기술과 솔루션
핫멜트(Hotmelt)형 접착제의 최근 동향
작성자 : 취재부
2023-02-27 |
조회 : 1633
Ⅰ. 서론
개체를 접합시키는 소재는 용도별로 접착제, 점착제, 실란트 등 세 분야로 나눌 수 있다. 접착제는 적어도 두 개 이상의 표면을 강하고 영구적으로 접합시키는 물질을 말하고, 점착제는 적어도 두 개 이상의 표면을 다시 떼어낼 수 있는 정도의 접착력으로 접합시키는 물질이다. 실란트는 적어도 두 개 이상의 표면을 접합시킬 수 있는 물질로 표면 사이의 공간을 채움으로써 배리어(barrier) 혹은 보호 코팅의 역할을 하는 물질이다.
대부분 접착제는 합성수지를 원료로 하며, 용제가 휘발하여 고화되는 용제형 접착제, 저분자량 화합물의 중합을 이용하는 반응형 접착제, 고분자 고체에 열을 가해 접착력을 가지도록 하는 핫멜트형 접착제(HMA) 등으로 제조된다.
최근 세계적으로 접착제의 연구개발은 고기능화와 친환경적 두 방향으로 요약될 수 있다. 고기능화의 경우 특수기능성, 응용 범위 확대, 성능 강화, 가공공정 개선, 사용 편리성을 토대로 진행 중이며, 환경 친화의 경우 수계, 수분산성, 수용성, 광경화, 핫멜트, 천연 접착제 위주의 연구개발이 진행되고 있다.
본 심층보고서에서는 핫멜트 접착제에 집중해보고자 한다. 핫멜트 접착제는 물이나 용제를 사용하지 않고 100% 열가소성수지(Thermoplastic resin)를 사용하여, 상온에서 고체상 물질을 접착 시 열을 이용해 액상으로 만들어 사용하는 ‘열 용융형 접착제’를 의미한다.
액상으로 녹은 상태에서 피착제에 도포된 후 빠르게 굳으면서 접착력을 발휘하는데, 다른 접착제에 비해 건조과정이 필요 없어 접착 속도가 빠른 특징을 지니고 있다.
최근 인체에 무해한 친환경 소재로, 최근 이를 활용한 다양한 친환경 제품이 개발되고 있으며 위생, 가구, 포장재 제품 외에도 의료, 전자, 자동차, 항공우주 용도에 많이 사용되고 있다. 핫멜트 접착제는 간편한 도포, 저렴한 비용, 긴 사용 기간, 그리고 낮은 휘발성 유기화합물(VOC) 함량으로 인해 많은 기업이 선택하고 있다.
핫멜트 접착제는 1960년대에 DuPont 社가 에틸렌-초산비닐수지(EVA)를 최초로 개발함에 따라 공정 자동화를 통한 높은 생산성과 환경친화적 특징, 광범위한 적용 가능성, 재접착 가능성 등의 장점으로 기존의 용제형 접착제에 비해 성장률이 높았다.
핫멜트 접착제는 기본 중합체(Base polymer), 점착제용 수지(Tackifying resins), 왁스(Wax)를 주원료로 하여 만든다. 점착제용 수지는 실제 접착력을 부여하는 핵심 소재로 산업별 특성과 사용 용도에 맞춰 종류를 결정하는 것이 중요하다.
왁스와 기본 중합체는 점착제용 수지의 물성을 조절하여 각 사용조건에 맞는 최적의 접착력을 발휘할 수 있도록 돕는다. 기본 중합체는 접착제에 강성을 부여해 기본 뼈대를 이루는 중요한 원료이며, 낮은 분자량을 갖는 점착제용 수지보다 상대적으로 높은 분자량을 가지고 있어서 제품의 물성과 점도를 조절하는 역할을 한다.
또한, 제품 생산 시 높은 온도에서 제품이 녹아 내리거나 변질하지 않도록 도와준다. 기본 중합체의 종류와 사용량에 따라 전혀 다른 제품을 얻을 수 있기에 사용자가 좀 더 편리하게 접착제를 사용할 수 있도록 돕는 중요한 역할을 가진 원료이다. 표 3에 핫멜트 접착제의 주요 조성 및 구성 성분을 나타내었다.
핫멜트 접착제는 구성 성분의 종류에 따라서 분류될 수 있는데, 대표적인 것으로는 에틸렌-초산비닐계, 폴리올레핀계, 스티렌블록공중합체계, 폴리아마이드계, 폴리에스테르계, 우레탄계(반응성 핫멜트) 등이 있으며, 각각의 특징에 따라 이용 분야도 다르다.
- 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체(Ethylene Vinyl Acetate) 계열: 대표적인 핫멜트 접착제로 가장 많이 사용되는 수지이다. EVA 접착제는 중합도와 초산비닐 함유량에 따라 성질이 달라지는데, 초산비닐 함량이 높을수록 탄성과 유연성이 높아진다. 초산비닐 함량이 22~40% 정도의 고함량 제품은 주로 태양전지의 시트 제작용, 포장 및 목공용 접착제 원료로 사용되고, 저함량 제품은 VA 함량이 3~20% 정도로, 필름(비닐)이나 스펀지, 신발 밑창, 장난감 소재로 많이 사용된다.
- 폴리아마이드(PA) 계열: 열, 오일, 가소제 및 용제에 대한 내성이 뛰어나며, 매우 강하고 유연하다. 이런 특성으로 인해 접합하기 힘든 기재에 많이 사용되며 내열성과 내화학성이 우수해 자동차 및 항공우주 용도가 많다.
- 폴리에스테르 계열: 내열성, 내약품성, 열안정성, 비공성 표면과의 접착력, 내유성 등이 우수한 특징을 가지고 있다. 특히 폴리에스테르계는 부직포나 직물 등에 대한 접착력이 우수하고, 우수한 내열성으로 가전제품 및 자동차용 부품 제조에 많이 사용된다.
- 폴리우레탄(PU) 계열: 업계에서 가장 오래된 핫멜트 중 하나로, 열 안정성이 탁월하다. 탄성, 내열성, 내후성이 뛰어나 고무 및 섬유 목제, 플라스틱 접착용으로 사용되며, 특히 강력한 접착 접합 기능 때문에 자동차, 건축자재에 많이 사용된다.
Ⅱ. 국내외 핫멜트 동향
2.1 세계 시장
핫멜트 접착제는 다른 접착제에 비해 플라스틱, 세라믹, 유리, 종이, 고무, 목재, 금속 등을 순식간에 접착하기 때문에 포장, 건축, 전자기기, 섬유, 자동차 등의 분야에서 널리 사용된다.
핫멜트 접착제는 자동차 시트커버와 카펫 조립에도 사용되고 있어 자동차 업계의 수요가 커지고 있으며, 완전하게 조립된 라미네이트 가공의 가구 수요가 증가하고 있어, 핫멜트 시장이 점점 확대될 것으로 보인다.
식품·음료 분야에서도 휘발성 유기화합물(VOC)을 포함하지 않아 악취나 식품의 품질에 악영향을 미칠 가능성이 없어, 커스터마이즈된 제품 수요가 증가하고 있다. 폴리우레탄계(Polyurethane) 기술의 등장으로 고내열성, UV 보호, 우수한 결합력을 갖춘 제품이 출시되어 시장성장에 긍정적인 영향을 미치고 있다.
또한 유럽과 북미의 노동시장의 위기로 인해, 접착제 취급 및 적용을 자동화하는 방향으로 Market Trends가 변화하고 있다. 이러한 변화로 인해, 접착제 취급의 자동화와 애플리케이션 성능 요구사항이 증가함에 따라 핫멜트 시장은 점점 발전할 것으로 보인다.
세계의 핫멜트 접착제 시장규모는 매출 기준 2019년 8,404백만 달러에서 2026년에는 12,497백만 달러로 연평균 5.8% 성장할 것으로 예상된다(그림 2). 핫멜트 소재 종류별 출하량을 살펴보면, 에틸렌초산비닐계가 가장 많고, 폴리올레핀계, 고무 베이스, 폴리우레탄계 순으로 많이 출하될 것으로 예측된다(그림 3).
핫멜트 접착제 시장은 포장 제품, 기저귀 등 위생용품, 가구, 신발, 섬유, 자동차, 건축, 제본 등으로 분류되고 있다.
용도 분야에 따른 핫멜트 접착제 시장은 2019년 패키징 분야가 33.4%가 가장 크고 부직포, 자동차 분야 순서이다. 2026년까지 연평균 예상 매출액 증가 기준으로 살펴보면, Packaging 분야 6.2%, Non-wovens 4.9%, Furniture 6.2%, Automotive 6.1%, Graphics & Book binding 5.1%, Construction 5.3%, Other(Medical, electronics and footwear applications) 5.9% 성장할 것으로 예상된다(그림 4).
핫멜트 접착제 시장의 높은 성장률을 이끄는 주요 요인은 자동차 및 포장 산업의 수요 증가와 유성 접착제에 대한 환경문제이다.
자동차용도 분야에서 높은 성장률을 보이는데, 이는 차량 설계에 대한 소비자의 선호도가 변화하고 있기 때문이다. 일반적으로 자동차의 여러 부품을 접합할 때, 높은 성능과 강도를 제공하는 기계적 패스너 또는 용접을 사용했었는데, 최근에는 경량 금속, 플라스틱, 비철금속 및 코팅 강철을 사용하는 새롭고 정교하고 경량화된 차량 설계 개발이 이루어지고 있다. 새로운 조립 방법이 요구되면서 자동차부품 접합에 핫멜트 사용이 증가하고 있다.
중국은 세계에서 두 번째로 큰 포장 산업을 보유하고 있다. 냉동식품, 스낵 식품 등과 같은 식품 부문에서 맞춤형 포장의 증가, 포장 소비재에 대한 수요 증가로 인해 예측기간 동안 일관된 성장을 보일 것으로 예상된다.
또 핫멜트 접착제 시장에서 확인된 주요 트렌드 중 하나는 신흥국 소비자의 소비 증가이다. 인도, 중국, 인도네시아와 같은 국가는 최근 급속한 경제 성장을 이룩했다. 이로 인해 의류, 신발 및 전자제품 등 다양한 제품에 대한 수요가 증가했고, 나아가 고기능화, 환경친화적 제품이 개발되면서 핫멜트 접착제의 소비량이 늘어나고 있다.
2.2 주요 기업 현황
글로벌 핫멜트 접착제 시장에서 주요 활동하는 업체로는 Henkel&Co., KGaA, Jowat SE, Sika AG, 3M Company, Bostik Inc., Avery Dennison Corporation, H.B.Fuller Company, Arkema Group, Westlake Chemical Corporation, Beardow & Adams (Adhesives) Limited. 및 DowDuPont Inc. 등이 있다.
상위 5개 경쟁사는 Henkel 23.1%, Bostik 18.5%, H.B.Fuller 15.3%, Sika 12.1%, 3M 10.0%로, 전체 시장점유율의 79%를 차지하고, 나머지 시장점유율은 다수의 기업이 보유하고 있다(그림 5).
Global Top 5 기업 Hotmelt Adhesives 현황을 살펴보면 다음과 같다.
2.2.1 Henkel
Henkel 사는 자동차, 금속 등 일반 산업부터 전자 산업, 각종 소비재나 건축용, 라벨, 신사업과 통합 솔루션 등 각종 기기에 적합한 접착제 솔루션을 모두 확보한 유일한 기업이다. 핫멜트 접착제 라인으로는 TECHNOMELT® 제품이 있다.
- TECHNOMELT MELTACE 703: 조립라인의 깔창/바닥 접착제 적합한 변성 고무 핫멜트 접착제
- TECHNOMELT AS 779F: 빠르게 고정하며 폼을 형성하여 간격을 충진하도록 설계된 열가소성 핫멜트 접착제
- TECHNOMELT PA 2344: 일반 조립 분야에 사용되며, 특히 열수축성 제품 및 무처리 폴리에틸렌에 적합한 폴리아마이드 열가소성 핫멜트 접착제
- TECHNOMELT PA 2322: 주로 열 수축성 제품에 사용되는 폴리아마이드 핫멜트 접착제
- TECHNOMELT AS 820: 내열성과 내산성을 지닌 핫멜트 고체 접착제로, 자동차 배터리에 주로 사용되며, 구리 쪽에 도포될 경우 납 축적을 방지
- TECHNOMELT AS 7149: 다양한 표면에 우수한 접착력을 보여주는 핫멜트 접착제
2.2.2 Bostik
Bostik 사는 특히 핫멜트 및 수계 접착제 위주로 생산하고 있다. 최근 Prochimir와 Fixatti 인수를 통해, 펠릿, 분말, 필름을 특징으로 하는 고성능 열접착 특수 핫멜트 접착제의 새로운 라인을 출시하였다. 핫멜트 접착제로는 Thermogrip® 라인 제품이 있다.
2.2.3 H.B.Fuller
H.B.Fuller 사는 접착제/실란트 분야 3대 메이저 접착제 회사 중 하나로, 우리 생활 제품에 많이 사용되는 접착제를 제조한다. 접착제 라인 중 Swift®therm 브랜드는 EVA 기반 핫멜트 접착제로, 최종 포장, 서적 생산, 골판지 상자 제조, 용기 라벨링과 같은 많은 접합 응용 분야에 사용된다. Advantra®, Clean Melt® 포장용 접착제는 H.B.Fuller의 독점적인 청정 접착제 기술로 개발된 고성능 부가가치 핫멜트 제품군으로, 포장 제품 제조업체를 염두에 두고 개발되었다.
2.2.4 Sika
Sika 사는 공정 단순화를 통한 전반적 비용 절감에 중점을 둔 접착솔루션으로 시장을 개척하고 있다. SikaMelt® 접착제는 폴리우레탄, 폴리올레핀(반응성 성분 포함) 또는 열가소성 고무를 기반으로 하는 화학구조를 가진 광범위한 핫멜트 제품으로, 금속, 목재, 종이, 플라스틱 및 복합 재료를 결합하는데 이상적이다.
2.2.5 3M
3M은 접착되는 재료에 따라 사용되는 핫멜트 접착제를 다양하게 제시해 준다. 실제 산업에서 사용되는 각각의 재질들은 표면 에너지가 서로 달라, 재질에 대한 이해를 기반으로 사용할 접착제를 선택하는 것이 중요하다. 특히 3M의 스프레이형 핫멜트 접착제는 뿌려주기만 하면, 가구 쿠션, 바닥 패드, 사무실 패널 등 다양한 용도로 가능하다.
2.2.6 Arkema
Arkema 사의 접착솔루션 부문인 Bostik은 핫멜트 접착제 메이커 Edge Adhesives Texas(Fort Worth)를 인수하여 미국의 고성능 접착제 사업을 강화했다. Edge Adhesives Texas는 주거용 건물에 사용되는 혁신적인 접착제 솔루션의 선도적인 개발 및 제조업체로, 창, 문 및 지붕 등에 간편하게 적용할 수 있는 주택 건설용의 핫멜트 점착테이프 맞춤형 전문업체이다.
2.2.7 BASF
핫멜트 접착제 시장의 제품 개발 추세는 주로 자동차 및 건설 응용 분야에 사용되는 포장 및 테이프의 라벨을 포함하는 특수 응용 분야용 접착제의 필요성에 의해 주도된다. 2019년 6월 BASF 사는 독일에 새로운 시설을 개설하여 UV 아크릴 핫멜트 폴리머 생산량을 늘렸다.
휘발성 유기 화합물(VOC) 배출 및 냄새 수준을 최소화하는 것 외에도 BASF의 acResin®은 내구성 제품의 라벨 응용 분야에 사용되는 솔벤트 기반 접착제와 비교할 때 가격 경쟁력이 있을 뿐만 아니라 지속 가능한 것으로 입증되었다.
2.3 국내 동향
2.3.1 DL케미칼
DL그룹의 석유화학 자회사인 DL케미칼(전 대림산업 석유화학사업부)이 친환경 핫멜트 접착제 및 소재인 무정형 폴리-알파-올레핀(APAO, 인체에 무해한 친환경 접착 소재) 생산을 위해 미국 렉스택과 합작법인을 설립했다. 디렉스폴리머는 여수산업단지 내에 연 4만 톤 규모의 생산시설을 갖출 예정이며, 2023년 상반기 상업 생산을 목표로 하고 있다. DL케미칼은 자체적인 글로벌 네트워크를 활용하여 아시아, 유럽 등 글로벌 시장으로 사업을 확장해 나갈 계획이다.
2.3.2 유진폴리테크
㈜유진폴리테크는 친환경 수성(水性) 인쇄용지로 만든 핫멜트 벽지를 생산 판매한다. 이 벽지는 구김이 적을 뿐 아니라 구겨졌다 해도 다림질만 하면 원래 상태로 돌아오기 때문에 매우 효율적이다. 핫멜트 벽지는 벽지 뒷면에 접착제를 발라 풀 없이 간편하게 사용하는 친환경 벽지로, 벽지를 벽에 대고 다리미로 적당한 열을 가해 순간적으로 붙게 만드는 구조이다.
2.3.3 오공
㈜오공은 1963년 최초의 국산 접착제를 생산해 시판한 이래, 전자, 자동차, 건축, 가구, 포장, 목재 등 다양한 산업에 사용되는 고품질 접착제 개발에 힘쓰고 있다.
포장용 핫멜트, 자동차용 핫멜트, 필터용 핫멜트 연구개발에 힘쓰고 있다. 일반 골판지 포장 제품부터 코팅 처리된 난접착 포장용, 고내열 포장용 등의 특수용도 제품까지 다양한 포장 재질, 작업속도, 작업온도별로 최적화된 제품을 제공하고 있다.
자동차용 핫멜트는 배터리, 전조등, 후미등, 바닥, 도어, 천장의 내장재 등에 사용되며, 필터용 핫멜트는 산업용 공조기, 가정용 에어컨, 공기 청정기 등에 사용되는 필터에 사용된다.
Ⅲ. 화학소재정보은행 점·접착제 데이터
국내외 화학소재의 물성 및 기술정보를 구축하고 있는 화학소재정보은행(CMiB)은 상용제품 위주로 물성 정보를 추출하여 소재 데이터베이스를 구축하고 있다(www.matcenter.org).
현재까지 수집된 상용소재 정밀화학소재 데이터는 제조사 301개 사, 소재 제품 20,526 Grade, 물성 정보 107,616건(2022년 1/4분기 기준)이고, 그중 점·접착 데이터는 제조사 61개 사, 소재 제품 4,511 Grade가 수집되었다. 화학소재 정보은행에 수집된 Hot Melt Adhesive는 총 43건이다.
Ⅳ. 결론
접착제는 최근 수년 동안 산업적으로 그 용도의 범위가 점차 확대되고 있다. 전자제품이 슬림화되고 경량화와 여러 기능이 복합화가 이루어지면서 접착제의 활용성이 크게 주목받고 있다.
접착제는 이제 일상 생활용품부터 전기·전자, 자동차, 의료 산업이 등에 사용되는 정밀화학 산업으로 미래 성장 산업으로 기대되고 있다. 접착제 시장이 빠르게 변화하고 있는 이때, 고기능, 고부가가치 산업으로 발전시키기 위해서는 당장 이익에 안주하기보다 품질과 성능 향상을 통한 적극적인 참여와 기술 개발 노력이 필요한 시점이다.
친환경을 위해 휘발성 용제를 사용하지 않는 핫멜트형, 광경화형, 수계 점·접착 소재의 연구가 계속해서 이루어지고 있다. 핫멜트는 용제를 쓰지 않는다는 장점이 있다. 환경의 오염이나 작업장의 공해를 현저히 낮추는 효과가 있는 것이다. 반면 단순히 열로 녹여서 붙이는 공정이므로 완제품을 사용하는 중에 열에 의해서 다시 떨어지는 불안정성이 있는 것도 사실이다.
따라서 용융온도와 사용온도의 조화를 잘 고려하여 조성설계를 하여야 한다. 이를 근본적으로 방지하는 방법으로 습기 경화형 수지를 써서 공기 중의 수분으로 가교 구조를 형성시킴으로써 재용융을 차단하기도 한다. 이같이 핫멜트 분야에는 미개척의 기술영역이 많이 남아 있다. 친환경 관심이 높아지고 있는 만큼, 앞으로 다양한 핫멜트 접착제의 발전이 기대된다.
