“유연성과 내구성의 황금비율, 기능성 시장의 핵심 재료”
1. TPU란 무엇인가 – 구조와 특성 기반 소재 이해
TPU(Thermoplastic Polyurethane)는 열가소성 엘라스토머(TPE) 계열에 속하는 고기능성 플라스틱으로, 하드 세그먼트와 소프트 세그먼트로 이루어진 블록 공중합체 구조를 갖고 있다. 이 독특한 구조는 고무처럼 유연하면서도 플라스틱처럼 강한 기계적 특성을 동시에 구현할 수 있게 해주며, 내환경성, 가공 유연성, 복원력 등의 특성을 뛰어나게 발현한다.
TPU는 일반적으로 폴리올(Polyol)과 디이소시아네이트(Diisocyanate), 그리고 체인 익스텐더(Chain extender)를 조합하여 합성하며, 그 배합과 구조 조정에 따라 경도와 물성이 자유롭게 조절되는 특징이 있습니다. 최초의 TPU는 1950년대 후반, Bayer와 Lubrizol 등 유수의 글로벌 화학 기업들에 의해 상용화되었다.
| 항목 | 내용 |
| 정식 명칭 | Thermoplastic Polyurethane (TPU) |
| 소재군 | 열가소성 엘라스토머 (TPE 계열 중 하나) |
| 합성 원료 | Polyol + Diisocyanate + Chain Extender |
| 기본 구조 | Hard segment + Soft segment의 블록 공중합체 |
| 상업화 시기 | 1950년대 후반, Bayer, Lubrizol의 주요 기업 중심 |
2. 주요 물성 특성
TPU는 범용 TPE 대비 물성과 내구성이 우수하여, 산업 및 소비재 영역 모두에서 널리 활용된다. TPU는 쇼어 A 60부터 D 75까지의 광범위한 경도를 커버하며, 인장강도는 최대 70MPa, 연신율은 600% 이상으로 매우 뛰어난 탄성과 복원력을 보여준다.
또한 마찰과 충격에 강한 내마모성, 윤활유·용제 등에 대한 내화학성, -40℃ 이하에서도 형태와 성능을 유지하는 내한성까지 갖추고 있어 혹독한 사용 환경에서도 성능 저하가 적다. TPU는 사출, 압출, 필름, 라미네이션 등 다양한 가공법에도 대응 가능해, 설계 자유도와 생산 효율성 측면에서도 우수한 평가를 받고 있다.
| 특성 | 상세 내용 |
| 경도 범위 | 쇼어 A 60 ~ D 75 (Soft → Hard 전 영역 커버) |
| 인장강도 | 25~70 MPa |
| 연신율 | 최대 600% 이상 |
| 내마모성 | 뛰어남 (DIN Abrasion 기준) |
| 내유·내화학성 | 윤활유, 기름, 용제에 대한 내성 |
| 내한성 | -40℃ 이하에서도 유연성 유지 |
| 가공성 | 사출, 압출, 캘린더링, 라미네이팅 등 다양 |
3. 주요 형태별 분류 및 제품 형태
TPU는 응용 목적과 특성에 따라 크게 네 가지로 분류됩니다.
- 에스터계 TPU는 기계적 강도와 내유성이 뛰어나 산업용 벨트나 기계 부품과 같은 내하중 부품에 적합하다.
- 에테르계 TPU는 수분 저항성이 강하고 저온에서도 유연성을 유지하며, 생체적합성도 우수하여 웨어러블 기기, 의료기기, 케이블 피복 등에 많이 사용된다.
- **발포 TPU(E-TPU)**는 발포 기술을 통해 가볍고 반발탄성이 높은 폼 구조로 만들어져, 러닝화의 중창, 충격 흡수재, 스포츠 완충재 등에 주로 활용된다.
- 마지막으로 Bio-based TPU는 식물성 원료(예: 비GMO 옥수수 유래 폴리올)를 기반으로 제조되어, 지속가능성과 환경 규제 대응이 중요한 유럽 OEM을 중심으로 확산되고 있다.
| 유형 | 설명 | 적용 예 |
| 에스터계 TPU | 기계적 강도, 내유성 우수 | 산업용 벨트, 기계 부품 |
| 에테르계 TPU | 내수성, 저온 유연성, 생체적합성 | 웨어러블, 의료기기, 케이블 피복 |
| 발포 TPU (E-TPU) | 경량성 + 반발탄성 극대화 | 러닝화 중창, 완충재, 스포츠 용품 |
| Bio-based TPU | 식물성 원료 기반 (최대 70%) | 친환경 제품군, 유럽 OEM 대응 |
4. 대표 응용 분야 및 실증 사례
① 스포츠·아웃도어
| 제품명 | 브랜드 | 적용 부위 | TPU 역할 |
| Terrex Free Hiker 2 | Adidas | 미드솔 (E-TPU), 갑피 코팅 | 발포 TPU로 고반발 에너지 리턴, 갑피 코팅으로 방수성 |
| Speedcross 6 | Salomon | 아웃솔 트레드, 갑피 프레임 | 내마모 TPU 몰딩으로 접지력 강화, 경량성 유지 |
| Cloudmonster | On Running | 중창, 힐카운터 | E-TPU 기반 Helion 소재 적용, 충격흡수 + 반발력 극대화 |
| TRANGO TECH GTX | La Sportiva | 등산화 하부 프레임 | 내마모 + 내한성 TPU 인서트로 내구성 확보 |
| 노스페이스 알파인 배낭 시리즈 | The North Face | 바닥면, 내부 프레임 시트 | TPU 필름 적용으로 방수 + 경량 프레임 구조 형성 |
✍️ 참고: 발포 TPU는 인젝션 성형 대신 성형폼 블로킹 공정으로 형상화되며, 기존 EVA 대비 고탄성 + 내구성 우위로 프리미엄 시장에서 확산 중이다.
② 웨어러블/전자기기
| 제품명 | 브랜드 | 적용 부위 | TPU 역할 |
| Apple Watch Sport Band | Apple | 손목 스트랩 | 피부 저자극 TPU 기반 소재, 땀에 강하고 세척 가능 |
| Galaxy Watch 6 Classic | Samsung | 스트랩, 충전 도크 피복 | 유연한 사출용 TPU로 장기간 착용 시 편안함 유지 |
| Fitbit Charge 6 | 밴드, 센서 하우징 | 방수·피부 밀착용 TPU 몰딩, 저알러지성 우수 | |
| AirPods Pro Case (3rd party) | Spigen, UAG 등 | 외부 케이스 | 충격흡수 TPU, 사출 2K 구조로 폰백처럼 밀착 보호 |
✅ 웨어러블용 TPU는 대부분 에테르계로, 수분 흡수율이 낮고 유연성이 높으며 생체적합성 인증(FDA, ISO 10993 등)을 획득한 등급이 많습니다.
③ 자동차
| 제품명 | 브랜드 | 적용 부위 | TPU 역할 |
| ID.4 | Volkswagen | 시트 측면 커버, 진동 완충 부품 | 열가소성 엘라스토머의 성형 자유도 활용, EHS 대응 소재 |
| EV6 | Kia | 내장재 일부 몰딩 | 유광 TPU 필름 적용으로 내마모 + 감성 품질 확보 |
| Model Y | Tesla | 와이어 하니스 피복 | 내열성·절연성 우수한 사출 등급 TPU |
⚠️ 전기차 증가로 Halogen-free, Recyclable, 내열등급 TPU 수요가 급증 중이며, 친환경 인증 대응 소재군 확보가 중요 트렌드이다.
④ 의료기기·산업자재
| 제품명 | 제조사 | 적용 부위 | TPU 역할 |
| MiniMed Insulin Pump 튜브 | Medtronic | 인슐린 튜브, 연결 부 | 생체적합성 에테르계 TPU, 유연 + 내약품성 |
| 유아용 네블라이저 튜브 | OMRON | 호스류 | 무가소제 TPU로 안전성 확보, 반복 살균 가능 |
| 산업용 압축호스 | Kuriyama, Eaton | 공압/유압용 튜브 | 고압 하중에도 파열 방지, 유연한 압출 가공성 |
| 3D 프린팅 필라멘트 | NinjaFlex (Fenner Drives) | FDM용 TPU 필라멘트 | 연질 프린팅 재료, 인장력 + 유연성 모두 충족 |
✅ 의료 및 산업용 TPU는 대부분 투명, 무취, 비가소제 등급이며, 고정밀 압출 가공 및 에틸렌옥사이드(E.O.) 멸균 대응 등급이 요구된다.
⑤ 신발/패션
| 제품명 | 브랜드 | 적용 부위 | TPU 역할 |
| Ultraboost 22 | Adidas | E-TPU 중창 | Infinergy 적용, 고반발성 + 장거리 주행 피로감 저하 |
| NIKE React Infinity | Nike | TPU 힐 서포트 | 안정성 확보, 부드럽고 충격 흡수 뛰어남 |
| Crocs LiteRide | Crocs | 내부 풋베드 | TPU 기반 발포소재, EVA 대비 경량 + 유연 |
| 캐리어/가방 하드쉘 | Samsonite | 외피 쉘 | 폴리카보네이트와 혼합, 내충격성 강화 |
이처럼 TPU는 제품 기능성을 실질적으로 업그레이드하고, 브랜드의 기술 차별화 요소로 작용하기 때문에, 경량화·내구성·소프트 터치를 원하는 산업 전반에서 빠르게 채택되고 있다.
5. 글로벌 기업 및 브랜드 동향
| 기업명 | 특징 | 제품라인업 |
| BASF | 세계 최대 E-TPU 제조 | Infinergy® |
| Lubrizol | Bio TPU, 의료용 제품군 강세 | ESTANE® |
| Covestro | SCF 발포, 고내열 등 고부가 등급 | Desmopan® |
| Huntsman | 고강성 TPU, 자동차용 등급 다수 | Irogran® |
| KRAIBURG TPE | 컴파운딩 특화, 사용자 맞춤형 공급 | Custom Grades |
특히 E-TPU 시장은 스포츠 브랜드(아디다스, 푸마 등)와 연계해 소재 트렌드 주도 중이며, Bio-based TPU는 유럽 OEM과의 납품 계약을 위한 핵심 경쟁 포인트로 부상하고 있다.
6. 가공 특성 및 유의점
TPU는 가공 유연성이 뛰어나나, 다음과 같은 점에 유의해야 한다.
- 수분 민감성: 수분 흡수가 빠르므로 가공 전 건조(80℃ × 3hr) 전처리 필수
- 냉각 속도: 급속 냉각 시 내부 응력이 발생할 수 있음
- 사출금형 디자인: 박스형보다 연속 곡선형 디자인이 유리
- 필름/시트 가공: 이중 캘린더, 라미네이션 공정 활용 가능
7. 재활용·지속가능성 측면
TPU는 열가소성이므로 기계적 재활용이 가능하다.
또한 최근에는 Bio-based TPU와 Post-Industrial Recycled (PIR) TPU가 상용화되어, 친환경 인증 제품으로 다수의 유럽 브랜드와 연계되고 있다.
| 구분 | 지속가능성 대응 |
| Bio-based | Non-GMO 옥수수 등 유래 폴리올 |
| Recycle | TPU 스크랩 수거 → 재배합 |
| LCA 대응 | CO₂ 저감형 수지 개발 중 |
✅ 유럽 OEM과 소비재 브랜드 중심으로 환경 인증 TPU 채택 확대 중.
8. 결론 및 향후 전망
TPU는 단순한 보완재를 넘어, 제품 성능 설계의 핵심 축으로 진화하고 있는 고기능 소재다.
특히 아웃도어 및 스포츠 시장에서는 고반발, 내마모, 유연성, 경량화라는 4대 요구를 모두 충족시키며 기술 차별화 포인트로 작용하고 있다.
친환경적 대체소재로의 이행, 디자인 유연성, 다중 가공성까지 갖춘 TPU는 고부가가치 소재 전략에 있어 더 이상 선택이 아닌 기본 구성요소가 되고 있다.