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기술과 솔루션

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고분자 발포기술 동향 1

자료제공: 소재종합솔루션센터(www.matcenter.org), 화학소재정보은행(www.cmib.org) 지식정보 심층보고서

편집부 2019-11-10

‘링링’ 이어 '타파'… 연이은 태풍 등 급격한 기후변화로 해안침식 문제 심각, 친환경 솔루션에서 해

- 급격한 기후변화로 발생하는 이상기후 현상이 세계 곳곳에서 해수면 상승 및 해안침식을 가속하며 삶의 터전까지 위협- 해안침식 방지는 물론, 건강한 해양 생태계 형성을 돕는 등 다양하고 혁신적인 친환경 해안 보호 솔루션들이 지속 가능한 대안으로 주목받아 최근 제13호 태풍 ‘링링’에 이어 많은 비와 강한 바람을 동반한 제17호 태풍 ‘타파’까지 연이은 태풍의 위력으로 인근 시설물 파손은 물론, 농작물 및 수십 명의 인명 피해 등이 발생했다. 지난 10년 사이 더욱 심해진 이상기후 현상은 해수면의 급격한 상승 및 해안침식의 가속화를 야기하며 해안가 삶의 터전까지 심각하게 위협하고 있는 실정이다.현재까지는 이와 같은 해안침식을 방지하기 위해서 콘크리트 방파제를 활용하는 등 해안의 모래 퇴적을 유도하는 방식이 많이 사용되어 왔다. 그러나 기존 방식들이 효과성, 안전성 및 지속성 차원에서 문제 제기를 받을 뿐만 아니라, 환경보호에 대한 사회적 의식을 충분히 반영하지 못해 이를 보완할 대안 중 하나로 다양한 국내외 친환경 해안 보호 솔루션이 주목 받고 있다. 폴리우레탄 기반 친환경 해안 보호 솔루션 – 바스프의 엘라스코스트(Elastocoast®) 해안 및 하천 주변 자연 제방의 침식을 막기 위한 구조물에 사용되는 글로벌 화학기업 바스프의 엘라스토코스트는 특수 개발된 폴리우레탄 접착제로 일반 골재와 혼합되어 해안에 적용되어 지속 가능한 해안 보호가 가능하다. 기존의 콘크리트 혹은 타르로 포장된 해안선에 비해 상대적으로 적은 양의 바인더를 사용하면서도 골재 사이에 많은 공극을 가진 거친 표면에서 비롯된 우수한 투과성과 다공성을 기반으로 파도의 충격 에너지를 효과적으로 흡수해 파도가 높아도 구조물이 보다 안정적이고 유연하게 견딜 수 있도록 도와준다. 뿐만 아니라 엘라스토코스트는 식물성 원료를 사용하여 친환경성을 극대화했으며, 어떠한 유해물질 방출도 없어 해양 생태계에 영향을 미치지 않아 동식물이 안정적으로 서식할 수 있는 환경을 제공한다. 인체에도 해가 없어 음용수 시설물에도 적용 가능하다는 인증서를 획득하여 환경친화적인 솔루션으로 자리 잡고 있다. 이 같은 환경적 및 경제적 혜택을 제공하는 엘라스토코스트는 세계 곳곳을 비롯하여 국내 해안가에도 여럿 적용되어 있다. 가장 최근에는 다도해 해상국립공원 내 관매도 해안선을 따라 지난 2012년에 이어 추가 적용되어 국내 해안선을 보호, 주변 소나무 숲과 생태계 재서식에 기여하고 있다. 인공 백사장 조성을 활용한 해안 보호 솔루션 – 샌드 모터(sand motor)샌드 모터(sand motor)는 기존 해변가 앞쪽으로 바다 한가운데 인공 백사장을 추가로 조성하여 바람과 파도를 ‘모터’ 삼아 인공 백사장의 모래가 기존 백사장 쪽으로 이동하면서 퇴적되어 기존 해안을 두텁게 만드는 작업으로 해안 보호 및 생태계 형성에 도움을 준다. 2011년 네덜란드의 국책연구기관 델타레스(Deltares)는 해안침식의 대안책으로 ‘Zandmotor’ 라는 명칭 아래 이와 같은 대규모 프로젝트를 처음 시도, 이로 부터 7년 후, 두 백사장은 점차 하나로 합쳐지는 모양을 띠고 있으며 새롭게 조성된 해안의 두께는 기존보다 절반 이상 늘어나 침식 위험에 대응할 수 있을 것이라고 예측되고 있다.이와 같은 샌드 모터는 기존에 모래를 붓는 방식보다 경제적이고 친환경적이다. 초기에 투입되는 모래량도 많고 비용도 많이 들지만, 매년 모래를 붓지 않아도 되고 한 번에 대량으로 모래를 부어 비용 등이 더 저렴할 수 있다는 논리다. 또한, 파도와 바람 등 자연의 힘으로 해안 퇴적을 유도하는 방식인 만큼 새로 생긴 퇴적층 생물들도 기존 식생에 맞게 자랄 수 있는 것으로 보고 있다. 네덜란드에서의 성공을 기반으로 지난 2017년, 영국 노퍽(Norfolk)에서도 대규모 샌드 모터 프로젝트를 진행, 향후 약 15~20년간 해안을 보호해줄 것으 로 예측하고 있다.인공 산호초 설치를 통한 친환경 해안 보호 솔루션 – 코랄 셀(Coral Cell)해변에 직접 적용하는 방안들과 더불어 애초에 바다로부터 오는 파도의 위력을 감소하기 위해 해안에서 떨어진 바닷속에 설치하는 솔루션도 있으며, 이 중 인공 산호초 설치가 친환경성으로 많은 주목을 받고 있다. 실제 호주 골드코스트(Gold Coast)가 해안침식의 위험이 가속화되며 삶의 터전과 공공시설이 위협받는 가운데, 골드코스트 시의 주최로 지난 4월부터 해안 보호를 위한 인공 산호초 구축 프로젝트가 시작되었다. 대형 암석 바위 8톤으로 만들어질 인공 산호초는 주변 파도와 조류에 영향을 미쳐 모래의 이동을 지연시켜 침식의 위험이 가장 심각한 부분에 모래를 보충할 수 있게 만든다.한국에서 역시 이와 같은 솔루션을 눈여겨보고 있다. 해양스타트업 ㈜한오션은 산호초 군락이 있는 해수욕장의 모래가 늘어나고, 심지어 산호초 근처에 섬이 생기는 것에 착안해 인공 산호초를 개발하고 모의실험을 진행, 부산대와 함께 인공 산호초 ‘코랄 셀(Coral Cell)’ 3차원 옥외 실험과 수조 정밀 실험을 동시에 진행해왔다. 친환경 재료로 만들어진 코랄 셀은 수질 오염 요소가 없으며, 1년이 넘게 진행된 실험 결과, 코랄 셀을 설치하면 유실되는 모래의 75%를 막을 수 있는 것으로 나타나 해안침식 방지에 대한 효과성이 입증되었다. 또한, 바다 바닥에 인공블록 설치 후 로프로 묶어 위에 얹는 간단한 설치 방식을 갖고 있어 파손 시 일부분만 교체할 수 있어 유지 관리가 쉽다는 장점을 갖고 있다.

관리자 2019-11-01

한국화학연구원, 日 독점 ‘바이오 폴리카보네이트’ 국산화 시동

관리자 2019-11-01

생기원, 플렉시블 투명전극, 전도성 고분자로 만든다

- 전도성 고분자에 레이저 조사하는 물리적 방식의 공정기술 개발- 대일의존도 70%인 기존 전극 소재, 국산 전도성 고분자로 대체 기대스마트폰 터치패널이나 각종 IT 기기의 디스플레이에는 빛 은 그대로 투과시키면서 전기를 잘 통하게 하는 투명전극이 들어간다. 박막 형태의 핵심부품인 이 투명전극의 소재는 인 듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, 이하 ITO)이 가장 보편 적으로 쓰이는데, 전기 전도도가 높은 반면, 휘거나 굽혔을 때 쉽게 깨지는 단점이 있다. 최근 플렉시블 디스플레이에 대한 관심이 증가하면서, 깨지기 쉬운 ITO 전극의 단점을 극복할 수 있는 차세대 투명전극 개발 경쟁이 더욱 치열해지고 있는 추세이다.한국생산기술연구원(원장 이성일 www.kitech.re.kr 이하 생기원 )이 플렉시블 투명전극 소재로 각광받고 있는 전도성 고분자에 레이저를 조사하여 ITO 전극 수준만큼 전기 전도도를 높일 수 있는 공정기술을 개발했다. 전도성 고분자는 전기가 잘 통하는 플라스틱 소재의 일종으로, 형태 변화가 자유로운 고분자 특성상 압력을 가해도 깨지지 않아 플렉시블 디스플레이에 적합하다. 반면 ITO 대비 1,000분의 1 수준에 불과한 전기 전도도를 높이기 위해 유기용매, 계면활성제 등의 화학첨가제를 사용해 친환경 공정개발이 어렵고, 전도도 또한 ITO 수준에 못 미쳐 상용화에 걸림돌이 돼 왔다.생기원 나노·광융합기술그룹 윤창훈 박사 연구팀은 대표적 전도성 고분자인 ‘PEDOT:PSS’ 투명전극에 1,064㎚ 파장대의 적외선 레이저를 조사하면 전도도가 약 1,000배 가량 높아지는 물리적 현상을 발견하고 이를 공정에 적용했다. PEDOT:PSS 투명전극은 전도성이 있는 PEDOT을 PSS(Polystrene Sulfonate)가 전선 피복처럼 둘러싸고 있는 실뭉치 형태의 고분자 박막으로, 전도도를 높이기 위해서는 PSS를 최대한 녹여 PEDOT끼리 서로 연결되도록 해야 한다. 이 용액에 1,064㎚ 레이저를 쏠 경우 PEDOT이 열을 먼저 흡수해 온도가 올라가고, 이때 둘러싼 PSS가 전선 피복이 녹는 것처럼 녹으면서 PEDOT이 다량 노출되어 전도도가 높아지는 원리이다.이번 성과는 기존 화학적 방식에서 벗어나 레이저를 활용한 물리적 처리 방식으로 ITO 박막 수준의 전도도를 구현해낸 세계 최초의 사례이다. 특히 이미 상용화되어 있는 PEDOT:PSS 용액과1,064㎚ 파장대의 레이저 장비를 활용하는 후처리 공정이기 때문에 구현이 간편하고 전극 제작비용도 저렴하다. 아울러 PEDOT:PSS 용액은 국내 조달이 가능한 만큼 대일의존도가 70%에 달하는 ITO 소재를 대체할 수 있어 투명전극 분야의 소재 자립화가 기대된다. 또한, 전도성 고분자 용액을 기판에 바른 후 레이저를 조사할 때 패터닝 (Patterning) 작업까지 동시에 가능해 투명전극에 원하는 패턴을 새기면서도 쉽고 빠르게 제작할 수 있다. 윤창훈 박사는 “유기발광다이오드(OLED)에 레이저를 쏘면 발광도가 떨어지는 현상을 연구하던 중 유사물질인 전도성 고분자에 레이저를 조사했더니 예상과 달리 전기 저항이 떨어지는 현상을 발견하게 된 것이 계기”였다고 밝히며, “개발된 공정기술은 플렉시블 디스플레이뿐 아니라 사용자 맞춤형 웨어러블 기기, 폴더블 태양광 패널 제작 등에도 폭넓게 활용할 수 있다”고 설명했다.한편 이번 성과는 지난 9월 영국왕립화학회(Royal Society of chemistry, RSC)가 발행하는 재료 분야의 세계적 권위지 ‘머티리얼스 호라이즌스(Materials Horizons)’ 온라인판에 게재됐다.

관리자 2019-11-01

반도체 박막증착 과정, 실시간으로 본다.

- 박막 소재의 농도 및 결정구조 실시간 파악, 공정 최적화까지 가능개발된 화학 증착 소재 실시간 증착막 측정 시스템. 가운데 큰 원통 모양의 화학기상증착 장비에 오른쪽에 위치한 라만 광원 기반의 실시간 측정·분석 장치가 결합되어 있다.반도체 공정 중 박막증착 공정은 실리콘 웨이퍼(Wafer)* 위에 얇은 층 형태의 박막을 단계적으로 겹겹이 쌓아가는 핵심공정이다.* 반도체의 재료가 되는 얇은 원판 박막은 반도체 회로 간의 구분과 연결, 보호 역할을 담당하며, 박막을 최대한 얇고 균일하게 형성할수록 반도체 품질이 향상된다. 그런데 박막의 두께가 1㎛* 이하로 매우 얇아 이를 구현하는 것은 기술적 난이도가 높은 공정이며, 이 때문에 박막 형성 상태를 수시로 측정하고 확인하는 작업이 중요하다. * 미터의 백만분의 일에 해당하는 길이한국생산기술연구원(원장 이성일, 이하 생기원)이 화학기상증착* 장비 내부에서 웨이퍼 위에 박막이 형성되는 전 과정을 실시간으로 관찰하고 측정·분석할 수 있는 ‘화학 증착 소재 실시간 증착막 측정 시스템’을 세계 최초로 개발했다.* 가스의 화학 반응을 이용해 수증기 형태로 박막을 쌓는 화학적 증착 방식으로, 반도체 공정에 주로 사용된다.기존에는 박막이 제대로 증착됐는지 여부를 확인하기 위해 해당 장비에서 박막을 꺼낸 뒤 별도의 분석기기로 검사해야 했다. 하지만 그 과정에서 박막이 대기 중에 존재하는 산소나 수분과의 접촉으로 변질되어 분석결과의 신뢰성이 훼손될 수 있고, 박막에 불량이 발생한 경우 원인 규명이 어렵다는 문제점이 있었다. 생기원 고온에너지시스템그룹 허훈 박사 연구팀은 화학기상증착 장비 내부에 박막 소재의 증착 과정을 측정·분석할 수 있는 In-situ* 라만 분광(Raman spectroscopy) 장치를 설치해 이 같은 문제점을 해결해냈다.* ‘용기 내에서’라는 의미의 장비 관련 용어로, 반의어는 Ex-situ이다.설치된 In-situ 라만 분광 장치는 단색광을 기체 또는 투명한 액체·고체에 쬐면 산란광 속에 파장이 약간 다른 빛이 생기는 라만 효과를 기반으로 한다. 라만 효과에 의해 발생하는 특수한 빛의 배열인 ‘라만 스펙트럼’을 활용하면, 장비 내부에서 바로 박막 소재의 농도나 결정구조, 결정성 등 다양한 물성 정보를 실시간 파악할 수 있다. 또한, 화학 증착에 필요한 화합물 및 반응 가스, 박막 성장 온도나 시간 등 여러 변수를 측정·분석해 공정도 최적화할 수 있다.연구팀은 한 걸음 더 나아가 박막 물성 분석결과를 기반으로 유전율(Permittivity)을 유추할 수 있는 분석기법도 개발했다. 유전율이란 전기장을 가했을 때 전기적 성질을 띤 분자들이 정렬해 물체가 전기를 띠는 현상이 발생하는 정도를 말한다. 유전율 분석결과는 고집적화와 고속화 구현에 유리한 저유전율 특성을 지닌 반도체 물질을 개발하는 데 활용된다.고온에너지시스템그룹 허훈 박사 연구팀이 개발한 시스템을 점검하고 있다.고온에너지시스템그룹 허훈 박사가 박막 소재가 증착된 실리콘 웨이퍼를 들고 있다. 연구팀은 구축한 시스템을 통해 저 유전율 반도체 물질을 증착시켜 그 과정과 처리조건에 따른 물성 변화를 라만 스펙트럼으로 실시간 분석하는 데 성공, 신규 박막 소재의 개발 가능성을 높였다.허훈 박사는 “시간과 비용이 많이 소요되는 기존 Ex-situ 박막 분석 방식의 한계를 국내 기술력으로 극복해낸 사례인 만큼 관련 소재·장비 국산화에 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝히며, “반도체뿐만 아니라 OLED 소재, 2차전지 또는 태양전지용 전극 소재 등 다양한 분야에도 활용 가능하다”고 말했다.이번 연구개발은 국가과학기술연구회가 주관한 ‘창의형 융합연구사업’ 과제를 통해 3년 만에 낸 성과로, 2019년 6월 시스템 개발을 완료하고 현재 반도체 소재 기업들과 상용화를 추진하고 있다.관련문의:한국생산기술연구원 고온에너지시스템그룹 허훈 수석연구원(041-5898-523 / huhoon@kitech.re.kr)한국생산기술연구원 홍보지원실 이한영글 행정원(041-589-8039 / left0723@kitech.re.kr)

편집부 2019-10-17

우리 생활에 없어서는 안될 유용한 플라스틱 제품을 만드는 사출성형기 이야기 15

자료제공: LS엠트론 기술교육아카데미 (http://lsmtronacademy.com)

편집부 2019-10-14

고기능 코팅필름의 최근 개발 동향 및 시장전망

자료제공: 소재종합솔루션센터(www.matcenter.org), 화학소재정보은행(www.cmib.org) 지식정보 심층보고서

편집부 2019-10-14

스스로 상황을 판단해 건조상태를 항상 최적으로! ㈜한국마쓰이 절전형제습기

국내에 원료 제습과 건조, 수송, 온조 조절, 정수처리, 냉각시스템, 배합, 분쇄 및 리사이클링 등 진보화된 플라스틱 성형공장의 합리화기기 및 시스템을 공급해오고 있는 ㈜한국마쓰이(이하 한국마쓰이)에서 지능(Intelligence)을 가진 제품 시리즈, ‘i 라인업’을 개발 및 출시하고 있다. 본지에서는 그중 스스로 사용 상황을 판단해 건조상태를 항상 최적으로 설정하는데 탁월한 절전형 제습건조기인 ‘MJ5-i’를 소개하고자 한다.에너지 세이빙, 한국마쓰이의 제습건조기 ‘MJ5-i’와 함께한국마쓰이는 ‘2020년까지 성형공장의 factor4를 실현한다’는 사명 아래 국내외 전력 부족과 성형 업체들이 사용하는 전력 중 건조기의 전력 소모가 매우 큰 것을 고려해 에너지 세이빙(Energy Saving) 기술개발에 힘써왔다. 그 결과, 셀프 컨트롤 기능 iplus를 탑재한 제습 열풍건조기 MJ5-i를 고객에게 제시할 수 있었다. “MJ5-i의 컨셉은 ‘지능(＝intelligence)을 가진 장치’이다. 이 iplus를 탑재한 것으로 사용자는 다른 설정 없이 MJ5-i가 스스로 사용 상황을 판단하여 항상 최적의 건조상태를 설정한다. 이로 인해 최대 75％라는 에너지 절약을 실현하여 고객에게 ‘감동’과 ‘기쁨’을 줄 수 있는 제품이라고 생각한다”라고 전한 한국마쓰이 관계자의 언급처럼 MJ5-i는 최대 75%의 에너지 절감을 실현한 제습건조기로서 이는 세계 최고 수준으로 평가받고 있다. SMART한 화면 구성은 물론, 필터 관리도 수월하게!MJ5-i의 특징은 에너지 세이빙뿐만이 아니다. 스마트한 화면 구성 역시 장점으로 꼽히고 있다. 각종 설정이나 운전상태 확인, 이상 발생의 대응 등 필요한 정보를 컨트롤러에서 일원화 관리가 가능한 터치패널을 채용해 사용자가 간편하게 조작할 수 있도록 구성했다. 또한, 수송 사이클론을 표준 장비하여 필터 관리 횟수를 크게 줄였다. 일상적인 관리는 더스트 박스 내의 수지 분진만 수거하면 되기 때문에 청소가 용이해졌다. 더스트 박스의 탈착은 정면에서 수행할 수 있다. 그 외에도 재료 교체 시 빠르고 간편하게 청소가 가능해 재료 교환 시간을 단축시켰다는 강점도 있다. 한국마쓰이 관계자는 제품에 대해 “이 밖에도 MJ5-i는 인버터 제어 모드로 풍량 조절, 원재료 과건조, 황변 방지 등을 통해 제품의 품질과 생산성을 높일 수 있다는 장점을 지니고 있으니 많은 관심 바란다”고 강조했다. 문의: ㈜한국마쓰이(www.koreamatsui.co.kr) 032-811-9400

편집부 2019-10-11