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창훈 염
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최신국내ㆍ세계의계면활성제 (Surfactants) 시장및환경규제현황보고서 보고서무단복사및유통금지 2008 년 06 월 01 일 Cischem. Com Co., Ltd.

2 1. 계면활성제의개요 1-1. 계면활성제의개요및정의 계면활성제는묽은용액속에서계면에흡착하여그표면장력을감소시키는물질로서액체, 고체, 분말, 유상, 입상이있으며, 분류는현재실용상으로가장보편적으로사용되고있는분류방법인계면활성제가수용액에서계면활성을나타내는부분의성질 ( 친수성기의이온해리의성질 ) 에따른분류인음이온, 양이온, 양쪽성, 비이온계면활성제로의분류임. 현재국내에서는세계경기의장기불황및미국에서의세계무역센터테러참사와관련, 계속된수출부진으로인한경기침체가계속되고있지만, 계면활성제는전산업분야에걸쳐전반적으로사용되고있는것을감안할때그응용기술의발전과산업의첨단화, 고급화에따라세제, 화장품, 토목, 건축분야등을주축으로하는수요가신장될것이며, 국내에서의제조기술개발에따라수입품을대체할수있을것으로전망됨. 세계계면활성제기술개발동향은특수한용도의계면활성제를적용하는응용기술과환경오염을적게하는생분해성계면활성제, 기능성을높여상승효과를유발시키는다기능성계면활성제, 인체의안전성을높여주는저자극성, 무독성계면활성제, 기존의합성품과는다른미생물을이용한계면활성제, 그리고신소재로각광받고있는불소및실리콘계계면활성제등이주류를이루고있음. 최근들어세계적으로바이오계면활성제에대한인식이높아지면서점차이시장이확대될조짐을보이고있음. 기상, 액상, 고상중에서 2상간의경계를계면이라고하는데즉, 물과공기, 물과기름, 또는기름과그용기와의경계를모두계면이라하고 2상의계면에어떤물질을모이게하여계면의성질을현저하게변화시키는현상을계면활성이라고하며, 어떤물질이액체에용해되어그용액으로부터계면에흡착 (adsorption) 되어, 계면에너지를뚜렷하게감소시키며그계면활성능에의해젖음 (wetting), 유화 (emulsificatio), 분산 (dispersin), 발포 (foaming), 가용화 (solubilizatio), 세정 (washing), 윤활등과같은작용을나타내는물질을계면활성제 (Surface active agent, surfactant) 라고함. 간단히말해서묽은용액속에서계면에흡착하여그표면장력을감소시키는물질을말하는데, 흔히표면활성제라고도하며비누는그대표적인것으로, 비눗물의표면장력은물에비하여훨씬작은데이것은비누가물의표면에모여표면을되도록넓게하려고하기때문인것으로알려져있음. 2

3 < 표 1-3> 양이온계면활성제종류 그룹 / 타입원료및공정주요제품예세제주방용세정제개인용기타 Fatty Nitriles 원료 : fatty acids(tallow, coconut), ammonia. Primary, secondary, tertiary x x Derived 공정 : fatty acids 와 ammonia 반응. Dialkylamines 가 amines, quaternary quaternaries 로전환. ammonium salts(dht 등의 quats), alkyldiamines, ethoxylated amines Fats and Oils 원료 : fatty acids or tallow, polyamines(diethylenetriamine Amidoamines or aminoamide, x x or their 등 ), ethanolamines. imidazolines, their Fatty Acids Derived 공정 : Amidoamines, imidazolines: fatty acids or tallow와다양한 quaternized and/or ethoxylated derivatives polyamines 반응의결과물인 dialkylamidoamines 와 imidazolines 는 methyl chloride 혹은 methyl sulfate 와 ethoxylated 혹은 quaternized 됨. Ester quats: tallow fatty acid 와 methyldiethanolamine 혹은 triethanolamine 반응의결과물은 methyl chloride 혹은 dimethyl sulfate 와 quaternized 됨. alpha-olefins 원료 : fatty alcohols, alkyldimethylamines (ADMA). Alkyldimethylamines, ABDMA, x x x x or Detergent 공정 : alkyldimethylamines 로전환해 fatty amine oxides or dialkylmethylamines, Alcohols Derived ABDM quaternaries로제조. 몇몇 alkyldimethylamine 양이온계면활성제는 alkyl betaine 양쪽성이온계면활성제로전환됨. dialkyldimethyl-amine quaternaries, quaternary ethosulfate 3

4 양쪽성계면활성제 친수기가두개의서로다른음이온성과양이온성성질을가진계면활성제로써, 주로용액의 ph가변화할때양이온성에서음이온성 (ph가높아질때 ) 으로또는음이온성에서양이온성 (ph가낮아질때 ) 으로상호변화함. 이러한계면활성제의특징은경수연화적성질, 금속이온의가용화, 독성이적고강한살균력, 피부나눈에저자극성, 음이온성계면활성제와의혼용시상승효과, 강산과강염기에안정, 기름과물에잘녹는것등임. 이들양쪽성계면활성제에는아미노산계, 베타인계, 아미다졸린계및알킬폴리아미노산계가있으며, 그중에서순수한아미노산을이용한것이주목받고있음. 중성아미노산을이용한 N α -라우로일-알기닐글리신(LA-GOH) 과 N α -라우로일-알기닐페닐알라닌(LA-POH) 과산성아미노산및염기성아미노산을이용한 N α -라우로일-알기닐글루타민산과 N α -라우로일-알기닐리신이합성되고있음. 이들은메틸에스테르로서는양이온성계면활성제, 유리 ( 遊離 ) 산으로서는양쪽성계면활성제로서작용하며, 계면활성능력과항미생물성을가짐. 또한, 제3급질소와인산을포함한인산염계양쪽성계면활성제로서는 2-(N-알킬-N-메틸아미노 ) 에탄인산나트륨, 탄화수소사슬중에 2- 히드록시알킬기를갖는것이합성되고있으며, 제4급암모늄기와인산염을포함한새로운양쪽성계면활성제도합성되고있음. 분자의양말단에히드록시술포베타인기를갖는 α,ω-형양쪽성계면활성제도합성돼성질이조사되고있는데, 이중에서, 헥사데칸 2염및이코산 2산으로합성된 α,ω-비스 ( 아미드프로필히드록시술포베타인 ) 은우수한 Ca 비누분산능을보임. 양쪽성계면활성제는 4종류의계면활성제중가장적은양을차지하고있는데, 대부분스페샬티제품임. 양쪽성계면활성제는일반적으로비교적부드럽게때문에개인용품에사용됨. 이제품은대부분의음이온에비해안정적이고더넓은범위의 ph로인해효율성을가지고있으며, 스페셜티세척제로사용되는 alkaline 및 acid 세척제에응용됨. 양쪽성이온제품은등전위점에서용해성이떨어지지만, 용해를촉진시키기위해사용하는고가의 hydrotropes 없이사용될수있기때문에비교적고가임. 4

5 1-5. 계면활성제의세계시장개황 계면활성제산업은복잡한산업분야인데, 이러한복잡함에영향을미치는요소로는광범위한정의, 많은공급기업 ( 세계적으로 500개업체이상 ), 다양한제품 (3500개이상 ), 중간체및블렌드, 스페샬티와범용의조합, 다양한용도, 다양한자체소비제품및시장상품, 제조업체간의관계및판매등임. 소수의생산업체가지배하는서구시장과는달리, 아시아의경우종업원수가 10~20명정도의소규모생산업체및 formulator가주를이루고있는데, 이들업체는한지역의소수수요업체에게특화된공급을하는경향이있음. 이러한소규모생산업체들은규모, 원료, 생산능력, 기술서비스정도를결정하는마케팅서비스등에따라다양함. 전방혹은후방산업과통합된설비를가지고있는석유화학계통의생산업체는대량생산으로가격잇점을가지고있음. 계면활성제대량사용업체는가정용세제제조업체로, 대량공급업체로부터최저가에제품을공급받고있음. 계면활성제의기술지원및서비스중요도는세제용범용제품분야에서는낮고스페샬티, 화장품, 의약시장분야에서는높음. 대부분의계면활성제제조업체들은 oleochemical 업체들인데, 원료설비통합은안된실정이고원료생산비중은없거나낮음. 이들계면활성제업체들의주요관심사는다양한수요업계에공급할수있는스페샬티제품을포함한소량다품종이나 ethoxylation, sulfonation 등의기술임. 설비통합정도는지역에따라상이한데, 유럽계업체들은대부분원료설비가통합돼있음. 계면활성제산업에서는생산 rotation 및 switching이거의없음. 계면활성제시장에서비이온이 47% 를차지하고있고음이온이 36%, 나머지는양이온및양쪽성이온임. 계면활성제생산업체중음이온을생산업체는 68% 정도이고비이온은 49%, 양이온 23%, 양쪽성이온 11% 분포를보이고있음. Cognis는가장많은플랜트를가동하고있는데, 11개국가에 16개계면활성제플랜트를가동하고있으며, Rhodia 및 Clariant는 10~11개, 그밖에 Unilever, Huntsman, Kao, Akzo, P&G, Stepan은 7~9개의플랜트를가동하고있음. 2006년의세계계면활성제소비량은 100% 활성기준 1060만톤 (189억달러) 으로추정됨. 계면활성제의주요소비지역은유럽, 북미, 중국순이고가장높은성장률을보이는지역은중국및남미지역임. 그밖에일본은낮은성장률을보이고있고중동및아프리카는중간정도의성장률을보임. 일본의낮은성장률은경기침체및 0.2% 의낮은인구증가율이주요원인임. 5

6 < 표 1-7> 세계지역별계면활성제소비현황 (2006년) ( 단위 : 천톤, 100만달러, %) 구분 수량 금액 증가율 ( 년) 북미 2,918 6, 남미 907 1, 서유럽 2,558 3, 중ㆍ동유럽 1,164 1, 중동 아프리카 일본 765j 1,957j 0.1 중국 1,570 2, 합계 10,578 18, % 주 ) 천연비누및 lignosulfonate 제외자료 : 각국가별통계자료 < 표 1-8> 세계계면활성제시장추이및전망 (1997~2008년) ( 단위 : 억달러 ) 구분 1997년 2000년 2003년 2008년 음이온 양이온 비이온 양쪽성이온 합계 자료 : 신산업발전위원회 6

7 2. 한국의계면활성제시장현황 2-1. 한국의계면활성제시장개황 한국의계면활성제시장은성숙단계에접어들어인구증가에따라비례성장할뿐수익신장을기대할수없는상태로다양한경쟁력제고방안이제기되고있지만구체적으로실행되지는않고있는실정임. 원료코스트강세가장기화되고있는반면, 판매가격은지속적으로하락하고있어생산기업들의고전이불가피하지만계면활성제생산기업모두더이상계면활성제로이익신장을도모할수없을것으로판단해경쟁력강화를위한투자는불필요하다는입장을나타내고있음. 음이온계면활성제는애경정밀화학, LG생활건강, 미원상사, CJ라이온등이생산하고있고양이온계면활성제는 KCI, 선진화학, 오성화학등에서, 양쪽성계면활성제는미원상사, 태동상사, 선진화학등에서, 비이온계면활성제는동남합성, 한농화성, 호남석유화학, SFC, NH케미칼, 우진화인, 그린소프트켐등이참여하고있으며대영화학, 풍림무약, 세기유화, 삼영유화등은계면활성제를블렌딩 (Blending) 하고있음. 한국의계면활성제생산량은수년째 30만-35만톤사이에서증감을반복하고있는데, 2007년생산량은 31만1233톤으로음이온계 13만4000톤, 양이온계 2만2000톤, 비이온계 12만4000톤, 양성이온계 5000톤, 조제계면활성제 2만5000톤으로나타났음. 비이온계면활성제시장은공급과잉으로저가경쟁및출혈경쟁이심각한수준에달해수익신장이쉽지않은상황이며, 특히유가강세장기화에따른원료 EO(Ethylene Oxide) 급등으로원료코스트부담이심각한수준임. 비이온계면활성제는 EOA(Ethylene Oxide Additives) 를주로생산하는데콘크리트혼화제및우레탄수지등의사용증가에따라수출확대를목표로호남석유화학을중심으로동남합성, SFC 등이생산능력을확대할계획임. LAS(Linear Alkylbenzene Sulfonate) 를주로생산하는음이온계면활성제시장도업스트림인벤젠 (Benzene) 과 LAB(Linear Alkylbenzene) 강세로코스트압박을받고있는데, LAS는세탁용합성세제의계면활성제로주로사용되는데, 세탁기보급률이이미 90% 를넘은상황에서내수정체가장기화되고있으며, 중국산세제완제품수입증가로시장이잠식당하고있어수익신장을기대하기어려운상황임. 합성세제판매도 2001년 42만5569톤, 2002년 43만487톤, 2003년 41만9296톤, 2004년 43만7757톤, 2005년 46만9702톤, 2006년 48만5074톤, 2007년 58만1190톤으로자연성장률에그치고있음. 7

8 9-4. 일본및아시아의계면활성제용도별시장현황 아시아의가정용세제, 개인용품, 공업용세제시장잠재성장가능성이가장높은것으로알려졌는데, 이지역에서는현재비누가전통적으로선호되고가장광범위하게사용되는계면활성제이지만합성세제등복합제품이진입하고있는지역임. 아시아의계면활성제소비는가정용세제및공업용생산개발로인해증가하고있음. 아시아지역의개인용품분야는비교적소규모이고다른주요시장만큼발전하지못했으나, 개인용품분야는다른분야보다빠른성장을보이고있음. 아시아지역 ( 한국, 일본, 대만, 싱가폴제외 ) 의합성세제소비는연평균 3-6% 성장이전망됨. 직물및섬유산업은공업용계면활성제중가장큰시장을차지하고있으나, 이러한점유율은지난 20년간하락했으며, 2011년까지지속적인하락세가이어질것으로전망됨. 식품분야의소비는 2003년까지감소했는데, 이는식품제조업계가비천연계식품첨가물사용을최소화하고있기때문이며, 최근에는일본의경제회복영향으로식품분야소비가증가하고있고 2011년까지정체상태를보일것으로전망됨. 2006년기준건축용에사용되는계면활성제시장은 4번째규모를차지했는데, 향후 5년동안공공부문프로젝트감소영향으로수요가감소할것으로전망됨. 화장품, 의약, 전자분야의수요는향후 5년동안성장할것으로전망됨. 환경보호와관련된다양한분야의계면활성제소비도 2011년까지증가할전망임. 8

9 < 표 9-33> 일본의용도별계면활성제소비현황 (2006 Vs 년 ) ( 단위 : 천톤, %, 100% 활성기준 ) 구분 2006 년 2011 년연평균성장률 (2006~2011 년 ) 가정용및개인용품 가정용세제 개인용품 가정용섬유유연제 소계 % 공업용및기관용 섬유용 화장품및의약용 플라스틱및고무용 ( 유화중합 ) 건축용 제지용 식품용 금속및광업용 상업용세제 잉크및코팅용 농업용 연료및석유용 기타 소계 % 합계 % 자료 : 국가통계자료 9

10 < 표 12-7> 세계세탁세제용효소시장전망 ( 단위 : 100만달러 ) 구분 1995년 2000년 2005년 2010년 2015년 Carbohydrate Protease 기타 합계 자료 : Freedonia Group < 표 12-8> 세계의세제용도별시장규모변화추이 (2005~2010 년 ) ( 단위 : 10 억달러, %) 구분 2005 년 2010 년 신장률 년 년 욕실용품 세탁세제 핸드세제 자동차세제 자료 : Euromonitor International 10

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최신국내 ᆞ 세계의접착제 / 실란트 (Adhesives/Sealants) 시장및환경규제현황보고서 보고서무단복사및유통금지 2007 년 08 월 01 일 Cischem. Com Co., Ltd./Consulting Division http://www.cischem.com E-mail : cischem@cischem.com Tel(02-322-0144), Fax(02-322-0147)