa미국 차량의 70%가 Degussa社에서 제조한 Hyperion社의 MWCNT를

첨가한 Nylon으로 제조된 연료라인을 사용하고 있다. 실제로 탱크와 엔

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진블록 사이의 모든 부품들이 전기적으로 전도성을 가져야 하기 때문에CNT의 채용은 급격히 증가할 것으로 예상되고 있으며, filter neck, inlet check valve, o-rings, fuel module, fuel filter 등에서도 사용된다. 자동차에서 금속부분을 복합체로 대체하면 자동차 제조업체에게 디자인의 유연성과 차량 경량화를 가져올 수 있는 잇점이 있다.

(바) BASF

BASF는 Hyperion社의 MWCNT를 사용하여 자동차의 연료 시스템을 위한 전도성 POM을 상업화 하였다. 자동차에서 O-ring 부분 또한 전기적으로 전도성을 가져야하며 그렇지 않으면 원하지 않는 capacitance를 갖게된다.

(사) Precix

Precix社는 Hyperion社의 MWCNT를 flouroelastomer 수지에 사용하여 새로운 O-ring 제품을 개발하였다. 종래 사용하던 카본블랙과 비교하여 fuel vapor에 대해 3~5배의 저항성을 가지고 연료 흡착에 의한 링 부분의 swelling 문제를 개선시켰다.

(아) Hyperion Catalysis

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Hyperion Catalysis社는 자사의 MWCNT를 다른 수지, 즉 연료시스템에 널리 이용되는 Polyacetal(Polyoxymethylene)로의 시장확대를 목표로 하고 있다. Hyperion Catalysis社는 초기의 Nylon 6, Nylon 6,6, PBT, PC 등에서 PEEK, PEI, PPS, Nylon 12, PS, PP, PET, EVA 등의 고분자 물질로 제품을 확대할 예정이다. Hyperion Catalysis社는 materbatch를 EMS와 Degussa社에 판매하고 있고, CNT의 낮은 첨가량으로 인해 고분자 수지를 보다 강화시켜 잦은 충돌에 대한 내구성을 강화하였다. 보통 연료라인은 금속재로 만들어지는데 이로 인한 부식이 문제가 되어 플라스틱 부품을 채용한 연료시스템의 제작이 활발해지고 있다.

<그림 III-10> 자동차 연료라인

(자) RTP RTP社는 HIPS, Acetal 등의 수지에 CNT를 첨가하고 있으며 첨가량

은 4~7wt.% 이다. 이 회사는 정전분산 및 electrostatic painting 등의 응용에 적용하고 있다.

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(차) LMP Engineering PlasticsLMP Engineering Plastics社는 wafer carrier와 disk-drive

components을 목적으로 PEEK와 PEI로 만들어진 CNT 복합체를 상용화 하였다. ESD에 깨끗한 표면 마감을 위해서 CNT를 적용하여 플라스틱 실리콘 웨이퍼 carrier 제조하였다. 특히, CNT 사용으로 탄소섬유에 비해서 ionic contamination 정도를 65~90% 감소시켰다.

(카) GE PlasticGE Plastic社은 PPO 복합체에서 나노튜브를 첨가하여 mirror casings,

door handles, fenders에 적용하였다. 그러나, MWCNT의 높은 가격 때문에 아직까지는 범용으로 사용하는데 한계가 있다.

(2) 국내업체

(가) 유원컴텍

유원컴텍은 반도체, LCD, 웨이퍼 등의 운반에 필요한 기구의 소재들인 모듈 트래이(Module Tray), LCD 셀 카세트(Cell Cassette), 웨이퍼 캐리어(Wafer Crarrier) 등을 제조하는 고분자를 생산하고 있다. 완성된 소재는 알갱이 형태로 사출되어 대원반도체산업에 공급되며, 각종 운반 장비로 제작되어 인텔사에 판매되고 있다.

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유원컴택이 공급하는 재료로 만든 LCD 셀 카세트는 삼성전자의 탕정 7세대 라인에서 사용되고 있다. 또한, 레이저 프린터기에 사용되는 스캐닝 유닛(Scanning Unit)용 소재는 삼성전자의 디지털 프린터인 스카이락(Skylark)과 다빈치(Davinch) 등 모델에 적용되고 있다.

<그림 III-11> 유원컴텍의 제품과 어플리케이션

(다) LG화학

LG화학은 화성 사업본부 익산공장 EP사업팀에서 ESD고분자를 생산하고 있다. LG화학 ESD 고분자 제품은 LUCON PO-3000B, LUCON PO-5300H, PO-5300M, SU-5300M, SU-5300H 등이 있다.

<그림 III-12> LG화학 ESD 고분자 채용 제품(예)

자료: http://www.chemwide.co.kr/3product/1use/use_0054.jsp

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<표 III-3> LG화학 ESD 고분자 제품별 주요용도 제품 명 주요 용도

LUCON CP-2100 LCD Cassette Tray, Hard Disk Drive 부품 등LUCON CP-2101F EC-DummyLUCON CP-3101F 통신장비 Dummy 등.LUCON CP-4150 Paper guide for ink-jet printer 外LUCON CP-4201FH HDD PCB ShieldLUCON CP-4203F 노트북 PC 하우징LUCON CP-4208F 노트북 PC 하우징LUCON PO-5300H I.C 트레이LUCON PS-3200B 압출용 PS 전도성LUCON PS-4200 I.C 트레이 LUCON PX-2200C Wafer carrier storage box, 카트리지 etc.LUCON PX-2200R Wafer carrier storage box etc.LUCON SE-4200H Magazine 등

자료: http://www.chemwide.co.kr

(다) 제일모직

제일모직은 기능성소재로서 전자파차단제인 EMS를 2001년부터 출시하기 시작하였다. EMS는 전자기기에서 발생하는 전자파를 차단하기 위해 휴대폰, 노트북의 내부하우징이나 브라운관 외면 유리를 코팅하는데 사용된다. 특히 휴대폰용 EMS 시장에서 삼성전자수요의 80%를 공급하고 있으며 2005년 기준 25~30억원 규모의 매출실적이 있다. 제일모직은 국내최대의 PC 사용업체로서 이를 기반으로 ESD 고분자 부분

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도 생산하는 것으로 알려져 있으나 규모면에서 미미한 수준이다.

(라) Cluster Instrument

Cluster Instrument(CI)와 휴대폰 카메라 모듈업체인 창원옵텍(http://www.cwoptech.co.kr)은 공동으로 CNT 분산안정화 기술을 기반으로 최근 정전방사 플라스틱을 개발하였으며, 이를 통해 휴대폰 카메라 모듈의 렌즈프레임을 생산하기 시작하였다. 이는 분산 안정된 CNT 용액과 폴리카보네이트(PC) 소재를 혼합해 만든 ESD 플라스틱을 재료로 사용하여 제조과정에서 제품 불량률을 현저히 감소시킬 수 있고, 강도와 탄성이 우수한 제품을 제조할 수 있다. 한편, CI는 자동차부품업체인 대진공업과 제휴하여 전자제품 외장 소재인 아크릴로부타디엔스티렌(ABS)에 CNT를 적용해 만든 CNT 고분자로 자동차용 플라스틱 제품을 개발중에 있다. 또한 2006년 하반기에 광투과성이 뛰어나 PDP나 LCD의 보호필름으로 주로 사용하는 CNT ESD 필름을 출시하기 위해 개발 중에 있다.

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3. 수요예측 가. 세계시장

향후 ESD 고분자시장은 향후 8-9% 수준의 성장으로 2012년 기준 449.7백만달러의 시장규모로 확대될 것으로 예상된다. 채용분야는 포장(Packaging)분야가 가장 규모가 크며 이 분야에서의 신규수요와 신기술에 의한 제품의 채용가능성이 높다.

<그림 III-13> 세계 ESD 고분자 시장예측

(단위:백만달러)

449.7 372.8

240.1220.0

596.7676.9

1,207.1

1,004.4

-

200.0

400.0

600.0

800.0

1,000.0

1,200.0

1,400.0

2003년 2004년 2005년 2006년 2007년 2008년 2009년 2010년 2011년 2012년

Static control polymers

Finishes goods

자료: The Maturing ESD market: Challenges and Opportunities For the Future, BCC, 2004.를 바탕으로 추정

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<그림 III-14> 세계 ESD 고분자 채용 어플리케이션 시장예측

자료: The Maturing ESD market: Challenges and Opportunities For the Future, BCC, 2004. 재구성

나. 국내시장

국내 일반적인 ESD 고분자시장은 비교적 성숙시장에 해당하며 IC 트레이 등 반도체 및 전자부품 분야에서 시장 확대의 가능성이 크다. 그러나 전반적으로 고기능 신규 어플리케이션을 제외한 분야에서의 성장세는 최근 추이를 유지할 것으로 보인다. 현재의 시장 성장성과 세계 공급에서의 비중9)을 기준으로 국내의 미래 생산규모를 추정하면 2012년 기준 1,000억원 규모(107.9백만달러 규모)에 이를 전망이다.

9) 약 24%

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<그림 III-15> 국내 ESD 고분자 시장예측


449.7

398.1372.3

346.5320.7294.8

269.0

63.8 70.8

107.9

95.589.383.277.0

-

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

400.00

450.00

500.00

2005년 2006년 2007년 2008년 2009년 2010년 2011년 2012년

세계 한국

자료: KISTI

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Ⅳ사업화 기회


∙시장기회의 전제조건∙시장기회의 탐색∙시장진출전략∙종합 검토 의견

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성숙기에 어든 ESD

고분자 시장에서 새로

운 돌 구를 열어 것

으로 기 되는 CNT

ESD 고분자는 정 기

방지 니즈가 높고 가격

민감도가 낮은 분야에

우선 으로 채택되고

있으나, CNT의 가격하

락과 낮은 충 률이 실

되면 기존 소재를

체할 수 있는 분야로

확 가능할 것으로

상됨. 이에 비해 소

기업은 그 역별로

략 제휴 등 신규시장

기회에 한 극 이

고 치 한 기술확보

사업화 략을 통해 시

장에 진입해야 할 것으

로 단됨.

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일반적인 범용 ESD 고분자 제품은 우리의 일상생활과 작업환경 속에서 광범위하게 사용되고 있다. 세계적으로도 이 분야는 최근 4~5% 이내의 연평균 성장에 머무르는 성숙단계에 접어들고 있는 산업분야로 평가된다. 그러나 EDS 관련 분야가 상당히 다양한 반면, 시장규모면에서는 범용분야가 주류를 이루고 있다. 즉, 성능면에서 치밀하게 준수해야 할 일부 분야를 제외하고는 다소의 정전기방지 성능만을 필요로 하는 경우가 많은 것이 사실이다. 국내의 경우 군소업체들이 자체 공정이나 브랜드가 아닌 임가공 위주의 사업을 진행하고 있으며, 범용제품이 특수소재보다 훨씬 큰 시장을 형성하고 있다.

향후 차별화된 특수용도 및 신규 어플리케이션을 중심으로 기존 및 신규사업자들에게 시장기회를 열어줄 것으로 기대된다. 이를 위해서는 ESD 고분자를 구성하는 수지(Resin)와 충전제(Filler)의 차별화로 고기능과 가격경쟁력 확보가 필수 전제조건이며, 최근 연구개발이 활발하고 상용화에 대한 기대가 높아지고 있는 CNT ESD 고분자 분야에서의 시장기회와 사업화전략을 모색하고자 한다,

CNT ESD 고분자 제품은 기존의 범용수지에 카본블랙이나 탄소섬유를 충전제로 사용하여 충분히 지원할 수 없었던 새로운 영역의 시장기회를 제공할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 기존 ESD 고분자와의 가격 경쟁력을 발휘할 경우, 기존 시장영역까지 어느정도 침투가 가능할 것이다. 본 보고서에서는 CNT ESD 고분자의 신규 어플리케이션을 중심으로 시장기회를 모색하고자 하였다.

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<그림 Ⅳ-1> CNT ESD 고분자 시장에서의 포지셔닝

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1. 시장기회의 전제조건 가. CNT ESD 고분자의 가격 경쟁력 확보

최근, 차세대 전기․전자 제품 외장재가 구조재,기능재의 복합기능 소재를 요구하고 있는 가운데, 탄소나노튜브(CNT) 복합소재가 차세대 전기, 전자 제품 외장재의 핵심부품소재 기술로 부각되고 있다. 특히, 색구현 전자파차폐 외장재, 고강도 경량 외장재, ESD 고분자의 제조기술은 CNT 복합소재 기술의 핵심으로 이에 대한 기술 선점이 절대적으로 필요한 시점이라는 것이 전반적인 업계의 시각이다. 최근에 채용되고 있는 CNT는 매우 적은 양으로 원하는 전도성을 얻을 수 있는 바, 화학적 물성변화나 변형없이 플라스틱의 전기전도성을 강화시킬 수 있다.

CNT ESD 고분자 사업화의 중요한 관건중의 하나는 CNT의 가격 경쟁력 확보이다. ESD 고분자에 사용되는 CNT의 채용가능가격은 최소 200달러/kg 수준이어야 하고, 기존의 다른 전도성 충전제와 비교하여 가격 경쟁력을 확보할 수 있는 가격은 50달러/kg 정도이다.10)

10) CNT ESD 고분자는 CNT의 종류에 따라 크게 SWCNT (Single-walled CNT: 단일벽 CNT) ESD 고분자와 MWCNT (Multi-walled CNT : 다중벽 CNT) ESD 고분자로 구분되는데, SWCNT는 MWCNT 보다 뛰어난 전도성으로 인해 투명성이 요구되면서 동시에 ESD 기능을 필요로 하는 투명 고분자 시장 및 반도체 공정과 같이 입자발생에 의한 오염을 근원적으로 차단해야 하는 공정에서 매우 유망하다. 그러나, MWCNT 대비 높은 가격으로 인해 향후 기술개발이 진행되더라도 기존 CF 등과의 가격경쟁력을 확보하기 어려울 것으로 판단되며, 가격보다는 고성능을 요구하는 신규 어플리케이션으로만 활용될 것으로 판단된다.

따라서 CNT 중에서는 MWCNT만이 향후 기술기발을 통해 기존의 CF 등과 가격경쟁

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이와 같은 가격경쟁력을 확보하기 위해서는 무엇보다 CNT의 대량생산기술이 필요하며, 미국, 일본, 독일, 영국, 프랑스 중심으로 대량합성기술이 이루어지고 있어 시장환경에 맞추어 대량으로 생산할 수 있는 단계에 이르고 있다.

<표 IV-1> ESD 고분자 충전제 간의 가격경쟁력 비교Carbon Black Carbon Fiber CNT

loading rate 25~30% 15~20% 2~5%Filler($/lb) 1~2 4~5 100Resin($/lb) 2.5~4 8~9 15~25

ESD 고분자의 충전제 중 카본블랙이 가장 값싼 소재이며 가장 많이 사용되고 있다. 카본블랙-고분자 제품은 최근 chopped carbon fiber가 높은 시장점유율을 갖고 제품을 생산하고 있다. 카본블랙은 보통 파운드당 1~2달러, chopped carbon fiber는 4~5달러에 판매되고 있다. 탄소섬유가 고가임에도 불구하고 충전 요구량이 낮기 때문에 일부 응용영역에서는 카본블랙과 경쟁할 수 있다. 카본블랙(Carbon Black : CB)이 충전된 ESD 고분자의 가격은 파운드당 3~4달러인 반면 탄소섬유(Carbon Fiber : CF)는 8~9달러 수준으로 보다 고가의 수지에 채용된다.

력을 확보할 수 있을 것으로 판단되며, 기술개발여력이 부족한 중소기업의 경우에는 향후 신규 어플리케이션 뿐만 아니라 기존응용분야으로의 확대 가능성이 큰 MWCNT ESD 고분자로 시장 접근을 시도해야 할 것이다. 따라서, 본 장 이후로는 중소기업에 있어 비교적 접근가능성이 있는 MWCNT ESD 고분자에 한정하여 시장진출전략 등을 제시하였다.

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2005년 현재 MWCNT는 분명히 가격 면에서 CB 및 CF와 경쟁할 수 없다. Hyperion社는 15~20%의 MWCNT를 포함한 마스터배치를 15~25달러/파운드에 판매하고 있어, 충분한 가격 경쟁력을 갖지 못한다.

그러나, 2010년에 이르면 MWCNT의 가격하락으로 인해, MWCNT와 CF의 상대적 Loading율이 1:3정도의 수준이 되더라도 MWCNT가 가격경쟁력을 갖는 수준에 이르게 되어 가격에 따른 채용부담은 상당부분 해소될 수 있을 것으로 보인다.

<그림 IV-2> 2010 Price Ratios by loading(MWCNT/CF)

주: 음영구간은 MWCNT가 CF와 비교하여 가격경쟁력을 보유하는 영역임. 자료: Nanotubes For the Composites Market, Cientifica, 2005. 재구성

향후 기술개발이 전개됨에 따라 CNT 양산 기술 및 분산기술의 향상에 따른 CNT의 가격하략 및 성능 개선으로, MWCNT의 경우 High-end 응용 영역 뿐만 아니라 기존의 CF를 대체할 수 있는 분야로의 확장을 기대할 수 있다.

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나. CNT 규격 및 평가의 표준화를 통한 신뢰성 확보

ESD 고분자 업체에서 느끼는 불편한 점들 중의 하나가 공급받은 CNT의 분말특성이 배치별로 다르다는 것이다. 이는 현재 CNT의 품질을 분석할 수 있는 표준화된 정량적 tool이 없는 것에 기인한다. CNT의 성능을 규격화하고 이를 평가하기 위한 표준화 방법들이 일부 시도되고 있다. 2004년초 미국의 자이벡스(Zyvex)에서 “Supply Chain Certification Program"의 실행을 발표하면서 여러 회사로부터 공급받는 CNT에 대해 평가를 실시하였다. 이 프로그램은 CNT의 품질, 배치별 시료의 일관성 등을 표준 분석 도구인 SEM, TPO, TGA 등으로 평가하는 것이다. 그럼에도 불구하고 많은 회사에서 CNT ESD 고분자의 본격 활용을 저해하는 요소로서 CNT 표준화 방법의 부재를 들고 있다. 2004년 10월 오스트리아 비엔나에서 CNT 표준화를 위한 워크샵이 열린바 있으며, 가장 이슈가 되고 있는 CNT의 길이, 직경, 순도 등에 대한 표준화 논의가 제기되었다. 여기서 2년 이내에 CEN Technical Specifications의 필요성이 강하게 대두되었으며, 4년 이내에 탄소나노튜브의 chirality 및 결함밀도들에 대한 표준화된 테스트 방법의 확립 필요성이 논의 되었다. ESD 고분자에서 요구되는 CNT 품질 규격은 나노디바이스에서처럼 엄밀하지 않으나, CNT의 고분자 매트릭스내에서의 유변학적 특성이 매우 중요하므로, CNT 분말의 순도 및 크기와 같은 분말 특성이 신뢰성 평가 기준에 있어 중요한 잣대가 된다. 상기의 표준화 진행상황으로 볼 때 전문가들은 2010년 이내에 CNT 표준안이 마련될 것으로 전망하고 있다. 국내에서도 기술표준원을 중심으로 CNT 표준화 안이 마련되고 있는데, 기

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술표준원에서는 ESD 고분자 등 CNT의 응용 분야와 관련된 기술경쟁력 확보 및 세계시장 선점을 위해 국제전기기술위원회(IEC)에 CNT 분말특성 평가방법을 국제 표준안으로 제안해 놓은 상태이다. CNT의 규격 및 신뢰성 확보를 위한 표준안 마련이 초기 상태인 만큼, 국내 CNT 및 CNT ESD 중소기업들도 국내 표준화안(案)을 끊임없이 제안함으로써 업체들의 입장이 반영된 국제 표준화안이 받아들여질 수 있도록 정진해야할 것이다.

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2. 시장기회의 탐색 기존의 ESD 고분자의 성능한계를 넘어서 신규 응용영역을 창출할 것

으로 예상되는 CNT ESD 고분자의 가장 주목할 만한 응용 분야는 자동차와 전자분야이다.

자동차분야는 아래와 같은 이유로 발생되는 정전기를 완전히 제거할 수 있도록 관련 부품 등이 구성되어야 한다.

첫째, 연료 시스템에서 연료의 급격한 흐름은 정전기가 내부에 축척되어 연료시스템과 전자센서들에 손상을 줄 수 있다.

둘째, 정전기에 의한 스파크(spark)는 고분자 물질로 구성된 연료시스템에 작은 구멍을 발생시키고, 이로 인해 유해한 탄화수소 증기를 발생시킬 수 있다.

셋째, 정전기의 축적현상은 연료를 재주입하는 단계에서 매우 위험할 수 있다.

이와 같은 문제로 인해 미국과 유럽 등에서 규제를 강화하고 있으며, 자동차 연료라인을 중심으로 CNT ESD 고분자의 채택 비중이 증가하고 있는 상황이다.

자동차분야에서는 연료라인(fuel Line), 연료탱크(Fuel Tanks), 팬더(Fender), Wing mirror housing 등에서 CNT ESD 고분자가 채용되고 있다. 이 중 팬더, Wing mirror housing에서는 electrostatic paint의 형태로 사용된다.

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구체적으로 자동차분야에서 CNT ESD 고분자의 채용률은 연료라인이 가장 높은 16.9% 수준이며 타 분야는 1% 미만으로 아직까지는 극히 미미한 상황이다.

연료라인의 경우, 미국에서는 CNT ESD 고분자 채용률이 70%에 가까우나, 세계적으로는 17% 수준에 머무르고 있다. 향후 규제 강화에 따라 세계 자동차 연료라인에서의 CNT ESD 고분자의 채용률도 미국수준으로 증대할 것으로 예상된다. 한편, 연료 탱크분야에서는 CNT ESD 고분자가 채용되지 않고 있으나, 안전문제 및 규제 강화에 따라 자동차 분야 중 가장 높은 시장 성장률을 보일 것으로 기대되고 있다.

<그림 Ⅳ-3> 자동차 분야에서의 CNT(MWCNT) ESD 고분자의 채용률(2005년 기준)

자료: Nanotubes For the Composites Market, Cientifica, 2005. 재구성

현재 활용되고 있는 자동차 분야에서 CNT의 사용규모는 <그림 IV-4>와 <그림 IV-5>의 로직을 통해 추산이 가능하다.

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연료라인, 연료탱크 부문에서의 CNT ESD 고분자 시장규모는 <그림 IV-5>의 로직으로 추산이 가능하다.

<그림 Ⅳ-4> 자동차분야(연료라인,탱크)의 CNT(MWCNT) ESD 채용규모 추정 로직(Logic)

한편, 자동차분야 중 팬더(Fender), Wing mirror housing 부문에서의 CNT의 사용규모는 <그림 IV-5>의 로직으로 추산이 가능하다.

<그림 Ⅳ-5> 자동차분야의 CNT(MWCNT) 채용규모 추정 로직(Logic)

Fender & Wing Mirror Housing

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이에 따르면 자동차분야에서 2005년 기준 CNT 9.4톤, 3.2백만달러 규모로 추정된다.

<그림 Ⅳ-6> 자동차분야의 CNT(MWCNT) 사용규모(2005년 기준) [CNT(MWCNT) 사용량] [CNT(MWCNT) 사용금액]

(단위:톤)0, 0%

2.8, 30%

2.1, 22%

4.5, 48%

Fuel Line Fuel Tanks Wing mirror housing Fender


0.0, 0%

1.1, 33%1.3, 41%

0.8, 26%

Fuel Line Fuel Tanks Wing mirror housing Fender

자료: Nanotubes For the Composites Market, Cientifica, 2005. 재구성

한편 전자부품분야에서 정전기방지 목적으로 채용된 CNT(MWCNT)의 세계시장 규모는 2005년 기준 13.4톤으로 4.5백만달러로 조사되었다.11)

향후 연평균 24% 이상의 수요확대가 예상되는 바 2010년의 ESD용 CNT의 세계 시장규모는 67.9톤 규모로 예상된다.

9) Nanotubes For the Composites Market, Cientifica, 2005.

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<그림 Ⅳ-7> CNT(MWCNT) 시장예측

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

2005년 2006년 2007년 2008년 2009년 2010년

(단위

:톤)

Fuel Line

Fuel T anks

W ing m irror housing

Fender

Automobile

Electronics

자료 : Nanotubes For the Composites Market, Cientifica, 2005.

이를 근거로 두 분야에서의 CNT ESD 고분자의 사용량은 2005년 기준 775톤(1,705천파운드) 규모로 25.5~42.6백만달러 수준이다. 구체적으로는 2005년 기준 자동차분야 440톤(968천파운드),14.5~24.2백만달러, 전자분야에서는 335톤(737천파운드) 규모로 11.0~18.4백만 달러 규모이다. 전자분야에서의 주요 어플리케이션은 웨이퍼, HDD 핸들링, 컴퍼넌트 분야이다.

향후 CNT 고분자는 자동차분야의 연료라인, 연료탱크, 팬더, Wing mirror housing과 전자분야에서 웨이퍼, HDD 핸들링, 컴퍼넌트 등 정

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전기 방지의 니즈가 민감하고 높은 가격의 충전제에 대한 가격민감도가 상대적으로 낮은 분야에 우선으로 채용될 것으로 예상할 수 있다. 또한 CNT의 가격하락과 성능개선으로 낮은 충전률이 실현되면, 기존의 CF를 대체할 수 있는 분야로의 확장을 기대할 수 있다.

<그림 Ⅳ-8> CNT(MWNT) ESD 고분자의 어플리케이션 전개

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3. 시장진출 전략 ESD 고분자 시장에 진출할 수 있는 업체들을 유형화하여 각 유형별 시장

진출가능성과 전략적 제휴의 방식을 제시하고 특히, 각 분야별 중소기업이 지향해야 할 방향을 모색하였다.

가. 원재료(Resin) 제조를 기반으로 한 시장진출

화학 원재료 제조업체들이 사업다각화와 수익성 유지를 위한 일환으로 CNT ESD 고분자 시장에 진출을 모색하는 전략을 구사하고 있다. 화학 원재료 시장은 세계적인 거대 화학기업12)들에 의해 주도되고 있다. 이 업체들은 자체 수익성을 제고하기 위해 단순 수지(Resin) 생산에서 컴파운드 생산으로 사업영역을 확대하는 경향을 보이고 있다. 이들 대부분이 나노기술에 대해 관심을 갖고 있으며, 나노기술과 소재들의 자신들의 기존 제품 및 시장에 어떻게 적용될 수 있을지에 대한 검토와 중장기 전략을 수립하여 진행시키고 있다.

즉, 실용적 입장에서 이미 확보되어 있는 기존제품 시장에서 시장점유율을 방어하고, 나노기술을 적용하여 현저한 개선을 이루거나 기존방법으로는 생산할 수 없는 제품개발에 역점을 둠으로써 신생 나노기술창업회사의 위협을 방어하고자 한다. 거대 화학기업들은 합병과 통합을 추진하거나 자체 전담사업부나 사내벤처 또는 화학기업들간의 합작회사설립 등 다양한 형태로 시장진입을 모색하고 있다.

12) 다우 케미컬, BASF, 듀폰, Rohm & Haas, GE, 등

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<그림 Ⅳ-9> ESD 시장진입 유형 I

이러한 접근방법들 중의 공통사항은 어느 경우이든 대학과의 나노기술연구를 위한 협력관계를 유지하고 있으며 벤처투자회사를 통한 전략적 파트너관계 설정이 일반적인 전략이라고 할 수 있다. 한 예로 BASF의 경우 2001년 BASF future GmbH와 벤처투자 창구인 BASF Venture Capital GmbH를 설립하여 나노기술을 신규사업으로 연결시키는 전담회사를 보유하고 있다. 또한 BASF는 나노기술연구와 제품개발을 하고, lT는 40여개의 창업회사와 관계를 가지고 있다. 특히, 초기단계의 창업회사보다는 어느 정도 확립된 기술을 보유하고 있는 창립회사를 선호하는 것이 이 기업의 특징이라고 할 수 있다.

그 외 거대 화학기업의 경우 CNT 양산기술이 있는 전문 생산업체의 지분보유를 통해서 100% 자기사업화를 시도하기도 한다. 일본 Mistui Chemicals

社의 경우 CNT 전문 생산회사인 CNRI의 합병을 통한 기술획득으로 ESD 고분자 시장에 참여하고 있다.

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<그림 Ⅳ-10> 거대 화학기업의 나노분야 진출전략

(1) BASF

(2) Mitsui & Co Ltd

이 경우 중소기업의 입장에서는 CNT 생산 및 분산 기술을 기반으로 하여 R&D 또는 하청 전문기업을 목표로 한 거대 화학기업과의 전략적 모색이 가능하다.

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나. 고분자(Polymer) 제조 노하우를 기반으로 한 시장진출

고분자 컴파운드 제조업체는 사업영역 고도화라는 측면에서 CNT ESD 고분자 시장에 진입을 모색할 수 있다.

<그림 Ⅳ-11> ESD 시장진입 유형 II

국내 고분자 컴파운드 업계는 생산가공 형태에 따라 크게 세 가지 유형으로 분류할 수 있다.

첫째, 자체 연구를 통해 개발한 고유 브랜드 제품을 생산하는 업체둘째, 자사의 고유브랜드 제품을 생산하면서 대기업의 제품을 임가공

하는 업체 셋째, 대기업의 임가공만을 전문으로 하는 업체 생산품목 별로는 범용플라스틱 컴파운드 생산업체와 엔지니어링 플라

스틱 컴파운드 생산업체, 범용이나 엔지니어링 플라스틱 컴파운드를 생

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산하면서 마스터 배치를 생산하는 업체 등으로 분류할 수 있다.이들 업체들은 거대 화학기업들의 사업다각화에 노출되어 있고, 이들

에 비해 자금력과 재무안정성면에서 취약한 영세 중소기업성을 보이는 것이 일반적이다. 따라서 이 업체들은 경쟁력을 발휘하기 위한 치밀한 전략수립 및 전개가 필요하다.

고기능성 고분자시장에서 경쟁력을 발휘하기 위해서는 기술력과 생산경험, 안정적인 원재료의 구매 조달, 수요업체에 대한 긴밀한 대응력, 원가 경쟁력, 틈새시장의 전문성과 특수성 등 다각적인 검토가 필수적이다. 이를 통해 CNT 기술의 자체 개발 또는 전략적 제휴를 통해 생산전문기업, 또는 국내하청 니치기업으로 성장이 가능할 것이다.

다. 가공:성형/사출/패키징 경험으로 한 시장진출고분자 가공업체들은 ESD 관련 산업구조상 취약한 모습을 보이는 것

이 일반적이다. 또한 거대 화학업체들이 컴파운드 영역으로의 사업다각화를 하듯이 컴파운드업체들도 가공분야의 사업다각화 위협에 노출되어 있다. 일반적으로 순수 성형/사출/패키징업체의 기술경험과 기술력은 ESD분야에서 요구하는 기술기반과 괴리가 있어 직접적인 기술개발 및 생산에는 한계가 있다. 이 분야에 해당하는 중소기업은 CNT기술 보유기업과의 협력으로 자신이 속한 분야에서의 생산전문기업으로 성장할 수 있는 가능성이 있다.

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<그림 Ⅳ-12> ESD 시장진입 유형 III

라. 기술을 기반으로 한 시장진출

CNT-ESD 고분자 시장은 원재료인 CNT의 고가격과 핵심요소기술인 CNT 분산기술의 장벽으로 인해 시장확대가 지연되고 있다. 따라서, ESD 고분자의 상업화를 위해 해결해야 할 핵심적인 기술은 고순도 CNT의 획기적인 대량생산기술과 나노입자의 분산․ 안정화 기술이라 할 수 있다.

CNT 대량생산 및 분산 기술을 확보하게 되면, 이들 CNT 전문업체는 CNT 기술을 기반으로, 수지, 고분자, 사출․성형 패키지 업체와의 전략적 제휴 또는 독점 계약을 통해서 ESD 고분자 시장 진출 및 더 나아가 시장의 선점이 가능할 것으로 판단된다.

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(1) CNT 양산기술을 기반으로 한 시장진출

다양한 종류의 CNT를 합성하기 위한 기술개발은 미국과 일본을 주축으로 활발하게 연구개발이 진행되고 있으며, 유럽과 중국에서도 근래에 들어서 활발한 기술개발이 추진되고 있다.

국내 CNT 소재사업의 경우 일진나노텍, 나노텍, 넥센나노텍, CNT사, 나노카본 등에서 CNT 소재를 합성하여 판매하고 있으나 아직은 주문생산이나 준파일롯 단계이며, 선진국에 비해 대량생산 기술 수준과 생산량이 저조한 실정이다. 현재 CNT 소재의 합성 및 구조제어에 대한 기반기술은 세계적인 수준이나 CNT 소재의 대량합성 및 장치 기술이 아직 확보되지 않아 양산화가 이루어지지 못하고 있다. 최근 국내의 카본나노텍에서 년 45톤 이상의 CNT 생산시설을 갖추고 저가격화 기반을 이루었으나 ESD에 적용하기 위해서는 향후 가격을 $50/kg 수준으로 낮출 수 있는 공정기술의 확보가 좀 더 필요한 상황이다.

따라서 정부의 정책적 지원을 배경으로 CNT 제조장치업체, 일진나노텍 등의 생산업체, 국내 연구기관, 응용업체 등 산학연의 협동체제 구축을 통해, 저가의 원천적인 CNT 양산 공정 개발에 착수해야할 것이다.

CNT 생산업체는 양산 기술을 바탕으로 고분자 생산업체 또는 패키징 업체와의 전략적 제휴가 가능하다.

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<그림 Ⅳ-13> ESD 시장진입 유형 IV

특히 성형 사출 패키징 업체와의 전략적 제휴가 최근 두드러진 모습으로, CNT 기술과 휴대폰 카메라 모듈 제조업체, CNT 기술과 자동차부품 제조업체와의 전략적 제휴가 한 예라고 할 수 있다.

미국의 CNI社는 3P(Performance Plastics Products)社와 기술제휴를 통해 PVF, PVDF, PTFE, PPS와 같은 플라스틱과의 컴파운딩을 포함한 최종제품까지 관심을 가지고 공동개발을 진행하고 있다.

CNT 양산 및 분산 기술을 동시에 가진 업체의 경우, 기술을 바탕으로 사출성형업체, 또는 최종제품 생산업체와의 기술 제휴를 통해 시장 진입이 가능하며, 기술적 우위를 바탕으로 성형/사출 패키징 업체와의 독점 계약을 통해 시장을 선점할 수도 있다.

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<그림 Ⅳ-14> ESD 시장진입 유형 V

전통적인 CNT 생산업체인 Hyperion社에서는 기상성장법으로 제조한 10~15nm 직경의 MWCNT를 대량생산할 수 있는 기술을 확보하고 있으나, CNT 자체를 판매하지 않고, CNT를 고분자 수지에 첨가하여 masterbatch 혹은 최종 수지 형태로 고분자 컴파운드 업체, 성형사출 패키칭 업체에 공급하고 있다. 또한 성형사출 및 최종제품 생산업체인 GM와의 독점계약을 통해서 자동차용 CNT ESD 고분자를 100% 공급하고 있다.

(2) CNT 분산 기술을 기반으로 한 시장진출

CNT를 활용한 정전분산 고분자의 사업화 저해 요인 중 기술적인 측면에서 현재 가장 주목되고 있는 나노입자 분산, 안정화 기술에 대해

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알아보고자 한다. CNT는 합성과정에서 개개의 CNT 입자간 응집현상으로 인해 rope 혹은 응집체 형태로 존재하는데, 이는 3차원적 네트워크 구조의 형성을 억제하고, CNT가 고분자 매트릭스내로 분산되는 것을 방해하여, 충전제로서 CNT의 장점이 충분히 발현되고 있지 않은 실정이다. 최근 고분자 매트릭스내에 안정적으로 CNT를 분산시키는 기술이 학계를 중심으로 많이 제시되고 있으며, 분산방법을 기초에서 실제 공정 수준에 이르기까지 이를 해결하고자 하는 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 초음파처리에 의한 CNT 절단, 산처리된 CNT 외부표면의 기능화를 통한 정전기적 분산, 각종 용매, 계면활성제, 폴리머 물질을 이용한 분산 등 다양한 제조방법이 보고되고 있으나, 아직까지 재현성과 신뢰성이 확보된 분산기술의 개발은 미흡한 실정이다. 현재까지 Micro Scale의 CNT 혼합체는 개발되어 있으나, 분자수준의 CNT 복합재료는 아직 개발단계이며, 이는 정전분산 고분자의 최종 목표라 할 수 있다. 현재 일부 상용화가 되고 있는 Micro Scale의 CNT ESD 고분자의 경우 최종 생산품의 재현성과 신뢰성을 갖춘 분산 공정기술의 확보가 상업화의 최대 관건이라 할 수 있다. 고유의 분산기술 확보를 위해서는 CNT를 공급하는 업체와 수요자인 응용업체간의 컨소시엄 형태 등 공동 협력 개발 체계 구축을 위한 기술협력이 절대적으로 필요하다.

CNT 분산 기술을 확보한 기업의 경우에는 CNT 생산 및 수지 생산 여부와 관계없이, 분산 및 안정화 기술을 바탕으로, CNT 생산업체, 수지생산업체 또는 고분자 생산업체와의 전략적 제휴가 가능하다.

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<그림 Ⅳ-15> ESD 시장진입 유형 VI

CNT 분산기술을 보유한 업체의 경우, 제휴의 형태 뿐만 아니라 CNT 제조업체로부터 CNT를 공급받아 이를 고분자 수지에 첨가, 분산시켜 이를 사출/성형 패키징 업체에 공급하는 방식으로 시장에 직접 진출, 수익을 창출할 수 있다. 특히, 우위의 기술을 토대로, 성형/사출 패키징 업체와의 독점 계약을 통해 시장을 선점할 수도 있다.

이는 ESD 고분자 영역에서 규모는 작지만, 기술력을 갖고 있는 기술혁신형 중소기업이 기술력을 통해 수익을 창출할 수 있는 비즈니스 모델 중의 하나라 할 수 있다.

미국의 벤처회사 자이벡스社에서는 NanoSolve 라는 독점적인 CNT 분산공정을 개발했는데, 이는 CNT 표면을 개질하여 고분자 매트릭스와의 접촉을 강화시키며 CNT 입자간의 응집을 막고 분산성을 향상시킨 공정기술

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이다.13) 자이벡스社는 CNT 분말자체를 생산하지 않으며, CNT 생산업체들로부터 자이벡스사 자체의 CNT 특성평가 프로그램을 통과한 CNT를 공급받아 유기용매상에 Kentera를 부착시킨 분산용액과 열경화성 혹은 열가소성 고분자 수지에 CNT를 첨가․분산시켜 공급하는 방식으로 응용 고분자 시장에 진출해 있다.

CNT 대량생산 및 분산 기술 관련 분야의 중소기업은 기술집약형 글로벌 중견기업으로의 성장을 지향할 만하고 R&D 전문기업으로서의 성장을 목표로 할 수 있을 것이다.

13) 자이벡스는 CNT의 흑연면과 호스트 폴리머간에 비공유결합을 유도하는 물질을

이용하고 있으며, 이와 같은 물질을 'Kentera‘라고 명명하 다.

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5. 종합 검토 의견 ESD(정전분산 고분자)는 카본블랙, 탄소섬유, 탄소나노튜브 같은 전도성 첨가재가 고분자 매트릭스에 균일하게 분산되어, 내열성 및 내화학성과 같은 고분자 고유의 성질을 유지하면서도 뛰어난 정전기 방사 능력을 보유한 전기전도성 고분자 소재이다. 기존의 바닥재, 의복재 등과 같은 범용 ESD 고분자의 시장 성장이 한계에 도달하고, 반도체 제조공정, 고성능 HDD, 자동차용 연료 라인 등 신규 고성능 어플리케이션에서의 ESD 수요가 증대하면서, ESD 고분자의 기술 은 낮은 탄소 함량, 0에 가까운 slugging 특성, 짧은 charge decay time을 만족시킬 수 있는 신소재를 개발하는 방향으로 진행되고 있다. 따라서 ESD 고분자용 충전제로써 기존의 저가소재인 카본블랙, 탄소섬유에서 고성능 CNT를 활용하는 방향으로 기술개발이 전개되고 있다. CNT ESD 고분자는 뛰어난 정전분산 특성에도 불구하고 저가의 양산기술 미흡으로 인한 CNT의 낮은 가격경쟁력, CNT 분산 기술 및 고분자내 CNT의 유변학적 거동 이해 부족으로 시장 진출 및 확대가 저해되고 있는 상황이다. 그러나 최근 CNT 소재의 전반에 대한 기술의 발전으로 향후 수년내에 낮은 충전율과 저가격화로 기존 충전제와의 가격경쟁력을 갖추게 되어, 신규 어플리케이션의 개척과 기존 시장의 대체가 가능할 전망이다. 전문가들은 2010년 경에 이르러서 CNT가 탄소섬유와 비교하여 가격경쟁력을 갖게 될 것으로 보는 것이 일반적인 전망이다. 이러한 시급성과 파급성을 고려하여 산업자원부는 CNT ESD 플라스틱을 10대 유망전자부품의 품목으로 발표한 바 있다.

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따라서 이와 관련된 업종에 위치한 기업들의 대응도 중요하다. 이는 일반적인 원재료(Resin)제조업체, 고분자 생산업체, 사출성형 및 패키징업체 그리고 CNT 기술을 보유하고 있는 업체 모두에게 해당한다. 특히, 대기업들과 비교하여 상대적 약자일 수 밖에 없는 중소기업들의 경우 신규 시장기회에 대한 적극적이고 치밀한 기술 확보 및 사업화 전략이 요구된다. 국가적으로도 관련 분야의 육성과 성장을 위해 CNT 공급업체와 수요자인 응용업체간의 컨소시엄 형태 등 공동 협력 개발을 통한 연구기술개발 협력체계 구축 지원 등 다각적이고 지속적인 지원이 요구된다.

<표 IV-2> CNT ESD 고분자 생산을 위한 전략적 제휴 Matrix와 중소기업의 성장목표

구 분 현(現) 업체의 주력분야 Resin polymer injection/Molding/packaging additives(CNT)

전략적제휴업체분야

Resin ●polymer composite ● ●injection/Molding/packaging ●additives ● ● ●

중소기업의 성장목표 -(대기업중심)

․전문생산기업․국내하청니치기업

․전문생산기업 ․R&D전문기업․기술집약형글로벌 중견기업

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참고문헌 1. Hyperion-Catalysis, Designing for ESD Protection Using FIBRILTM Nano-

tubes in Polymer2. 산업자원부, 부품소재기술로드맵, CNT 복합소재 기술로드맵3. 김기수, www.reseat.re.kr, 전자산업에 요구되는 전도성 첨가제 개발, 2005.4. 기술거래소, 전자정보센터, 탄소나노튜브의 저온성장, 2004. 5. 김석진, 김기일, 소대섭, 한종훈, 한국과학기술정보연구원, 심층정보분석보고서,

탄소나노튜브, 2002. 6. 한종훈, 탄소나노튜브 합성 및 전도성 고분자 개발동향, Polymer Science and

Technology, 16[2]. April 2005. 7. http://www.ywcomt.co.kr8. www.lgchem.co.kr9. http://hyperion-catalysis.com10. O. Breuer and U. Sundararaj, Big Returns from Small Fibers : A Review of

Polymer/Carbon Nanotube Composites, Polymer Composites, 25[6], 2004, pp.630-645.

11. Business Communications Company, Inc., Business Opportunity Report, The Maturing ESD Market : Challenges and Opportunities for the Future, 2004.

12, Nanotubes For the Composites Market, Cientifica, 2005. 13. www.yeskisti.net

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박창걸․ 회계학사․ 현, 한국과학기술정보연구원 선임연구원

노현숙․ 공학박사․ 현, 한국과학기술정보연구원 선임연구원

*자문위원한종훈․ 전자부품연구원 선임연구원

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정전분산 고분자 - GIFT (글로벌 미래동향 지식 시스템)gift.kisti.re.kr/data/IAC/files/KISTI_200611_ESD polymer.pdf · 2008-11-18 · ESD POLYMER 07 Technology Commercialization