| 초록 |
3. 개발결과 요약 최종목표 o 비식량계 천연 목질계로부터 리그닌을 효율적으로 분리 및 추출하고, 리그닌을 결합시킨 매크로머 등을 중합하여 물성이 우수한 리그닌계 고분자 소재를 합성하고 초미세 나노셀룰로오스를 제조하여 기존 무기충전재를 유기충전재로 대체함으로써, 기존 바이오 고분자 소재의 한계성능을 극복하는 한편, 복합화를 통하여 자동차용 내장부품 소재로 활용하는 것을 목표로 함 개발내용 및 결과 o 기계적 방법을 이용한 나노셀룰로오스 제조기술 개발 - 직경 40nm 이하, aspect ratio 90% 이상, 수율 30%의 나노 셀룰로오스(CNF) 제조기술 개발 o 셀룰로오스 표면개질을 위한 반응성 개질제 설계 및 합성기술 개발 - Silane coupling agent 및 Ring opening 중합을 이용한 셀룰로오스 표면개질 연구 - 표면개질 셀룰로오스와 PP 간 계면접착 기술 연구 및 물성향상 기술 개발 o 바이오플라스틱 함량 25%의 고강성 복합소재기술 개발 - 인장강도 18MPa, 굴곡탄성률 2,100MPa 이상, 충격강도 65 J/m 이상의 CNF와 리그닌 함량 25%인 PP 복합소재 기술개발 - 나노셀룰로오스/리그닌/PP 복합소재 압,사출 공정 최적화 시제품 제작, 재현성 확보 o 리그닌 고분자 합성기술 개발 및 복합화 연구 - 리그닌 고분자 용융흐름지수 : 10 g/10min 이상 열안정 가공온도 : 200 ℃ 이상 확보 - 리그닌 품질평가를 통한 개질 가능한 리그닌 품질규격 확보 - 리그닌 추출 및 열가소성 리그닌 합성 기술 개발 - 리그닌/PP 복합소재 연구 및 물성 향상 기술 개발 o 복합소재 적용 부품화 기술 - 복합소재 실차종 Door Trim 부품 적용 평가 및 수요기업 요구 성능(MS210-05-B) 만족 - 시작품에 대한 실차재현 신뢰성 및 재현성 평가 기술개발 배경 o 나노셀룰로오스 섬유 다발로부터 화학적 및 기계적 방법으로 셀룰로오스 나노섬유를 분리하는 공정에 의해 제조되며, 수소 결합으로 강하게 결정화되어 있기 때문에 철금속의 5배의 강도와 유리섬유의 1/10 이하의 선열팽창계수를 가지고 목재 등 식물자원의 50%이상을 차지하고 있어 무한의 지속형자원임 o 그러나 현재까지는 나노 크기까지의 제조 가격, 나노섬유로서의 취급의 어려움 등으로 나노셀룰로오스의 공업적 이용은 거의 이루어지지 않고 있음 o 천연물에서 얻어진 리그닌을 구성하고 있는 3가지 주요 monomer인 p-coumaryl alcohol, coniferyl alcohol, sinapyl alcohol의 조성과 벤젠고리에 부착된 관능기의 종류에 따라 다양한 리그닌이 존재하는데, 자연에 존재하는 리그닌은 분자량의 분포가 크고 열안정성이 낮아 고분자소재로 사용될 수 없고, 만약 리그닌 사슬에 존재하는 반응기 (-OH)를 이용하여 리그닌 분자량을 증가시키고 열안정성을 향상 시킬 수 있다면, 자연에 존재하는 무한한 천연자원을 활용하여 고부가가치 고분자를 생산할 수 있음 o 따라서 본 기술은 현재 상업화된 생분해성수지와 같은 바이오 고분자 소재가 가지는 원료수급, 기계적 물성, 내열성 및 경제성 등 여러 단점을 원천적으로 극복하기 위하여, 천연 목질계로부터 리그닌계 고분자를 합성하고, 천연 식물계로부터 초미세 나노 셀룰로오스를 제조하여 완전 비식량계 천연물 기반 나노복합소재의 고강도화를 구현함으로써 자동차용 내장부품 소재로 활용하기 위한 원천기술임 핵심개발 기술의 의의 o 기존의 석유기반 화학소재는 독성을 지니고 있고, 사용 후 폐기 시 다량의 CO<sub>2</sub>를 발생하게 되어 인체와 환경에 악영향을 미칠 수 있으나, 천연물 기반의 고분자 소재는 고갈되고 있는 석유자원의 사용을 줄이고, 생산에서 폐기까지의 라이프사이클에서 에너지 절약과 온실가스(CO<sub>2</sub>)의 배출감소를 기대할 수 있음 o 천연 식물계 자원은 성장을 위하여 대기 중의 CO<sub>2</sub>를 소모하므로, 식물자원으로부터 제조된 화학소재는 사용 후 폐기, 소각처리 하여도, 대기 중 CO<sub>2</sub>의 총량은 증가하지 않는 탄소중립 상태를 유지할 수 있고, 따라서 천연물 기반 고분자는 국제 기후변화 대응에 의한 탄소세 제도 등을 효과적으로 대응할 수 있어, 제품의 경쟁력을 가지게 되어 산업적으로 또한 중요한 화학소재가 될 수 있음 o 기존의 열가소성 플라스틱 나노복합소재의 대체 재료로서 목질 유래 바이오 플라스틱 나노복합재료에 대한 연구는 새로운 산업적 소재의 개발에 기여할 뿐만 아니라 복합재료 생산시장에 상당한 변화를 줄 수 있는 핵심연구이며, 카본뉴트럴 소재 및 하이브리드화에 관련된 기술은 환경규제를 근본적으로 해결하고 세계 시장을 석권할 수 있는 미래산업 핵심원천기술임 o 본 기술은 저탄소화 및 녹색 산업화를 위한 새로운 녹색성장 모델 구축, 기후변화협약 대응 이산화탄소 배출감축과 친환경적 순환공정 기술 개발, 탄소 순환시스템 전환 공정 기술 개발, 고부가가치화 및 환경친화성 원료를 다변화할 수 있는 지속성장형 기술 개발 등에 기여함으로써 차세대 성장 동력원으로 자리 매김할 것으로 사료됨 적용 분야 o 친환경자동차의 요구가 대두되면서 재활용이 가능한 소재로 자동차 플라스틱 소재가 대치되어야 하나 생분해가 가능한 고분자 소재는 가격이 비싸거나 물성이 높지 않아 대안이 없는 상황임 o 리그닌계 고분자 및 나노셀룰로오스를 원재료로한 친환경 자동차용 천연고분자 소재 원천기술이 개발되면 단기간에 자동차 시장뿐만 아니라 기존의 플라스틱 산업계에 획기적인 혁명을 일으킬 것으로 사료됨 o 내충격성, 경량성, 내변형성 등을 요구하는 전자부품의 경우 플라스틱 기판, 반사방지판, 위상차 필름, 편광필름 등의 소재로 사용가능하며 2010년 기준 전 세계 약 7조원의 시장 규모로 추정되고, 필름은 기능에 따라 광학용, 전자재용용, 식품포장용, 산업용을 크게 나누고 있으며 식품포장용 필름의 경우 생분해성의 천연물 기반 소재로 대체가 가장 빠르게 진행되고 있음 o 기존 PET 필름보다 천연물 기반 필름의 물성은 대체로 10~20% 낮으며 시장확대에 장애가 되고 있고, 나노셀룰로오스를 첨가하는 경우 광학특성, 기계적 특성, 내열성 등이 개선되며 광학용, 전자재료용, 산업용 필름으로 사용이 가능함 (출처 : 초록 4p) |
