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연두 정
5 years ago
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1 폴리우레탄섬유 - 스판덱스 (Spandex) 신정원 조사분석 2 팀 I. 서론 고무가아니면서고무같은기적의섬유 라는별명이붙었던폴리우레탄섬유는 1959년상업화된이래로신축성에서나오는편안한착용감과내구성으로 1990년대후반부터섬유시장의강자로급부상하였다. 섬유중에서신축성과탄력성이가장우수하고비중이가벼워청바지, 수영복, 란제리등의의류분야에사용되는것은물론백, 기저귀등기타탄력성을필요로하는각종소재로그응용범위가급속히확대되고있다. 폴리우레탄섬유는전세계생산능력이 1995년 10만톤에서최근 20만톤으로약 2배로급성장하였으며, 그사용용도와수요가증대됨에따라향후지속적인성장이이루어질것으로전망되고있다. 한국은최근국내업체들의눈분신성장으로생산능력면에서는급신장을거듭하여왔지만, 세계대형화섬메이커들의상당규모의투자로설비증설경쟁이심화되면서공급과잉으로인한가격붕괴의우려가제기되고있다. 기술주도의고부가가치제품으로의전환이필요한시기이다. 본자료에서는국내업체들의최근동향과폴리우레탄계섬유에대한국내외특허자료를통해각국의출원동향및기술개발현황을살펴보고자한다. II. 본론 1. 폴리우레탄섬유 - 스판덱스 (Spandex) 폴리우레탄은 1937년독일의 Bayer사가개발하여주로탄성이요구되는용도에사용한고분자화합물이며, 성분의 85% 이상이이폴리우레탄으로이루어진탄성섬유가스판덱스 (Spandex, 폴리우레탄섬유라고도함 ) 이다. 폴리우레탄의섬유용도는 1930년대독일에서페를론 U로처음만들어졌으며, 여러회

2 사가폴리우레탄탄성섬유를개발하기위해연구를하였으나상업적으로성공한것은 1959 년듀폰 (Du Pont) 에의해서이다. 듀폰은이섬유를라이크라 (Lycra) 라명명했으며, 탄성섬유라고하면바로라이크라를연상할정도로그기능과성능을인정받아왔다. 스판덱스는백도, 파지력 ( 고무의 1.8배 ), 인열강도 ( 고무의 2배 ), 파열강도, 탄성등이월등이우수하여주로여성용파운데이션및수영복, 체조복등의소재로활용되고있으며, 직물보다는니트 (Knit) 류에코어사 (Core Yarn) 상태로활용한다. 즉사 ( 絲 ) 내부에스판덱스가들어가고그위에나일론사를감아서사용한다. 이외에도면등을피복한제품도있으나, 주된스판덱스코어사적용은아직스판덱스 / 나이론, 스판덱스 / 폴리에스터등이주종을차지하고있다. 표1. 스판덱스와나이론, 폴리에스터의주요특성비교 특성 / 섬유 나이론 6 스판덱스 폴리에스터 인장강도 (g/d) 건습강력비 신장률 (%) 신장탄성률 (%) (3% 신장시 ) 95-99(50% 신장시 ) 비중 공정수분율 (%) 연화점 용융점 내후성 ( 옥외노출 ) 강력은약간저하되고, 약간의황변이일어남 좌동 좌동 50% 의 가성소다용액 알칼리에의한영향 과 28% 의암모니아강알칼리 (50%) 에약알칼리에약간의용액에서는강력저하강력저하거의없음강도저하 ( 가수분해 ) 거의없음 염색 분산, 반응, 산성, 크롬 좌동 분산염료 곰팡이, 벌레 완벽한저항성있음 좌동 좌동 기타 과산화표백에의한염소계표백시강도저하발생강력저하발생 1-1. 스판덱스의구조 폴리우레탄이란그분자량에상관없이 urethane기를포함하고있는고분자물질을총칭한다. Urethane기는 isocyanate기 (-N=C=O) 와 hydroxyl기 (-OH) 사이의반응을통하여생성된다. 또한 isocyanate기 (-N=C=O) 와 amine기 (-NH2) 사이의반응을통하여얻어지는 urea기 (-NH-CO-NH-) 를포함하는고분자물질도 polyurethane에포함된다. 즉,

3 polyurethane은위의화학반응들을통하여 urethane기 (-NH-COO-) 를포함하는모든고분자물질을총칭하는것이다. 스판덱스는일반적으로 diisocyanate와저분자의 diol이나 diamine 그리고고분자의 hydroxy terminatedether 또는 ester polyol과반응하여형성된다. 이렇게형성된고분자는선형구조이며, 화학적으로 di-block copolymer의분자구조를갖는다. 그림 1 스판덱스분자구조 1-2. 스판덱스의탄성발현 스판덱스는상온보다높은유리전이온도를가지는 hard segment와상온보다낮은유리전이온도를가지는 soft segment들의 ABAB 교호공중합체이다. 이들두 segment간의열역학적불친화성으로인하여미세상분리현상이일어나, hard segment들에의한 hard domain과 soft segment들에의한 soft domain이공존하는불균일구조를구성한다. Hard segment는유리전이온도가상온보다높으므로상온에서 glassy한상태로존재하며, soft segment는유리전이온도가상온보다낮아상온에서분자쇄들의운동이자유로운 rubbery한상태로존재한다. 이러한열가소성탄성체에응력을가하면 glassy한상태로존재하는 hard domain의변화는적은반면, rubbery한상태로존재하는 soft segment들은무배향상태에서응력방향으로배향된상태로변화된다. 그러나외부의응력을제거하면배향된상태의 soft segment는다시무배향상태로회복하는에트로피효과에의한탄성을나타내게되는것이다. Hard domain내의 hard segment들은상호간수소결합등의물리적가교결합을형성함으로써안정된구조를형성하도록한다. 결과적으로 hard domain은외부의응력에대한변형을제한하고, 응력이제거되면원래의상태로회복하려는탄성의성질이나타나도록한다 스판덱스의중합반응 일반적으로스판덱스는분자량이 2000g/mol 내외의 polyol과 diisocyanate, diol 또는 diamine 쇄연장제사이의중합반응및방사를통하여형성된다. 스판덱스의중합은모든구성성분을동시에투입하여반응을시행하는 1단계중합법과, 반응을두번에걸쳐서진행시키는 2단계중합법이있다. 2단계중합법에서의첫번째반응은과량의 diisocyanate와 polyol의반응에의해 prepolymer가형성되는 prepolymerization반응이며, 두번째반응은첫번째반응에서형성된 prepolymer에저분자량의 diol 또는 diamine를반응시켜중합도를높이는쇄연장반응 (chain extension) 이다. 이들두반응을통하여고분자량의스판덱스용 polyurethane이형성된다. 2단계중합법은 1단계중합법에비하여보다규칙적인구조를얻기가용이하며,

4 branch나가교결합의가능성이낮아중합계의조절이용이하다. 현재생산되고있는스판덱스의대부분은 2단계중합법에의하여제조된다. 스판덱스중합시사용된각각의원재료에따라반응성이달라지므로, 다양한중합방법이시도된다. 또한사용된원재료에의하여물리적성질및화학적성질이변하게되므로, 방사및후처리방법이달라진다. 예를들어중합시사용되는쇄연장제의종류에따라서스판덱스의방사방법이달라지게되는데, diol 쇄연장제가사용된스판덱스는 urethane 기만이존재하므로용융방사가가능하다. 그러나쇄연장제로 diamine이사용된경우에는 urethane기외에도 urea기가형성되며 urea기의용융온도가폴리우레탄의열분해온도보다높기때문에용융방사가불가능하여건식또는습식방사에의하여섬유화된다. 이와같이스판덱스의제조공정에영향을미치는요인들을파악함으로써, 원하는물성의스판덱스를제조하기위한적절한원재료및제조공정을선택할수있다 스판덱스방사방법 탄성섬유인스판덱스의방사공정은위에서언급한바와같이생성되는고분자쇄의구조와반응성의차이로인해여러가지방법으로나누어지는데, 크게용융방사, 용액방사와화학방사가있으며용액방사는다시방사되는방식에따라습식과건식방사로나뉜다. 현재대부분의스판덱스가건식방사에의해섬유화되고있다. 방사방법은방사시의겔화 (gelation) 여부나 hard domain의용융여부에영향을받으므로, 방사방법은쇄연장제의종류에따라변화된다. Diol과같이 isocyanate와의반응속도가느린쇄연장제가사용되면 bulk 중합과용융방사가가능하다. 그러나 diamine과같이 prepolymer와의반응속도가큰쇄연장제가사용되면 bulk 중합시고분자가 gelation되며가공이어려워지므로섬유화할수없다. 따라서이경우에는용액중합을통해건식, 습식또는화학방사에의해섬유화한다. 건식이나습식방사는중합시 prepolymer와쇄연장제를모두용해시키는극성용매 (DMAc, DMF) 를사용하며, 중합된점도있는용액을방사하여섬유를제조한다. 이밖에화학방사는점도있는 prepolymer 용액을쇄연장제가용해된물과같은응고욕에토출시킴으로써섬유형태의스판덱스를제조한다. 섬유화과정의가장중요한점은균일한물성과외관을갖는섬유의제조이다. 스판덱스섬유의생산초기에는반응속도와점도의조절이어렵고, urethane이나 urea기와미반응된 isocyanate의반응에의해 branch를형성하여균일한성질의섬유를제조하는데많은어려움이있었다. 건식과습식방사는용매사용에따른경제적손실과용매의제거나재사용에대한기술적, 경제적문제가존재하지만반응속도의조절및점도조절이용이하여다양하며물리적특성이우수한스판덱스를생산할수있다. 가. 용융방사 용융방사법은폴리우레탄을가열용융상태그대로노즐에서압출하고, 냉각후에유제를부착하여권취하는방법이다. 용융온도는우레탄결합의분해온도 ( 약230 ) 이하로설정할필요가있기때문에, 쇄신장제에저분자량디올을이용한열가소성폴리우레탄에적용되고, 아민쇄신장에의해우레탄결합함유고융점폴리우레탄에는적용되지않는다. 용융방사법은건식법이나습식법과같이용매를이용하지않기때문에세데니어의생산에적합

5 한것으로알려져있다. 또용제회수장치가필요없기때문에설비투자비가비교적적고, 자원이절약된다는잇점이있어많이채택하고있는방사법이다. 나. 건식방사 건식방사는방사용액을노즐헤드에서압출하고, 가열증기에의해용매를제거하여단사로하며, 용융방사방식에적당하지않은여러쇄연장제 (water, diols, aminealcohol, diamine, dihydrazides) 의사용이가능하다. Diamine이사용된스판덱스는융점이높아용융방사가불가능하며주로건식방사에의해섬유화된다. 건식방사는용매를사용하기때문에반응속도의증가를억제할수있고, 중합과방사시의겔화를방지할수있으며 diamine류의쇄연장제를사용하여기계적성질이우수한스판덱스를생산할수있다. 다음그림은건식방사공정의개략도이다. 탈포, 여과를거친방사원액을기어펌프방사노즐 (spinnerette) 을통해방사통내로토출시킨다. 방사통상부에서는가열된고온가스가도입되므로토출된고분자용액중의용제는고온가스로증발확산되며, 필라멘트는고화및세화가진행된다. 가연 (falsetwist) 장치에의해필라멘트는방사통내부의일정위치의합착점에서융착되어단사의집합체를형성해모노필라멘트처럼된다. 이융착은후가공공정인 knitting 공정등에서단사절을피하기위함이다. 방사통을통과한필라멘트는 godet roll 및유제처리장치를거쳐권취기에감기게된다. 용제를함유한가스는가스배출구를통해배출되어용제응축및정제공정을거쳐재사용된다. 건그림 2 건식방사공정개략도식방사에있어서방사원액의농도는 25~35%, 권취속도는 200~600m/min이며가스는공기또는질소를사용하는것이보통이나어느것이라도용제의폭발한계농도 (flammability limit) 내에서공정조건을설정해야한다. 건식방사중섬유의물성을개선하기위하여첨가제를사용할수있다. 방사되기전에불용성가소제나 poly(vinyl alcohol) 과같은수용성가소제를첨가하면섬유의배향도를증가시킬수있으며, 결과적으로 tenacity나기타물리적성질을개선할수있다. 사용된첨가제는방사후물에용해시키거나후처리하여제거한다. 다. 습식방사 아래그림은습식방사공정의개략도이다. 방사원액은기어펌프와방사노즐을통해용제를함유한수용액으로채워져있는응고욕중으로토출된다. 응고욕내에서방사액상과응고욕상에서용매와침전제의상호확산이일어나방사액상으로침전제가침투하여폴리머 -용매-침전제의 3성분계에서상분리, 침전이발생하면서필라멘트의고화가진행된다. 응고

6 욕을통과한필라멘트는세정욕중에서용제가완전히추출된후건조연신, 열처리및유제처리장치를거쳐권취기에감기게된다. 추출된용제는전량회수되어정제공정을거쳐재사용된다. 습식방사에서는탈용제속도가느리기때문에방사원액의농도는 25% 이하로한다. 습식방사에서는필라멘트가응고욕중에서주행하면서응고욕의저항 (hydrodynamic drag) 을크게받기때문에권취속도는보통 m/mim 정도로건식방사에비해느리다. 필라멘트의단면형상은건식방사된것과는달리불규칙한형태이며표면도거친상태이다. 라. 화학방사 그림 3 습식방사공정개략도 화학방사는양말단에 isocyanate기가있는 prepolymer를방사노즐을통하여쇄연장제가포함된용액속으로토출함으로써이루어진다. 방사된고분자용액은응고욕에존재하는쇄연장제와즉시반응하여섬유표면을고화시키며, 점차섬유내부로반응이진행된다. 권취되기전에섬유간접착을방지하기위해응고욕을통과한섬유에희석된 ammonia 용액을뿌려주어권취를용이하게한다. 표면층의빠른반응은섬유표면의조기고화현상을유발하는데, 이는계속적으로권취기에섬유가감길수있도록하는데기여한다. 방사된섬유가권취기에감기더라도섬유중심부는아직액체상태이다. 그러므로필라멘트내부의고화는권취된후에도계속일어난다. 압력을준상태에서고온의물을사용하여섬유내부의고화를촉진시킨다 (water curing). 첨가제는 soft segment나응고욕으로방사되기전에 prepolymer에첨가한다. 그림 4 화학방사공정개략도 이방사법은주로지방족 diamine계가사용된스판덱스에사용되며 ether나 ester 계 polyol이모두사용될수있다. 또한화학방사는최종고분자의용해성에대한문제가

7 발생하지않기때문에부분적으로 branch된고분자를방사할수있다. 화학방사는건식방사보다용매를적게사용할수있는장점이있다. Prepolymer에 DMF나 DMAc 등의극성용매를첨가하여방사원액의점도를조절하는경우도있으나, 쇄연장제가용해된응고욕의주용매가물이기때문에건식방사보다경제적이다. 화학방사에의해섬유화할경우불규칙하거나평평한모양의섬유단면이형성될수있다. 이는섬유내부로쇄연장제가충분히침투하지못했기때문에나타나는결과이며, 이를방지하기위해서응고욕에 monoalcohol, glycol 또는이의혼합물을첨가한다. 또한 water curing 시간을단축시키기위해서 3급아민과같은촉매로처리하기도한다. 2. 스판덱스국내외현황 스판덱스는전세계적으로생산능력면에서 1990년부터연평균 15.5% 의증가율을나타내며화학섬유범용품목중가장높은성장을보이고있는산업분야이다. 스판덱스시장은세계적인다국적기업인듀폰계열회사에서전세계생산량의절반가량를점하고있지만, 지난 2-3년간국내업체들의급격한생산설비확장과지속적인성장으로한국의비중이크게부각되었다. 스판덱스섬유에대한국내업체들의생산능력은 1991년 1만톤 / 년에서 2001년에는 7만톤 / 년으로연평균 21.5% 의증가율을보여왔으며, 이는 1998년보다배이상증가한것이다. 이기간중국내업체인효성이신규참여하여세계 2위업체로부상하였고, 3위의태광산업, 4위의동국무역등세계전체에서한국이차지하는비중은 1998년 24.2% 에서 2000년에는 29.3% 로상승하였다. 사실상세계스판덱스섬유의생산증가를한국이주도하고있는것이다. 효성을비롯한태광, 동국무역등의국내업체들은최근수년간스판덱스수요가급속히팽창하고있는중국등을비롯한해외현지에경쟁적으로스판덱스설비를증설하는등투자를확대하고있어당분간이러한추세는계속될것으로보이며, 세계 1위인듀폰을제치고세계시장을석권할날도멀지않은듯하다. 이러한전망은현실화가능성이높게점쳐지고있다. 최근세계적인다국적섬유기업들이섬유사업에서발을빼거나투자를줄이고아시아지역섬유기업에사업영역을넘겨주고있는데다, 듀폰은자체내인력을대폭감소시키고폴리에스터공장을폐쇄했는가하면급기야미석유화학업체코치인더스트리에합성섬유사업을 2004년상반기까지매각하기로하는등지난 2백년간주력사업이었던섬유에서완전히손을떼기로결정했다. 듀폰의이같은결정은섬유업계가전체적으로불황을겪고있는데다최근섬유업계에서독보적인지위를누리고있던스판덱스분야에서국내기업인효성이집중적인투자로고품질을확보함으로써듀폰의영역을크게잠식하는등수입산에밀려자국내시장점유율마저줄어들고있기때문인것으로보인다.

8 국가별생산능력 주요업체별생산능력 대만 7.3% 기타 19.8% 한국 29.3% 기타 37% 듀폰 34.6% 일본 12.5% 중국 15% 미국 16% 동국무역 8.4% 태광산업 9% 효성 11% 그림 5 세계스판덱스국가별생산능력 그림 6 세계스판덱스주요업체별생산능력 새한 5.7% 국내업체생산능력구성 코오롱 2.8% 효성 32.3% 동국무역 28.5% 태광산업 30.7% 그림 7 국내생산업체의생산능력구성 표 2. 국내외주요스판덱스섬유제조회사 국가 제조사 상품명 방사방식 미국 Du pont Lycra 건식 Globe Manufacturing Cleerspan, Glospan 화학 Toray Du pont Lycra( Opelon) 건식 Toyobo Espa, Espam 건식, 용융 일본 Asahi Kasei Roica 건식 Nishinbo Movilon 용융 Fujibo Fujibo Spandes 습식 Kanebo Looobell 용융 효성 Creora 건식 한국 태광산업 Acelan 건식동국무역 Texlon 습식, 건식 코오롱 Kolon - 영국 Du pont(uk) Lycra 건식 캐나다 Du pont Canada Lycra 건식 네델란드 Du pont(netherland) Lycra 건식 독일 Bayer Dorlastan 건식 멕시코 Nylon de Mexico Lycra 건식 브라질 Du pont S.A. Lycra 건식

9 표 3. 세계스판덱스메이커의생산시기 지역 50 년대 60 년대 70 년대 80 년대 90 년대 북미 중남미 유럽 아시아 듀폰 ( 미국 ) Globe( 미국 ) 듀폰 ( 캐나다 ) 듀폰 ( 화란, 영국 ) Bayer ( 독일 ) Toyobo ( 일본 ) Fujibo ( 일본 ) Toray-듀폰 ( 일본 ) Nisshinbo ( 일본 ) Nylonde Mexico ( 멕시코 ) 듀폰 ( 브라질 ) Ducilo ( 아르헨티나 ) Gomelast ( 베네주엘라 ) 러시아 Kunstseidemwerk ( 독일 ) 태광산업 ( 한국 ) Asahi( 일본 ) Kanebo( 일본 ) 煙台 spandex ( 중국 ) Bayer ( 미국 ) Fellattice ( 이탈리아 ) Petrofils ( 인도 ) 듀폰 ( 싱가폴, 인도 ) 중국동국합섬코오롱효성새한東華合纖듀폰 ( 중국 ) Star cop. Kuraray Teijin Unitika 기업수 1 社 (1 社 ) 9 社 (4 社 ) 7 사 (3 社 ) 3 社 15 社 (3 社 ) * ( ) 내의기업수는듀폰사 ( 합병회사포함 ) 2-1. 국내스판덱스연혁 국내스판덱스시장은 1970년대초남영나이론등에서여성내의류생산에스판덱스사를수입 사용하면서시작된것으로전해지고있는데, 일본의 후지보, 도레이, 독일의 피오론 사의수입원사를사용하여제품생산이이루어졌다. 이후태광산업이 1978년일본도요보 (Toyobo) 로부터기술을도입, 1979년부터본격적으로스판덱스원사를자체생산하기시작하여 1990년대초반까지거의독과점체제로국내스판덱스시장을점유하여왔다. 1990년동국합섬은일본후지보 (Fujibo) 로부터습식공법을도입해스판덱스사업에뛰어들었으며, 건식공법으로는자체기술을개발하여 1994년하반기부터생산에참여하였다. 이후후발업체로고려합섬, 제일합섬, 효성, 코오롱, SK케미탈등이스판덱스사업에참여하였으나, 90년대후반까지국내스판텍스시장은태광산업과동국무역 (1999년동국합섬을흡수합병함 ) 의양사체제였다. 그러나, 1992년부터스판덱스를생산해온효성이 1990년대후반부터스판덱스섬유에대한기술안정화와더불어스판덱스섬유산업을주력사업으로육성하고, 급격한생산설

10 비확장을통해 2000년말년산 22,000톤의생산능력을갖추면서국내선발업체인태광산업을제치고세계 1위업체인듀폰에이어세계 2위로성장하였다 ( 국내시장 50% 점유, 세계시장 12% 점유, 2000년말 ). 현재국내스판덱스시장은효성 ( 연산 36,000톤 ), 태광산업 (24,000톤), 동국무역 (18,000톤) 등이과점체제를이루고있다 (2003년) 국내주요업체별동향 가. 효성 ( 구동양나이론 ) 지난 98년 4개의계열사를합병하면서비주력사업을축소함과동시에스판덱스, 타이어코드를중심으로핵심사업을대폭강화한효성 ( 주 ) 은, 스판덱스섬유분야에서 2000년말연산 22,000톤의설비를증설하면서국내선발경쟁사인태광산업을제치고국내 1위, 세계 2위업체로부상하였다. 효성은현재국내와중국에각각 22000톤과 14,000톤규모의설비를보유하고있는데, 중국광둥성에연산 8,000톤규모의스판덱스공장을설립해 2004년말완공할예정이며유럽지역에서도연산 16,000톤규모의공장설립을추진하고있어이들증설계획이완료되는 2006년이면연간생산능력이 60,000톤으로늘어나게될전망이다. 뿐만아니라이태리밀라노와미국에도대규모생산시설를갖출예정으로중국-유럽-미국의 3개지역을한데묶는글로벌생산체제를갖추고, 본격적인세계시장진입을추진하고있다. 크레오라 (Creora)' 라는브랜드명으로생사되는효성의스판덱스는가격경쟁력에서듀폰에비해우위를차지하고있으며, 우수한품질, 공격적투자및마케팅을통해시장점유율을높여가고있다. 나. 태광산업 스판덱스생산능력에서 1999년까지국내 1위, 세계 2위를차지했던태광산업은 2000년말효성에게그자리를내주었다. 일본도요보 (Toyobo) 로부터기술을이전받은 Batch공법을크게발전시키지못하였으며, 1990년대부터주수익사업이었던스판덱스섬유에서효성에비해경쟁력이약화되었다는평가를받고있다. 현재국내에만연산 24,000톤규모의스판덱스설비를보유하고있으며, 최근중국장성창서시경제개발구에연산 15,000톤규모의스판덱스공장을건설하기로투자협의서를체결하고내년 3월중국에스판덱스생산법인을설립할예정으로효성에이어급속한성장을계속하고있는중국시장으로진출을꾀하고있다. 다. 동국무역 1990년일본후지보사로부터기술도입을동해스판덱스사업에참여하였던동국무역은 (1999년동국방직, 동국합섬, 동국화섬공업을흡수합병함 ) 1994년자체기술개발한건식공법으로생산능력을확대하였으며, 2001년증설을통해연간 20,000톤의생산능력을보유하고있다.

11 동국무역은올해중국광동성주해시에스판덱스공장을건설하여 2004년중반부터 1차로 6,000톤규모의설비를가동할예정이며, 이후증설을통해 2004년까지중국현지생산규모를연산 18,000톤까지확장할계획을가지고있어국내설비를포함하면연간생산능력이 38,000톤으로늘어난다. 라. 코오롱 코오롱은 1990년대초반부터시작한아라미드섬유의연구에서축적된기술력을바탕으로 1997년부터본격적인스판덱스섬유개발에착수하여 2년여만에독자기술개발에의한폴리우레탄탄성사의생산에성공하였다. 1998년말부터생산을시작하여 2000년에품질의안정화를이루었다. 현재스판덱스생산능력은일산 5톤 ( 연간 2,000톤 ) 으로경쟁력을갖출만한규모는아니라고평가되나, 섬유류의수익성악화에도불구하고스판덱스부분에서매출증가세를유지하는등선전하고있어이분야에대한투자를확대할예정이다. 구미의나일론원사설비를폐기하고이익률이높은스판덱스설비를올해내구축할예정에있다. 마. 새한 ( 구제일합섬 ) 1972년제일합섬으로출반한새한 (1997년상호변경 ) 은 1990년에스판덱스공장을준공하고생산에참여하기시작했다. 스판덱스생산량은연산 1,000톤으로생산규모면에서열세를보여온새한은 2000년세계스판덱스시장을주도해온듀폰과합작회사 DSI( 주 ) 를설립하고범용스판덱스시장에본격진출하였다 일본의주요생산업체동향 일본은 1964년도레이와듀폰이도레이듀폰 (Toray Dupont) 사를설립하고, 듀폰으로부터기술을도입하여 1966년부터 오페론 (Ppelon) 이란브랜드로폴리우레탄섬유를생산하였다. 이후 1970년대아사히카세이 (Asahi-Kasei), 도요보 (Toyobo) 등각사가자사기술에의한스판덱스섬유를잇달아발표하면서스판덱스시장에참여하기시작했다. 도레이듀폰 (Toray Dupont) 은연간생산능력 8,000톤인일본최대메이커로듀폰의글로벌화전략에따라 1999년 6월부터지금까지사용해오던 오페론 브랜드를듀폰의 라이크라 (Lycra)' 로통합하였다. 최근에는듀폰의섬유사업분사방침에따라지난 6월 (2003년 06월 ) 부터도레이듀폰의스판덱스라이크라사업을분사하여 100% 출자회사인오페론텍스에영업양도하여섬유사업의특화를통해보다고품질의서비스를제공하는데충실을기하고있다. 아사히카세이 (Asahi-Kasei) 는 1971년도자사기술에의해 로이카 (Roica)' 의생산을시작했다. 1987년에는스판덱스의원료가되는 PTME의생산자급화를달성하여일본내최초로원료에서스판덱스까지일괄생산을하고있다. 자국내연산 7,000톤, 대만에 5,000톤, 중국에 1,300톤의생산능력을갖추고있으며, 중국내생산규모를금년말부터내년에걸쳐 2,500톤 ( 내후년까지 5,000톤 ) 으로증강하고태국에연산 2,500톤규모의스판덱스공장을건설할예정으로있어내년이면아사히카세이의스판덱스총생산능력은연산 17,000톤규모가된다.

12 도요보 (Toyobo) 는건식와용융두가지방식을모두생산하고있으며, 건식인 에스파 (Espa)' 는연산 5,500톤, 용융방사 ' 에스팜 (Espam)' 은 300톤으로총 5,800톤의생산능력을가지고있다. 철저한코스트다운과품질향상에전력을다하고있다. 니신보 (Nisshinbo) 는건식 750톤, 용융방사 2,250톤으로연산 3,000톤의생산능력을갖추고있다. 스판덱스의신원사개발을가속화하여현행 10-15% 에머물고있는독자상품비중을 2004년 3월까지 20-30% 로까지끌어올릴계획이며, 용도확대와더불어새로운특화소재를추가하여특화비율을높임으로써사업의활성화를꾀하고있다. 후지보 (Fujibo) 는연산 2,500톤의생산능력을가지고있으며, 원사의기능성화및직물의후가공을통한신상품개발에치중하고있다. 가네보 (Kanebo) 는연산생산능력 800톤으로최소규이지만, 건식보다경쟁상대가적은용융방사의특징을살리는차별화전략으로안정적인수익확보를지향하고있다. 3. 연도별특허출원동향 본자료는공개일을기준으로 1976년 1월 1일부터국내의경우 2003년 9월 29일, 일본의경우 2003년 4월 25일, 미국은 2003년 8월 26일까지의검색된자료를기초로하였다. 상기날짜를기점으로공개및등록소요시간 ( 특허 1년 6개월 ) 을소급적용할때국내특허의경우 2002년 3월이후출원분의공개 등록자료가누락되기때문에 2002년도의실제출원건수가전년도에비해증가하였더라도시각적인통계상에서는출원건수가급감하는현상이발생한다. 따라서다음의연도별출원동향분석에서는 2002년이후출원분을통계에서제외하였음을미리밝힌다.( 단, 연도별출원동향을제외한분석에서는모두포함시켰다 ) 본자료에서는폴리우레탄계섬유와관련된특허를모두분석대상으로하여검색을실시하였으며, 그결과폴리우레탄섬유관련주요3국의출원건수는일본이 563건, 한국이 277 건, 미국이 137건으로출원양에있어서는일본이선두를달리고있다. 미국의경우일본, 한국에비해출원량이미미한것은미국특허제도상등록특허자료만을가지고분석한결과로실제출원량은이보다많을것으로추정된다. 미국의출원공개제도는 2000년 11월 29일부터시행되었으며, 공개제도시행이후통계상의급등현상을피하기위해분석은공개특허를제외한등록특허를기준으로실시하였다. 다음은주요3국의연도별출원동향을도시화한것이다.

13 개수 60 주요 3 국의연도별출원동향 US JP KR 연도 그림 8 주요 3 국 ( 한, 미, 일 ) 의연도별출원동향추이 폴리우레탄섬유관련주요3국의연도별추원추이를보면, 일본의경우 70년대중반부터출원이이루어졌으나큰변동없이꾸준한출원을이어오다 88년을기점으로출원량이급격히증가하기시작하여 91년피크를이루고있다. 이후다소감소하는경향을보였으나 98 년이후부터다시상승세를유지하고있다. 한국은일본, 미국보다늦은 80년대에들어서야관련출원이이루졌으며, 90년대이후부터출원이본격적으로증가하는경향을보이고있다. 한국이 70년대에일본으로부터기술을도입하여스판덱스를생산하기시작했지만, 본격적인관심과연구개발은 90년대에들어서야시작되었음을알수있다. 미국의경우 3국중가장이른 70년대초반부터출원이있었으며, 스판덱스의상업화에최초로성공하였을뿐만아니라현재세계최대스판덱스생산업체인듀폰이대표적인미국기업임을고려해볼때놀라운일은아니다. 90년부터는약간의등락을거듭하고있지만전체적으로는한국과마찬가지로상승경향을나타내고있다. 폴리우레탄섬유관련특허출원은 80년대중반까지는 3국모두출원량이상당히저조한편이다. 이는 1979년에일어난 2차석유파동과세계적인경제위기로산업계전반에걸쳐불황이계속된데영향을받은것으로보이며, 이후유가하락에따른세계경기의회복과수요증대에힘입어관련연구개발이활발히이루어지면서 80년대후반부터출원량이크게증가하고있는것을알수있다. 4. 출원인동향 4-1. 국내출원인동향 다음은국내특허출원분의내외국인출원비율을도시한것이다.

국내특허내외국인출원비율 외국인 45% 내국인 55% 효성 19% 새한 12% 코오롱 9% 디에스아이 4% 에스케이케미칼 1% 휴비스 1% 동양나이론 1% 기타 8% 그림 9 국내특허내외국인출원비율및내국인출원분포 먼저국내에출원된폴리우레탄섬유관련기술의출원인비율을살펴보면, 내국인이 55%, 외국인 45% 로내국인에의한출원이전체출원양의절반이상을차지하고있다.

내국인출원중가장높은비율을점하는출원인은현재생산량국내 1위업체인효성으로 19% 를차지하였으며, 새한 (12%), 코오롱 (9%) 이각각그뒤를잇고있다. 그런데, 국내출원인순위를살펴보면세계생산량 3,4위를차지하고있고 90년대말까지국내스판덱스시장의양사체제를이끌었던태광산업과동국무역이순위에없는것이의외이다.

14 국내특허내외국인출원비율 외국인 45% 내국인 55% 효성 19% 새한 12% 코오롱 9% 디에스아이 4% 에스케이케미칼 1% 휴비스 1% 동양나이론 1% 기타 8% 그림 9 국내특허내외국인출원비율및내국인출원분포 먼저국내에출원된폴리우레탄섬유관련기술의출원인비율을살펴보면, 내국인이 55%, 외국인 45% 로내국인에의한출원이전체출원양의절반이상을차지하고있다. 내국인에의한출원이약간우세이기는하나국내업체가생산량면에서세계 2-4위를차지하고있는것을고려해볼때그비중은그리높다고만볼수는없는데, 90년대부터급격히수요가증대되온스판덱스섬유시장의선점을위한해외업체들의세계화전략과 90년대중후반부터급성장한한국에대한방어적특허출원이이어진데그원인이있다고보인다. 내국인출원중가장높은비율을점하는출원인은현재생산량국내 1위업체인효성으로 19% 를차지하였으며, 새한 (12%), 코오롱 (9%) 이각각그뒤를잇고있다. 그런데, 국내출원인순위를살펴보면세계생산량 3,4위를차지하고있고 90년대말까지국내스판덱스시장의양사체제를이끌었던태광산업과동국무역이순위에없는것이의외이다. 태광산업은 1978년일본도요보 (Toyobo) 로부터, 동국무역 ( 합병전동국합섬 ) 은 1990년일본후지보 (Fujibo) 로부터습식공법을도입하여스판덱스생산을시작하였으나, 독자적인기술개발노력은미약했던것으로보인다. 표4를보면효성은천체출원인순위에서도 1위를차지하고있으며, 세계굴지의섬유 화학업체인미국의듀폰 (E.I Dupont) 이 2위에올라있다. 새한 ( 옛제일합섬 ) 이전체순위에서 3위를차지하였는데, 2000년 3월미국듀폰사와합작회사인디에스아이 (DSI) 를설립하여범용성스판덱스시장에공동진출하였다. 디에스아이출원분까지고려한다면듀폰의국내출원은효성과거의대등하다고볼수있다. 효성과듀폰의경쟁구도가공격적이고전략적인지식재산권획득과보호로이어지고있는것이다.

15 표4. 국내특허 3건이상다출원인 다출원인 출원건수 국가 효성 53 KR 듀폰 39 US 새한 33 KR 코오롱 24 KR 듀폰도레이 10 JP 디에스아이 11 KR 아사히가세이 9 JP 가네보 7 JP 도요보세키 7 JP 킴벌리클라크 5 US 에스케이케미칼 4 KR 휴비스 3 KR 동양나이론 3 KR 스미또모가가꾸고교 3 JP 미네소타마이닝 & 매뉴팩쳐컴퍼니 3 US 구라레 3 JP 기타 46 - 다음은국내다출원인상위 4 개사의연도별출원동향을도시화한것이다. 개수 10 다출원인연도별출원동향 연도 디에스아이 새한 코오롱 효성 그림 10 내국인다출원상위 4 개사의연도별출원동향

16 효성의폴리우레탄섬유관련출원은 95년피크를기록한이후급감하였다가현재까지완만한상승세를유지하며꾸준한출원을이어오고있다. 90년대초중반에걸쳐활발한연구개발노력이이루어졌으며그결과이시기에관련출원이상당히증가하였다는것을알수있다. 이후의안정적인상승세는, 스판덱스가다른범용섬유와달리품질을좌우하는공정별변수의통제에상당한노하우가필요하여정상적인가동을하는데통상 5년이상의시간이걸린다는점과 90년대초반생산을시작한효성이 98년에대대적인설비증강에나섰던것을고려하여볼때, 90년대초부터스판덱스생산과더불어활발한연구개발을통해기술력을축적해온효성이 90년대중반이후부터는어느정도기술의안정화를이루었다고볼수있다. 코오롱, 새한역시 90년대초중반에걸쳐관련출원이급증하였으며, 90년대에스판덱스부분에신규참여한국내업체들의연구활동이이시기에활발히이루어졌음을알수있다. 상기그림을보면새한의경우 1999년이후에는출원이전무한실정이다. 새한은 1999년듀폰과합작회사설립을위한투자의향서체결후 2000년디에스아이 (DSI) 를설립하고스판덱스부분을모두넘겼다. 또한비슷한시기에출원된특허들의상당수가출원인변경을통해디에스아이로넘어감에따라그림에서보이는바와같이새한의출원량은급감한반면디에스아이는상대적으로 90년대후반출원량이급증한것을확인할수있다. 코오롱은 90년대중반출원이급감하였다가후반부터출원량이크게증가하였다. 90 년대초반부터아라미드섬유연구에기초하여폴리우레탄섬유개발을위한기술력을다졌으며, 1998년독자적인기술개발에의한폴리우레탄탄성사의생산에성공한코오롱은최근섬유부분의수익성악화에도불구하고이익을내고있는스판덱스섬유부분에투자확대를고려하고있어이러한증가추세는당분간계속될것으로보인다 해외출원인동향 다출원인출원건수분포 MITSUBISHI KANEGAFUCHI CHEM TAKEMOTO OIL DAICEL CHEM MATSUMOTO YUSHI FUJI SPINNING ASAHI KASEI TEIJIN SANYO CHEM NISSHINBO E I DU PONT BAYER TORAY ASAHI CHEM KANEBO DU PONT TORAY KURARAY TOYOBO 개수 그림 11 일본의다출원상위 18 개사의출원건수분포 그림 11은일본의 5건이상다출원인의출원건수분포를도시한것이다. 일본의최다출원인은 100건이상을출원한도요보 (Toyobo) 이며, 구라레 (Kuraray), 도레이듀폰 (Toray

17 Dupont), 가네보 (Kanebo) 등일본굴지의스판덱스생산업체들이상위에랭크되어있다. 일본내다출원상위 18개사중이아이듀폰 (E I Dupont) 을제외한 17개사가일본내국출원인으로 1960년대부터스판덱스생산에참여하였던일본이자국내관련분야에서이미확고한위치를점하고있다는것을알수있다. 다출원인출원건수분포 Teijin Kuraray Arco Chem Tech Kanebo Toyo Boseki Asahi Kasei Bayer Dupont Toray E. I. Du Pont 개수 그림 12 미국의다출원상위 9 개사의출원건수분포 상기그림 12는미국의 4건이상다출원인의출원건수분포도이다. 미국은세계최대스판덱스생산업체인듀폰이압도적으로많은출원량을기록하며 1위를차지하였다. 듀폰은한국과일본에서도다출원상위를기록하고있는데, 오늘날스판덱스섬유시장에서듀폰이 1위업체가된것은이러한끊임없는기술개발노력이뒷받침되었기때문이다. 다출원상위에는다수의일본업체가올라가있어기술개발및지식재산권획득을통한경쟁력확보에일본업체들이상당히적극적임을알수있다. 아쉬운점은생산량에서세계 2,3,4위를차지하고있는한국업체의출원이미진한것으로더욱분발이요구된다하겠다. 5. 기술분류별출원동향 다음은국제특허분류인 IPC를기준으로기술분류별출원비율을살펴보도록하겠다. 한국은폴리우레탄섬유관련전체출원중 D01F( 인조필라멘트제조일반-화학적방적 ) 분야가 56% 로압도적으로높은비율을점하고있고, C08G( 고분자화합물제조관련기술 ) 와 D01D( 인조필라멘트등의제조에있어서의기계적방법또는장치 ) 분야가각각 8%, D02G ( 권축처리관련기술 ), D06M( 섬유, 직물의처리 ), D04B( 위편, 경편및이를위한장치 ) 분야가각각 4% 의분포를나타내었다. 본조사에서검색된건들중 C08G로분류되는것은폴리우레탄을제조하는기술에관한것인데, 특히그용도가섬유로한정되는것으로부분류가 D01F인경우가대부분이다. C08G까지고려를한다면그비율이 60% 를넘어폴리우레탄섬유와관련된출원이섬유또는직물의후가공이나응용부분보다는섬유의재료가되는폴리우레탄자체나섬유제조시의화학적인특징들에집중이되어있음을알수있다.

18 일본은 D01F가 45%, C08G 11%, D06M 10%, D02G 9% 로비율이다소낮아지긴했지만한국과마찬가지로섬유제조의화학적인방적부분에특히출원이집중되어있어, 한국과일본의기술분류별출원분포가상당히유사한것을알수있다. 폴리우레탄섬유분야에서미국에비해후발주자인한국과일본이치열해지는국내외시장에서살아남기위해폴리우레탄섬유의기능성화와특화소재개발에전력을다하고있음을짐작하여볼수있다. 미국의경우는조금다른경향을보이고있는데, C08G가 27%, D01F 9%, D02G 15%, D01D 9% 로폴리우레탄고분자합성에대한출원비율이더욱높고, C08G와 D01F가여전히출원의상당부분을점하고는있으나그비중이크게낮아졌다. C08G분야가일본이나한국에비해출원의상당부분을차지하고있는것으로보아폴리우레탄섬유분야에서선발주자인미국이재료기술면에서는이미상당한기술력을확보한것으로보인다. IPC 별출원비율 ( 한국 ) 56% 8% 8% 4% 4% 4% 2% 1% 1%1% 2% 2% 3% 4% D01F C08G D01D D02G D06M D04B D06P C08L B65H D04H D03D C09B D06B 기타 그림 13 기술분류별출원비율 ( 한국 ) IPC 별출원비율 ( 일본 ) 11% 45% 10% 9% 5% 5% 1%1%1% 2% 3% 3% 4% D01F C08G D06M D02G C08L D04B D06P B65H D04H D01D A41B D03D 기타 그림 14 기술분류별출원비율 ( 일본 )

19 IPC A section B section C section D section E section F section G section H section 내용생활필수품처리조작 화학, 야금섬유, 지류고정구조물조명, 기계공학등물리학전기 D01 D02 D03 D04 D05 D06 D07 D21 천연 or 인조사나섬유 ; 방적사 ; 로프의기계적마무리등제직부직포 ; 트리밍 ; 편물등봉제 ; 자수등섬유 or 유사물의처리등로프제지, 셀룰로스제조 그림 15 IPC 분류코드 IPC 별출원비율 ( 미국 ) 27% 15% 17% 9% 2% 2% 2% 4% 5% 8% 9% C08G D02G D01F D01D C08K B32B D04B B29C C08F C09B 기타 그림 16 기술분류별출원비율 ( 미국 ) III. 결론 연평균 15.5% 의고성장을지속해온폴리우레탄탄성사인스판덱스는현재섬유업계의불황으로인한최악의실적에도불구하고안정한매출증가세를유지하고있고, 수요가향후 3년간연평균 7-8% 의성장을지속할것으로전망되는고부가가치산업이다. 그동안한국스판덱스업계는양적 질적으로고성장을거듭하여왔으며, 세계최대스판덱스생산업체인듀폰을비롯한세계굴지의스판덱스생산업체들과생산규모및품질면에서어깨를나란히하고있다. 최근에는중국을선두로하는아시아시장의수요확대에부응하여중국등해외에현지생산설비를대폭확대하면서선진다국적기업들의사업영역을크게잠식해가고있다. 그러나, 한국을비롯한미국, 일본, 중국등의설비증강경쟁이격화되면서공급과잉에대한우려가현실화되고있다. 그나마수익을내고있던스판덱스마저가격하락

20 이불가피하다는것이다. 또한, 섬유업계전체의불황으로수익이낮아지면서스판덱스최대생산업체인듀폰이섬유사업부분을매각하는등세계적인다국적섬유기업들이섬유사업의축소와사업장폐쇄라는극단의결정을내리고있어, 국내기업에위기감을심어주고있다. 일본의스판덱스업체들은이미이러한국내외시장변화에대응하기위해폴리우레탄섬유의고기능화및특화소재개발과더불어고품질의서비스를제공하기위한품질향상에주력하고있다. 국내업체들역시기술주도의고품질제품생산에집중한다면오히려스판덱스시장의석권은물론일본을제치고아시아최고의첨단섬유국으로부상할수도있을것이다. 이를위해선기술개발을통한경쟁력강화가우선시되어야할것이다. 듀폰이현재까지섬유분야최강자로군림해올수있었던것은끊임없는기술개발노력이뒷받침되었기때문이다. 이러한노력들은특허출원으로이어져자국내뿐만아니라해외경쟁국에공격적권리수립및특허방어전략을펼침으로써지식재산권을강력한경쟁도구로활용하여왔다. 스판덱스는그기능적특성들로인해앞으로수요가더욱증가하겠지만, 넘쳐나는물량속에서쾌적성과기능성을추구하는소비자의요구는더욱까다로워질것이다. 한국이이러한시장의요구에대응하기위해선공급규모의확대뿐아니라생산효율향상을통한가격경쟁력강화와틈새시장을겨냥한고도로차별화된제품생산을위한노력을게을리하지말아야한다. 이에는필수적으로관련특허분석을통한개발동향파악과, 공백기술을찾아내어기반기술확립및특허권리의획득이라는지식재산권적활동이수반되어야함은물론이다. 여기에명품브랜드의집중적인육성, 적극적이고공격적인해외마케팅을통한수출증대에더욱힘쓴다면한국은아시아시장석권은물론세계최고의섬유기술주도국으로발돋움할수있을것이다. [ 참고자료 ] 1. 스판덱스사업분석 ( )-현대리서치 2. 기업분석효성 ( )-부국증권 3. 섬유뉴스-텍스토피아, 한국화섬협회, 섬유개발연구원, 섬유신문등 4. www. soletrek.co.kr 효성, 태광, 동국무역홈페이지 8. 특허청신기술동향보고서-기능성섬유 본리포트에대한상세특허정보DB를신청하고자하거나기타문의사항이있으신분은한국특허정보원 ( 으로연락주시기바랍니다. Tel : ( 교532) Fax : Homepage : 한국특허정보원 Kipis 온라인서비스 선행기술조사본부

MD-C-035-1(N-71-18)

MD-C-035-1(N-71-18) KEPIC 적용사례 : MD-C-035-1(N-71-18) ( 승인일자 : 2010. 8. 31) 제목 : 용접으로제조되는 KEPIC-MNF 의 1, 2, 3 및 MC 등급기기지지물의추가재 료 (KEPIC-MN) 질의 : 품목이용접으로제작될경우, KEPIC-MDP의부록 IA, IB, IIA, IIB 및 VI에나열된것이외에추가로어떤재료가