초록 ▼

본 연구개발은 기 수행되었던 방사선기술개발사업을 통해 확보한 방사선 그라프트 기술을 이용한 폴리올레핀 수지의 스티렌 단량체 그라프팅 및 술폰화 과정을 통한 관능기 변성기술을 이온교환섬유로 적용하기 위한 실용화 연구로, 최종 적용제품(이온교환섬유)에 사용 가능한 시제품 제작을 목적으로 함.

- 1세부 연구과제 -
그라프트율에 영향을 미치는 환경요소에 의해 동일 조건하에서도 변화하는 그라프트율을 온라인 GC를 도입하여 일정 스타이렌 함량을 나타낼 때 반응을 종결하였고, 재현성 있는 그라프트율을 나타내는 결과를 얻었음.

본 연구개발은 기 수행되었던 방사선기술개발사업을 통해 확보한 방사선 그라프트 기술을 이용한 폴리올레핀 수지의 스티렌 단량체 그라프팅 및 술폰화 과정을 통한 관능기 변성기술을 이온교환섬유로 적용하기 위한 실용화 연구로, 최종 적용제품(이온교환섬유)에 사용 가능한 시제품 제작을 목적으로 함.

- 1세부 연구과제 -
그라프트율에 영향을 미치는 환경요소에 의해 동일 조건하에서도 변화하는 그라프트율을 온라인 GC를 도입하여 일정 스타이렌 함량을 나타낼 때 반응을 종결하였고, 재현성 있는 그라프트율을 나타내는 결과를 얻었음. 이를 통해 그라프트율을 최적화 할 수 있는 기술을 개발하였음.
또한, 다양한 변수를 바탕으로 최적의 설포네이션 조건을 확립하였고, 설포네이션 반응 중 용액을 순환시키며 클로로황산을 적하시키며 반응하는 방법을 택함으로써 반응 용액에 사용되는 용매의 양을 약 30 % 감소시켜 경제적인 효과를 내는 기술을 개발하였음.
본 연구에 의해 0.65m × 200m의 크기, 이온교환 용량은 2.5 meq/g, 편차는 -1.2 ~ +0.8 %인 우수한 이온교환섬유가 제조되었다. 뿐만아니라 물의 경도 테스트 결과, 약 115 L 통수 될 때까지 경도가 0ppm을 유지하며,NH3를 통과시켜 흡착율테스트 결과, 50분까지 약 95 %이상의 효율을 나타내는 결과를 확인하였음.
본 연구를 통해 개발된 기술을 이용하여 이온교환섬유 생산을 상용화한다면, 기존 수입에 의존하고 있는 수처리 소재의 대체가 가능하며, 대기 및 수질 오염물을 제거하기 위한 화학공장, 반도체 공장, 환경 산업체, 축산업체 등에서 기체 및 액체에 대한 정화 및 정제, 흡착 등 다양한 용도로 활용 될 수 있을 것으로 기대됨.

- 2세부 연구과제 -
사업화를 위해 필수적인 선택된 부직포(폴리프로필렌 부직포)의 Roll-to-Roll 전자선 처리공정을 개발하고 부직포에 대한 신뢰성(라디칼 수명 관리, 조사선량 균질화등)을 높이기 위한 기술을 지원함과 동시에 폴리프로필렌 부직포에 일정량(스티렌 그라프팅율 : 80% 이상)의 단량체를 도입할 수 있는 최적의 반응조건을 기업체에 전달함.

( 출처 : 보고서 요약서 3p )

Abstract ▼

Purpose
The manufacturing technology of ion exchange fiber using a radiation technology of Korea Atomic Research Institute, and the patent technologies of Siontech co., ltd that including graft polymerization and inducing of functional group will be used together to develop for the commercializat

Purpose
The manufacturing technology of ion exchange fiber using a radiation technology of Korea Atomic Research Institute, and the patent technologies of Siontech co., ltd that including graft polymerization and inducing of functional group will be used together to develop for the commercialization technology of low cost ion exchange fiber.
- Ion exchange fiber roll: 0.65 Ⅹ 200 m
- Percentage of grafting: 100 % or higher
- Ion exchange capacity: > 2.5 meq/gr
- Homogeneity of functional groups: < ± 5.0 %
- Total production: 300 ton/year
- Manufacturing cost: < ￦30,000 won/kg

Contents
- Siontech -
< Details of 1st year research >
○ To manufacture of ion exchange fiber in a roll form through development of optimized grafting technology.
- Optimization for grafting reaction conditions in a roll form (i.e. concentration, reaction temperature, reaction time and etc.)
- To develop optimization technology for physical and chemical properties followed by grafting.
- To develop wash and rinsing technology.
○ Development of maximization for the insertion process of functional group.
- Development of optimized sulfonation technology for mass production.
- To develop wash and rinsing technology.

< Details of 2nd yea rresearch >
○ Development of scale-up technology for mass production of ion exchange fiber.
- Development for optimization of both grafting polymerization and insertion of functional group technology followed by scale-up process.
- Research and evaluation for homogeneity of ion exchange fiber in a roll form.
○ Manufacturing of prototype for market development and on-site evaluation of derived product.
- Manufacturing of prototype for promotion.
- Establish export plan and carry business for market expansion.
- Promotion and marketing plan (newspaper, broadcasting, exhibition, conference,approaching to associated company and etc.)

- Korea Atomic Research Institute -
The development of continuous electron beam irradiation process
- Roll-to-Roll electron beam irradiation processing study
- The evaluation about the radiation homogenation of electron beam irradiated non-woven fabric
- The study of radical stability on non-woven fabric after electron beam irradiation
- The optimizing study of electron beam process for 100% conversion of grafting with styrene as a monomer

The study of grafting optimization with polypropylene fabrics
- The grafting conditions for 100% conversion of styrene grafting (irradiation doses, solvent, reaction temperature, irradiation time, additive effects)
- The study of preventing homopolymerization

Expected Contribution
- Siontech -
○ The uses for many purposes including purification of air and water, refinement and adsorption are expected. (i.e. air and water contaminant removal chemical plant, semiconductor plant, environmental company, electronic industry, pharmaceutical related industries, food industry, livestock industry, nuclear power facilities, hospital, general building and house). Furthermore, we are expecting that ion exchange fiber can be applied in other fields such as recovery of high value material, catalysts and enzyme.
○ If ion exchange fiber can manufactured at affordable cost and technology, the entire productive technologies with these product will have competitiveness. Therefore, it is expected to increase the dominance of the market and also serve a greater economic impact through export.

- Korea Atomic Research Institute -
An ion exchange fiber is the processed fiber that make non-woven fiber possible to be condensed by ion exchange with acidic or alkalic elements. This ion exchange fibers can be recycled for oxidation, reduction reaction, and catalyst. The characteristics of fiber enable to be used as commercial available gas-scrubber, filtering, gas mask, the chemical clothing as well as purifying water.

Currently, a substantial portion of ion exchange fibers is import-dependent out of country.
Thus, if a commercialization come true through our research, ion exchange fibers which can be used for variety of industry would be offered by localization development. In addition, there must be a following consequence of import substitution effect.

( 출처 : SUMMARY 7p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문 요약문 ... 5
• SUMMARY ... 7
• CONTENT ... 9
• 목차 ... 12
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 15
• 제1절. 연구개발 필요성 ... 15
• 가. 연구개발의 개요 ... 15
• 나.연구개발대상 기술의 경제적·산업적 중요성 및 연구개발의 필요성 ... 17
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 20
• 제1절. 이온교환섬유의 구조 ... 20
• 가. 이온교환기술의 개요 ... 20
• 나. 이온교환섬유의 구조 ... 20
• 다. 이온교환섬유의 종류 ... 20
• 제2절. 이온교환섬유의 제조 ... 21
• 가. 방사선 그라프트 공중합 ... 21
• 나. 양이온교환섬유의 제조 ... 22
• 다. 음이온교환섬유의 제조 ... 22
• 제3절. 이온교환섬유의 특성 ... 22
• 가. 이온교환섬유의 특징 ... 22
• 나. 이온교환섬유의 흡착원리 ... 23
• 제4절. 연구개발대상 기술의 국내·외 현황 ... 23
• 가. 세계적 수준 ... 23
• 나. 국내수준 ... 25
• 다. 국내외 연구현황 ... 27
• 라. 선행연구의 내용 및 결과 ... 28
• 마. 현기술상태의 취약성 ... 34
• 바. 앞으로의 전망 ... 35
• 제3장 연구수행 내용 및 결과 ... 37
• 제1절. 1세부 연구기관 연구수행 내용 및 결과 ... 37
• 가. 1차년도 연구수행 내용 및 결과 ... 37
• 나. 2차년도 연구수행 내용 및 결과 ... 55
• 제2절. 2세부 연구기관 연구수행 내용 및 결과 ... 72
• 가. Roll-to-Roll 전자선 처리 시스템 구축 ... 72
• 나. 전자선 처리공정 개발 및 최적화 ... 77
• 다. 그라프트 조건 확립 ... 84
• 라. 이온교환부직포의 물성평가 ... 109
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 113
• 제1절. 관련분야에의 기여도 ... 113
• 가. 1세부 연구기관 기여도 ... 113
• 나. 2세부 연구기관 기여도 ... 113
• 제2절. 연차별 연구개발 목표 및 내용 ... 115
• 가. 1세부 연구기관 연구개발 목표 및 내용 ... 115
• 나. 2세부 연구기관 연구개발 목표 및 내용 ... 116
• 제3절. 계획대비 달성도 (최종평가 기준) ... 117
• 가. 1세부 연구기관 달성도 ... 117
• 나. 2세부 연구기관 달성도 ... 117
• 제5장 연구결과의 활용계획 ... 121
• 제1절. 연구개발결과의 활용방안 ... 121
• 제2절. 연구개발결과의 기대성과 ... 124
• 제6장 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 128
• 제7장 연구개발결과의 보안등급 ... 129
• 제8장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비현황 ... 130
• 제9장 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 131
• 제10장 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 132
• 끝페이지 ... 133