친환경 수계 폴리이미드 소재
한국화학연구원 화학소재연구본부 고기능고분자연구센터 원종찬, 김윤호 박사
5G 이동통신과 사물인터넷 시대의 도래로 다기능 소형화 고집적 소재가 요구됨에 따라 전기 전자용 고내열 소재로써 폴리이미드 고분자가 주목받고 있습니다. 점차 금속을 대체할 수 있는 폴리이미드를 이용한 고내열 및 고강도 성형폼에 대한 요구도 지속적으로 증가하는 추세로 다양한 곳에서 폴리이미드 소재에 대한 친환경 기술이 개발되고 있습니다.
먼저 기존 수용화 기술에서는 유기용매에서 합성한 폴리이미드 유기염기와 혼합하여 물에 안정적으로 녹이는 기술을개발했는데요, 이후 일본의 우베사에서는 수용성 폴리이미드 전고체를 물에서 중각할 수 있는 기술을발표했습니다. 이는 방향적 단양체를 유기총 메운 앞에 폴리이미드 전구체를 개발한 것으로 폴리이미드 전구체에 0.7배몰 당량 이상의 이미다졸계 촉매를 사용하여 수용액을 제조했습니다.
한국화학연구원에서는 물 기반의 반응성을 확인한 뒤 일본 선진사회기술을 침해하지 않으며 친환경적으로 공정을 진행해 수계 폴리이미드를 종합할 수 있는 기술을 개발했습니다. 해당소재는 먼저 수계기반의 친환경 공정을 통해 고내열 폴리이미드 합성이 이뤄졌는데요, 유기촉매를 새롭게 개발하고 반응 매커니즘을 규명함으로써 대량합성에 성공하였으며, 다양한 물성평가를 통해 우수한 물성의 필름과 코팅제를 제조했습니다.
다음으로 합성된 수계 폴리이미드를 이용하여 대면적 코팅 및 표면처리와 이종소재복합화 3차원 나노구조화 등이 가능했습니다. 따라서 한국화학연구원에서 개발한 수계 폴리이미드의 경우 물을 기반으로 한 친환경 공정 및 저온 이미드화가 가능하며 수분에 대한 안정성 등이 높습니다.
이렇게 완성된 소재는 고내열 고분자 IoT 소자의 응용이가능해져 저전압 구동용 유연전자소자나 에너지 소자용 고내열 바인더 IoT 내장 소장용 커패시터 등에 활용됩니다. 고용량 리튬 배터리용 바인더 및 분리막 소재에도 폴리이미드를 적용하면 배터리 안정성 문제를 해결할 수있으며 더 나아가서 고내열 및 고강도를 가지며 높은 광투과성을 가지는 투명폴리미드의 경우 고부가가치 소재로서 차세대 광전자 장치에 적용될 수 있습니다. 특히 폴더블 전자기기에 디스플레이 보호필름이나 투명 디스플레이용 기판으로 사용가능하며 태양전지나 연성인쇄회로 기판 등에도 활용할 수 있습니다. 한국학연구원에서는 이번에 개발한 신공정 기반의 친환경 속에 폴리이미드소재를 다양한 분야에 적용함으로써보다 나은 기술과 환경을 만드는데 기여하겠습니다.