방역용 섬유소재 산업동향

1. 방역용 섬유소재 개요

방역용 섬유소재

방역소재란 전염병의 발생이나 유행을 제어하는데 사용되는 소재를 일컫는 것으로 살균 및 소독약제, 음압병동의 병원
장치, 마스크 및 방역복에 쓰이는 부직포 등이 대표적이며, 본 자료에서는 마스크 및 방역복에 사용되고 있는 방역용
부직포 소재를 중심으로 산업동향을 정리하고자함

조류독감, 코로나 19 등의 발생 증가에 따라 이에 대응하기 위한 방역용 보호복, 마스크의 수요가 급증하고 있으나 보호복
소재 및 제조공정 설비의 대부분은 해외 수입에 의존 중이며, 특히 관련 부직포 제조 장비 및 공정기술의 대부분을 수입에
의존 중
방역용 방호복, 마스크 등의 일회용 의료용 부직포의 전 세계 시장은 2018년 기준 90.3억불이며, 이는 계속 성장하여
2025년이 되면 146.7억불에 이를 것으로 예상됨. 2019~2025년 사이 연평균 성장률은 7.3%로 예상
* 출처 : Zion market research(2020), Global medical nonwovn disposable market

부직포는 제직이나 편직공정을 거치지 않고, 평행 또는 임의방향으로 배열하고, 니들 및 고압의 물을 이용한 기계적 결합,
접착제를 이용한 화학적 결합, 용융합성수지를 이용한 열결합 등으로 제작된 시트형태를 일컬으며, 제조공정에 따라
건식법(Dry-lay Process), 습식법(Wet-lay Process), 방사법(Extrusion Process)로 크게 나눌 수 있음

방역용 섬유소재로 주로 사용되는 방사법은 섬유 방사공정을 응용한 공법으로 용매를 사용하지 않는 용융방사공정에
의하여 고분자를 토출하여, 저온 및 고온의 공기를 노즐 주변에서 불어주어 섬유를 연신시키면서 시트형태로 제조되면서
고화 및 결합되는 공정으로 만든 스펀본드(Spunbond, SB)와 멜트브로운(Meltblown, MB)부직포가 대표적인
공법이며, 이외에도 듀폰이 독점 중인 플래시 방사 부직포가 있음

2. 방역용 섬유소재 시장동향

삶의 질이 향상됨에 따라 수송, 필터, 토목, 의료용 수요는 6%를 상회하는 성장세를 보일 것으로 예상되며, 마스크 등 방역소재가 포함되어 있는 Medical 분야 성장률은 2008~2018년 4.7%에서 2018~2023년 6.8%로 성장속도가 증가할 것으로 예상하였으나, 코로나 19 사태 이후로 성장속도가 더욱 높아질 것으로 예상

부직포 제조공정별 전 세계 생산량을 살펴보면 방사부직포의 경우 2008년 34.8%, 2018년 40.2%, 2023년에는 42.7%로 지속적으로 전체 부직포 내 생산비중이 증가하고 있으며, 이는 수송·의료·필터용 제품에 적용되는 방사부직포가 차지하는 비중 증가에 기인

- 코로나 19 펜데믹 영향으로 마스크, 보호복 등 방역소재로 활용되는 스펀본드와 멜트브로운 부직포의 수요량이 급증하고 있어 시장보고서 예상보다 방사부직포의 점유율이 더 높아질 것으로 예상되며, 수년 내로 방사부직포의 점유율이 건식부직포를 초과할 것으로 보임

- 미국·일본·유럽 선진국들을 중심으로 부직포 원료나 핵심 제조공정을 선점 중에 있으며, 특히, 미국 듀폰 Tyvek 소재의 경우 글로벌 시장을 독점 중에 있음. 위생재 등 일회용 품목의 경우 베리 플라스틱(Berry Plastics), 킴벌리클락(Kimberly-Clark)이, 산업자재 등 내구재 분야의 경우 프루덴베르그(Freudenberg Performance Materilas), 듀폰이, 습식부직포는 알스트롬(Ahlstrom), 죤스만빌(Johns Manville)이 주도하는 가운데 하이브리드 공정기술과 신규 방사공법에 의한 고기능 소재·용도제품 개발이 활발하게 진행 중

국내 방역용 부직포 산업 시장동향

우리나라 부직포 수출규모는 2011년 473백만불을 정점으로, 2018년 387백만불로 감소하고 있으며, 수입규모는 2009년 162백만불에서 2018년 482백만불로 꾸준히 증가하고 있음. 미국·유럽·일본 등으로부터 고성능 첨단 부직포와 중국 저가 부직포의 수입량은 꾸준히 증가하고 있어 2016년부터 수입 역조현상을 보이고 있음

코로나19의 영향으로 우리나라는 멜트브로운 부직포 및 마스크 완제품의 제조설비를 다른 나라보다 선제적으로 구축하여 생산능력을 키웠기 때문에 관련 방역소재 및 완제품의 수출이 2020년~2021년 증가하여 제한적이나 무역역조 일부 해소

방사형부직포는 코오롱인더스트리(주)에서 폴리에스터 스펀본드부직포 생산량을 늘리고 있고, 필터 및 위생재 제품 수요증가에 따라 웰크론, 선진인더스트리, 성진, 크린앤사이언스 등 중소업체에서 멜트브로운 부직포 생산량이 매년 증가되고 있음. 또한, 나노섬유 부직포도 일부 중소업체를 중심으로 연구개발 및 시생산 되고 있음. 다만, 초임계유체를 활용한 방사형부직포나 용매를 활용한 용액방사 부직포는 아직 연구만 시도되고 있을 뿐 상업화에는 이르지 못 한 상황임.

3. 방역용 섬유소재 제조공정

스펀본드 부직포

미국의 듀폰과 독일의 프루덴베르그에 의해 최초로 개발, 열가소성 합성수지를 고온에서 녹여 필라멘트 형태로 방사, 고화시켜 연속 이동하는 네트 컨베이어 상에 균일분포, 집적시켜서 제조함으로써, 제조공정이 간단하고 원료수지에서 최종제품을 한 공정에서 직접 얻을 수 있는 장점이 있음

- 스펀본드(Spunbond, SB) 부직포는 방사 및 연신공정을 통해 일반 용융방사된 합성섬유와 유사한 직경을 갖고, 필라멘트(End-less fiber) 형태로 되어 있기 때문에 우수한 강도 특성을 가지며, 용융방사가 가능한 고분자들은 모두 스펀본드 부직포로 제조가능 하나, 폴리프로필렌이 가장 많이 사용되며, 폴리에스터와 폴리에틸렌섬유도 일부 사용

- 의료용(수술용 가운, 마스크 등), 토목용(성토보강, 터널배수, 수직드레인 등), 건축용(아스팔트 루핑, 도막방수, 하우스랩 등), 농업용(보온덮개, 차광 등), 위생용(기저귀, 생리대), 생활용(포장재, 일회용 의류 등), 차량용(카페트 Backing, 시트 라이너 등), 공업용(전선 Wrap, 전기절연 등), 필터용(각종 필터 지지체) 등으로 다양하게 사용됨

- 스펀본드 부직포 시장은 2017년 약 12.5조원의 시장을 형성하였으며, 이 중 위생용과 의료용이 7.7조원 규모로 전체 스펀본드 부직포 시장의 약 62%를 점유. 코로나 19 영향으로 마스크 및 방역복 등의 수요 급증에 따라 일회용 제품 시장의 점유율이 시장 예측치 보다 더욱 확대될 전망

멜트브로운 부직포

멜트브로운(Melt blown, MB)은 고분자 수지(PP, PET 등)를 용융하고 이를 구금(Nozzle)을 통해 압출하면서 고속으로 고온의 공기를 섬유방사 주변에 분사하여, 섬유 필라멘트를 가늘게 분사하면서 섬유 웹(Fiber web)을 형성하여 제조한 극세 부직포로 부드러운 촉감(softness)과 낮은 기공도를 가짐

- 일반적인 섬유보다 섬도가 가는 극세 섬유를 제조할 수 있는 공정이며, 멜트브로운 부직포의 구성 섬유들은 일반적으로 2-4 µm 정도의 굵기를 갖고, 굵은 것은 10-15 µm이며, 0.1 µm 정도의 가는 섬유도 있음

- 멜트브로운 부직포는 각종 필터, 마스크, 의료재(테이프, 파스, 수술복 등), 식품포장재, 위생재(기저귀, 생리대 등), 배터리 분리막, 오일 흡착제, 흡음재, 단열재, 수세미 등에 사용되며, 마스크를 포함한 필터제품의 시장점유율이 58%로 가장 많은 부분을 차지하고 있으며, 코로나 19 영향으로 수요와 비중이 더욱 확대되고 있음

-멜트브로운 부직포 생산량은 1980년도까지는 북미에서 거의 독점하였으나, 1990년에 이르러 일본, 유럽의 생산설비가 구축되기 시작하였고, 2000년대부터 중국과 한국의 생산설비가 구축되기 시작하였으며, 2019년 기준으로 중국을 중심으로 한 아시아가 세계 멜트브로운 부직포 생산량의 약 45%를 점유하였으며, 북미는 41%로 그 뒤를 이었는데, 코로나 19의 영향으로 중국 및 한국의 생산량이 더욱 증가

플래시방사 부직포

초임계 상태를 기반으로 방사하여 부직포를 제조하는 기술로, 폴리올레핀 수지를 기반으로 프레온가스 등의 용매를 혼합하여, 고온·고압 조건에서 혼합액을 만드는데 이 때 혼합액이 초임계유체 상태가 되고, 그 후 상온·상압의 환경으로 빠른 속도로 토출되는데, 이때의 압력과 온도 차이를 이용한 초고속연신을 통해 초극세사로 이루어진 부직포를 제조하는 공정

- 미세한 공극크기와 구조로 인해 미생물, 화학약품, 수분 등에 대한 차단성이 매우 탁월하며, 평활도가 뛰어나면서 인쇄성도 우수하여 화학 및 방역 보호복, 자동차커버, 인쇄지, 의료기기, 항공용 포장재, 건축용 투습방수 소재로 폭 넓게 사용되고 있음 - 플래시방사 부직포는 미국 듀폰에서 Tyvek이라는 제품명으로 세계 최초로 상업화한 소재로 현재까지 독점 중에 있으며, 2017년 약 23억불에서 2022년 약 31억불로 연평균 6.5%의 고성장 중에 있으며, 최근 소재 수요 증가와 함께 다양한 응용제품으로 용도가 확대되고 있는 상황으로 관련 시장규모가 더욱 증가하고 있음

- 국내의 경우 일부 보호복 제조업체들이 Tyvek 소재를 수입, 가공하여 국내시장에 공급하고 있었으나, 코로나19 영향으로 인하여 Tyvek 원단은 미국 자국 우선주의에 따라 수입이 원활하지 못한 상황

4. 방역용 섬유제품 기술동향

방역용 보호복 기술동향

듀폰 Tyvek을 제외한 대부분의 보호복 원단은 SS(Spunbond + Spunbond) 또는 SMS (Spunbond + Meltblown + Spunbond)구조의 polyolefin계 소재로 물리적 성능을 확보하고, 코팅·필름합지 공정을 통해 내화학 성능 및 액체저항성을 확보. 코팅, 필름합지, 또는 HDPE 플래시 방사 여재 등은 높은 액체저항성 및 입자제거능이 확보되지만, 쾌적성이 불량한 단점이 있어 이에 대한 개선이 요구됨

듀폰은 3~6형식 보호복으로 Proshield, Tyvek 제품군이 있으며, Proshield는 일반SMS (Spunbond + Meltblown + Spunbond)여재로 구성되며, Tyvek은 HDPE 플래시 방사 여재를 사용함. SMS여재의 경우 입자제거율이 낮은 단점이 있고, Tyvek은 화학내구성, 액체저항성은 높으나, 쾌적성이 낮은 단점이 있음

Kimberly Clark은 3~6형식 보호복으로 Kleenguard 제품군이 있으며, SS(Spunbond + Spunbond) 또는 SMS(Spunbond + Meltblown + Spunbond) 여재에 등급별로 PE 필름을 합지하는 방식으로 구성됨. PE 필름 합지 제품의 경우, 화학내구성 및 액체저항성은 증가하나, 공기 투과성이 낮아져 착용감이 불량

3M은 3~6형식 보호복으로 MG1500~4000 제품군이 있으며, 저등급 제품은 SS 또는 SMS 여재 단독으로 구성되며, 고등급일 경우 PE 필름을 합지하여 물성을 확보하고 있으며, 필름 합지의 경우 공기 투과성 향상을 위한 다양한 연구개발이 진행

방역용 마스크 기술동향

방역용 마스크의 경우 멜트브로운 소재가 필터 기능을 가지는 핵심소재이며, 일반적으로 스펀본드와 멜트브로운 부직포 소재를 겹쳐서 방역용 마스크를 제조

방역 마스크의 경우 인증을 통한 성능 확보가 필수이며, 세계적으로 인증제품의 표기방식은 일부 차이가 있으나 성능 및 평가 기준은 거의 유사하거나 동일

국내의 경우 방역 마스크는 약사법에 의거 보건용과 수술용 마스크로 관리 중에 있으며, 식약처 인증을 통해 규격 제품을 엄격하게 관리 중에 있음

전기방사에 의한 나노섬유 부직포를 이용한 마스크 제품이 일부 상용화 중이나 나노섬유 부직포 소재 제조과정에서 잔류하는 미량의 유기용매에 대한 안전성 문제로 보건용, 수술용 마스크로는 현재 미인증 중이며, 향후 안전성 기준 보완 및 잔류 유기용매 제거에 대한 기술 보완이 요구됨

5. 결론

향후 투자방향

수입의존도가 높고 시장 수요가 지속적으로 확대되고 있는 핵심 소재·부품·장비에 대한 기술 자립화 지원을 통해 수입대체 및 글로벌 시장 진출 필요

코로나 19 등 글로벌 감염병 확산 및 발생 증가, 미세먼지 증가에 따른 효과적인 대응방안으로 방역용 보호복 및 마스크의 수요가 급증하고 있으나 국내의 경우 고성능 보호복 소재 및 제조공정 설비의 대부분은 해외 수입에 의존 중에 있어 핵심 제조설비 및 소재의 국산화가 시급

방역용 섬유소재로 주로 사용되는 스펀본드(Spunbond, SB)와 멜트브로운(Meltblown, MB) 부직포, 듀폰이 독점 중인 플래시 방사 부직포 소재 및 관련 공정설비의 수요가 급증하고 있어 이에 대한 핵심기술 확보를 통한 내재화가 요구

공급-수요, 대-중소기업간 연계 및 역할 분담을 통한 핵심소재 및 공정기술 개발, 응용제품화 및 인증 확보로 소재 개발에서 시장진입에 이르는 패키지형 지원 필요

출처 : keit pd 이슈리포트

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