풍력 발전 산업에서 에폭시 수지는 현재 풍력 터빈 블레이드 소재로 널리 사용되고 있습니다. 에폭시 수지는 우수한 기계적 특성, 화학적 안정성, 그리고 내식성을 갖춘 고성능 소재입니다. 풍력 터빈 블레이드 제조 시, 에폭시 수지는 블레이드의 구조 부품, 커넥터, 그리고 코팅에 널리 사용됩니다. 에폭시 수지는 블레이드의 지지 구조, 골격, 그리고 연결 부위에 고강도, 고강성, 그리고 내피로성을 제공하여 블레이드의 안정성과 신뢰성을 보장합니다.

에폭시 수지는 블레이드의 풍하 전단 및 충격 저항성을 향상시키고, 블레이드 진동 소음을 줄이며, 풍력 발전 효율을 개선할 수 있습니다. 현재 풍력 터빈 블레이드 소재에는 에폭시 수지와 유리 섬유 개질 경화가 직접 사용되고 있으며, 이를 통해 강도와 내식성을 향상시킬 수 있습니다.

풍력 터빈 블레이드 재료의 경우 에폭시 수지의 적용에는 경화제 및 가속제와 같은 화학 제품의 사용도 필요합니다.

첫째, 풍력발전 산업에서 가장 일반적으로 사용되는 에폭시 수지 경화제는 폴리에테르아민입니다.

대표적인 제품으로는 폴리에테르아민이 있으며, 풍력 발전 산업에서 가장 널리 사용되는 에폭시 수지 경화제이기도 합니다. 폴리에테르아민 에폭시 수지 경화제는 매트릭스 에폭시 수지 및 구조용 접착제의 경화에 사용됩니다. 저점도, 긴 수명, 노화 방지 등 우수한 종합적 특성을 가지고 있으며, 풍력 발전, 섬유 인쇄 및 염색, 철도 부식 방지, 교량 및 선박 방수, 석유 및 셰일가스 탐사 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있습니다. 폴리에테르아민의 하류 부문은 풍력 발전의 62% 이상을 차지합니다. 폴리에테르아민은 유기 아민 에폭시 수지에 속한다는 점에 유의해야 합니다.

연구에 따르면, 폴리에테르아민은 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 또는 에틸렌 글리콜/프로필렌 글리콜 공중합체를 고온 고압에서 아민화하여 얻을 수 있습니다. 다양한 폴리옥소알킬 구조를 선택하면 폴리에테르아민의 반응 활성, 인성, 점도 및 친수성을 조절할 수 있습니다. 폴리에테르아민은 안정성이 우수하고 백화 현상이 적으며 경화 후 광택이 좋으며 경도가 높다는 장점이 있습니다. 또한 물, 에탄올, 탄화수소, 에스테르, 에틸렌 글리콜 에테르, 케톤과 같은 용매에 용해될 수 있습니다.

조사에 따르면 중국 폴리에테르아민 시장 소비 규모는 10만 톤을 돌파하여 지난 몇 년간 25% 이상의 성장률을 보였습니다. 2025년까지 중국 폴리에테르아민 시장 규모는 단기적으로 15만 톤을 돌파할 것으로 예상되며, 향후 폴리에테르아민 소비 성장률은 약 8%에 달할 것으로 예상됩니다.

중국 폴리에테르아민 생산 기업인 천화(陈花) 유한회사는 양저우(楊州)와 화이안(淮安)에 두 개의 생산 기지를 두고 있습니다. 이 회사는 폴리에테르아민(말단 아미노 폴리에테르) 생산량이 연간 3만 1천 톤(건설 중인 폴리에테르아민 프로젝트의 설계 용량은 연간 3천 톤), 알킬 글리코사이드 생산량은 연간 3만 5천 톤, 난연제 생산량은 연간 3만 4천 8백 톤, 실리콘 고무 생산량은 연간 8천 5백 톤, 폴리에테르 생산량은 연간 4만 5천 4백 톤, 실리콘 오일 생산량은 연간 4천 6백 톤이며, 기타 생산 능력은 연간 100톤입니다. 장래 장화 그룹은 장쑤성 화이안 공업원에 약 6억 위안을 투자하여 연간 4만 톤의 폴리에테르아민과 연간 4만 2천 톤의 폴리에테르 생산 시설을 건설할 계획입니다.

또한, 중국의 대표적인 폴리에테르아민 기업으로는 우시 아콜리(Wuxi Acoli), 옌타이 민생(Yantai Minsheng), 산둥 정다(Shandong Zhengda), 레알 마드리드 테크놀로지(Real Madrid Technology), 완화화학(Wanhua Chemical) 등이 있습니다. 현재 건설 중인 프로젝트 통계에 따르면, 향후 중국의 폴리에테르아민 장기 계획 생산 능력은 20만 톤을 넘어설 것으로 예상됩니다. 중국 폴리에테르아민 장기 생산 능력은 연간 30만 톤을 돌파할 것으로 예상되며, 장기적으로 높은 성장세를 유지할 것으로 예상됩니다.

둘째, 풍력발전 산업에서 가장 빠르게 성장하는 에폭시 수지 경화제: 메틸테트라하이드로프탈산 무수물

조사에 따르면 풍력 발전 산업에서 가장 빠르게 성장하는 에폭시 수지 경화제는 메틸테트라히드로프탈산 무수물 경화제입니다. 풍력 발전용 에폭시 경화제 분야에는 메틸테트라히드로프탈산 무수물(MTHPA)도 있는데, 이는 압출 성형 공정을 통해 풍력 발전 블레이드용 고성능 에폭시 수지 기반 탄소 섬유(또는 유리 섬유) 강화 복합재에 가장 일반적으로 사용되는 경화제입니다. MTHPA는 전자 정보 소재, 제약, 살충제, 수지, 국방 산업에도 사용됩니다. 메틸테트라히드로프탈산 무수물은 무수물 경화제의 중요한 대표주자이며, 향후 가장 빠르게 성장할 경화제 유형입니다.

메틸테트라히드로프탈산 무수물은 말레산 무수물과 메틸부타디엔으로부터 디엔 합성을 통해 합성된 후 이성질화됩니다. 국내 주요 기업은 푸양 후이청 전자재료(주)로, 중국 내 소비 규모는 약 1,000톤입니다. 급속한 경제 성장과 소비 증가에 따라 코팅, 플라스틱, 고무에 대한 수요 또한 지속적으로 증가하여 메틸테트라히드로프탈산 무수물 시장 성장을 더욱 촉진하고 있습니다.

또한 무수물 경화제에는 테트라히드로프탈산 무수물 THPA, 헥사히드로프탈산 무수물 HHPA, 메틸헥사히드로프탈산 무수물 MHHPA, 메틸-p-니트로아닐린 MNA 등이 있습니다. 이러한 제품은 풍력 터빈 블레이드 에폭시 수지 경화제 분야에서 사용할 수 있습니다.

셋째, 풍력발전 산업에서 가장 우수한 성능을 보이는 에폭시수지 경화제로는 이소포론디아민과 메틸시클로헥산디아민이 있다.

에폭시 수지 경화제 제품 중 가장 고성능 경화제로는 이소플루론 디아민, 메틸시클로헥산디아민, 메틸테트라히드로프탈산 무수물, 테트라히드로프탈산 무수물, 헥사히드로프탈산 무수물, 메틸헥사히드로프탈산 무수물, 메틸-p-니트로아닐린 등이 있습니다. 이러한 경화제는 우수한 기계적 강도, 적절한 작동 시간, 낮은 경화열 방출, 그리고 우수한 사출 공정 조작성을 특징으로 하며, 풍력 터빈 블레이드용 에폭시 수지와 유리 섬유 복합 재료에 적용됩니다. 무수물 경화제는 가열 경화에 속하며 풍력 터빈 블레이드의 압출 성형 공정에 더욱 적합합니다.

이소포론 디아민의 글로벌 생산 기업으로는 독일의 BASF AG, 미국의 Evonik Industries, DuPont, 영국의 BP, 일본의 Sumitomo 등이 있습니다. 이 중 Evonik은 세계 최대 규모의 이소포론 디아민 생산 기업입니다. 중국의 주요 기업으로는 Evonik Shanghai, Wanhua Chemical, Tongling Hengxing Chemical 등이 있으며, 중국 내 소비 규모는 약 10만 톤입니다.

메틸시클로헥산디아민은 일반적으로 1-메틸-2,4-시클로헥산디아민과 1-메틸-2,6-시클로헥산디아민의 혼합물입니다. 2,4-디아미노톨루엔의 수소화 반응으로 얻어지는 지방족 시클로알킬 화합물입니다. 메틸시클로헥산디아민은 에폭시 수지의 경화제로 단독으로 사용할 수 있으며, 다른 일반적인 에폭시 경화제(지방 아민, 지환족 아민, 방향족 아민, 산 무수물 등) 또는 일반 경화 촉진제(3차 아민, 이미다졸 등)와 혼합하여 사용할 수도 있습니다. 중국의 주요 메틸시클로헥산디아민 생산업체로는 허난성 레이바이루이 신소재 테크놀로지(주)와 장쑤성 웨이커테리 화학(주)이 있습니다. 국내 소비량은 약 7,000톤입니다.

유기 아민 경화제는 무수물 경화제만큼 환경 친화적이지는 않고 저장 수명이 길지만, 무수물 경화제 종류에 비해 성능과 작동 시간이 더 뛰어납니다.

중국은 풍력 발전 산업에서 다양한 에폭시 수지 경화제 제품을 보유하고 있지만, 주로 사용되는 제품은 단일 제품입니다. 국제 시장에서는 새로운 에폭시 수지 경화제 제품을 적극적으로 탐색 및 개발하고 있으며, 경화제 제품은 끊임없이 업그레이드되고 개선되고 있습니다. 중국 시장에서 이러한 제품의 발전은 더디지만, 주로 풍력 발전 산업에서 에폭시 수지 경화제 제품의 포뮬러 교체 비용이 높고, 비교적 완벽한 제품이 부족하기 때문입니다. 그러나 기술의 지속적인 발전과 에폭시 수지 경화제가 국제 시장에 통합됨에 따라, 풍력 발전 분야에서 중국의 에폭시 수지 경화제 제품 또한 지속적인 업그레이드와 개선을 거치게 될 것입니다.