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혁신적이고 기능적인 고성능 충진재와 첨가제 전문기업, HPF Minerals Ltd. 국내시장 도입 본격화
작성자 : 이용우
2025-01-06 |
조회 : 191
- HPF는 최고 수준의 제품을 최상의 서비스로 공급하고자 최선의 노력을 추구
- KOPLAS 2025에 참가, 관련 업계에 혁신적인 기술을 선보일 계획
HPF(High Performance Fillers) Minerals Ltd는 독일에 본사를 둔 Quarzwerke 그룹의 자회사로 고성능 필러 분야의 선도 기업으로, 2016년도 7월에 서울에 지사를 설립한 이후 2021년도에는 당진 공장을 준공하였다.
이를 바탕으로 아시아 태평양 지역 전체에서 고성능 필러의 거점 역할을 수행하고 있는 HPF Minerals(www.hpfminerals.com/kr 이하 HPF)는 다양한 광물 원료를 바탕으로 광범위한 제품을 제공하고 있으며, HPF에서 제공하는 고성능 필러는 도료 및 코팅, 플라스틱 및 탄성 중합체 등의 고분자 응용 분야에서뿐만 아니라 제약 및 치과용 재료로도 광범위하게 사용되고 있다.
140년이 넘는 시간 동안, Quarzwerke 그룹은 미네랄 원료 생산자로써 우수한 전통을 이어 온 독립적인 가족 회사로, 고품질의 원자재를 현대적이고 효율적인 처리 기술과 결합하기 위해 지속적으로 노력해 왔으며, 환경문제에 대한 우려가 커지면서 항상 지속 가능한 경영과 생태학적 고려를 더욱 강조하고 있다.
Quarzwerke 그룹 사업의 포인트는 산업 미네랄의 추출, 가공, 정제로써 당사의 기술적으로 발전한 생산 시설과 고도로 훈련되고 숙련된 직원들은 고객의 요구를 매우 훌륭히 충족시키고 있다. 수 밀리미터에서 수백 나노미터에 이르는 다양한 크기의 구성들은 분쇄되고 표면이 개질될 수 있으며, 특히 쿼츠, 카올린, 장석, 규회석, 미카 등은 700여 종의 다양한 품질 제품을 가공해 50여 개국에서 판매되고 있다. 더불어 Quarzwerke 그룹은 DIN EN ISO 9001 및 DIN EN ISO 14001에 따라 인증되었으며, 추출부터 납품까지 품질 보장에 많은 노력을 기울이고 있다.
HPF의 조갑성 상무는 “Quarzwerke 그룹의 6개 사업부 중 하나인 HPF는 광물 및 합성 소재를 기반으로, 혁신적이고 기능적인 고성능 필러와 첨가제를 개발, 고유한 시스템 솔루션을 만들고 있다.
당사의 고성능 필러는 수십 년 동안 그 가치를 입증했으며, 폴리머 시스템에 놀라운 기능적/광학적 특성을 부여할 수 있다”라며, “최근 페인트, 코팅, 접착제 및 플라스틱에 대한 요구 사항은 끊임없이 증가하고 있으며, 우리는 광물 원료의 가공 및 정제 분야에서 수년간의 경험 덕분에 폴리머 결합 시스템에 맞춤형 필러 솔루션을 제공할 수 있다”라고 말했다.
또한 “당사의 고성능 필러는 다양한 입자 크기로 제공되며, 당사의 제품군에는 더 높은 충전 수준을 위한 입자 크기 최적화 필러 패키지와 필러 혼합물도 포함된다. 당사의 많은 기능성 필러는 표면 개질되어 있으며, 이는 표면 처리되지 않은 제품보다 폴리머에 통합하기 쉽다. 폴리머와 고성능 필러 사이의 최적 결합은 폴리머 시스템에 특별히 적용된 코팅제를 통해 달성되며, 이를 통해 더 나은 균질화가 이루어지고 따라서 더 나은 기계적 및 열적 특성이 제공된다”라고 덧붙였다.
향상된 폴리머 복합재 성능을 위한 표면 처리 필러
미네랄 필러는 그동안 열가소성 수지, 열경화성 수지, 엘라스토머를 포함한 다양한 범위의 폴리머 시스템에 사용되어 왔다. 또한 보호 코팅, 접착제 및 기타 여러 유형의 폴리머 기반 시스템에서도 사용되고 있다.
많은 산업에서 이러한 고체 첨가제의 주요 기능은 부피를 채우고, 전체 비용을 줄이는 것으로, 매우 비용 효율적인 복합 재료는 활석이나 탄산칼슘과 같은 상품화된 미네랄 필러로 폴리머 시스템을 채워서 얻을 수 있다. 미네랄 필러가 폴리머 매트릭스를 ‘확장’하는 이러한 능력은 오늘날에도 여전히 사용되는 주요 이유 중 하나다.
한편, 무기 필러를 폴리머에 결합하면 성능이 향상되고 새로운 기능이 추가될 수 있다는 것도 하나의 주된 목적이다. 현재 폴리머 재료에 대한 기대는 그 어느 때보다 크다. 예를 들어, 성능 측면은 기계적 특성, 밀도 및 가공성과 관련될 수 있다. 기능성의 예로는 내화성, 열전도성 및 전기 절연성이 있다. 현재 ‘기능성 필러’라고 부르는 이러한 다 기능적 특성은 미네랄 필러를 단순히 ‘확장’하는 재료로 인식하는 것에서 점점 더 확대되고 있다.
미네랄 필러에 대한 끊임없는 혁신과 연구, 그리고 빠르게 확장되는 새로운 폴리머 매트릭스의 범위로 인해 가능한 재료 조합과 결과적인 특성이 점점 더 많아지고 있다. 특히 한 가지 혁신은 복합재 설계의 패러다임 전환을 가능하게 했다. 이것이 바로 미네랄 필러의 표면 개질이다.
역사적으로, 폴리머/미네랄 복합재 분야의 발전은 무기 필러와 유기 폴리머 화합물의 본질적인 비 호환성으로 인해 억제되어왔다. 이러한 비 호환성은 많은 폴리머 매트릭스(예: 폴리올레핀)의 비극성 및 소수성 표면과 대조적으로 무기 필러의 극성 친수성 표면에서 비롯되었다. 결과적으로, 로딩 수준에 비례하여 가공에 어려움이 있고, 기계적 특성이 저하될 수 있다.
그러나 필러의 표면 화학은 처리 공정 중에 표면 코팅을 적용하여 수정할 수 있다. 올바른 표면 개질을 선택하면 표면 개질된 미네랄 필러는 필러와 폴리머 매트릭스 사이에 강력하고 유리한 상호 작용을 제공할 수 있다. 이는 다음 그림에 표시된 SEM 이미지에서 볼 수 있듯이 미네랄 필러의 처리 및 분산을 크게 개선한다.
폴리머 매트릭스에서 (왼쪽) 미처리 및 (오른쪽) 처리된
울라스토나이트 섬유(TREMIN®)의 분산을 비교하는 SEM 이미지.
적절한 표면 처리로 기능성 필러의 폴리머 시스템으로의 젖음성과 분산이 크게 향상된다.
또한, 필러와 폴리머 매트릭스 사이의 경계에서 계면 접착력이 최적화되어 결과적으로 생성되는 복합재의 기계적 강도가 향상된다. 이에 대한 예는 다음 표에서 볼 수 있으며, 여기서 처리되지 않은 것과 아미노실란 처리된 울라스토나이트를 포함하는 폴리아미드 복합재가 나타내는 결과적으로 나타나는 기계적 특성을 비교할 수 있다. 표면 처리된 필러로 전환하면 파단 신율과 아이조드 충격 강도가 상당히 향상되는 것이 분명하다.
HPF의 조갑성 상무는 “’21년에 준공한 HPF 당진 공장에서는 독일에서 들어 온 광물을 사용 용도와 기능에 맞게끔 Customizing 하여 제작, 다양한 산업에 제공하고 있으며, 다양한 광물에 따라 볼 밀(ball mill) 또는 제트 밀(Jet mill) 가공을 해야 하는데 당진 공장에는 볼 밀과 제트 밀 생산 장비와 더불어 표면 처리를 위한 전용 믹서를 갖추고 있다”라며, “독일 설비를 그대로 들여와 국내에서 모든 생산이 가능하고, 한국 이외에도 중국, 일본, 대만, 동남아 지역으로 공급하고 있다”라고 말했다.
이처럼 HPF는 하이 퍼포먼스 필러 제조를 위한 표면 처리(surface treatment) 기술을 핵심으로 고객이 요구하는 최적의 고기능성 필러를 공급하고 있다.
주요 제품 소개
실리카: 탁월한 내화학성 및 내후성
실리카(SiO2)는 암석을 형성하는 데에 있어 가장 중요한 광물 중 하나다. 퇴적암과 퇴적물뿐만 아니라 마그마 변성암(magmatic metamorphous)에서도 발견되는 성분이다. 기본적으로 SiO2는 자연 상태에서, 삼방정계의 결정구조를 가진 실리카(trigonal silica)로 존재한다. 산업에의 활용에 있어서는, 강력한, 운용이 가능한 규사 광상이 대단히 중요하다.
그런데도, 실리카를 원료로 직접 사용하기에는 그 화학적 순도와 균일성만으로는 충분하지 않으며, 따라서 당사의 공장에서는 채굴된 규사를 철저한 절차를 통해 준비하며, 광범위한 세척, 분급, 건조 및 철분 오염이 없는 분쇄 공정을 거쳐, 원료는 실리카 조, 미분과 분말 제품을 생산하고 있다. 당사는 분쇄 및 분급 기술을 미세하게 조정 및 결합하여, 입자 크기가 1μm 이하인 실리카 분말을 생산하고 있으며, 또 다른 정제 단계에서는 각각의 용도에 적절한 조정을 위해 실란 또는 실란계 물질로 표면 처리를 실시하고 있다.
실리카 기반 고성능 필러 제품: MILLISIL®/ SILBOND®/ SIKRON®/ SILMIKRON®
크리스토발라이트: 눈부신 백색 소재
크리스토발라이트는 실리카의 고온 변형체다. 실리카와 달리, 크리스토발라이트(cristobalite)는 자연 상태로 거의 존재하지 않는다. 따라서 크리스토발라이트는 1.500°C까지 가열하여 순수 실리카로 만든다. 이 소성 과정을 통해, 그 격자형 구조는 확장되며, 밀도는 2.35g/cm³로 감소하게 된다.
이를 통해 생성된 기포는 음의 굴절률과 우수한 휘도를 제공한다. 실리카와 마찬가지로 크리스토발라이트는 화학적으로 비활성이다. 300μm의 중간 입자 크기를 갖는 제품부터, 1μm의 입자 크기를 갖는 미분화된 분말 제품까지 다양한 제품을 생산하고 있다.
크리스토발라이트 기반의 고성능 필러 제품: SILBOND®/ SIKRON®/ SILMIKRON®
규회석: 보강력과 낮은 열 팽창성
규회석은 약 450°C에서 형성되는 천연 규산 칼슘이다. 규회석 입자의 구조는 자연조건뿐만 아니라 사용된 준비 기법에 따라 달라질 수 있다. 특정 가공 기술을 사용하여 낮은 형상 종횡비(LAR)로 거의 블록과 같은 형태의 입자 구조에서, 높은 형상 종횡비(HAR)를 갖는 예외적인 침상 구조에 이르기까지 다양한 입자 구조를 가진 HPF 규회석 분말이 생산된다.
규회석 기반의 고성능 필러 제품: TREMIN 283 / TREMIN 939
카올린: 강화 특성을 가진 미세 필러
카올린은 자연 발생 원재료이며, 범위 가공(extent processing)을 통해 공업용 원료로 정제된다. 카올린은 물 분리 기법을 통해 보조 광물(accessory mineral)로 분리되며, 서로 다른 입도 분포의 분급 공정은 드럼 세척기, 사이클론 분급기 및 원심 분리기를 통해 수행된다.
침전, 여과 및 건조 공정은 이에 뒤이어 실시되며, 해당 공정을 통해 탈수가 진행된다. 표백제 및 자기 분리기는 다양한 카올린 제품에 개선 효과를 제공하며, 1,000°C에서 이루어지는 소성 처리를 통해, 백색 카올린은 고무 응용에 이상적인 제품이 된다.
카올린 기반 고성능 필러 제품: CHINAFILL, K-BRITE, CALK
수산화알루미늄: 백색의 난연제
수산화알루미늄은 보크사이트에서 합성을 통해 생성되며, 수산화알루미늄의 두드러진 점은 난연성(180°에서 탈수), 높은 백색도 및 낮은 경도이다.
수산화알루미늄 기반의 고성능 필러 제품: HYDRAFIL®
백색 용융 알루미나: 높은 강도 및 투명성
백색 용융 알루미나는 인공 제품이다. 전기로에서 고품질의 알루미나를 녹여 생산하며, 백색 용융 알루미나는 약 99% α-산화알루미늄으로 구성되어 있다. 백색 용융 알루미나의 두드러진 특성은 높은 경도와 투명성이다. 이보다 단단한 광물은 다이아몬드뿐이다.
강도가 상당히 높으므로 시중의 분쇄기술로는 분쇄가 어렵다. 미분화된 백색 용융 알루미나 분말 제품인 SEPASIL은 좁은 입도 분포를 특징으로 한다. 또 다른 정제 단계에서는, 각 응용 분야 맞추어 조정할 수 있는 실란 또는 실란 기반 물질들을 사용하여 표면 처리를 실시한다.
백색 용융 알루미나 기반의 고성능 필러 제품: SEPASIL®EK
SILATHERM®: 폴리머의 열 전도성 개선
새롭고 혁신적인 플라스틱에 대한 수요는 지속적으로 늘고 있다. 이러한 점에서 열 전도성 플라스틱은 수많은 주목할만한 장점들이 있기 때문에 향후 점차적으로 더욱더 광범위하고 중요한 역할을 하게 될 것이다. 이 플라스틱을 사용하면 경량 구조를 구현할 수 있을 뿐 아니라, 사출성형을 통해 신속하고 효율적으로 복잡한 형상을 제조할 수 있다.
고유의 열 전도성이 높은 특수 필러들을 추가하여 플라스틱 소재의 열 전도성을 상당히 늘릴 수 있다. 제품군 SILATHERM®으로 열 전도성 개선하는 광물 필러 기반의 효율적인 솔루션을 개발했다. 또한, 이 필러들은 전기적 절연 효과도 있으며, 기계적 강도를 개선했다.
혁신 역량과 여러 미네랄을 정제하기 위한 새로운 공정의 지속적인 연구 및 개발에 전념하고 있는 HPF가 2025년 3월 11일부터 14일까지 일산 킨텍스 전시장에서 개최되는 KOPLAS 2025에 부스 참가를 하니, 이번 전시 부스를 통해 HPF의 다양한 미네랄을 기반으로 한 고성능 필러(High Performance Filler)를 만나 볼 수 있기를 바란다.
