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친환경 신소재 ‘TPE’가 뜬다…자동차·신발·손잡이 등에 적용

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[첨단 헬로티]


국내 산업계는 차별화된 기능성 제품을 위한 신소재 개발 및 활용이 한창이며, 이 중 열가소성 엘라스토머 소재가 부각되고 있다.


열가소성 엘라스토머(Thermo Plastic Elastomer, TPE)는 고무의 탄성과 플라스틱의 열가소성을 동시에 갖춘 고기능성 친환경 소재다. 복원력과 충격 흡수 등의 물성과 가공성, 경량성이 우수하며, 높은 온도에서 변형이 쉬워 재활용이 용이하다는 장점이 있다.


TPE는 자동차는 물론 건축, 의료, 스포츠, 신발 등 실생활 전반으로 사용 범위가 확대되고 있다. 자동차에서는 창틀의 씰링 부품과 냉각장치 호스 등에 주로 쓰이고 있으며, 최근에는 전기차 소재 등 새로운 수요가 발생하고 있다.


또한 건축물에 쓰이는 창틀 패킹과 의료용 주사기의 플런저 씰, 스마트 워치, 각종 공구나 가정용 손잡이, 무릎 보호대, 신발, 골프채 등 그 활용이 무궁무진하다. 


TPE는 고무 및 플라스틱 기초 물질을 배합하는 방법에 따라 고무에 가까운 TPV와 플라스틱에 가까운 TPEE, TPU 등으로 나누어진다. TPV는 고무 기초물질의 함량이 높아 고무에 가장 가까운 소재로 각광받고 있는 소재이며, TPEE와 TPU는 플라스틱 기초물질로 인해 우수한 기계적 강도를 자랑한다.

 ▲TPE 소재는 자동차 씰링 부품(왼쪽), 칫솔 그립(오른쪽) 등에 사용된다.


열가소성 가교 엘라스토머(TPV)


열가소성 가교 엘라스토머(Thermo Plastic Vulcanizate, TPV)는 EPDM 및 올레핀(Olefin) 계열 기초물질을 결합한 TPE 소재다. 탄성, 내후성, 내열성이 뛰어날 뿐만 아니라 TPE 중 가장 비중이 낮아 경량화될 수 있으며, 착색할 수 있다는 이점도 가지고 있다.


TPV 수요는 웨더스트립 등 자동차 부품이 60% 이상을 차지하고 있으며, 최근 자동차용 소재의 친환경성 추세에 따라 매년 약 20%에 가까운 성장을 하고 있다.


화승소재는 자체 개발한 고발포 셀 제어기술을 통해 기존의 TPV 소재의 비중 수치 0.96에서 0.67로 재료 기준 30% 가량 줄였다. 화승소재의 발포 TPV는 현재 상용화를 추진 중이며, 자동차 경량화 뿐만 아니라 생활가전, 건설, 의료 등 다양한 분야에 적극 활용될 것으로 전망된다. 또한 화승소재는 TPV 생산에 있어 최적화된 고속회전 및 저발열 스크류 조합을 독자 개발하여 대량생산 체제를 이끌어 내고 있다.


열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(TPEE)


열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(ThermoPlastic Polyester Elastomer, TPEE)는 폴리에스테르 기초물질을 활용한 엔지니어링 플라스틱 계열의 소재다.


탄성이 좋으면서도 금속에 준하는 강도를 가지고 있으며, 다른 엘라스토머와 비교하여 사용 가능한 온도 범위가 넓다. TPEE는 전선용 튜브, 자동차 부품, 웨어러블 디바이스 부품 등 자동차 및 전자 산업에 주로 사용되고 있다.


현대자동차의 경우 올해 출시하는 최고급 자동차 브랜드 ‘제네시스’ 모델 좌석 시트에 고기능 친환경 소재인 TPEE를 사용키로 했다. 이는 TPEE가 가죽의 질감을 가지고 있으면서 재활용이 가능해 자동차 시트에 적합하기 때문이다.


또한 SK케미칼은 지난해 세계 최대 플라스틱 전시회 ‘K2019’에서 자사의 TPEE 브랜드인 ‘스카이펠’과 투명 TPEE를 선보였으며, 내열성과 내화학성에 특화된 신소재로 유럽 현지 시장을 확대할 계획이라고 밝혔다.


▲TPE의 종류 및 물성


열가소성 폴리우레탄 엘라스토머(TPU)


열가소성 폴리우레탄 엘라스토머(Thermoplastic Poly Urethane, TPU)는 일상 생활용품에서 쉽게 접할 수 있는 소재다. 내마모성과 인장 강도가 우수해 높은 내구성을 필요로 하는 제품에 주로 적용된다. 특히 인체에 무해하다는 특성으로 의료용품 및 주방용품, 매트 등의 인테리어 용품, 휴대전화 케이스 등 안전성이 필요한 분야에서 다양하게 활용되고 있다.


스포츠 브랜드 아디다스는 6년 동안 연구를 통해 독자적인 TPU 소재를 개발했으며, 이를 활용해 100% 친환경 운동화 ‘루프’를 개발했다. 수명이 다한 루프 운동화는 작은 알갱이로 분쇄하고 용해한 다음 다시 루프 운동화를 만들 수 있다. 현재는 루프 운동화 10켤레를 재활용해 1켤레의 새 신발을 만들 수 있다. 2021년 정식 출시 전까지 재활용 비율을 100%까지 끌어올리고, 2024년에는 전 상품을 재활용 소재만으로 만들 계획이다.


소재 업계 관계자는 “TPE 소재는 고무와 플라스틱의 이점을 동시에 지닌 신소재이며, 쉽게 가공할 수 있을 뿐만 아니라 친환경 소재로써 그 성장세가 크다”며 “향후 TPE 소재는 지속적인 기능성 향상 및 세분화를 통해 전방위의 산업에서 널리 활용될 것”이라고 전망했다.










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