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일본에 의존하던 고내열 투명 플라스틱 소재, 국내 개발 성공
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일본에 의존하던 고내열 투명 플라스틱 소재, 국내 개발 성공
  • 이민준 기자
  • 승인 2021.07.30 14:38
  • 댓글 0
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고분자 분야 권위지 'Macromolecules' 7월호 표지논문 게재
기존 대비 최고 2배 이상 늘어나는 물성을 확보
부러지는 기존 노보넨계 환형올레핀 고분자 소재의 단점 극복

우리나라는 디스플레이, 5G 및 IoT 미래 정보전자 재료의 핵심소재 고내열 투명 플라스틱인 환형올레핀 고부자 소재를 일본 수입에 의존해 왔다. 대부분의 상용화된 환형올레핀계 고분자 소재는 일본기업에 의해 개발되었고 국내 수요를 그동안 일본에서 수입해 쓸 수 밖에 없었기 때문이다. 

탄화수소 사슬 길이와 단량체 조성 제어로 우수한 연신성을 갖는 고내열 투명 환형올레핀 고분자. 단량체 가지사슬의 내부가소화 효과를 통한 고분자 사슬 운동성 증가 및 구조 배향 도움을 통한 연신성 증가를 포항가속기연구소의 광각 X-선 산란을 통해 규명했다.  /이미지=한국화학연구원 

2년 전 일본의 대한민국 수출규제 발표 이후 국내에서는 일본 기업의 독과점이었던 고내열 투명 고분자 핵심소재 개발에 애써온 가운데 국내 연구진이 이러한 고분자 소재 개발에 성공해 화제가 되고 있다.

지난 28일 한국화학연구원 고기능고분자연구센터 김용석·박성민 박사 연구팀은 기존보다 향상된 성질의 환형올레핀 기반의 고내열 투명 고분자 소재를 개발했다고 밝혔다. 해당 연구는 고분자 분야의 권위 있는 학술지인 “매크로몰레큘즈 (Macromolecules)” 7월호에 표지논문으로 게재됐다.

Macromolecules 7월 표지논문 이미지 /출처=한국화학연구원 

환형올레핀 고분자 소재는 고리형 탄화수소 분자구조가 포함된 단량체(노보넨 계열 단량체)로부터로 제조되는 고분자 플라스틱의 일종이다. 수분을 덜 흡수하고 절연체가 전자를 모아 전자 흐름을 방해하는 성질인 유전율이 매우 낮아 디스플레이용 기판과 5G 기판 등의 미래정보 전자 소재로의 활용이 가능하다는 장점이 있다. 기계적 강도와 투명도, 내열성 등의 물성이 우수하다.

이러한 소재는 IoT 유연 정보전자 소재, 광학 소재, 헬스케어 의료기기 및 패키징 소재에 활용 가능하다.

국내 연구진이 개발에 성공한 고내열 투명 고분자 핵심소재 /사진=한국화학연구원 

그러나 필름화 공정이 어렵고 신축성이 부족한 점이 환형올레핀 고분자 소재의 응용확대를 위해 극복해야 하는 문제점인데 특히 휘거나 접을 수 있는 정보 전자재료로 활용하기 위해서 단방향으로 잡아당길 때 부러지지 않고 늘어날 수 있는 비율인 연신율 개선 기술이 필수적이다. 이러한 기술은 일본에서도 개발을 위해 공을 들이는 핵심 기술이다. 

화학연 연구팀은 노보넨 계열 단량체에 새로운 촉매 시스템을 적용해 성공적으로 환형올레핀 고분자 소재를 중합했다. 이에 포함된 단랸체 함량에 따라 가공온도에 영향을 주는 고분자 유리전이온도를 92℃부터 192℃까지 자유롭게 조절했다. 용매에 녹이거나 가열하는 공정을 통해 손쉽게 필름을 제조할 수 있었다고 한다. 연신율을 제어하고 기존 대비 최고 2배 이상 늘어나는 물성을 확보해 부러지는 기존 노보넨계 환형올레핀 고분자 소재의 단점을 극복했다. 

오른쪽부터 김용석 고기능고분자연구센터장, 김은채 학생연구원, 박성민 선임연구원 /사진=한국화학연구원 

화학연 이미혜 원장은 이번 성과로 핵심기술 확보와 소재에 대한 원천적 이해도를 높여 일본 소재에 대한 의존도를 줄이고 소부장산업 경쟁력 향상을 가져올 수 있을 것으로 기대했다.

화학연 관계자는 실용화 가능 시기에 대해 국내 연구는 아직 초기 단계로 해당 연구성과를 기반으로 소재 분야 국내 기업과의 협업을 통해 국내기술개발을 가속화할 수 있을 것으로 전망했다.


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