초록 ▼

1. 최종목표
리튬폴리머전지 외장재(Al Pouch or Al Lamination Film)에 있어서 Al Foil과 CPP 필름층사이의 접착강도 향상 및 Sealing 특성을 강화하고, 내전해액 및 Forming 특성이 우수한 수분산성 PP 접착제를 개발하는데 있으며, 이 수분산성 PP 접착제는 폴리올레핀수지에 극성기로써 유기산기를 도입하고 이를 중화하여 수분산성 폴리올레핀수지를 제공함과 동시에 접착강도, 내열성, 내화학특성 등이 강화된 Al Pouch용 PP 수분산체를 개발하는데 있다.

2. 개발내용 및 결과<

1. 최종목표
리튬폴리머전지 외장재(Al Pouch or Al Lamination Film)에 있어서 Al Foil과 CPP 필름층사이의 접착강도 향상 및 Sealing 특성을 강화하고, 내전해액 및 Forming 특성이 우수한 수분산성 PP 접착제를 개발하는데 있으며, 이 수분산성 PP 접착제는 폴리올레핀수지에 극성기로써 유기산기를 도입하고 이를 중화하여 수분산성 폴리올레핀수지를 제공함과 동시에 접착강도, 내열성, 내화학특성 등이 강화된 Al Pouch용 PP 수분산체를 개발하는데 있다.

2. 개발내용 및 결과
2-1. 개발내용
I. 산변성 폴리올레핀계 수지 제조
폴리올레핀 수지는 분자 사슬에 극성기를 포함하지 않기 때문에 코팅 및 접착이 곤란하다는 문제점이 있다. 이를 보완하기 위해 극성기를 갖는 라디칼 반응성단량체를 폴리올레핀 수지에 그라프트 반응시켜 산변성 폴리올레핀수지를 제공하는데, 최근 액상 분산체의 경우 환경친화적 소재, 작업 환경개선 및 용제회수문제 등으로 수분산체의 수요가 확대되고 있는 추세이다. 이러한 특성들을 고려하여 폴리올레핀 수지로 폴리프로필렌 호모폴리머나 공중합체를 톨루엔용매를 투입하여 질소분위기하에서 가열용해시킨 후 110℃ 이상의 온도에서 무수말레인산과 디큐밀퍼옥사이드 라디칼 발생제를 투입하여 폴리프로필렌 고분자 사슬에서 극성기인 불포화 카르복실산을 결합시켜 변성 폴리올레핀 수지를 만들고 이를 아세톤으로 수회 세정하고 미반응물을 제거한 후 감압건조기에서 산변성 폴리올레핀계 수지를 제조한다. 이에 대한 특성평가로 FT-IR, DSC 등을 이용하여 정량·정성분석 실시한다.

II. 접착제용 폴리올레핀계 수지 수분산체의 제조
변성 폴리올레핀계 수지를 수분산화하기 위해 고압반응기에 산변성 폴리을레핀계 수지와 가용매, 중화제인 트리에틸아민과 물을 주입하고, 고온고압하에서 일정시간동안 반응시켜 수성분산체를 제조한다. 이를 공랭시킨 후 300메쉬이상의 스테인레스 필터로 가압여과하여 유백황색의 균일한 폴리올레핀수지 수분산체를 얻는다. 이에 대한 특성평가로서 비중, pH, 점도, 고형분 함량 둥을 평가한다.

III. Al Pouch의 제조 및 성능평가
1) 주관기관에서 제조한 접착제를 적용한 Al Pouch 제조
외층과 내층을 결합시킬 PP 접착제(주관기관 개발 접착제)를 Al foil에 도포하여 내층 film를 가열/압연하여 부착함.
- 도포 및 접합 공정

2) Al Pouch 성능평가
① 내전해액 시험
② Heat Sealing Strength
③ Tensile strength
④ Forming Property

2-2. 개발결과
본 연구에서는 기계적인 물성과 내화학성이 우수한 폴리올레핀계 수지를 라디칼중합방법을 이용하여 산변성 수지를 제조하고 이를 다시 고압반응기내에서 염기성 화합물을 이용하여 수분산화하여 최종적으로 유기용제나 계면활성제를 사용하지 않아 친환경적이면서도 우수한 물성을 가지는 폴리올레핀계 수분산체를 제조하였으며, 전지용 Al pouch에 적용하여 안정적인 인장강도, 히트실바강도 등을 나타내는 것으로 성능을 확인하였다.

1. 무수말레인산(MAH)을 이용하여 제조한 산변성 폴리올레핀계 수지를 FT-IR 분석을 통하여 카르보닐기의 특성흡수피크인 1785 cm^-1 과 1710 cm^-1 로 폴리올레핀계 수지에 산변성된 그라프트 중합관능기를 확인하였으며, 이를 활용하여 MAH 그라프트 함량을 계산식으로 구하여 4.2 ~ 4.6 %의 그라프트율 구할 수 있었다.

2. 산변성 폴리올레핀계 수지의 열적 특성으로 MAH 함량이 증가함에 따라 Tm 값은 감소하였으며, 20 phr 이상에는 큰 변화를 나타내지 않았다. 또한 라디칼 중합과정에서 Tm 값이 129℃ 에서 121℃ 으로 감소하는 경향을 나타내었다.

3. 염기성 화합물을 사용하여 산변성 폴리올레핀계 수분산체는 제조하였으며, 염기성 화합물에서는 트리에틸아민의 농도가 증가함에 따라 수분산성이 감소하는 경향을 나타내었으며, 유기용매의 테트하이드로퓨란의 농도는 10 %이상의 농도에서 안정적인 수분산성을 나타내었다. 이와 더불어 불포화 카르복실산의 농도가 10~45% 범위인 산변성 폴리올레핀계 수지에서 농도가 증가함에 따라 수분산성이 증가하였다.

4. 제조한 폴리을레핀계 수분산체는 pH value로 pH value는 8.94 ~ 9.56 범위에서 분포하였으며, 비중은 0.978 ~ 0.987 범위에서 나타내었다. 또한, 점도는 샘플에 따라 5.8 ~ 8.0 cps 범위의 값을 나타내었고 18.2 ~ 21%의 고형분 함량을 나타내었다.

5. 수분산 폴리올레핀 접착제를 이용하여 열라미네이션법으로 제작한 Al pouch의 인장강도를 측정한 결과, 12.2와 10.0 kgf/15mm값을 나타내었으며, Al pouch의 내 전해액 시험을 실시결과로서 1.2 kgf/15mm값을 나타내어 기준치 이상의 결과를 얻었다. 또한 AI pouch의 Forming test 시험결과, 제조된 시편의 네 모서리 모두 Forming 깊이는 정량적 목표인 6.0mm이상을 나타내어 찢어짐이나 파단면을 검사한 결과 아무 이상이 없었다.

6. 제조된 시편을 이용하여 Al pouch의 접착강도 시험결과, 수분산 폴리올레핀 접착제로 제조한 Al pouch는 1.3 kgf/15mm값을 나타내었으며, Al pouch의 실링바 강도시험 결과로 정량적 목표인 3.0 kgf/15mm를 2배이상 상회하는 8.9와 7.3 kgf/15mm값을 나타내어 Al pouch에서 요구하는 기계적 물성 및 수행성능평가를 모두 만족하였으며, 우수한 경쟁력을 가진 Al pouch용 폴리올레핀계 수분산체 접착제를 제공할 수 있었다.

3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
3-1. 기술적 효과
가. 향상된 성능을 가진 Al pouch용 수분산 폴리올레핀수지 접착제의 제조
- 산변성 폴리올레핀 수지 제조기술에서의 성능향상 방안제시
- 수분산성 폴리올레핀 제조기술에서의 최적화 공정설계
- 성능최적화된 폴리올레핀 접착제를 이용한 Al pouch의 제조
- 기초물성 및 성능평가에 모든 조건을 만족할 만한 접착제 제조기술 제시

나. 단계적 기술개발 완성 및 양산체제 구축을 위한 실증화 추진
- 제조기술 공정별 최종 기술 보완 및 실시기술완성
- 제조기술 단계별 생산 공정 기술확립
- 공정별 생산 매뉴얼 제시 및 체계화
- 시제품 제작 및 최종 성능평가 실시
- 제조기술공정에 따른 실증화 사업 완성

3-2. 경제적 효과

4. 적용분야
- 일반 산업용 Al 포장재 분야
- 자동차용, 산업용 프라이머
- 수지용 개질제
- 전지 외장재용 접착제수지
- IT분야에 적용가능한 첨단소재 분야
- 도료, 잉크페인트 등

(출처 : 생산기술사업화 지원사업 최종보고서 초록 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 생산기술사업화 지원사업 최종보고서 ... 2
• 제출문 ... 3
• 최종보고서 초록 ... 4
• 목차 ... 8
• 제 1 장 서 론 ... 11
• 제 1 절 개발기술의 개요 및 중요성 ... 11
• 1. 개발기술의 개요 ... 11
• 2. 개발기술의 중요성(필요성) ... 12
• 제 2 절 개발기술의 연구개발동향 ... 17
• 1. 국내·외 관련기술의 현황 ... 17
• 제 3 절 시장현황 ... 19
• 제 4 절 개발기술의 개발목표 및 평가방법 ... 22
• 1. 개발기술의 평가방법 및 평가항목 ... 23
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 24
• 제 1 절 산변성 폴리올레핀 수지 제조 ... 25
• 1. 시 약 ... 25
• 2. 합 성 ... 25
• 3. 산변성 폴리올레핀 수지의 특성실험 ... 27
• 제 2 절 접착제용 폴리올레핀 수지 수분산체의 제조 ... 29
• 1. 시 약 ... 29
• 2. 폴리올레핀계 수지 수분산체의 제조 ... 29
• 3. 폴리올레핀계 수지 수분산체의 특성실험 ... 30
• 제 3 절 Al Pouch의 제조 및 성능평가 ... 34
• 1. 알루미늄 파우치 (Al Pouch)의 제조 ... 35
• 2. 알루미늄 파우치 (Al Pouch) 의 성능평가 ... 37
• 제 3 장 결 과 ... 43
• 제 1 절 산변성 폴리올레핀 수지의 합성 및 특성 ... 43
• 1. 산변성 폴리올레핀계 수지의 합성 ... 43
• 2. 산변성 폴리올레핀계 수지의 특성 ... 47
• 제 2 절 폴리올레핀계 수분산체의 제조 및 그 물리적 특성 ... 53
• 1. 폴리올레핀계 수분산체의 제조 ... 53
• 2. 폴리올레핀계 수분산체의 물리적 특성 ... 54
• 제 3 절 Al Pouch의 제조 및 성능평가 ... 56
• 1. 알루미늄 파우치 (Al Pouch)의 시험결과 ... 57
• 2. Al pouch의 내전해액 시험(Sealant De-Lamination Strength)결과 ... 58
• 3. Al pouch의 Forming test 시험결과 ... 60
• 4. Al pouch의 실링바 강도시험(Heat Seal Strength) 결과 ... 65
• 5. Al pouch의 접착강도 시험결과 ... 67
• 제 4 장 결 론 ... 68
• 제 5 장 기대효과 및 향후 추진 계획 ... 70
• 제 1 절 기대효과 ... 70
• 제 2 절 향후 추진 계획 ... 72
• 끝페이지 ... 74