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이구스의 금속대체, 플라스틱 베어링

금속 베어링대비 최대 40%의 비용절감으로 높은 비용효율과 더욱 긴 서비스 수명을 제공기존 금속 베어링을 플라스틱 베어링으로 바꾸면 어떤 효과가 있을까?독일기업 이구스의 ‘iglidur(이글리두어)’ 폴리머 베어링은 금속 베어링 대비 최대 40%의 비용절감으로 높은 비용효율과 더욱 긴 서비스 수명을 제공한다.공작기계, 충진설비, 공압식 실린더와 같은 산업환경은 물론 주방용 기기나 자전거, 자동차와 같은 일상생활에서도 고성능 플라스틱은 상당부분 금속 베어링을 대체해 이용되고 있다. 윤활과 유지보수가 필요 없는 트리보 폴리머 소재가 주는 이점이 가장 큰 대체의 이유다.

이용우 2017-08-09

타이타늄(Ti) 촉매반응으로 화학소재 ‘올레핀’ 합성 성공

계산화학 활용해 저렴하고 독성 없는 촉매 찾아… 석유화학산업 혁신 기대 기초과학연구원(IBS ; 원장 김두철 www.ibs.re.kr) 연구진이 우리 주변에 흔한 타이타늄(Titanium)1) 촉매를 활용해 플라스틱, 의약품 원료로 사용하는 올레핀(olefins)2) 합성에 성공했다. 석유화학산업분야 주요 소재인 올레핀은 보통 800℃ 고온으로 석유를 증기 분해(steam cracking)3)하여 제조한다. 매우 높은 열과 에너지가 투입되며 이산화탄소 등 온실가스가 발생하는 것이 단점이다. 기초과학연구원 분자활성 촉매반응연구단(단장 장석복) 백무현 부연구단장과 마노즈 마네(Manoj V. Mane) 연구위원은 계산화학*을 통해 타이타늄을 최적의 촉매로 선택했으며, 탄화수소(hydrocarbon)4)의 수소를 선택적으로 없애는 탈수소반응5)을 구현했다. 이로써 기존 공정에 비해 10분의 1정도 낮은 온도(75℃)에서 올레핀을 합성했다. 올레핀은 플라스틱, 고분자 화합물, 의약품 등에 활용하는 기초 원료이다. 활용도가 커 올레핀 합성 과정은 많은 연구자들이 연구주제로 삼고 있다. 올레핀은 탄화수소가 수소를 잃으면서 탄소(C) 두 개가 이중결합(C=C)해 생성되는데 증기 분해방식은 반응 중 탄소-탄소 결합이 끊어져 올레핀 혼합물이나 다른 탄화수소들이 합성되는 단점이 있다. 또 석유 대신 천연가스에서 올레핀을 합성하려면 온실가스가 발생해 오염과 공해 문제가 뒤따랐다. 화학자들은 석유와 천연가스 등 탄화수소 화합물을 가공하거나 분해할 때, 열과 에너지를 적게 사용하고, 환경오염이 덜한 화학반응을 구현하기 위해 다양한 촉매반응을 연구해왔다. 탄소와 수소만으로 결합된 탄화수소는 두 분자 간 결합이 매우 강하기 때문에 결합을 끊고 반응을 유도하는 촉매 개발이 주요 과제였다. 이리듐(Iridium), 로듐(rhodium), 루테늄(ruthenium) 등 전이금속을 촉매로 적용했으나 비용이 너무 비싸 실제 산업에 활용하기는 어려웠다. 백 부단장은 비싼 전이금속 보다 수십 배 저렴한 타이타늄6)을 촉매로 적용했다. 백 부단장은 밀도범함수7)를 활용한 계산화학을 통해 최적의 촉매 후보물질로 타이타늄을 제안했고, 미국 펜실베니아대학 연구진은 약 75℃에서 탈수소반응이 성공적으로 이뤄졌음을 실험으로 확인했다. 지난해 이리듐 촉매로 메탄가스의 강력한 탄소-수소 결합을 분해(사이언스, 16.04)한 데 이어 이번 연구에서도 계산화학으로 정확한 촉매를 예측했다. 또 탈수소반응에 이리듐 촉매를 활용할 때, 탄화수소가 이성질화(isomerization)8)되는 문제도 타이타늄 촉매로 해결됨을 관찰했다. 백 부단장은 “이리듐은 반응성이 매우 크지만 값이 비싸고 구하기 어렵다. 반면 타이타늄은 값이 매우 저렴하고 구하기 쉽다”며, “향후 타이타늄 촉매의 반응성과 효율성을 높인다면9) 기존 올레핀 합성공정의 비용이 줄어들 것”이라고 말했다. 이번 연구는 미국 펜실베니아 대학의 대니얼 민디올라(Daniel J. Mindiola) 교수그룹과 공동으로 진행되었다. 연구결과는 6월 27일 국제학술지 네이처 케미스트리(Nature Chemistry, IF 25.87)10)에 게재되었다. * 계산화학이란? 이론화학의 문제를 컴퓨터를 활용해 다루는 화학의 한 분야. 분자 또는 원자에 대한 양자화학 및 분자동력학 등을 컴퓨터 시뮬레이션으로 구현해 연구한다. 계산화학은 전통적으로 실험화학의 결과를 검증하거나 관찰하는 역할이 주를 이루었다. 하지만 현재에는 기존 역할을 수행하면서 보다 계산화학의 영역을 확장해나가고 있다. 다양한 화학반응과 현상에 이론적 근거를 제시하거나 기존 반응을 개선하거나 새로운 화학 반응과 촉매를 예측하는 등 주도적으로 역할을 수행하고 있다. 1) 타이타늄(Titanium, Ti) : 원자번호 22번 타이타늄은 그리스 신화의 신 이름을 땄다. 지각에 아홉 번째로 많이 함유된 원소이고 금속 중에서 네 번째로 많다. 타이타늄 금속은 강철만큼 강하지만 밀도가 강철의 반이다. 비행기 동체, 항공기 부품, 인공위성의 주요 소재이고 합금을 해 보석, 골프채 등으로도 널리 활용한다. 2) 올레핀(olefins) : 탄소-수소 단일 결합인 알케인(alkene)의 한 종류. 이번 연구에서는 탄화수소 분자의 첫 번째 탄소와 두 번째 탄소 사이에 이중결합(C=C)이 존재하는 알파-올레핀을 합성했다. 대부분 원유를 공업적으로 정제해 얻고 있다.3) 증기 분해(Steam Cracking) : 석유를 고온에서 분해하여 에틸렌 등의 올레핀을 제조하는 방법이다.4) 탄화수소(Hydrocarbon) : 탄소와 수소만으로 이뤄진 결합물로 유기화합물의 모체. 탄화수소는 포화/불포화, 사슬/고리 모양으로 분류된다. 화학공정의 핵심 원료로 원유, 천연가스 등을 예로 들 수 있다. 5) 탈수소반응(dehydrogenation ): 수소를 포함하는 화합물에서 수소가 제거되는 반응. 탄소-수소 단일결합 화합물인 알케인을 활용해 올레핀을 얻을 때 필요하다.6) 이리듐은 1g에 약 40만원, 타이타늄은 1g에 약 1만 7천원에 달한다. 같은 중량 대비 약 24배의 차이가 난다.(출처 : 시그마 알드리치)7) 밀도범함수(Density Functional Theory) : 분자 내부에 전자가 들어있는 모양과 에너지를 양자 역학적으로 계산하는 이론으로 1998년 월터 콘(Walter Kohn)이 해당 이론으로 노벨 화학상을 수상하였다.8) 이성질화(Isomerization) : 화학적 또는 물리적 변화에 의한 한 이성질체가 다른 이성질체로 변화되는 현상이다. 여기서 이성질체(Isomer)란, 분자식은 같으나 분자내의 원자의 연결방식이나 공간배열이 다른 화합물을 말한다.9) 촉매의 반응성 및 효율을 측정하는 지표는 촉매 활성 사이트 당 반응하는 분자수로 계산할 수 있다. 이를 전환수(Turnover Number)라고 한다.10) 네이처 케미스트리(Nature Chemistry) : 세계적인 출판그룹 NPG(Nature Publish Group)에서 발행하는 화학 저널. 화학분야 최고권위 학술지로 꼽힌다. 피인용지수(impact factor)는 25.87이다.

이용우 2017-08-09

한국화학연구원-(주)삼양사, 우수한 성능에 저렴한 가격까지 갖춘 광개시제 생산 확대

국내외 디스플레이 시장 공략본격화▲ 한국화학연구원 그린화학소재연구본부 전근 박사가 -15도에서 옥심 화합물 전구체 합성을 진행하고 있다.한국화학연구원(원장 이규호)과 (주)삼양사는 디스플레이 등에 필수적으로 사용되는 물질로, 감도와 투과율이 뛰어나며 가격 경쟁력을 갖춘 새로운 옥심계 광개시제를 개발하여 상업화를 확대한다고 밝혔다.광개시제는 도료, 코팅액, 잉크, 페인트, 접착제 등의 수지에 소량 첨가되어, 빛을 받으면 수지가 화학 반응을 일으키게 만드는 물질이다. 즉 광개시제가 첨가된 수지에 빛을 쏘아주면 광개시제가 자외선을 받아 수지의 중합 반응*을 시작하게 한다. 수지가 중합반응을 일으키면 단단하게 굳으면서 원하는 형태로 구조를 형성한다. * 분자량이 작은 분자가 연속으로 결합을 하여 분자량이 큰 분자(고분자) 하나를 만드는 것일반적으로 도료, 페인트 등이 들어간 생활 용품 및 다양한 산업에 광개시제가 쓰인다. 그중 옥심 화학구조를 이용한 옥심계 광개시제는 성능이 우수하여 주로 디스플레이 제작에 활용**되고 있다. 이제까지 옥심계 광개시제로 바스프의 OX-01, OX-02 제품이 지난 10여 년 동안 세계(1,000억 원) 및 국내시장(500억 원)을 독점해 왔다.** 디스플레이는 컬러 필터 기판을 포함한 다양한 기능을 나타내는 복합층으로 구성되어 있다. 그중 컬러 필터 기판에는 광을 쏘면 중합되어 패턴을 형성해주는 수지를 활용하는데, 이 수지에 광개시제가 첨가된다.▲ 전근 박사가 컬럼크로마토그래피를 이용하여 옥심계 광개시제 화합물을 분리 정제하고 있다.화학(연) 전 근 박사팀은 이를 대체할 수 있는 새로운 옥심계 광개시제를 ㈜삼양사와 공동 개발하여 상업화에 성공했다.(제품명 : SPI-02, SPI-03, SPI-07) 본 제품은 기존 제품에 비해서 감도 및 투과율이 뛰어나다. 또한 제조원가가 낮은 화합물을 개발하여 가격 경쟁력이 매우 우수하여, 앞으로 시장 점유율이 높아질 것으로 기대된다.옥심계 광개시제는 2002년 바스프에서 원천특허를 출원하여 특허 진입 장벽이 매우 높았으나, 화학연은 새로운 옥심계 광개시제를 개발하여 국내특허등록 4건, 국외특허등록 3건, 국내특허출원 8건, 해외특허출원 6건의 물질특허 등록 및 출원을 완료하였다.화학(연)과 ㈜삼양사는 상업화에 성공함으로써 포토레지스트***(감광수지)에 적용해 품질을 높이고 가격경쟁력을 확보하였다. 2016년에는 약 25억 원 매출을 기록하였다. 향후 수요기업인 포토레지스트업체에서 본 연구로 개발한 광개시제의 수요가 늘어날 것으로 예상되어 매출액은 더욱 증가할 것으로 보인다.*** 빛에 노출됨으로써 약품에 대한 내성이 변화하는 고분자 재료광개시제는 빛을 조사하면 양이온을 발생시키거나 라디칼*을 생성하여 개시제 역할을 하는데, 옥심계 광개시제는 라디칼을 생성하여 중합반응을 일으키는 역할을 한다.* 화학변화가 일어날 때 분해되지 않고 다른 분자로 이동하는 원자의 무리▲ 옥심계 광개시제는 반도체, LCD 및 OLED 등의 디스플레이 제조 공정의 핵심 소재로 폭넓게 사용되고 있다.옥심계 광개시제는 투과도가 좋으며, 자외선 조사에 의한 라디칼 발생 효율이 높을 뿐만 아니라 조성물 내에서 안정성과 상용성이 뛰어나다는 강점을 가지고 있다. 따라서 반도체, LCD 및 OLED 등의 디스플레이 제조 공정에서 구조를 형성하기 위한 포토레지스트(감광수지) 등에 핵심 소재로 폭넓게 사용되고 있다.광개시제 전체 세계시장은 8,000억 정도이며 그중에서 옥심계 광개시제는 세계시장 1,000억 원, 국내시장 500억 원의 규모를 갖고 있다. 향후 연평균 10% 내외의 성장이 예상된다.화학(연) 이규호 원장은 “본 광개시제 기술은 한국의 주력산업인 반도체 및 디스플레이 제조 공정에 꼭 필요한 기술이지만 지금까지 글로벌 해외기업이 독점해왔다. 이러한 상황에서 국내 독자 기술로 광개시제 제품을 상용화한 것은 커다란 의미가 있다. 세계 최고 기술을 보유한 화학(연)과 삼양사의 협력은 디스플레이 제조기술 사업화 분야에서 산-연 협력의 성공적 모델이 될 것”이라고 의의를 밝혔다.연구책임자인 화학(연) 전 근 박사는 “본 옥심계 광개시제는 디스플레이 제조 공정에 필수적인 핵심 소재로서 이번 성과를 통해서 수입대체와 디스플레이 관련 산업의 기술 향상, 제조원가 절감에 이바지할 수 있기를 바란다”고 말했다.한편, 본 성과는 민간수탁개발사업(차세대 광증감제 개발, 고효율성 광개시제 개발)으로 ㈜삼양사와 공동으로 수행되었다. <문의> 화학(연) 그린화학소재연구본부 전근 박사(042-860-7662, 010-5281-9198) 기술마케팅실장 정문근 박사(042-860-7746, 010-8927-0435), 과학확산팀 김대일 팀장(042-860-7823, 010-5024-9764)

강민정 2017-08-07

KAIST, 대장균을 활용해 플라스틱 원료 생합성 성공

생물학적 방법으로 산업 화학물질 대량생산 가능성 열어 미래창조과학부(장관 최양희) 글로벌프론티어사업(지능형바이오시스템설계및합성연구단)을 수행한 한국과학기술원(KAIST) 이상엽 교수팀은 세계 최초로 대장균을 이용하여 폴리에스터 섬유 등의 주원료로 사용되는 테레프탈산*을 생합성**하는데 성공하였다.* 테레프탈산 : 폴리에스터 섬유, PET병 등의 주원료로 사용되며 각종 병류, 전기/전자용품 등에 응용되는 주요 화합물** 생합성 : 생물체에서 세포의 작용으로 유기물질을 합성하는 일. 이 성질을 이용하여 실험적 또는 공업적으로 여러 물질의 선택적 합성이 가능 ▲ 대장균을 이용한 파라자일렌으로부터 테레프탈산 바이오전환 전체 개념도 현재 테레프탈산은 산업적으로 화학공정을 통해 제조(생산효율 95mol%)되고 있으나 이러한 공정은 에너지 소모가 많고 유독성 촉매를 사용함으로써 환경 친화적이지 못한 단점이 있다.반면 이번에 개발된 대장균을 통한 테레프탈산 생산은 친환경적 방법으로 현 생산효율 이상(생산 효율 97mol%)의 생산이 가능하다.현재 산업계 테레프탈산 생산 공정은 주로 파라자일렌** 산화 화학공정을 통해 제조(95mol% 이상의 전환효율)하며 유독성 금속 촉매(망간, 코발트 등) 사용 및 고온 고압의 환원반응을 통해 정제하고 있다.** 파라자일렌 : 테레프탈산의 주 원재료 논문의 주요 내용은 다음과 같다. 이번 연구결과는 섬유에서 PET병, 자동차부품까지 폭넓게 사용되는 테레프탈산을 미생물을 활용한 친환경적인 방법으로 대량생산할 수 있다는 점에서 큰 의미를 갖는다.이상엽 교수(한국과학기술원) 연구팀의 연구결과는 국제적인 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 온라인 판 5월 31일자에 게재되었다.** 논문명과 저자정보는 다음과 같다.▶ 논문 명 : Biotransformation of p-xylene into terephthalic acid by engineered Escherichia coli▶ 저자정보 : 이상엽 교수(교신저자, 한국과학기술원), Zi Wei Luo(제1저자, 한국과학기술원) 이상엽 교수는“이번 연구는 대장균을 이용해 폴리에스터 섬유, PET 제조 등에 사용되는 테레프탈산을 생합성함에 따라 생물학적 방법을 통한 산업 화학물질의 대량생산 가능성을 보여 주었고, 이는 탄화수소*를 화학공정없이 친환경적으로 전환할 수 있는 획기적 돌파구가 될 것이라는 점에서 큰 의미를 가진다”고 말했다.* 탄화수소 : 탄소와 수소로 이루어진 유기화합물로 석유화학공업에서 많은 화학제품의 원료가 됨(석유, 석탄, 천연가스의 주성분)

이용우 2017-07-28

한국델켐㈜의 적층가공용 전문 소프트웨어, AUTODESK NETFABB(넷팹)의 기술적 특징

NETFABB(넷팹)은 적층가공 및 3D 프린팅 작업공정을 간소화하고 빠르고 간편하게 3D 모델을 생성할 수 있는 적층가공 전문 소프트웨어이다. 다양한 CAD 소프트웨어를 활용해 모델링 작업을 하며, 적층가공을 위해 파일을 준비하고 모델을 수정해야 하는 경우에 적합하다. 생산 환경개선을 목표로 비용절감, 효율성 증대 및 부품성능 향상에 필요한 모든 기능을 제공하며 경량화 및 냉각효율 극대화를 기반으로 제품의 성능을 높여준다.

강민정 2017-07-05

igus, 크레인 산업에 적용 가능한 케이블 가이드 시스템 'guidefast' 출시

▲ igus 가이드 패스트 : 전체 시스템의 설치가 매우 빠르며, 다양한 실내 크레인 적용이 가능하다. (출처: igus GmbH)실내 크레인의 수동 제어에 전원을 제공하는 시스템으로 조립이 쉽고 설치 공간이 적어 공간 활용도 높아 에너지 체인 시스템이란 독일의 글로벌 기업 igus가 생산하는 체인과 케이블을 결합한 에너지 전달 솔루션으로 일반 기계 산업뿐만 아니라 실내 크레인, 항만 크레인 분야에 있어서도 에너지 공급의 표준이 되고 있다. 가장 큰 장점은 기존 트레일링 케이블 시스템과 비교해 케이블이 e체인 내부에서 안전하게 보호되므로 안정된 가이드를 보장받을 수 있다는 점이다. 해당 기능을 실내 크레인의 수동 제어에 동일하게 적용해 제어 케이블이 안전하게 신호를 전송할 수 있도록 한 것이 바로 새로운 가이드 패스트 시스템이다. 가이드 트러프는 높은 인장 하중에도 이동단 암은 물론 에너지 체인과 케이블을 안정적으로 가이드 할 수 있다. 크레인뿐만 아니라 트롤리(리프팅 기어)에서도 'guidefast' 가이드 트러프는 용접 작업 없이 쉽게 설치가 가능하다. 크레인 거더 측면에 트러프를 바로 고정한 후, 볼트로 지지대에 연결해주면 추가로 설치 시간을 줄여줄 뿐만 아니라 공간 절약 효과 또한 탁월하다. 한편, 윤활과 유지 보수가 필요 없는 xiros 폴리머 볼 베어링이 적용돼 이동단 암을 전체 크레인 거더에 따라 쉽게 움직이고 위치시킬 수 있는 것도 큰 장점이다. 해당 작동은 리프팅 기어의 위치에 관계없이 이루어진다. 모든 움직임을 위한 딱맞는 케이블 선정'guidefast' 트러프 시스템은 크레인 제조업체와 별개로, 실내외 어디서든 모든 크레인 구성 또는 조작 장치와 함께 사용할 수 있다. 또한 1,244종의 고운동성 케이블 chianflex도 체인 내 적합한 케이블 선정을 위해 igus가 제공하는 브랜드 중 하나다. 체인 내 구동을 위해 특별히 설계된 chainflex 케이블은 적용 환경에 따라 적절한 케이블 사양을 선정할 수 있는데, 여기에는 무할로겐 TPE 외피의 최고 사양부터 -35°C까지의 극저온이나 긴 이동거리 적용과 같은 다양한 사양이 있다. igus는 모든 케이블에 36개월 사용 수명을 보증하는 워런티 프로그램(igus.kr/chainflex-guarantee)을 실시하고 있으며, 이는 igus 자체 테스트 연구소에서 진행되는 실제 환경 조건 하의 지속적인 테스트를 기반으로 하고 있다. 더불어 관련 데이터베이스로 특정 온도와 굽힘 반경 하에서의 사용 수명을 안정적으로 예측할 수 있는 온라인 툴을 홈페이지(chainflex.kr)를 통해 제공하고 있다.

강민정 2017-06-15

화학원료 생산 촉매 수명, 3배 이상 연장 가능해져

한국화학연구원, 화학반응에서 탄소생성을 억제하는 촉매 원천기술 개발국제 학술지 켐켓켐(ChemCatChem) 온라인판 back cover 표지 논문으로 선정 한국화학연구원(원장 이규호)은 석유/정유 산업에서 화학원료나 디젤, 가솔린을 생산하는 데 주로 사용되는 제올라이트 촉매의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있는 원천기술을 개발했다고 밝혔다. 화학(연) 탄소자원화연구소 C1가스전환연구그룹 곽근재 박사팀은 촉매가 비활성화 되는 주요 인자인 탄소 생성을 근본적으로 차단해 촉매의 수명을 효과적으로 연장시키는 기술을 개발했고, 이 연구결과가 촉매화학 분야의 세계적인 학술지‘켐켓켐(ChemCatChem)*’5월 10일 표지논문에 실렸다.* 켐켓켐 (ChemCatChem) : 유럽에서 발간하는 촉매 관련 화학분야에서 권위 있는 저널로 화학·생물·나노 촉매를 주로 다루며, 격주에 한 번 출간됨. 대부분의 화학공정에서는 반응의 속도를 높여주기 위해 촉매를 사용한다. 하지만 촉매를 장기간 사용할 시 탄소가 발생하여 촉매의 활성점이나 기공을 막게 되어 촉매의 기능을 떨어뜨린다. 촉매의 수명이 짧을 경우, 촉매를 재생시키거나 교체하기 위한 추가적인 비용이 발생할 수 있어 이는 촉매를 사용한 화학 산업에서 극복해야할 중요한 이슈 중에 하나로 평가되고 있다. 화학(연) 김성탁 박사와 곽근재 박사는 기초화학물질(메탄올, 탄화수소 등)로부터 플라스틱 원료인 방향족 화합물*을 생산하는 데 쓰이는 제올라이트** 촉매에 가돌리늄 (Gd)***를 코팅하는 방법으로 탄소 생성을 억제하여, 촉매의 수명이 기존 상용 촉매에 비해 일정 반응시간 이후 3배 이상 더 높게 활성상태가 유지되는 원천촉매기술을 개발하였다.* 방향족 화합물 : 고리모양의 불포화탄화수소인 벤젠을 기본구조로 갖는 탄화수소화합물로 화학용매나 화학제품원료 (특히, 자일렌은 PET 플라스틱 원료)로 주로 사용됨 ** 제올라이트 : 다공성의 결정질 알루미늄 규산염광물의 일종으로 산성용액처럼 표면에 이동할 수 있는 수소이온이 있어서 고체산으로 불리며, 이 수소이온을 통해 탄화수소를 자르거나 (크래킹), 탄화수소 모양을 변형해 (리포밍) 부가가치가 높은 화학원료를 만들 수 있어 석유/정유화학에서 많이 사용됨 *** 가돌리늄 (Gd) : 희토류 원소 중 하나로, 주로 산화를 막는 특수합금을 만들 때 소량으로 첨가되거나 고유 자기장 특성으로 MRI에 사용되고, 그 화합물은 녹색형광을 띠고 있어 발광소자의 녹색부분에 이용됨 기존의 제올라이트 촉매는 24시간 내로 초기촉매활성의 30% 이하로 떨어지는 단점이 있다. 그런데 이번에 개발된 촉매는 24시간 이후에도 초기촉매활성의 80% 이상을 유지한다. 논문의 1저자인 김성탁 박사는“희토류 금속인 가돌리늄을 제올라이트 표면에 코팅하게 되면 나노두께의 필름을 형성하고, 이 필름이 표면의 물리화학적 특성을 변화시켜 촉매 표면에 탄소생성을 저해하며 촉매의 수명이 연장되는 결과를 보인다”고 말했다. 이번 기술은 현재 석유·정유산업에서 활용되고 있는 대부분의 제올라이트 계열 촉매에 적용이 가능하며, 가돌리늄이 희토류 금속이지만 가격이 저렴하고 ($55/kg, ’16년 12월 기준), 미량만 첨가해도 촉매기능을 하기 때문에 산업 현장에 적용하는 데에도 무리가 없을 것으로 보인다. 한국의 석유·정유업계는 세계적 수준의 기술력을 가지고 있는데 반해, 공정에 사용되는 대부분의 촉매를 수입에 의존하고 있는 실정이다. 이번에 독자적으로 개발된 촉매 수명 증대기술은 국내 화학촉매의 상용화단계를 앞당겨 줄 것으로 기대된다. 본 기술은 상업용 촉매에 쉽게 소량의 금속을 코팅함으로서 그 효과를 기대할 수 있을 뿐만 아니라, 현재 정부 주도로 연구개발 수행 중인 미활용탄소자원 활용기술, C1가스 전환기술* 내 요소기술로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.* C1가스 전환기술 : C1가스는 탄소가 1개인 메탄과 일산화탄소를 지칭하며, 이를 원료로 화학·생물 촉매를 이용하여 고부가가치 화합물을 제조하는 기술 < 문의 >☎ 042-860-7345, 010-9737-5354 한국화학연구원 탄소자원화연구소 김성탁 박사☎ 042-860-7383, 010-7168-7627 한국화학연구원 탄소자원화연구소 곽근재 그룹장☎ 042-860-7823, 010-5024-9764 한국화학연구원 과학확산팀 김대일 팀장

강민정 2017-06-02

KIST, 고방열 플라스틱 저비용·고속 제조공정 개발

팽창율이 큰 흑연의 방열특성이 향상되는 메커니즘 규명 한국과학기술연구소(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 다기능구조용복합소재연구센터 김성륜, 이헌수 박사팀과 전북대학교 유기소재파이버공학과 길명섭 교수는 자체 개발한 유도 결합형 플라즈마*를 이용해 결함발생이나 표면특성 변화 없이 흑연의 팽창구조를 제어하여 우수한 고방열 복합소재를 제조하는 기술을 개발했다고 밝혔다.* 유도 결합형 플라즈마 : 고주파 코일의 축을 따라 혼합물을 흘려 전자적으로 플라즈마 상태를 생성시킨 광원열전도 특성이 우수하다고 알려진 탄소소재 중 저렴한 가격과 복합소재 방열특성을 효율적으로 향상시킨다고 알려진 팽창흑연은 최근 경량 고방열 플라스틱 제조를 위해 첨가하는 열전도성 충전재(filler)로써 재 주목받고 있다. 팽창흑연은 일반적으로 연필심의 원료인 흑연을 산처리(acidification) 후 고온 열처리하여 제조하는데, 흑연 시트가 층간 간격을 두고 적층된 독특한 형태로 나타난다. 이러한 구조는 고분자 복합소재의 열전도도를 효율적으로 향상시킨다. KIST 김성륜 박사팀은 이러한 팽창흑연을 자체 개발한 유도 결합형 플라즈마를 이용하여 결함 및 표면특성 변화를 최소화하면서도 팽창정도를 제어하고 고속으로 제조할 수 있는 기술 개발에 성공했다. 연구진은 유도 결합형 플라즈마의 처리온도를 높일수록 팽창흑연의 팽창율이 증가하였고, 가장 크게 팽창된 흑연을 혼입한 고방열 플라스틱의 열전도도는 사용된 플라스틱의 열전도도에 비해 최대 약 58배, 팽창되지 않은 흑연을 혼입한 플라스틱의 열전도도에 비해 최대 약 5.7배 향상되는 것을 밝혔다. 본 연구진이 직접 설계 및 제작한 유도 결합형 플라즈마는 결함발생이나 표면특성 변화를 최소화하면서도 시스템의 가스온도를 제어함으로써 흑연의 팽창구조를 자유롭게 제어할 수 있다. 기존 열처리 공정에 비해 팽창처리 시간을 상당히 단축하여, 향후 고속화 및 자동화된 연속공정으로의 개발이 가능할 것으로 보인다. 고방열 소재(TIM) 세계 시장규모는 2025년 8조 6,680억 원으로 예측되며, 앞으로 경량 자동차 방열부품 및 전자재료(모바일, IT, LED분야 등) 등으로 확대 적용될 것으로 기대된다.KIST 김성륜 박사는 “최근 고방열 플라스틱의 열전도성 필러**로 탄소소재에 대한 관심이 높아지고 있다. 이번 성과를 활용하면 가격이 저렴하고 고품질의 고방열 플라스틱 제조할 수 있을 것”이며, “학술적으로도 최근 이슈가 되고 있는 소재에 일어나는 열전도특성의 이상적인 변화(thermal percolation) 거동의 발견과 원인규명에 중요한 연구가 될 것”이라고 말했다. ** 고방열 플라스틱 열전도성 필러 : 플라스틱의 열전도도를 향상시키기 위해서는 열전도도가 우수한 금속 혹은 세라믹을 혼합하는 방법을 사용하는데, 열전도도가 향상된 플라스틱을 고방열 플라스틱 및 이를 위해 혼입된 소재를 열전도성 필러라고 한다.본 연구결과는 미래창조과학부 지원으로 KIST기관고유사업과 중소기업청 융복합기술개발과제로 수행되었으며, 탄소소재분야의 세계적 권위의 국제학술지인 ‘Carbon’(IF : 6.198)에 한국시간으로 4월 14일(금)자에 온라인 게재되었다. * [논문명] : Volume control of expanded graphite based on inductively coupled plasma and enhanced thermal conductivity of epoxy composite by formation of the filler network▲ 한국과학기술연구원 복합소재기술연구소 김성륜 박사(좌) 전북대학교 유기소재파이버공학과 길명섭 교수(우)

강민정 2017-05-31