보도자료
배포일	2021년 7월 0028일(화수)			엠바고	온라인 : 2021년 7월 0028일(O수) 0012:00 지 면 : 2021년 7월 0029일(O목) 00:00조간
문 의	연구부서	화학소재연구본부 김용석 센터장(042-860-7304, 010-4262-9511) 화학소재연구본부 박성민 선임연구원(042-860-7331, 010-5427-2741)
	홍보부서	과학확산실 양경욱 실장(042-860-7998, 010-5564-1700) 과학확산실 김도균 선임행정원(042-860-7826, 010-2594-5342)

한국화학연구원, 이산화탄소를 나프타로 직접 전환하는 고성능 촉매기술 개발투명하고, 잘 늘어나며, 내열 특성이 우수한 환형 올레핀계 고분자 수지 개발일본에서 100% 수입 중인 등 해외에서 전량 수입하고 있는 고내열 투명 플라스틱 소재 국산화 시동 - 부산물을 줄이며 효율을 향상시키는 촉매 합성법 발견물성제어가 가능한 고내열 고투명 환형올레핀 고분자 소재 개발 - 고분자 분야 권위지 『Macromolecules』 7월호 표지논문 게재

□ 2019년 7월, 일본의 대한민국 수출규제 발표 이후 2년이 지난 이 시점에 국내 연구진이 일본기업에서 독과점하고 있는 고내열 투명 고분자 핵심소재 개발에 성공했다.

◯ 한국화학연구원(원장 이미혜, 이하 ’화학연‘) 고기능고분자연구센터 김용석·박성민 박사 연구팀이 기존보다 늘어나는 성질이 2배 이상 향상된 환형올레핀 기반의 고내열 투명 고분자 소재를 개발 했다고 밝혔다.

◯ 환형올레핀 고분자 소재는 디스플레이, 5G 및 IoT 미래 정보전자 재료의 핵심소재 중 하나로, 산업적 중요성과 다양한 응용 확장 가능성을 가지고 있다. 하지만 대부분의 상용화된 환형올레핀계 고분자 소재는 엄격한 기술보안 하에 일본기업에 의해 개발되었고, 국내 수요는 일본 수입에 의존하고 있어, 자체적인 기술 개발이 절실한 상황이었다.

◯ 현재 환형올레핀계 고분자 글로벌 시장의 크기는 1조원 이상의 가치로 추정되며 연평균 3%의 성장률을 가진 유망한 고분자소재 분야이다. 또한 향후 정보전자 분야 뿐만 아니라 의료기기, 패키징 시장 등에서도 응용이 확대될 것으로 기대한다.

◯ 이번 기술 개발로 소재 분야 관련 국내 기업과의 적극적인 협업을 통해 국내 개발이 가속화될 것으로 전망된다.

□ 환형올레핀 고분자 소재는 노보넨 계열 단량체*로부터로 제조되는 고분자 플라스틱의 일종이다. 다른 고분자소재 대비 수분을 덜 흡수하고, 유전율**이 매우 낮아 디스플레이용 기판 및 5G 기판 등의 미래정보 전자 소재로도 활용이 가능하다는 장점이 있다. 또한 기계적 강도, 투명도와 내열성 등의 물성이 우수한 소재이다.

* ① 노보넨 계열 단량체 : 고리형 탄화수소 분자구조가 포함된 단량체 ② 단량체 : 중합체를 이루는 단위 구조 분자

** 유전율 : 절연체가 전자를 모아 전자 흐름을 방해하는 성질

◯ 하지만 필름화 공정이 어렵고 신축성이 부족한 점은 환형올레핀 고분자 소재의 응용확대를 위해 극복해야 하는 문제점이다. 특히, 휘거나 접을 수 있는 정보·전자재료로 활용하기 위해서는 연신율* 개선 기술이 필수적이다. 일본에서도 개발을 위해 공을 들이고 있는 핵심 기술이기도 하다.

* 연신율 : 단방향으로 잡아당길 때 부러지지 않고 늘어날 수 있는 비율

◯ 이에 연구팀은 노보넨 계열 단량체에 새로운 촉매시스템을 적용하여 성공적으로 환형올레핀 고분자 소재를 중합하였다.

◯ 환형올레핀 고분자에 포함된 단량체 함량에 따라 소재 가공온도에 영향을 주는 고분자 유리전이온도를 92℃ 부터 192℃ 까지 자유롭게 조절하였다. 또한 용매에 녹이거나 가열하는 공정을 통해 손쉽게 필름을 제조할 수 있었다.

◯ 또한 연신율을 ’4%~245%‘ 범위까지 제어하여, 기존 대비 최고 2배 이상 늘어나는 물성을 확보하여 쉽게 부러지는 종래의 노보넨계 환형올레핀 고분자 소재의 단점을 극복하였다. 이는 포항가속기 연구소의 광각 X-선 산란 (WAXS) 분석을 통해 연신율 증가를 구조적으로 규명하였다.

◯ 화학연 이미혜 원장은 “이번 성과가 환형올레핀 고분자 개발의 핵심기술을 확보하고 소재에 대한 원천적인 이해도를 높여, 일본 소재에 대한 의존을 줄이고 관련 소부장산업 경쟁력 향상을 가져올 수 있을 것으로 기대한다.”고 말했다.

◯ 이번 연구 성과는 고분자 분야의 권위 있는 학술지인 “매크로몰레큘즈 (Macromolecules)” 7월호에 표지논문으로 게재됐다.

◯ 이번 연구는 한국화학연구원 주요사업 지원으로 수행됐다.

연구 관련 이미지 및 사진

▲ 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.

▲ Macromolecules 7월 표지논문 이미지

연 구 결 과 문 답

이번 성과가 기존과 다른 점은? (기존 기술과 차이 비교)		- 환형올레핀 고분자 소재는 다른 고분자 소재와 비교시 수분을 잘 흡수하지 않고, 유전율이 낮으며 높은 기계적 강도, 투명도와 내열성을 갖는 우수한 물성의 소재이나, 관련 소재 기술과 시장이 일본기업에 의한 독과점이 형성 되어있음 - 우수한 물성에도 불구 신축성이 낮아 쉽게 부러지는 단점과 필름화 공정이 어려운 단점이 존재함 - 본 연구에서는 새로운 촉매시스템 적용과 단량체 조절을 통해 소재를 성공적으로 중합하였고, 가열 및 용매를 이용한 가공의 용이성을 확보하였으며, 기존 대비 최고 2배 이상 늘어나는 물성을 확보함
어디에 쓸 수 있나? (활용 분야 및 제품)		- IoT 유연 정보전자소재 - 광학소재 - 헬스케어 의료기기 및 패키징 소재
실용화를 위한 과제는?		- 물성개선과 기능성 부여를 위한 새로운 단량체 개발 - 실용화를 위한 높은 효율의 촉매와 중합 시스템 및 가공기술 등의 집중적인 개발과 투자 및 관련 기업의 참여가 필요
실용화 가능 시기는?		- 국내연구는 아직 초기 단계로, 본 연구성과를 기반으로 소재 분야 국내 기업과의 협업을 통해 국내기술개발을 가속화 할 수 있을 것으로 전망
산업적, 경제적 파급효과는?		- 일본기업이 독과점을 형성하고 있는 환형올레핀고분자의 글로벌 시장은 1조원 이상의 가치로 추정되며 연평균 3% 이상 성장률을 가져 2025년 시장규모 1조 2천억원에 이를 것으로 예상 됨 - 국내소재 개발을 통해 일본기업의 독과점을 해소하여 형성되어 있는 대규모 시장에 침투할 수 있을 것으로 기대 됨 - 물성의 개선은 정보전자분야, 의료기기, 패키징 시장 등으로의 응용확대를 가져오고 이를 통해 소재시장과 더불어 응용시장으로의 확산을 기대할 수 있음

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배포일	2021년 7월 0028일(화수)			엠바고	온라인 : 2021년 7월 0028일(O수) 0012:00 지 면 : 2021년 7월 0029일(O목) 00:00조간
문 의	연구부서	화학소재연구본부 김용석 센터장(042-860-7304, 010-4262-9511) 화학소재연구본부 박성민 선임연구원(042-860-7331, 010-5427-2741)
	홍보부서	과학확산실 양경욱 실장(042-860-7998, 010-5564-1700) 과학확산실 김도균 선임행정원(042-860-7826, 010-2594-5342)

한국화학연구원, 이산화탄소를 나프타로 직접 전환하는 고성능 촉매기술 개발투명하고, 잘 늘어나며, 내열 특성이 우수한 환형 올레핀계 고분자 수지 개발일본에서 100% 수입 중인 등 해외에서 전량 수입하고 있는 고내열 투명 플라스틱 소재 국산화 시동 - 부산물을 줄이며 효율을 향상시키는 촉매 합성법 발견물성제어가 가능한 고내열 고투명 환형올레핀 고분자 소재 개발 - 고분자 분야 권위지 『Macromolecules』 7월호 표지논문 게재

□ 2019년 7월, 일본의 대한민국 수출규제 발표 이후 2년이 지난 이 시점에 국내 연구진이 일본기업에서 독과점하고 있는 고내열 투명 고분자 핵심소재 개발에 성공했다.

◯ 한국화학연구원(원장 이미혜, 이하 ’화학연‘) 고기능고분자연구센터 김용석·박성민 박사 연구팀이 기존보다 늘어나는 성질이 2배 이상 향상된 환형올레핀 기반의 고내열 투명 고분자 소재를 개발 했다고 밝혔다.

◯ 환형올레핀 고분자 소재는 디스플레이, 5G 및 IoT 미래 정보전자 재료의 핵심소재 중 하나로, 산업적 중요성과 다양한 응용 확장 가능성을 가지고 있다. 하지만 대부분의 상용화된 환형올레핀계 고분자 소재는 엄격한 기술보안 하에 일본기업에 의해 개발되었고, 국내 수요는 일본 수입에 의존하고 있어, 자체적인 기술 개발이 절실한 상황이었다.

◯ 현재 환형올레핀계 고분자 글로벌 시장의 크기는 1조원 이상의 가치로 추정되며 연평균 3%의 성장률을 가진 유망한 고분자소재 분야이다. 또한 향후 정보전자 분야 뿐만 아니라 의료기기, 패키징 시장 등에서도 응용이 확대될 것으로 기대한다.

◯ 이번 기술 개발로 소재 분야 관련 국내 기업과의 적극적인 협업을 통해 국내 개발이 가속화될 것으로 전망된다.

□ 환형올레핀 고분자 소재는 노보넨 계열 단량체*로부터로 제조되는 고분자 플라스틱의 일종이다. 다른 고분자소재 대비 수분을 덜 흡수하고, 유전율**이 매우 낮아 디스플레이용 기판 및 5G 기판 등의 미래정보 전자 소재로도 활용이 가능하다는 장점이 있다. 또한 기계적 강도, 투명도와 내열성 등의 물성이 우수한 소재이다.

* ① 노보넨 계열 단량체 : 고리형 탄화수소 분자구조가 포함된 단량체 ② 단량체 : 중합체를 이루는 단위 구조 분자

** 유전율 : 절연체가 전자를 모아 전자 흐름을 방해하는 성질

◯ 하지만 필름화 공정이 어렵고 신축성이 부족한 점은 환형올레핀 고분자 소재의 응용확대를 위해 극복해야 하는 문제점이다. 특히, 휘거나 접을 수 있는 정보·전자재료로 활용하기 위해서는 연신율* 개선 기술이 필수적이다. 일본에서도 개발을 위해 공을 들이고 있는 핵심 기술이기도 하다.

* 연신율 : 단방향으로 잡아당길 때 부러지지 않고 늘어날 수 있는 비율

◯ 이에 연구팀은 노보넨 계열 단량체에 새로운 촉매시스템을 적용하여 성공적으로 환형올레핀 고분자 소재를 중합하였다.

◯ 환형올레핀 고분자에 포함된 단량체 함량에 따라 소재 가공온도에 영향을 주는 고분자 유리전이온도를 92℃ 부터 192℃ 까지 자유롭게 조절하였다. 또한 용매에 녹이거나 가열하는 공정을 통해 손쉽게 필름을 제조할 수 있었다.

◯ 또한 연신율을 ’4%~245%‘ 범위까지 제어하여, 기존 대비 최고 2배 이상 늘어나는 물성을 확보하여 쉽게 부러지는 종래의 노보넨계 환형올레핀 고분자 소재의 단점을 극복하였다. 이는 포항가속기 연구소의 광각 X-선 산란 (WAXS) 분석을 통해 연신율 증가를 구조적으로 규명하였다.

◯ 화학연 이미혜 원장은 “이번 성과가 환형올레핀 고분자 개발의 핵심기술을 확보하고 소재에 대한 원천적인 이해도를 높여, 일본 소재에 대한 의존을 줄이고 관련 소부장산업 경쟁력 향상을 가져올 수 있을 것으로 기대한다.”고 말했다.

◯ 이번 연구 성과는 고분자 분야의 권위 있는 학술지인 “매크로몰레큘즈 (Macromolecules)” 7월호에 표지논문으로 게재됐다.

◯ 이번 연구는 한국화학연구원 주요사업 지원으로 수행됐다.

연구 관련 이미지 및 사진

▲ 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.

▲ Macromolecules 7월 표지논문 이미지

연 구 결 과 문 답

이번 성과가 기존과 다른 점은? (기존 기술과 차이 비교)		- 환형올레핀 고분자 소재는 다른 고분자 소재와 비교시 수분을 잘 흡수하지 않고, 유전율이 낮으며 높은 기계적 강도, 투명도와 내열성을 갖는 우수한 물성의 소재이나, 관련 소재 기술과 시장이 일본기업에 의한 독과점이 형성 되어있음 - 우수한 물성에도 불구 신축성이 낮아 쉽게 부러지는 단점과 필름화 공정이 어려운 단점이 존재함 - 본 연구에서는 새로운 촉매시스템 적용과 단량체 조절을 통해 소재를 성공적으로 중합하였고, 가열 및 용매를 이용한 가공의 용이성을 확보하였으며, 기존 대비 최고 2배 이상 늘어나는 물성을 확보함
어디에 쓸 수 있나? (활용 분야 및 제품)		- IoT 유연 정보전자소재 - 광학소재 - 헬스케어 의료기기 및 패키징 소재
실용화를 위한 과제는?		- 물성개선과 기능성 부여를 위한 새로운 단량체 개발 - 실용화를 위한 높은 효율의 촉매와 중합 시스템 및 가공기술 등의 집중적인 개발과 투자 및 관련 기업의 참여가 필요
실용화 가능 시기는?		- 국내연구는 아직 초기 단계로, 본 연구성과를 기반으로 소재 분야 국내 기업과의 협업을 통해 국내기술개발을 가속화 할 수 있을 것으로 전망
산업적, 경제적 파급효과는?		- 일본기업이 독과점을 형성하고 있는 환형올레핀고분자의 글로벌 시장은 1조원 이상의 가치로 추정되며 연평균 3% 이상 성장률을 가져 2025년 시장규모 1조 2천억원에 이를 것으로 예상 됨 - 국내소재 개발을 통해 일본기업의 독과점을 해소하여 형성되어 있는 대규모 시장에 침투할 수 있을 것으로 기대 됨 - 물성의 개선은 정보전자분야, 의료기기, 패키징 시장 등으로의 응용확대를 가져오고 이를 통해 소재시장과 더불어 응용시장으로의 확산을 기대할 수 있음