ETFE
1. 개요
ETFE는 다른 플루오린 수지에 비해 고강도 특성을 가지는 불소 기반의 열가소성 플라스틱 필름이다. 자외선에 강하고 재활용이 가능하며, 자체 세척이 가능하여 건축 분야에서 지붕재 등으로 사용된다. ETFE는 듀폰에 의해 1970년대에 항공 우주 산업에서 처음 개발되었으며, 이후 건축, 전기 및 광섬유 배선 피복재, 금형 분리 필름 등 다양한 분야에서 활용된다.
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| IUPAC 이름 | 폴리(1,1,2,2-테트라플루오로부탄-1,4-디일) |
|---|---|
| 다른 이름 | 폴리(에텐-코-테트라플루오로에텐) |
| CAS 등록번호 | 25038-71-5 |
|---|---|
| 표준 InChI | 1S/C2F4.C2H4/c3-1(4)2(5)6;1-2/h;1-2H2 |
| 표준 InChIKey | QHSJIZLJUFMIFP-UHFFFAOYSA-N |
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공중합체 -
ABS 수지
ABS 수지는 내충격성, 내약품성, 가공성이 우수하고 금속 대체재로 사용되며, 1948년에 특허를 취득하여 1954년 상용화된 열가소성 플라스틱이다. -
공중합체 -
알긴산
알긴산은 해조류에서 추출되는 선형 공중합체로, 다양한 산업 분야에서 증점제, 겔화제 등으로 사용되며 방사성 스트론튬 배출에도 효과가 있다. -
열가소성 플라스틱 -
폴리프로필렌
폴리프로필렌은 프로필렌 중합으로 만들어진 열가소성 폴리머로, 내화학성, 내열성, 가벼움 등의 장점으로 다양한 분야에 활용되지만, 폐기물과 미세 플라스틱으로 인한 환경 오염 문제라는 과제도 안고 있다. -
열가소성 플라스틱 -
폴리에틸렌
폴리에틸렌은 에틸렌의 중합으로 만들어지는 열가소성 고분자로, 밀도와 분자 구조에 따라 다양한 종류로 분류되며, 각종 용기, 필름, 파이프 등에 사용되고 생분해되지 않아 폐기물 관리의 어려움을 야기한다. -
건축재료 -
철근 콘크리트
철근 콘크리트는 콘크리트의 압축 강도와 철근의 인장 강도를 결합하여 구조적 효율성을 높인 건축 재료이며, 콘크리트의 알칼리성이 철근 부식을 방지하여 내구성을 확보한다. -
건축재료 -
스테인리스강
스테인리스강은 철에 크롬을 10.5% 이상 첨가하여 부식을 방지하는 합금으로, 다양한 종류와 뛰어난 내식성, 강도를 가지며 여러 분야에서 널리 쓰이는 100% 재활용 가능한 지속 가능한 소재이다.
2. 특성
ETFE는 FEP, PFA, PTFE 등의 다른 플루오린 수지에 비해 고강도 버전이다. ETFE 필름은 비점착성으로 인해 자가 세척이 가능하며 재활용이 가능하다. 지붕용 필름으로 사용될 경우, 열팽창으로 인한 크기 변화가 발생하더라도 늘어나도 여전히 팽팽하게 유지될 수 있다. 열 용접을 사용하면 찢어진 부분을 패치로 수리하거나 여러 장의 시트를 조립하여 더 큰 패널을 만들 수 있다.
ETFE 시스템은 플라즈마 코팅, 바니시 또는 인쇄된 프릿 패턴을 적용하여 광 투과율을 제어할 수 있다.
2.1. 물리적 특성
ETFE는 FEP, PFA, PTFE 등의 다른 플루오린 수지와 비교해서 고강도인 특성이 있다.
인장 강도는 약 42 MPa (6100 psi)이며, 작동 온도 범위는 89,000에서 423,000 (-185°C에서 150°C)이다.
ETFE 수지는 자외선에 대한 내성이 있다. 인공 풍화 시험(30년 노출에 해당)에서 필터링 현상이 나타나지 않았고, 필름의 열화 징후도 거의 없었다.
2.2. 화학적 특성
ETFE는 FEP, PFA, PTFE 등의 다른 플루오린 수지와 비교해서 고강도인 특성이 있다.
ETFE 필름은 재활용 가능하며, 눌러붙지 않는 표면으로 인해 자가 세척(Self-cleaning)이 가능하다. 날카로운 가장자리로 인해 구멍이 나기 쉬워 대개 지붕에 사용된다. 지붕에 사용될 때 3배까지 늘어날 수 있으며, 열 용접을 하는 경우, 손상된 부분을 패치나 여러 장의 시트를 더 큰 패널에 붙여 수리할 수 있다.
42MPa (6100psi) 정도의 인장 강도를 지니며, 작동 온도 범위는 -185°C ~150°C이다.
2.3. 열적 특성
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저압 공기 펌프를 사용하여 ETFE "쿠션"을 생성하는 다층 시스템을 통해 ETFE 구조에 열 및 음향 단열을 통합할 수 있다. 예를 들어, ETFE 단층, 이중층 및 삼중층의 U 값은 각각 약 5.6, 2.5 및 1.9 W/m2·K이다. ETFE 시스템의 ETFE 쿠션 또는 SHGC(태양열취득계수)의 g 값은 프릿을 사용하여 0.2~0.95 사이에서 변할 수 있다.
ETFE의 작동 온도 범위는 89,000 ~ 423,000 (-185°C ~ 150°C)이다.
3. 활용 분야
ETFE는 1970년대 듀폰이 항공 우주 산업용으로 개발한 가볍고 내열성이 뛰어난 필름이다. 초기에는 농업 분야에서 주로 사용되었으나, 이후 건축을 비롯한 다양한 분야로 활용 범위가 넓어졌다.
* 전기 및 광섬유 배선 피복: 높은 강도, 낮은 독성 연기 발생, 높은 신뢰성이 요구되는 항공기, 우주선, 모터스포츠 등의 분야에서 전기 및 광섬유 배선 피복재로 사용된다. 와이어 랩 기술에 사용되는 소형 와이어에도 ETFE 코팅이 적용된다.
* 부식 방지 라이너: 이중 라미네이트 형태로 섬유 강화 플라스틱(FRP)과 결합하여 파이프, 탱크, 용기 등의 부식 방지를 위한 열가소성 라이너로 사용된다.
* 원자력 및 항공 우주 산업: 원자력 산업에서는 타이 또는 케이블 랩핑, 항공 우주 산업에서는 와이어 코팅에 주로 사용된다. ETFE는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)보다 기계적 강도가 우수하고, 고에너지 방사선 저항성이 높으며, 장기간 중간 정도의 고온을 견딜 수 있기 때문이다.
* 금형 분리 필름: 고온 저항성을 바탕으로 필름 형태의 금형 분리 필름으로도 사용된다. Guarniflon, Airtech International, Honeywell 등에서 제공하는 ETFE 필름은 탄소 섬유 프리프레그 경화 시 금형 또는 고온 고압판 분리 필름으로 사용되는 등 항공 우주 분야에서 활용된다.
주요 ETFE 상용 브랜드로는 Tefzel영어(듀폰), Fluon영어(아사히 글래스), Neoflon ETFE영어(다이킨), Texlon영어(벡터 포일텍) 등이 있다.
3.1. 건축
ETFE는 유리의 한계를 뛰어넘는 여러 장점 덕분에 많은 건축물의 외벽 및 지붕 재료로 널리 쓰이고 있다. 베이징 올림픽 수영 경기장(워터 큐브)은 ETFE 필름(laminate)으로 만들어진 세계 최대 규모의 구조물이다.
ETFE는 1970년대에 듀폰에 의해 처음으로 항공 우주 산업에서 가볍고 내열성이 뛰어난 필름으로 개발되었다. 개발 이후 주로 농업 및 건축 프로젝트에서 드물게 사용되다가, 2001년 에덴 프로젝트에 건축 분야 최초로 대규모 사용되었다. ETFE는 태양 조건을 제어하기 위해 인쇄 및 적층이 가능하고 마찰 계수가 낮아 먼지와 오염물이 달라붙지 않아 유지 보수가 용이하다는 장점이 있다. 또한 열 용접을 통해 찢어진 부분을 패치로 수리하거나 여러 장의 시트를 조립하여 더 큰 패널을 만들 수 있다.
에덴 프로젝트의 패널, 트로피칼 아일랜드의 20000m2 규모의 반투명 ETFE 창문도 대표적인 활용 사례이다. 최근에는 유럽뿐만 아니라 중동에서도 건축용 ETFE를 채광창이나 외벽 자재로 사용하는 경우가 많아지고 있다.
고온 저항성 때문에 ETFE는 필름 형태로 금형 분리 필름으로도 사용된다. Guarniflon, Airtech International, Honeywell에서 제공하는 ETFE 필름은 탄소 섬유 프리프레그(pre-preg) 경화 시 금형 또는 고온 고압판의 분리 필름으로 사용되는 등 항공 우주 응용 분야에 사용된다.
3.1.1. 주요 건축물
| 국가 | 도시 | 건축물 |
|---|---|---|
| 대한민국 | 대구 | 리버 컬처 파빌리온 더 아크 |
| 중국 | 베이징 | 베이징 국가수영센터 (워터 큐브), 베이징 국가경기장(Beijing National Stadium) |
| 광저우 | 광저우 남역(Guangzhou South Railway Station) | |
| 톈진 | 우자푸 역(Yujiapu Railway Station) | |
| 상하이 | 상하이 디즈니랜드(Shanghai Disneyland)의 트론 라이트사이클 파워 런(Tron Lightcycle Power Run) | |
| 영국 | 콘월 | 에덴 프로젝트(Eden Project) |
| 맨체스터 | 맨체스터 피커딜리 역(Manchester Piccadilly station), 맨체스터 빅토리아 역(Manchester Victoria station) | |
| 레스터 | 국립 우주 센터(National Space Centre) | |
| 런던 | 타나카 비즈니스 스쿨(Tanaka Business School), 히드로 공항 5터미널 전용 지하철역, [https://taiyo-europe.com/?taiyo-portfolio=us-embassy-london 미국 대사관 ETFE 외벽]](2017) | |
| 번즐리 | 번즐리 인터체인지(Barnsley Interchange) | |
| 웨일스 뉴포트 | 뉴포트 기차역(Newport railway station) | |
| 리빙스턴 | 더 엘리먼츠, 리빙스턴(The Elements, Livingston) | |
| 랭커스터 | 랭커스터 대학교(Lancaster University) ISS 빌딩 | |
| 영국 | 글래스고 | 더 SSE 하이드로(The SSE Hydro) |
| 영국 | 알닉 | 알닉 성(Alnwick Castle) 파빌리온 |
| 영국 | 스메스윅 | 미들랜드 메트로폴리탄 대학교 병원(Midland Metropolitan University Hospital) |
| 독일 | 뮌헨 | 알리안츠 아레나(Allianz Arena), [https://taiyo-europe.com/?taiyo-portfolio=municipal-waste-management-department-munich 뮌헨 시립 폐기물 관리 부서]](2011) |
| 브란덴부르크 | 트로피칼 아일랜드(Tropical Islands) | |
| 미국 | 미네소타주 미니애폴리스 | U.S. 뱅크 스타디움(U.S. Bank Stadium) |
| 캘리포니아주 잉글우드 | 소파이 스타디움(SoFi Stadium) | |
| 네바다주 라스베이거스 | 알레지언트 스타디움(Allegiant Stadium) | |
| 플로리다주 마이애미 가든스 | 하드록 스타디움(Hard Rock Stadium) | |
| 캘리포니아주 로스앤젤레스 | 뱅크 오브 캘리포니아 스타디움(Banc of California Stadium) | |
| 미주리주 캔자스시티 | 캔자스시티 파워 앤 라이트 디스트릭트(Kansas City Power & Light District) | |
| 캘리포니아주 패서디나 | 아트 센터 디자인 칼리지(Art Center College of Design) 사우스 캠퍼스 채광 구조물 | |
| 뉴욕주 용커스 | [https://www.birdair.com/birdair-portfolio/empire-city-casino-at-yonkers-raceway/ 엠파이어 시티 카지노(Empire City Casino)]] | |
| 미국 | 뉴욕 맨해튼 | [[더 셰드(Hudson Yards)(The Shed (Hudson Yards))] |
| 미국 | 캘리포니아주 애너하임 | 애너하임 지역 교통 인터모달 센터(Anaheim Regional Transportation Intermodal Center) |
| 미국 | 조지아주 애틀랜타 | 메르세데스-벤츠 스타디움(Mercedes-Benz Stadium) (2017) |
| 미국 | 오리건주 유진 | 헤이워드 필드(Hayward Field) (2020) |
| 미국 | 일리노이주 시카고 | 일리노이 공과대학 에드 캡런 가족 혁신 및 기술 기업가 정신 연구소 |
| 미국 | 뉴욕주 트로이 | 렌셀러 폴리테크닉 연구소(Rensselaer Polytechnic Institute) 실험 미디어 및 공연 예술 센터(Experimental Media and Performing Arts Center) |
| 카자흐스탄 | 아스타나 | 칸 샤티르 엔터테인먼트 센터(Khan Shatyr Entertainment Center) |
| 멕시코 | 푸에블라 | 쿠아우테목 스타디움(Cuauhtémoc Stadium) |
| 쿠웨이트 | 알라이 | 애비뉴스 3단계(Avenues Phase-III), 애비뉴스 4단계 및 4B단계(Avenues Phase IV & IVB) |
| 폴란드 | 우치 | 드보르제츠 트람와요베 첸트룸(Dworzec Tramwajowy Centrum) |
| 프랑스 | 클라마르 | 솔라리스 |
| 홍콩 | 란타우 섬 | 디스커버리 칼리지(Discovery College) |
| 홍콩 과학 공원 | 그린 18, 홍콩 과학 공원(Green 18, Hong Kong Science Park) | |
| 캐나다 | 브리티시컬럼비아주 밴쿠버 | BC 플레이스(BC Place) |
| 싱가포르 | 국립경기장]] | |
| 포르투갈 | 리스본 아마도라 | 돌체 비타 테주(Dolce Vita Tejo) 쇼핑 센터 |
| 뉴질랜드 | 더니든 | 포사이스 바 스타디움 앳 유니버시티 플라자(Forsyth Barr Stadium at University Plaza) |
| 스페인 | 마드리드 | 이스라술 쇼핑 센터(Islazul Shopping Centre) |
| 산세바스티안 | 아노에타 스타디움(Anoeta Stadium) | |
| 그리스 | 아테네 | 더 몰 아테네(The Mall Athens) |
| 브라질 | 레시페 | 아레나 페르남부쿠(Arena Pernambuco) |
| 남아프리카 공화국 | 샌턴 | 샌턴 시티(Sandton City) |
| 크루거스도르프 | 키 웨스트 쇼핑 센터 | |
| 마카오 | 오시아누스 카지노 | |
| 아랍에미리트 | 아부다비 | 마스다르 시티(Masdar City), 마와셈 공원 – 온실 – 아부 다비 (2022) |
| 이탈리아 | 파두아 | 파두아 식물원(Orto Botanico di Padova) 생물 다양성 정원 지붕 |
| 이란 | 테헤란 | [https://dibats.com/project/custom-design-membrane-structure/etfe-roof-covering-central-garden-iran-mall/ 페르시아 정원, 이란 몰(Persian Garden, Iran Mall)] |
| 체코 | 프라하 | 체코 정보학, 로봇 공학 및 사이버네틱스 연구소(Czech Institute of Informatics, Robotics and Cybernetics) (2017) |
| 오스트레일리아 | 브리즈번 | UQ 글로벌 기후 변화 연구소 리빙 빌딩 (2013) |
| 시드니 | [https://www.makmax.com.au/project/macquarie-university-arts-precinct-etfe-roof/ 맥쿼리 대학교 예술 구역 ETFE 지붕]](2020), [https://www.makmax.com.au/project/rhodes-central-etfe-skylight/ 로즈 센트럴 상업 개발]](2021) | |
| 러시아 | 상트페테르부르크 | [https://taiyo-europe.com/?taiyo-portfolio=lakhta-center 락타 센터(Lakhta Center)] (2019) |
| 일본 | 도쿄 | [https://kyoritsukogyo.co.jp/en/construction/filmstructure/hanedaairportterminal2/ 하네다 공항 2터미널, 국제선 시설]](2020) |
3.1.2. 건설 중
| 건축물 | 위치 | 완공 연도 |
|---|---|---|
| 세지윅 카운티 동물원 정글 전시관 | Wichita영어, Kansas영어, 미국 | 2015년 |
| 웨스트 엔드 스타디움 | Cincinnati영어, Ohio영어, 미국 | |
| 독사이드 파빌리온 | Sydney영어, 오스트레일리아 | 2014년 |
| 바쿠 올림픽 스타디움 | Bakı아제르바이잔어, 아제르바이잔 | 2015년 |
| 오스트레일리아 대사관 | Jakarta인도네시아어, 인도네시아 | 2014년 |
| 워프 리테일 | Bluewaters Island영어, دبي아랍어 | 2016년 |
| 카라일 기차역 | Carlisle영어, Cumbria영어 | 2017년 |
| 옥시게노 | San Francisco스페인어, Provincia de Heredia스페인어, 코스타리카 | |
| 자카르타 국제 경기장 | Jakarta인도네시아어, 인도네시아 | |
| 프라이마크 버밍햄 | 영국 | |
| 보스턴 로건 국제공항 (E터미널) | Boston영어, Massachusetts영어 | 2021년–2022년 |
| 트론 라이트사이클 파워 런 | 월트 디즈니 월드, 미국 | 2022년 |
| 원 뉴질랜드 스타디움(Te Kaha) | Christchurch영어, 뉴질랜드 |
3.2. 기타 분야
ETFE는 고강도, 낮은 독성 연기, 높은 신뢰성이 요구되는 환경에서 사용되는 전기 및 광섬유 배선 피복재로 사용된다. 항공기, 우주선, 모터스포츠 배선 등이 주요 사례이다. 와이어 랩 기술에 사용되는 와이어와 같이 단면적이 작은 일부 와이어는 ETFE로 코팅된다.
이중 라미네이트로서 ETFE는 섬유 강화 플라스틱(FRP)과 결합하여 파이프, 탱크 및 용기의 부식 방지를 위한 열가소성 라이너로 사용될 수 있다.
ETFE는 원자력 산업에서 타이 또는 케이블 랩핑에 사용되고, 항공 우주 산업에서는 와이어 코팅에 주로 사용된다. 이는 ETFE가 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)보다 기계적 강도가 더 우수하기 때문이다. 또한 ETFE는 고에너지 방사선에 대한 저항성이 높고 오랫동안 중간 정도의 고온을 견딜 수 있다.
Tefzel영어(듀폰), Fluon영어(아사히 글래스), Neoflon ETFE영어(다이킨), Texlon영어(벡터 포일텍) 등이 ETFE의 상용 브랜드이다.
고온 저항성 때문에 ETFE는 필름 형태로 금형 분리 필름으로도 사용된다. Guarniflon영어 또는 Airtech International영어 및 Honeywell영어에서 제공하는 ETFE 필름은 탄소 섬유 프리프레그 경화 시 금형 또는 고온 고압판의 분리 필름으로 사용되는 등 항공 우주 분야에 응용된다.