화학연구원, 세계 최초 물을 사용한 제조방식 개발
합성재료 원가 10%로 낮추고 에너지도 30% 절감

한국화학연구원 원종찬·김윤호·박종민 박사팀이 세계 최초로 독성물질 대신 물을 용매로 사용해 만든 폴리이미드 용액. 화학연구원 제공

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[파이낸셜뉴스] 한국화학연구원 원종찬·김윤호·박종민 박사팀은 세계 최초로 독성물질 대신 물을 용매로 사용해 반도체와 디스플레이 등에 쓰이는 폴리이미드를 만들어냈다고 15일 밝혔다.

이는 기존의 독성 유기용매로 만드는 방식을 대체해 고성능 폴리이미드를 친환경적으로 합성할 수 있는 길을 연 것이다. 이를 통해 합성재료 원가를 10% 이하로 낮추고 에너지소비도 30% 이상 절감할 수 있다.

폴리이미드는 우수한 내열성, 기계적 강도, 화학적 안정성을 지닌 고분자 소재로, 디스플레이, 반도체, 항공우주 등 첨단 산업에서 폭넓게 쓰인다. 특히 반도체 및 전자기기 수요 증가로 전 세계 폴리이미드 시장은 연평균 7% 이상 성장하고 있다.

하지만 폴리이미드를 만들때 여러 독성물질을 사용해 공업용수를 정화하는데 많은 비용이 들어간다. 또 제조공정 온도가 350도 이상으로 높아 에너지 소비가 크고 생산 단가가 높다.

연구진은 이점에 착안해 독성물질 대신 물로 제작하는 방식을 개발했다. 이 방식은 기존 대비 공정 온도를 250도 이하로 낮추면서, 기존 독성물질을 사용해 만든 폴리이미드 제품과 동일한 수준의 성능으로 만들 수 있었다.

한국화학연구원 연구진이 물을 용매로 만든 폴리이미드 용액을 대면적 필름으로 만드는 실험을 진행하고 있다. 화학연구원 제공

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연구진은 "물을 사용해 합성 재료의 원가를 10% 이하로 대폭 절감할 수 있으며, 독성 물질 처리를 위한 고비용 증류 회수시설이 필요 없다"고 설명했다.

또한, 기존 독성물질을 사용하는 공정에서는 350도 이상의 고온이 필요하지만, 이 기술은 공정 온도를 100도 이상 낮춘 250도의 저온 공정이 가능해 에너지 소비를 전기 용량 기준으로 30% 이상 절감할 수 있다.

연구진은 이 기술을 활용한 배터리 음극 바인더 및 절연소재로 두 차례 기술 이전을 체결했다. 연구진은 "배터리 바인더, 절연 코팅, 3D 프린팅 소재 등 다양한 응용 연구를 통해 고부가가치 산업으로 확장해 나갈 계획"이라고 말했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 기술을 '에이씨에스 서스테이너블 케미스트리 & 엔지니어링(ACS Sustainable Chemistry & Engineering)'과 '케미칼 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 발표했다.
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monarch@fnnews.com 김만기 기자

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