필름

파우치필름

필름(film)은 원래는 얇은 막(膜)이라는 뜻인데, 가소성(可塑性)의 고분자 재료를 얇은 막 모양으로 성형한 플라스틱 필름이나 사진필름을 가리키기도 한다. 산업용과 포장용 재료로 쓰이는 대표적인 화학 부품재료를 말하기도 한다. 합성수지로 만들어지며 1.4마이크로미터에서 300마이크로미터까지 다양하다. 식품 등을 판매하는 포장재로 활용되고 있으며, TV, 냉장고 등 전기전자 제품과 자동차용 소재 등 산업용으로도 많이 쓰인다. 또한 일반 카메라용 인화 필름이나 의학용 필름으로도 활용되며, LCD TV와 태양전지 등에도 없어서는 안 될 소재가 되고 있다.

상세

과자 봉지는 수분에 견딜 수 있고 공기도 통하지 않아야 한다. 그래야 과자를 잘 보관할 수 있다. 또한 가볍고 유연하고 튼튼하면서도 질겨야 한다. 조건이 꽤 까다롭다. 과자 봉지에 가장 적합한 물질이 바로 필름이다. 필름은 석유화학제품인 합성수지를 시트 형태로 얇게 펼쳐 만든다.

일상생활에서 사용하는 과자 봉지는 매우 흔하고 바로 쓰레기봉투에 버려진다. 특별할 것이 없다. 하지만 과자 봉지 같은 필름을 조금만 응용하면 수만 가지 산업에 쓸 수 있다. 식품은 말할 것도 없고 스마트폰 같은 전자제품은 물론 요즘 뜨는 전기차 배터리, 태양광, 자동차 등에 없어서는 안 될 핵심 소재다.

물론 과자 봉지와 같은 재료로 만들어지는 것은 아니다. 특수필름은 원재료에 따라 나일론 필름부터 시작해 PET(폴리에스테르) 필름, PP(폴리프로필렌) 필름 등 종류가 다양하다.

여러 특수필름 중 요즘 가장 뜨거운 소재는 바로 투명폴리이미드(CPI) 필름이다. 앞서 말한 폴더블폰이나 돌돌 말았다 펼 수 있는 롤러블 TV 등에 쓰인다.

CPI 필름은 유리처럼 표면이 딱딱하고 투명하면서도 수십만 번 접었다 펼 수 있는 특성이 있다. 접었다 펼 수 있는 특성을 가진 물질은 여럿 있다. 울트라신 글라스는 유리로 폴더블 특성을 구현할 수 있는 물질로 평가받는다. 하지만 아직 생산 비용이나 수율(공정에서 생산된 제품 중 양품의 비율) 측면에서 여의치 않아 양산 단계에 이르지 못했다. 현재 개발 중인 폴더블폰에는 대부분 CPI 필름이 쓰인다.

CPI 필름은 황갈색인 폴리이미드(PI) 필름에서 색을 빼 투명하게 만들고 경도 등 물성을 개선해 만든다. 이조차 쉽지만은 않은 기술이다. 무엇보다 딱딱한 성질을 갖고 있음에도 유연하게 접었다 펼 수 있게 만드는 작업이 어렵다. 투명한 특성 역시 구현하기 쉽지 않다. 딱딱하게 만들려면 분자구조가 강해야 한다. 그럼, 색이 진해진다. 또 잘 접을 수 있으려면 분자구조를 유연하게 해야 하는데 특성이 완전히 반대다 보니 만들어내는 것이 보통 일이 아니다.

이 때문에 세계적으로 CPI 필름을 만들 수 있는 곳은 얼마 되지 않는다. 삼성전자가 갤럭시폴드를 내놓을 때 1·2·3차에 걸쳐 초도 물량을 나눠 출시하면서 대량 양산을 미뤘던 것도 CPI 필름 공급이 어려웠기 때문이다.

이 시장 최강자는 일본 스미토모다. 삼성전자가 갤럭시폴드를 만들면서 이 소재를 공급받은 곳도 스미토모로 전해진다. 다만 스미토모는 대량 양산 능력을 갖추고 있지는 않다. 폴더블 스마트폰이 늘어나는 상황에서 스미토모 공급량으로는 한계가 있다.

국내에서는 SKC와 코오롱인더스트리의 분전이 눈에 띈다. 코오롱인더스트리는 2016년 8월부터 900억원을 들여서 경북 구미공장에 CPI 필름 양산설비를 구축했고 2018년 상반기에 마무리했다. SKC도 곧 시장에 뛰어든다. SKC 자회사인 SKC하이테크앤마케팅은 진천공장에 CPI 필름 가공설비를 짓는 중이다. SK이노베이션 자회사인 SK아이이테크놀로지 역시 충북 증평공장에서 2019년 안에 CPI 필름 생산에 들어간다. SKC는 자동차 배터리 분리막 생산 경험으로 쌓은 필름 기술을 적용했다.

지금은 CPI 필름을 사용하는 곳이 폴더블 등으로 제한적이다. 하지만 활용할 수 있는 영역이 무궁무진하다. 플렉시블 투명디스플레이의 OLED 기판, 박막 태양광 패널 기판 등으로 쓸 수 있다. 얇고 가벼우면서도 단단한 특성을 가진 CPI 필름을 이용하면 롤러블 구현이 가능하다. 자유자재로 늘어났다 줄어들었다 하는 특성을 이용하면 자동차나 의류 등 곡면에 부착하는 디스플레이를 만들 수도 있다.

셀파우치(필름)의 구조

폴더블 못지않게 관심이 뜨거운 전기차 시장. 전기차 상용화 핵심은 배터리다. 배터리를 얼마나 효율적이면서도 안전하게 관리하느냐가 중요하다. 전기차 배터리에도 특수필름이 쓰인다.

전기차에 사용되는 배터리는 크게 각형, 원통형, 파우치형으로 나뉜다. 이 중 파우치 배터리는 그 형태를 그대로 포장하기 때문에 내부 빈 공간이 없으며 에너지 밀도가 높다. 원통형이나 각형과 달리 유연한 외부 포장재 특성상 다양한 형태로 제작이 가능하다. 파우치 배터리에 사용되는 파우치 필름 역시 특수필름의 한 분야다. 주로 2차전지에 들어가는 파우치 배터리는 8~10개 층을 쌓아 올리는 형태로 파우치 필름을 겹쳐서 만든다. 주머니 모양으로 형성해 양극과 음극, 분리막을 포함한 배터리 셀을 감싸 보호하는 방식이다. 주로 전기자동차와 ESS(에너지저장장치) 등 중대형 배터리에 많이 쓰인다. 전기차에 쓰면 어떤 모양이든 만들 수 있으며 차량 무게가 훨씬 가벼워진다는 장점이 있다. 다만 상대적으로 가격이 비싸고 내구성이 다른 형태 배터리와 비교해 떨어진다. 현대차와 GM, 포드 등이 파우치 배터리를 쓴다. 국내에서는 LG화학과 SK이노베이션이 파우치 배터리를 생산한다.

파우치 필름은 고도의 기술이 필요한 첨단소재다. 하지만 의외로 익숙한 곳에서 출발했다. 한국에서 파우치 필름을 생산하는 율촌화학은 원래 포장재 전문업체로 신라면 봉지를 생산하던 기업이다. 2000년대 들어 디스플레이 등 전자소재 분야로 영역을 넓혔다. 최근에는 중국 등에 파우치 필름을 수출하기 시작했다. 국내에 율촌화학이 있기는 하지만 파우치 필름 역시 일본 기업이 강세다. 일본 디엔피(DNP)와 쇼와덴코(Showa Denko) 두 회사가 글로벌 시장점유율 70%를 차지한다. 하지만 일본 수출규제 이후 한국에서도 율촌화학이나 한국알루미늄 같은 기업을 중심으로 적극적으로 양산에 나서고 있다. 최근에는 BTL첨단소재가 2차전지의 핵심소재 중 하나인 알루미늄(AI) 파우치 필름을 개발해 국산화했다. 현재 화성시 공장 2개 호기에서 고성능, 고품질 파우치 필름을 생산해 판매 중이다.

배터리 파우치는 PP 소재 필름 외에도 알루미늄 등 여러가지 제품을 합지해 만드는데 CPP(무연신폴리프로필렌) 필름은 가장 안 쪽에 들어가는 핵심 부품으로 분류된다. CPP 필름은 배터리와 직접 닿기 때문에 셀파우치의 핵심 소재이다. PET 필름, 나일론 필름, 알루미늄 포일, CPP 필름 등 4가지 필름을 붙여 만드는 게 전기차용 셀파우치다. CPP 필름은 배터리에 직접 닿는 만큼 잘못 만들면 녹아버리기 때문에 배터리로 인한 화재 위험이 커진다. 전기가 잘못 흘러 발생하는 합선을 막아주는 셀파우치의 역할은 CPP 필름에서부터 시작된다. 배터리 파우치용 CPP 필름은 일본기업인 오카모토 및 도레이가 90% 이상의 시장점유율을 보유하고 있다. 국내에서는 필름 전문생산기업인 필맥스와 레인보우가 있다.

5G에도 28㎓ 대역 안테나를 설치할 때 특수한 필름이 사용된다. 바로 액정고분자(LCP) 필름이다. 이 역시 일본 도레이나 무라타 같은 기업이 독점적으로 생산하고 있다. 최근에는 한국 중소기업인 진영글로벌이 LG전자와 함께 LCP 필름을 대체할 수 있는 기술을 개발해 화제를 모으기도 했다. 진영글로벌은 PCT(폴리사이클로 헥실렌 디메틸렌 테레프탈레이트) 필름을 이용해 5G 고주파용 안테나 전송선을 제작하는 기술을 개발해 현재 테스트를 진행 중이다. 이 역시 특수필름의 한 영역으로 분류할 수 있다. PCT 필름은 미래 자동차 경량화를 위한 필수 소재 중 하나다. 지금도 자동차용 전선 등 다양한 분야에 활용된다.

참고자료

• 〈필름〉, 《매일경제용어사전》
• 강승태 기자, 〈스마트폰·車배터리의 숨겨진 비밀…폴더블폰 흥행 뒤에 특수필름 있다〉, 《매일경제》, 2019-11-18
• 최두선 기자, 〈케이피엠테크, BTL첨단소재 플렉시블 배터리용 파우치필름 개발 국책과제 선정〉, 《파이낸셜뉴스》, 2020-12-02
• 한희연 기자, 〈필맥스, FI 유치후 2차전지 파우치용 필름 개발 성공〉, 《더벨》, 2019-08-20
• 이종화 기자, 〈(강소기업) 레인보우, 전기차 배터리 CPP필름 국산화…中 CATL에 공급〉, 《매일경제》, 2021-02-02

같이 보기

• 율촌화학
• 플라스틱
• 합성수지

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