섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30

목 차

1. 서언 ··············································································································· 1

2. TPE 엘라스토머 개요 ····················································································· 2

2-1. 탄성 메커니즘 ························································································ 2

2-2. TPEE 제조방법 ······················································································· 3

2-3. TPE의 일반적 특성 ················································································· 4

3. TPE 시장동향 ································································································· 5

3-1. EP용 TPEE 시장동향 ·············································································· 5

3-2. EP용 TPEE 개발동향 ·············································································· 7

4. 의류용 엘라스토머 섬유개발동향 ··································································· 9

4-1. 탄성사의 종류 ························································································ 9

4-2. TPE계 고탄성사의 개발 ········································································ 10

4-3. TPE계 섬유의 최근 개발동향 ································································ 12

5. 비의류용 TPE 섬유소재 개발동향 ································································ 15

5-1. Asahi Kasei : FUSIONⓇ ······································································· 16

5-2. Teijin : ELKⓇ ······················································································· 16

5-3. Toyobo : BREATH AIRⓇ ······································································ 17

6. 결언 ············································································································· 18

참고문헌

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 1 -

1. 서언

열가소성 엘라스토머 TPE(Thermoplastic Elastomer)는 고무의 탄성과 플라스틱의 성형 가공

성을 겸비한 고기능 소재로 호평받으며 시장을 확대하고 있다. 특히, 비중이 가볍고 리사이클

성이 뛰어나 최근 유럽을 필두로 우리나라에도 이슈가 되고 있는 그린 트렌드(Green Trend)에

대응할 수 있는 소재로서 가황고무(Vulcanized Rubber)와 PVC(Polyvinyl Chloride)를 대체하

며 자동차를 비롯한 가전, 건자재, 일상용품, 의료, 의류 등 광범위한 분야에서 활용되고 있다.

TPE는 내마모성, 압축 영구뒤틀림 성능이 가황고무보다 뛰어나고 고무에 보다 가까운 제품

이 개발되고 있어 수요가 한층 신장할 것으로 기대되고 있다. 또 엔지니어링 플라스틱용도로

사용되는 열가소성 폴리에테르에스테르 엘라스토머 TPEE(Thermo Plastic Polyester Elastomer)

는 자동차용을 중심으로 10%대 신장을 지속하고 있고 TPU(Urethane계 엘라스토머) 수요도 꾸

준히 증가하고 있다.

편안함을 추구하는 패션 경향의 파급에 따라, 최근 고탄성 섬유를 이용한 신축성 제품이 크

게 각광을 받고 있다. 이러한 신축성 소재를 이용한 섬유소재는 표 1과 같이 분류가 가능하며

각각에 대한 소재의 차이도 이에 따라 구분할 수 있다.

표 1. Strech율에 따른 신축성 소재의 구분

Strech율 내의 중의 외의

Tight Fit 50% 이상 파운데이션 Leotard, 수영복 스케이트, 스키웨어

Mild Fit 20~50% 양말, 스타킹 티셔츠, 스포츠 셔츠스웨터, 청바지

타이트스커트

Loose Fit 10~50% 트렁크 드레스셔츠, 블라우스 원피스, 코트, 재킷

이러한 고탄성 섬유는 현재까지 주로 약 50여 년 전에 개발 상품화된 스판덱스가 주종을 차

지하고 있다. 하지만 스판덱스는 대부분 유기용매 중에서 중합되고 건식 또는 습식 방사로 제

조되기 때문에, 제조원가가 비싸고 환경오염을 방지하기 위한 설비투자가 필요하다. 또한 폴리

에스테르와 혼용 시 고온․고압의 후가공 공정을 거칠 경우 물성의 저하가 크다. 감촉이 고무

와 유사하여 제품의 표면에는 드러내지 못하고 커버링 등의 가공을 하여 피부와의 접촉을 회

피해야 하는 문제도 있다. 이러한 스판덱스의 문제점을 보완하고 제조가 보다 용이한 고탄성

소재에 대한 연구가 진행되었으며, 그 일환으로 에스테르계 고탄성 섬유가 탄생하게 되었다.

폴리에스테르계 고탄성 섬유는 1990년 일본의 데이진(Teijin)에서 처음 공업화되어 <REXE>

라는 상품명으로 일본에서 판매가 되었으며, 어어 유니티카(Unitika)에서도 1993년

<SUCCESS>라는 상품명으로 공업화되었다. 국내에서도 여러 합섬 회사들에서 이에 대한 연구

를 활발히 진행하였으며 90년대 말 삼양사에서는 <NEOPA> 라는 상품명으로 상업화에 성공

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 2 -

하여 소규모의 생산 Line을 구축하였으나, 스판덱스 가격의 폭락에 의한 원가문제와 추가적인

용도개발의 미흡 등으로 상업적인 생산 및 판매는 이루어지지 않고 있다. 현재 에스테르계 고

탄성 섬유시장은 스판덱스에 비해 아주 미미하다. 그러나 물성 개량에 대한 연구가 계속 진행

되고 있고, 앞에서 설명한 장점들을 이용한 분야로 활발한 전개를 한다면 그 생산 및 판매량

은 증가할 것으로 보인다. 본고에서는 이러한 에스테르계 열가소성 엘라스토머의 일반적인 특

성 및 엔지니어링 플라스틱과 탄성섬유를 포함한 시장동향 및 개발동향을 알아보고자 한다.

2. TPE 엘라스토머 개요

2-1. 탄성 메커니즘

TPE(Thermoplastic Elastomer)는 Plastic과 Rubber의 특성을 나타내는 원료가 합성되어 있어

상온에서는 Rubber의 특성을 나타내며, 고온에서는 열가소성 Plastic의 특성을 나타내어 간단

한 Processing으로 성형이 가능한 고분자 재료이다. 에스테르계 엘라스토머의 탄성 메커니즘은

스판덱스, 즉 폴리우레탄계 엘라스토머와는 차이가 있으며 그 탄성 메커니즘은 다음과 같다.

폴리에스테르계 엘라스토머는 높은 융점을 갖는 결정성 블록인 Hard Segment와 극히 낮은

유리전이 온도를 갖는 유연한 비결정성 블록인 Soft Segment로 구성된 세그멘트화 블록 코폴

리에테르에스테르로 구성된다. 이렇게 구성된 폴리머 내에 Hard Segment인 폴리에스테르 블

록이 Soft Segment인 폴리에테르 매트릭스 내에 분산상으로 존재하며, 물리적인 가교점

(Cross-linking Point) 역할을 하여 고무탄성을 발현한다.

이러한 폴리머에서 이상적인 고무탄성을 얻기 위해서는 Hard Segment와 Soft Segment 사

이의 완전한 상분리가 필요하며, 가교점 역할을 하는 폴리에스테르 블록은 완전한 결정상을

형성해야 하고, 이러한 결정상은 연속상이 아닌 분산상으로 존재해야 한다. 하지만 이러한 구

조는 이상적인 구조이며 실제로는 결정을 이루어야 하는 Hard Segment들이 Soft Segment 매

트릭스 내에도 존재하게 되어, 결정상의 변형을 유발하게 된다. 따라서 에스테르계 엘라스토머

섬유를 제조할 때는 이러한 점을 고려하여 고분자의 미세구조를 제어할 수 있어야 한다. 그림

1에 기존의 가황고무와 TPEE의 탄성 메커니즘을 볼 수 있는 모식도를 나타내었다.

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 3 -

(a) Vulcanized Rubber (b) Thermoplastic Elastomer

그림 1. Rubber & TPEE 고분자 구조 모식도

2-2. TPEE 제조방법

TPEE는 열가소성 폴리에스테르계 탄성체의 약자로 PBT(polybuthylene terephthalate)와

PTMG(polytetramethylene glycol)의 공중합에 의한 용융 축중합(step polymerization)에 의해

제조된다.

세그먼트화 블록 코폴리에테르에스테르는 일반적인 폴리에스테르의 중합과 유사하다. 하지

만 중합 시 어떠한 고분자를 Hard Segment와 Soft Segment로 사용하는가에 대해서는 세심한

주의가 필요하다. 현재 Hard Segment로 주로 이용하는 것은 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)

이다. 일반적으로 섬유에 많이 이용되는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)보다 PBT가 주로 이용

되는 것은 여러 가지 아유가 있으나 , PBT가 PET에 비해 결정화가 훨씬 빠르기 때문이다. 이

는 앞의 메커니즘에서 살펴본 바와 마찬가지로 Hard Segment의 결정화에 의한 상분리를 증가

시키기 위함이다.

또한 Soft Segment로는 주로 폴리에테르계의 폴리올이 주로 이용된다. 폴리에스테르계 폴리

올을 사용하는 경우 중합 시 에스테르 교환반응에 의한 중합물의 랜덤화 문제가 생기기 때문

에 이용되는 경우는 특수한 몇 가지 경우 이외에는 없다. 폴리에테르 폴리올 중에는 폴리테트

라메틸렌에테르 글라이콜(PTMG)이 주로 이용되며, 일부 엔지니어링 플라스틱 용도에서 제한

된 탄성특성을 위해서 폴리프로필렌 글라이콜(PPG)을 사용하기도 한다. Hard Segment를 이루

는 PBT와 Soft Segment를 이루는 PTMG의 중합물 내 함량이나 각각의 Chain Length(분자량)

에 따라 엘라스토머의 물성이 크게 바뀌기 때문에 이의 상세한 내용은 제조사마다 공개를 하

지 않고 있다. 이렇게 중합된 TPE 고분자의 구조를 그림 2에 나타내었다.

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 4 -

그림 2. TPEE 고분자 구조식

2-3. TPE의 일반적 특성

○ Easy and economical processing

○ Good Mechanical Strength

○ Various Range with Properties

○ Possible to be Recycled

○ Easy to Reduce Properties by Temperature Elevation

○ Easy to Deformation from Residual Stress

Dupont의 “Hytrel'의 경우는 탄성이 낮고 중간수준이며 사출과 압출에 사용되는 범용 G

Grade부터 저탄성 ~ 고탄성에 이르는 고기능 용도의 사출압출용인 3078~8238 Grade도 있으

며, 블로우 몰딩용 HTR Grade, 그리고 자동차 에어백용 DYM Grade까지 수십 종의 제품군을

가지고 있으며 인터넷상에서 제품명을 검색하면 쉽게 제품특성을 파악할 수 있다. 한편 국내

에서도 SK Chemicals 및 삼양사 등에서 동일한 용도의 TPE 엘라스토머를 생산하고 있으며 각

사에서 생산되는 일반용도의 범용 TPE 엘라스토머 수지 특성을 표 2에 나타내었다.

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 5 -

표 2. TPE Resin 특성비교

제조사/ Trade nameSK Chemicals

SKYPEL®

Samyang Co.

TRIEL®

Dupont

HYTREL®

Grade G130D G140D 5300NA 5400NA G3548L G4074

Hardness , Shore D 30 40 30 40 35 40

Specific Gravity 1.07 1.16 1.1 1.13 1.15 1.18

Elongation at Break, % 900 680 >400 >400 - -

Tensile Strength, ㎏/㎠ 220 270 - - - -

Flexural Modulus, ㎏/㎠ 280 680 365 620 - -

Melting Temperature, ℃ 174 157 186 199 154 170

HDT, ℃ - 70 52 57 - -

Melt Flow Rate, g/10min 18 7 24 12 10 5.3

MFR Temp.℃ 220 190 230 230 190 190

3. TPE(Thermoplastic Elastomer) 시장동향

3-1. EP(Engineering Plastic)용 TPEE 시장동향

열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(TPEE)는 플라스틱과 고무의 특성을 모두 보유한 고기능

소재로 자동차용을 중심으로 가전, IT, 공업용 등 폭넓은 분야에서 수요를 확대하고 있다. 특

히, 자동차용 비중이 50-60%를 차지하며 TPEE 수요를 견인하고 있다. 2005년 TPEE 수요는 1

만 톤 대를 돌파했고 10%대 신장을 지속해 2007년에는 1만 3200톤을 기록한 것으로 추정된다.

그림 3에 EP용 TPEE의 세계수요량 및 용도별 시장동향을 나타내었다.

TPEE는 기계강도와 내열성, 내유성, 내약품성, 성형가공성이 뛰어나며 EP 성격이 강한 엘라

스토머로 평가되고 있다. 이에 따라 자동차용 가운데 CVJ(등속조인트) 부츠용이 최대비중을 차

지하고 있다. 자동차 실내 공간 확대, 경량화 요구에 따라 CVJ의 중요성이 한층 강조되고 있

는 가운데 CVJ 부츠 수요도 확대되고 있기 때문이다.

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 6 -

Automotive [ Part별]

(총 59,400 MT/Y)

25%

20%

15%

10%

10%

10%

10%

Airbag Cover Air duct

CVJ boot R&P boot

Hole plug Cables

Other

TPEE 세계 수요 [용도별]

(총 132,000 MT/Y)

45%

20%

10%

10%

15%

Automotive Hose & Tube Wire & Cable

Medical Other

Automotive [ Part별]

(총 59,400 MT/Y)

25%

20%

15%

10%

10%

10%

10%

Airbag Cover Air duct

CVJ boot R&P boot

Hole plug Cables

Other

TPEE 세계 수요 [용도별]

(총 132,000 MT/Y)

45%

20%

10%

10%

15%

Automotive Hose & Tube Wire & Cable

Medical Other

출처: ‘02년 Frost & Sullivan, SRI report 근거로 연평균 5% 성장가정 ’07년 기준 data

Automotive [ Part별]

(총 59,400 MT/Y)

25%

20%

15%

10%

10%

10%

10%

Airbag Cover Air duct

CVJ boot R&P boot

Hole plug Cables

Other

TPEE 세계 수요 [용도별]

(총 132,000 MT/Y)

45%

20%

10%

10%

15%

Automotive Hose & Tube Wire & Cable

Medical Other

Automotive [ Part별]

(총 59,400 MT/Y)

25%

20%

15%

10%

10%

10%

10%

Airbag Cover Air duct

CVJ boot R&P boot

Hole plug Cables

Other

TPEE 세계 수요 [용도별]

(총 132,000 MT/Y)

45%

20%

10%

10%

15%

Automotive Hose & Tube Wire & Cable

Medical Other

출처: ‘02년 Frost & Sullivan, SRI report 근거로 연평균 5% 성장가정 ’07년 기준 data

그림 3. EP용 TPEE의 세계수요량 및 용도별 시장

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 7 -

TPEE를 채용한 CVJ 부츠는 외부(자동차 바퀴)에 CR(Chloroprene Rubber)을 대체하며 수요

가 신장하고 있다. 내굴곡 피로성이 뛰어나고 부츠 두께가 CR의 50% 정도에 불과해 경량화를

실현할 수 있으며 내유성도 개선했기 때문이다. 다만, 내열성 문제로 내부(엔진)용 수요는 부진

했지만 최근에는 자동차 메이저가 일부 차종에 채용하고 있어 앞으로 보급에 탄력을 받을 것

으로 예상된다.

또 기계강도와 흡음성에 대한 평가가 좋아 Door Latch와 오토매틱 자동차의 기어변환 내부

완충재, 각종 스위치류, 페달 커버, 컵홀더, 셔터 표피재, 에어백 장착 엠브렘 등 내장재로 채

용영역을 확대하고 있다. 앞으로 고기능 특성과 자동차 생산 증가에 따라 수요신장이 확실시

되고 있다.

자동차용 이외에 전자, IT 및 공업용도 확대될 전망이다. IT용은 디지털카메라와 비디오카메

라의 그립, 프린터 내장부품, Curlcode 등에, 공업부품은 유압호스 수요가 대부분을 차지하고

있다. 유압호스는 건설기계 등에 장착되고 있으며 수출도 꾸준히 확대되고 있다. 그림 4에 EP

용 TPEE의 용도별 제품을 나타내었다.

그림 4. EP용 TPEE의 적용분야의 예

3-2. EP(Engineering Plastic)용 TPEE 개발동향

TPE는 자동차용을 중심으로 유연성, 내열성을 단계적으로 높인 특수 그레이드를 개발하고

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 8 -

있으며 언더후드, 엔진 주변용도 개척에 박차를 가하고 있다.

Toray DuPont은 <Hytrel>을 기본으로 초유연, 투명타입 등 다양한 그레이드를 개발하고 있

고 CVJ 부츠용을 발 빠르게 개척하는 등 시장 확대에 적극 나서고 있다. TPE의 과제였던 내

열성을 향상시켰고 수년 전에는 동적가교의 초내열 타입 <DuPont ETPV>를 개발했다. 150℃

이상에서 견딜 수 있는 내열성과 A경도 60-90의 유연성을 보유하고 있으며 리사이클에도 적합

해 엔진주변 튜브·호스류를 비롯한 고무소재를 대체한 용도 개척에 박차를 가하고 있다.

Toyobo도 2006년 <Pelprene> 시리즈의 초내열 그레이드 C 타입을 개발했다. C 타입은

150-170℃에서도 견디는 내열성에 따라 자동차 언더후드용으로도 일부 채용됐고 앞으로는 내

열 전선 등으로 채용을 확대할 방침이다. 표 3~4에 TPE 제조사 현황 및 최근신제품 개발현황

을 정리하였다.

Company Trade names Plants Capacity

Dupont HYTREL® Charleston. SC: Deepwater

NJ : Luxembourg : Ehime, Japan65

Ticona RITEFLEX® Summit, NJ : Shelby, NC :

Also units in germany & UK20

DSM ARNITEL® Belgium, Germany, Netherlands 10

Eastman ECDEL® Kingsport, TN 7

Toyobo PELPRENE® Iwakuni, Janpan 3

Zeon ZEOSPAN® Toyuyama, Japan 2

Other 8

표 3. TPE Global Maker (단위 : 천 톤)

* 출처: The Freedonia ‘02년 자료 (‘01년 기준 data 임), ’07년 14만톤 예상

Parts Company Advantage

Airduct DSM Recyclable [about 30%]

CVJ Boots Dupont Longer lifetime

Airbag Cover Less maintenance, Cost / Weight Savings

Wire&Cable

- Robotics cable DSM Flexibility & Heat Resistance

- Electro-engines Temp. up to 150℃

- Automotive wire Halogen-Free Flame Retardant

표 4. 신제품 동향

* 출처: TNews by the omnexus powered by special chem and Dupont.

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 9 -

4. 의류용 엘라스토머 섬유개발 동향

4-1. 탄성사의 종류

4-1-1. Spandex (Polyurethane)

Spandex는 Polyurethane을 원료로 하여 건식, 습식, 용융의 세 가지 방식으로 방사되어 신

도는 500~700%로 높고, stretch성은 최고수준에 있다. Spandex는 mono filament의 denier당의

stretch성이 높으며, 고무사에 가장 가까운 특성을 나타내어 의류로부터 산업자재에 이르기까

지 폭넓은 용도로 사용되고 있다.

4-1-2. 폴레에테르에스테르계 탄성사

TPE계 고탄성사는 Spandex에 가까운 신축특성(신도 400~600%)을 가지고, spandex를 상회하

는 내습열성, 내염소성, 내광성, 염색성을 갖추고 있다. 이 고탄성사는 폴리에스테르와의 혼용

을 목적으로 개발된 것으로, 나일론과의 혼용이 주로 되어 있는 spandex와의 차별화를 겨냥하

고 있었다. 그러나 실제로 시장에 투입되고서 탄성특성이 spandex와 유사하거나 부족하기 때

문에 용도 적으로는 spandex와 경합하여, 양적으로 크게 확대하기까지는 이르지 않았다.

4-1-3. 신축성복합섬유 (잠재권축섬유)

신축성복합섬유는 열 수축률이 다른 이종의 폴리머(중합체)를 side by side로 복합 방사하여,

가열처리로 섬유에 미세한 권축(crimp)을 발현시켜, 이 권축에 의해서 실이든지 직편물에

Stretch성을 주는 것이다. 섬유자체가 신축하는 spandex와는 stretch의 발현기구가 다르고, 권

축이 저하되면 실이든지 직편물의 신축성도 저하된다. 원료폴리머(중합체)의 조합은 여러 가지

가 가능하지만, PET/PET의 복합섬유가 직편물과 부직포에, Polyurethane/Nylon이 Panty

Stocking에 이용되고 있다.

폴리에스테르계의 잠재권축섬유는 외의용의 직편물로 수요가 급증하여, 이 용도로서는

spandex의 경합소재로 되어 있다. 잠재권축섬유는 소재가 폴리에스테르이기 때문에 염색가공

의 자유도가 높고, 권축의 발현은 염색가공의 최종단계에서 행하여지기 때문에 제직편에 있어

서의 고도의 tension관리가 불필요하다. 이렇게 취급이 용이한 점과 외의용으로서는 고도의 신

축성이 요구되지 않은 것이 match하여 수요가 급증하였다.

부직포에도 잠재권축섬유가 사용되고 있고, 그 수요량은 직편물이나 panty stocking보다도

오히려 많으며 patch류의 기포(基布)나 의류의 중면(中綿) 등으로 쓰인다. 폴리머(중합체)의 조

합은 PET/PET, PET/PE, PP/PP 등이 있지만, PET/PET가 주로 사용되고 있다.

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 10 -

표 5 신축성 섬유의 특성 및 용도비교

구 분상대적 장단점

용도장점 단점

Spandex 신축성, 회복성 우수 高價, 염색가공 어렵다Stocking, 수영복,

Tight Pants

TPE계 탄성사복합소재로 사용이

용이함

Spandex 대비 탄성회복율

저하복합소재

PBT 가연사 내염소성 신축성 저하 신축 직물

PET 가연사 低價 신축성 저하 신축직물

4-2. TPE계 고탄성사의 개발

서언에서 언급한 바와 같이 일본의 Teijin fiber는 폴리에스테르와 혼용성이 우수하고 스판덱

스에 필적할만한 물성을 가지는 탄성사 개발을 시작하여 90년에 폴리에테르에스테르계 고탄성

사 <REXE>를 상용화했다.

데이진은 90년에, 유니티카는 93년에 생산을 시작하였고, 초기의 개발은 폴리에스테르와 혼

용 목적으로 개발되었었다. 폴리에테르에스테르계 고탄성사는 폴리우레탄을 원료로 하지 않기

때문에 미연방 위원회(FTC)의 품질표시는 스판덱스가 아닌 기타로 표시되었다. 이것에 대해

데이진은 새로운 품질표시를 신청해서 97년 5월에 FTC에서 Elasterster로 등록을 허가하였다.

또한 96년도에 발표된 자료에 의하면 Akzo Novel에서도 폴리에테르에스테르계 고탄성사를 개

발하였다는 보고가 있으나 상업적으로 판매를 하였다는 보고는 아직 없다.

TPE계 탄성사는 그 제조방법 또한 간단하여 폴리우레탄을 사용하는 스판덱스처럼 건식이나

습식방사가 아닌 통상의 폴리에스테르/나일론 섬유를 제조하는 용융방사로 제조가 가능하고

엘라스토머 수지의 제조 공법 및 Hard segment /soft segment 비율 그리고 방사온도, 방사속

도, 연신비율 등등 여러 가지 방사조건에 따라 원하는 물성을 다양하게 디자인 할수 있는 장

점이 있다.

1998년 일본 CMC 자료기준으로 Teijin에서 340 T/Y, Unitika에서 100 T/Y 규모로 생산이

되었으며, 1999년 국내에서도 삼양사에서 개발을 완료, <NEOPA>를 상용화하였다. 그러나

Spandex 대비 탄성회복율 미비한 점과 유사한 특성을 내는 복합권축사의 저가공략에 밀려

2000년대 중반이후 들어서 거의 생산이 중단된 상태이다. 표5에 신축성 섬유의 특성 및 용도

에 대하여 나타내었다.

4-2-1. Teijin REXE

Teijin은 1963년에 미국 후드리사에서 기술을 도입해 스판덱스로 사업화했다. 하지만 초기의

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 11 -

목적인 폴리에스테르와의 혼합사용량이 적고 실재로 나일론과의 조합이 시장 중심이 되자 78

년에 스판덱스 사업을 정리하고 PBT로 전환하였다. 하지만 PBT는 스판덱스에 비해 탄성회복

률이 떨어지고 시간이 경과할수록 스판덱스 시장이 커짐에 따라 Teijin은 폴리에스테르와 혼용

이 우수하고 스판덱스에 필적할만한 물성을 가지는 탄성사 개발을 시작하여 90년에 폴리에테

르에스테르계 고탄성사(REXE)를 상용화했다. REXE는 6개의 원형 단면 필라멘트가 결합한 매

화형의 단면형태를 가진다. 열세트성, 내광성이 우수하고 알칼리 감량성이 가능하여 내약품성

도 가지고 있다. 이러한 TPE계 고탄성사는 스판덱스에 근사한 신축특성을 가지고 스판덱스에

비해 내습열성, 내염소성, 내광성 등이 우수하다.

4-2-2. Unitika SUCCESS

Unitika에서 개발한 폴리에테르에스테르계 고탄성사로서 화학적인 기본구조는 REXE와 동일

하나 조성이 다소 차이가 나는 것으로 알려져 있다. SUCCESS의 특징은 양호한 신축성, 탄성

회복율, 내열성, 내약품성 및 열set성을 가지는 범용성이 높은 장점을 가지고 있는 것이다. 특

히 고온염색 (130℃)이나 알칼리 감량이 가능해 폴리에스테르계 신합섬과 복합화는 물론 면,

울 등의 천연 섬유 및 레이온과의 복합화가 가능하다. SUCCESS는 기존 폴리우레탄계 탄성사

와 마찬가지로 bare yarn, core-spun yarn, covered yarn, ply-yarn등으로 사용가능하고 주로

bare yarn과 covered yarn으로의 사용이 많다.

4-2-3. Akzo nobel DIOLEN SWING

Akzo Novel에서 개발한 폴리에테르에스테르계 고탄성사로 Hard segment는 PBT이고 Soft

segment는 PTMG로 구성되어 있다. 이 섬유의 특징은 spandex에 비해 폴리에스테르외 겸용이

가능한 내습열, 염색성을 가지고 있는 것이다. 생산 품종은 15~70d로 알려져 있고, 제사 속도

는 500~3000m/min으로 발표되었으나 3000m/min라는 방속은 기술연구수준에서 실험한 것으

로 판단된다. 방속에 따른 물성을 다음의 표에 나타내었는데 방속 3000m/min일때에는 신도가

떨어져 탄성사로 전개가 불가능하다.

표 6. TPEE계 탄성사의 방사조건별 물성 비교

방 속 (m/min) 500 750 3000

강도 (g/d)DR=1 (미연신) 0.8 1.13 1.9

DR=3 (연신사) 0.8 1.35 2.6

신도 (%)DR=1 (미연신) 650 600 200

DR=3 (연신사) 420 370 150

* Chemical Fibers International (1996. 4월호)

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 12 -

4-3. TPE계 섬유의 최근 개발동향

4-3-1. Teijin MRT fiber 개요

최근, 사람들의 건강․쾌적에 대한 의식이 높아짐에 따라 의류 분야에 있어서도 여러 가지

고기능성재가 개발되고 있다. 예를 들어 고흡수성 섬유소재나 UV Cut 소재, 경량 보온소재 등

이 바로 이러한 범주에 해당된다. Teijin Fiber에서는 종래의 이러한 고기능 소재를 뛰어넘는

차세대 기능으로서 “자기 조절기능” 개념에 착안하여 주위의 환경 변화에 대해 동(動)적으로

반응하는 스마트 텍스타일의 개발을 타깃으로 신개념 소재를 개발하게 된다.

Teijin Fiber는 미국 NIKE와 라이선스 계약을 체결하고, NIKE에서 구상중인 혁신적인 스포

츠 웨어 "NIKE sphere react"의 일환으로, 자기조절(自己調節) 기능섬유인 <MRT Fiber> 의 개

발에 성공하였다. Nike sphere react 는, 나이키사가 세계를 향하여 전개하는 혁신적인 스포츠

웨어 기획으로, 골프, 테니스, 축구, 러닝, 아웃도어 용도로 생산 판매되고 있다. Teijin Fiber의

자기조절기능 섬유 <MRT Fiber>는 나이키 sphere react DRY 및 나이키 sphere react COOL

에 사용되고 있다. 통상적으로 스포츠 웨어의 상품개발은 소재 메이커가 개발한 섬유소재를

어패럴 메이커가 선택하여 상품화 하는 것이 일반적이 관례이다. 하지만 이 소재는 Teijin과

NIKE가 기획 단계부터 공동개발은 시작한 제품으로, 2002년 NIKE社가 Teijin에 “착용자의 환

경에 맞추어 원단 구조나 형태가 변화하여, 쾌적한 신체의 공간을 유지하는” 콘셉트를 제안하

여 개발과정에서부터 NIKE의 Global Advanced Innovation Team과 Teijin이 공동으로 연구하

여 다양한 새로운 기술이 개발되었는데, 기존에 볼 수 없었던 “원단이 착용자의 상태를 보고

대응하는” 기능이라는 새로운 가치를 가진 환경 변화에 따라서 자기조절을 일으키는 획기적인

섬유소재의 개발에 성공하였다. MRT 섬유는 Moisture Responded Transformable Fiber의 약자

로 수분을 흡수하면 늘어나고, 다시 건조하게 되면 수축하는 가역적인 신축성을 가지는 차세

대 섬유 소재이다.

종래까지의 상식으로는 생각할 수 없는 레벨의 기능을 가지고, 수분에 반응해 가역적으로

움직이는 텍스타일 소재인 <MRT Fiber>를 개발하기 위해서는 아래와 같은 3가지 항목의 콘

셉트를 만족시켜야 한다.

① 상온에서의 유연성 → 엘라스토머 소재

② 물에 대한 반응성 → 친수기 도입

③ 리사이클 가능 → 폴리에스테르계 폴리머 소재

그 결과, 하드세그멘트가 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT), 소프트세그멘트가 폴리에틸렌글리

콜(PEG)의 엘라스토머 구조의 분자 설계에 의해, 종래의 폴리에테르에스테르계 엘라스토머에

서는 없던 매우 높은 흡수성을 가지면서 흡수 ⇔ 건조에 의해 가역적으로 팽윤 ⇔ 수축하는

특수한 신개념의 폴레에테르에스테르 엘라스토머 풀리머 개발에 성공하였으며, 이러한 신개념

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 13 -

의 폴리머는 30℃ × 90% RH의 조건에서 17%라는(통상의 PET 흡습율 = 0.4~0.6%) 에스테르

계 섬유소재로서는 경이적인 흡습율을 나타낸다.

4-3-2. Teijin MRT fiber 핵심 기술

(1) 섬유개발

수분을 흡수하면 늘어나고, 건조하면 수축하는 가역변화 섬유 MRT 섬유는 흡수/건조 속도

가 빠른 폴리에테르에스테르계 폴리머를 개발하는 신규 폴리머 기술과, 흡수/건조량과 신장,

수축도 및 응답속도를 제어하는 신규 제사기술의 융합에 의해 우수한 흡수신축기능의 발현과

제어가 가능하다.

(2) 직편물 구조체의 개발

수분에 의해서 가역적으로 신축하는 MRT 섬유의 특성을 이용하고 , 동시에 그 특성을 최대

한 활용하여 우수한 자기조절 기능을 발현하기 위한 특수한 사가공 기술, 편직기술, 염색가공

기술의 개발이 필요하다. 발한시의 착용 쾌적성을 얻기 위해서는 수부 환경에 의한 원단의 형

태변화 및 통기도를 조절하는 신규 구조체를 개발하였다.

요철 조절 타입의 직물구조는 착용자의 발한 상태에 적합하여 생지의 구조를 3차원적으로

변화시키는 소재이다. 평상시의 건조 상태에서는 마이크로 파이버를 사용한 Flat한 소재표면에

의해 착용자에게 쾌적한 착용감을 제공한다. 한편 운동을 시작해서 발한이 되면 소재의 일부

로서 사용되고 있는 MRT fiber가 수분에 반응하여 길이 방향으로 신장하기 때문에 생지의 피

부 쪽으로 건조시의 약 2배 정도의 두께를 가진 요철이 발현되어 생지와 피부와의 끈적거리는

느낌을 경감시킨다. 또 그 요철에 의해 가능한 피부표면의 공간에 공기가 흘러드는 것으로 속

건성을 높인다. 운동 후 땀을 흡수하여 건조 상태가 되면 다시 Flat하고 쾌적한 착용감으로 돌

아온다(그림5).

통기 조절 타입은 착용자와 함께 호흡하는 소재이다. 운동을 시작해 발한하면 소재의 일부

로서 사용되는 MRT fiber가 수분에 반응해 길이 방향으로 신장하는 것에 따라 생지의 눈이

열려 건조 시와 비교하면 통기성이 약 2배로 높아진다. 이 변화에 의해 의복내의 온도와 습도

를 내림으로서 착용자는 불쾌한 느낌이 없이 쾌적하게 운동을 계속할 수 있다. 통기조절 타입

의 기본구조도 요철조절 타입과 같은 2층 구조로 되어있고, 피부 쪽의 층은 MRT fiber와 통상

의 폴리에스테르 섬유로 구성되어 있고, 표측의 층은 통상의 폴리에스테르 섬유만으로 구성되

어 있다. 그리고 상기 2층은 전면적으로 연결된 상태가 되고 있다. 이 구조는 생지가 땀을 흡

수하여 MRT fiber가 신장할 때, 생지는 평면방향(2차원)으로 확장해 결과적으로 생지의 눈이

열리게 된다. (그림 6)

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 14 -

그림 5. NIKE Sphere react DRY (요철 조절) 구조변화 모식도

그림 6. NIKE Sphere react COOL (통기 조절) 구조변화 모식도

NIKE Sphere react 는 2005년의 추동용부터 전 세계에서 판매를 개시해 “눈에 보이도록 움

직인다.”라고 하는 지금까지의 상품에서는 생각할 수 없었던 혁신적인 것으로 스포츠 업계에

서는 대단한 주목을 받게 되었다.

골프의 타이거 우즈나 테니스의 로저 패더러 등의 세계적인 톱클래스 운동선수에게도 애용

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 15 -

되고 있으며, 특히 패더러 선수는 2005년, 2006년 윔블던 대회에서 “나이키 스피어 리엑트”를

착용하여 우승했었다.

그림 7. NIKE Sphere react 실착용 사진

5. 비의류용 TPE 섬유소재 개발동향

현재 일본 섬유업체들은 첨단소재부터 어패럴․패션에 이르기까지 제품에 대한 고부가가치

화를 실현하기 위해 노력하고 있다. 이러한 트렌드에 따라 산업용 분야의 소재 개발, 환경 친

화적인 스타일 강화에 따른 친환경소재 개발 등에 집중하고 있다. 특히 섬유분야 측면에서는

의류용을 벗어나 산업 및 생활분야까지 다양한 분야로의 제품개발이 진행되고 있다.

일본 폴리우레탄협회 (Japan Polyurethane Association)에 따르면 일반 쿠션 제품의 소재로

쓰이는 Polyurethane Foam(PU폼) 소요량은 한 해 평균 약 150,000톤에 이른다고 한다. 이 사

용량의 70%가 대중교통 수단인 버스나 지하철의 좌석과 가구용 소재에 사용되고 있다.

쿠션 소재분야에서는 우수한 역학특성을 가진 발포 우레탄이 사용 용의성과 저렴한 가격으

로 인하여 대량 사용되고 있다. 그러나 사용쾌적성과 환경쾌적성에서는 문제시되고 있다. 한편,

우레탄보다 역학특성은 상당히 열악하지만, 환경쾌적성이 우레탄보다 우수한 경면(硬綿),

Staple을 열접착섬유로 융착한 쿠션소재도 저렴한 가격이므로 대량 사용되고 있다. 그러나 양

쪽 모두 양호성을 가진 쿠션소재는 없었다.

또한 버스나 지하철 같은 대중교통수단 좌석을 제조하는 시장은 경쟁이 매우 치열하고 PU

폼을 대체하기 위한 소재들의 가격이 조금 더 비싼 경향을 나타내고 있다. 이러한 장애물들을

극복하기 위해 Asahi Kasei, Teijin, Toyobo 이 세 업체들은 폴리에스테르를 사용해서 기존에

출시되고 있는 PU폼을 이용한 제품과 경쟁할 수 있는 새로운 쿠션소재를 개발하는데 노력을

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 16 -

기울여왔으며, 통기성이 우수하고 독성물질을 함유하지 않으며 재생이 용이한 폴리에스테르계

소재를 이용하여 쿠션 소재를 개발 출시하고 있다.

5-1. Asahi Kasei : FUSIONⓇ

이 제품은 나일론이나 Poly trimethylene terephthalate(PTT) 같이 유연성 있는 원사를 이용

하여 제조된 삼차원구조의 폴리에스테르 편물을 사용하고 있으며 TPE 계 제품이 아니다.

5.2. Teijin : ELKⓇ

Teijin은 오랫동안 이 분야의 용도전개를 위해서 자사의 ELK 부직포 제품을 출시해왔다.

ELK는 전통적인 PU폼인 폴리우레탄의 대안으로 떠오르며 성장하고 있는 폴리에스테르계 탄

성 단섬유 제품이다. Teijin Fiber의 ELK 특성은 경량성, air-permeable성 및 재활용이 가능하

며, 우수한 신축성 및 내구성을 나타낸다. 이 제품은 에스테르계 탄성사 즉 폴리에테르에스테

르 탄성체 소재를 복합방사로 제조한 단섬유 제품으로, 일본 내에서 대중교통 좌석관련 제품

시장에 대한 수요를 만족시키기 위해서 Teijin사가 최근 자동차용 섬유제품에 있어서 전문성을

확보하고 있는 회사인 Suminoe Textile과 협조체제를 구축하여 진행되고 있다.

2006년 이 협조제체에 의해서 ELK 부직포 제품의 생산라인이 설치되었으며, 이 설비는 단

섬유 부직포를 수직으로 재배열(Vertical Lapping) 한 후 열 성형에 의해 하여 PU폼을 대체할

수 있는 제품을 생산하며, 이 설비를 통해서 제조된 최종제품은 현재 Japan Railway의 철도차

량 좌석에 사용되고 있을 뿐 아니라 속옷용 패드 등의 다양한 분야에 사용되고 있다.

그림 8. ELK 융착구조

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 17 -

그림 9. 수직 재배열된 ELK 부직포

5-3. Toyobo : BREATH AIRⓇ

도요보의 <Breath air>는 4년간의 개발을 거쳐 1997에 도요보 Tsuruga 공장에서 본 생산을

개시하여 현재에 이르고 있다. 그 사이에 섬유개발 및 용도개발을 진행하여 수많은 특허를 취

득하고 있다. 미국을 비롯하여 세계 7개국에 등록되어 있으며, 일본에서는 약 40건이 등록되어

있다.

<Breath air>란 고무탄성을 갖는 열가소성 탄성수지(TPE)로 된 연속선상의 랜덤루프를 접속

시킨 3차원 스프링 구조화하여 95% 이상의 공기층을 가진 쿠션소재이다(그림 10).

이러한 구조체는 압축회복성이 우수하고 우레탄과 같은 현저한 항복점을 갖지 않는 특징이

있다. 이와 같은 압축특성 때문에 변형응력을 면에서 확산시켜 받지 않고 응력을 분산시키기

때문에 국소적으로 현저한 침몰이 일어나기 어렵게 되어 있다.

<Breath air>의 제법은 우선 열가소성 탄성수지를 용융 방사한 연속선상에 용융상태에서 루

프를 형성시켜, 인접하고 있는 선과 접촉 결합시킨 3차원 스프링 구조를 제조하였다. 다음으로

후처리에 의해 hard segment 부분을 재배열시켜 응사가교점(疑似架橋点)을 형성시킴으로서 소

재의 신장 회복성을 보다 향상시켰으며, 열가소성 엘라스토머이더라도 가교형 엘라스토머에

가까운 신장 회복성을 부여하는 것이 가능하다.

그림 10.「Breathe airⓇ」

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 18 -

현재 이러한 제품의 용도로는 수송용의 쿠션분야에는 자동차 기차 등의 좌석시트, 인테리어

용으로는 의자용 쿠션에 사용되며, 침구용으로는 방석, 베게, 침대매트에 사용되고 있으며, 의

료․개호용도에는 망상구조에 의한 鬱血방지효과와 통기성에 의한 개호(介護)매트, 욕창(褥瘡)

방지 패드에도 전개가 이루어지기 시작했다.

이것들 이외에도 가구(의자, 소파 등), 스포츠(매트, 프로텍터, 충돌안전벽 등), 환경보전(浮島,

옥상녹화 등), 자재(필터, 각종 방호복 등), 기타(구두밑창깔개, 슬리퍼, 브래지어 패드) 등에 전

개되고 있다.

그림 11. TPE계 Elastic Fiber의 용도

6. 결언

열가소성 폴리에테르에스테르(TPEE) 엘라스토머는 Dupont에서 엔지니어링 플라스틱인

<Hytrel> 로 처음 상업화된 이후 그 수요가 지금까지 꾸준히 늘고 있으며 매년 5~10% 대의

성장세를 보이고 있다. 국내에서도 LG화학, 삼양사, 제일모직등 대기업을 중심으로 꾸준히 자

동차 부품이나 모바일 폰 등의 전자제품 소재로 그 용도를 꾸준히 개발해오고 있다.

섬유분야에 있어서 국내의 경우, 2000년대 이후부터는 관련 신제품 개발이 중단되어 있는

상태이다. 하지만 일본의 경우 Teijin사를 중심으로 지속적으로 용도를 개발하여 주로 산업용

분야, 특히 PU Foam 대체하는 용도로 꾸준히 생산을 해오고 있으며, 그 외의 용도로도 소량

섬유정보팀

텍스토피아 유료컨텐츠 2012/01/30 - 19 -

이지만 지속적으로 제품을 개발하여 생산을 해오고 있다. 특히 일본 Teijin의 경우는 에스테르

계 엘라스토머 섬유를 단독으로 사용하여 기존의 Spandex 섬유를 대체하는 접근방식이 아닌

타 소재와의 복합방사에 의한 제품이나, 타 소재 원사와의 복합에 의한 신규특성 발현 원사개

발이나, 차별화된 특성을 나타내기 위해 중합단계에서부터 이종원료와의 융합․복합에 의한

새로운 개념의 엘라스토머 섬유제품을 개발하고 있다.

리사이클이 최근 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 시점에서 재활용이 가능한 에스테르계 엘

라스토머 제품은 향후 지속적으로 사용량이 늘어날 것으로 전망되며, 우리나라도 일본이나 미

국, 이태리 같은 섬유 선진국처럼 원사제조부터 원사가공, 최종 섬유제품을 판매하는 모든 관

련업체들이 학계와 관의 지원 아래 유기적으로 협조하여 제품개발 추진체를 운영한다면 신개

념의 고부가가치 엘라스토머 섬유제품을 개발할 수 있을 것으로 생각된다.

참고문헌

1. TPE동향, 화학저널, (2009.8.17)

2. Frost & Sullivan, SRI report (2002)

3. The Freedonia (2002)

4. News by the omnexus powered by special chem and Dupont (2002)

5. Chemical Fibers International (1996.4)

6. Baik, Lee, Jeon, J. Kor. Fiber Soc., 31, 613 (1994)

7. D. H. Baik and B. Y. Jeon, J. Kor. Fiber Soc., 32, 38 (1995)

8. B.Y. Jeon, Ph. D. Thesis, Chungnam National University, Korea, (1997)

9. 차세대형 자기조절기능소재, TEXTOPIA, 한재성, (2007)

10. TEIJIN FIBER 신소재, TEXTOPIA, 우현석 (2007)

11. 선진국형 합섬 메이커 모델 구축 전략, Teijin, Tawara Norimichi (2007)

12. 혁신적인 일본 산업용 섬유제품 개발동향, TEXTOPIA, 김영하 (2007)

13. 사람과 인간에 친화한 쿠션소재, 가공기술 Vol.39, No.11(2004)

14. www.teijin.co.jp