보고서 정보
주관연구기관 |
한국화학연구원 Korea Research Institute of Chemical Technology |
연구책임자 |
김영운
|
참여연구자 |
강호철
,
신지훈
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2017-12 |
과제시작연도 |
2017 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO201800022371 |
과제고유번호 |
1711063789 |
사업명 |
한국화학연구원연구운영비지원 |
DB 구축일자 |
2018-10-13
|
DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800022371 |
초록
▼
1. 연구목표
1) 나노 셀룰로오스의 친환경 공정기술 개발
- 셀룰로오스의 나노 결정화 (CNC) 및 나노 섬유화 (CNF) 기술 확보
- 나노 셀룰로오스의 소수화 기술 확보
2) 지속가능원료 기반 폴리에스테르계 엘라스토머 (탄성체) 및 나노 탄성 복합체 개발
- 엘라스토머 전환율 60% 이상
- (가소성) 기계적 특성 5 MPa (응력, σb) 및 500% (변형률, εb) 이상
- (경화성) 기계적 특성 1 MPa (응력, σb) 및
1. 연구목표
1) 나노 셀룰로오스의 친환경 공정기술 개발
- 셀룰로오스의 나노 결정화 (CNC) 및 나노 섬유화 (CNF) 기술 확보
- 나노 셀룰로오스의 소수화 기술 확보
2) 지속가능원료 기반 폴리에스테르계 엘라스토머 (탄성체) 및 나노 탄성 복합체 개발
- 엘라스토머 전환율 60% 이상
- (가소성) 기계적 특성 5 MPa (응력, σb) 및 500% (변형률, εb) 이상
- (경화성) 기계적 특성 1 MPa (응력, σb) 및 100% (변형률, εb) 이상
3) 지속가능원료 기반 폴리우레탄계 엘라스토머 (탄성체) 및 나노 탄성 복합체 개발
- 폴리우레탄계 엘라스토머 전환율 60 % 이상
4) 정량적 연구목표
2. 주요 연구내용
1) 나노 셀룰로오스의 친환경 공정기술 개발
- 친환경 전처리를 통한 acid-free 셀룰로오스 나노 결정체 (CNC) 제조수율 향상, 종횡비 조절 및 표면개질을 통한 고기능성 부여 (세계최초기술)
- TEMPO 산화를 이용한 CNF 제조 공정 단축, 건조 및 재사용
- CNF에 poly(styrene)의 그래프트를 통한 소수화기술 확보 (세계최초기술)
2) 지속가능원료 기반 폴리에스테르계 엘라스토머 (탄성체) 및 나노 탄성 복합체 개발
- 부틸고무와 PLA를 이용한 그래프트 공중합체를 이용한 열가소성 엘라스토머 제조 기술 확보 (세계최초기술)
- 연질 폴리에스테르 예비고분자에 강화블록 도입을 통한 기계적 특성이 강화된 열경화성 엘라스토머 합성, 생분해성, 세포적합성 연구
- 지속가능 원료기반 PVC / PLA 가소제 제조
- SBC 계열의 열가소성 탄성체와 CNF-PS 복합화 기술 개발 (세계최초기술)
3) 지속가능원료 기반 폴리우레탄계 엘라스토머 (탄성체) 개발
- 지속가능원료 기반 점착제 제조를 위한 바이오 기반 폴리우레탄계 탄성체, 가소제, 점착증가제의 나노 탄성복합체 제조
- 셀룰로오스 나노 섬유(CNF: 0.5~1 wt%)가 화학적으로 결합된 폴리우레탄 (PU)계 나노 탄성복합체 제조
3. 주요 연구개발 결과 및 성과
1) 나노 셀룰로오스의 친환경 제조 공정기술 개발
- Acid-free 셀룰로오스 나노 결정체 제조 수율 향상 (40~50%, 전년도 (2차년도) ~30%), 종횡비 조절 (길이 700~120 ㎚ 조절 및 두께 20-30 ㎚유지) 및 표면개질 ((+) 혹은 (-) 도입)을 통한 고기능성 (재분산성) 부여 기술 확보
- TEMPO 산화를 이용한 CNF 제조 공정 단축 (1차 산화), 건조 (분무건조법) 및 재사용 (TEMPO 용액 재사용: 1회)
- CNF 표면에 용매치환법을 이용하여 PS-PI-PS와 동종계 PS를 그래프트하여 소수화 기술 확보 (CNF-PS) : 유기용매 분산능 확보, 전환율>90% 이상
2) 지속가능원료 기반 폴리에스테르계 엘라스토머 (탄성체) 개발
- 부틸고무와 PLA를 이용한 그래프트 공중합체를 이용한 열가소성 엘라스토머 제조 기술 확보 : 전환율 90% 이상, σb 15~25 MPa, εb1000~3200% 제어 가능
- 카보멘티드와 락타이드 유래 폴리에스테르계 열경화성 탄성체 제조 기술 확보: 전환율 90% 이상, σb 8~15 MPa, εb 1000~1800% 제어 가능.생분해성 및 세포 적합성 확인
- 지속가능 원료기반 PVC 가소제 제조 : σb 11~14 MPa, εb 670~780%
- 지속가능 원료기반 PLA 가소제 제조 : σb 19~26 MPa, εb 550~810%
- SBC 계열의 열가소성 탄성체와 CNF-PS 복합화 기술 확보 : 탄성계수 3~12 MPa (10배 증가), σb 10~15 MPa, εb 2600~3100% 제어 가능
3) 지속가능원료 기반 폴리우레탄계 엘라스토머 (탄성체) 및 나노 탄성복합체 개발
- 열가소성 다중블록(multiblock) 폴리우레탄계 엘라스토머 공중합체 제조 및 나노복합체 (점착시스템) 기술 확보: 전환율 90% 이상, σb 2.8~5.1MPa, εb 620~2200% 제어 가능. 박리강도 0.5~3.1 N cm-1, 접착강도~2.0 N, 전단력 >50,000 min
- 셀룰로오스 나노 섬유(CNF : 0.5~1 wt %)가 화학적으로 결합된 폴리우레탄계 나노 탄성복합체 제조 기술 확보 : 전환율 95% 이상, σb 8~47 MPa (2~10배 증가), εb 1200~2300% (3~5배 증가)
4) 정량적 연구성과
4. 활용분야 및 계획
1) 나노 셀룰로오스 함유 폴리우레탄 및 폴리우레탄 우레아 소재의 자동차 및 전자제품의 핵심소재로 사용됨
- 복합소재 및 구조용 물질로서의 용도로 재생 및 생분해가 가능한 강도향상용 첨가제로서 사용, 투과성 및 치수 안정성 강도 향상용 첨가제 및 기재로 사용, 다공성 물질 및 섬유상 구조체 용도로 종이 및 판지의 강도 향상용, 다공성 절연체 및 포장용재로 사용, 코팅 및 표면 개질 용도로 나노 셀룰로오스의 공극에 의한 선택적 기체 투과특성 (높은 산소투과 저항성 및 높은 수분저항)을 활용
2) 지속가능한 원료유래 기능성 탄성 복합소재는 다른 소재들과 비교해 볼 때 부드러우면서도 질기고, 외력에 의해 변형하더라도 다시 원래로 돌아가려는 성질이 있어 다양한 용도로 사용가능한 소재로 석유자원고갈 및 이산화탄소 절감 등 향후 미래 성장 동력 소재로 매우 유망한 소재임
3) 향후 탄성 복합소재는 자동차의 각종 부품 및 실링재, 전선의 피복재,접착제, 신발 분야에서 널리 이용되며, 생체 친화성 및 혈액, 기타 약품에 대한 비활성을 나타내어 의학 분야에서도 수요가 증가하고 있는 추세로 용도가 매우 다양함
5. 기대효과
1) (정성성과)
- 친환경 전처리를 통한 CNC 및 CNF 제조 공정 단순화 기술 개발
- 나노 셀룰로오스의 소수화 기술 확보
- 지속가능원료 기반 폴리에스테르 탄성 복합소재 제조 공정기술 개발
- 지속가능원료 기반 폴리우레탄 탄성 복합소재 제조 공정기술 개발
2) (정량성과)
- 기술논문
·Tunable softening and toughening of individualized cellulose nanofibers-polyurethane urea elastomer composites. Carbohydrate polymers 2017, 159, 125~135. (DOI : 10.1016/j.carbpol.2016.12.019)
·Sustainable poly(ε-decalactone)-poly(L-lactide) multiarm star copolymer architectures for thermoplastic elastomers with fixed molar mass and block ratio. Polymer 2017, 112, 306~317. (DOI : 10.1002/polb.24015)
·Multiblock thermoplastic elastomers derived from biodiesel, poly(propylene glycol), and L‑lactide. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2017, 5, 8148~8160. (DOI : 10.1021/acssuschemeng.7b01801)
·Mechanochemical ring-opening polymerization of lactide: liquid-assisted grinding for the green synthesis of poly(lactic acid) with high molecular weight. ChemSusChem 2017, 10, 3529~3533. (DOI : 10.1002/cssc.201700873)
·Effect of the individual and combined use of cardanol-based plasticizers and epoxided soybean oil on the properties of PVC. Polymer Degradation and Stability 2017, accepted. (DOI : 10.1016/j.polymerdegradastab.2017.11.002)
·아세틸화 모노글리세라이드계 가소제 합성 및 PVC 가소성능에 관한 연구. 공업화학 2017, 28, 42~49.
·지속가능유래 아크릴계 열가소성 탄성체. 화학세계 2017, 10, 18~24.
- 특허출원
·자기유화 폴리에틸렌 왁스, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 에멀젼
·천연계 카다놀 기반 가소제 및 식물유 기반 에폭시화 가소제를 포함하는 가소제 조성물, 및 이를 포함하는 고분자 수지 조성물
·셀룰로오스 나노섬유를 포함하는 폴리비닐 알콜계 수지 조성물 및 이를 이용한 필름
·비(非) 산 처리 친환경 셀룰로오스 나노결정체의 제조방법
- 특허등록
·폴리이소부테닐 숙신산-폴리아민 화합물을 포함하는 중유 분산용 조성물
·열가소성 탄성체를 포함하는 점착제 조성물
·단일 셀룰로오스 나노섬유가 가교 결합된 폴리우레탄계 고강도 탄성나노복합체
6. 출구전략
- 친환경 처리, 에너지 절감, 및 균일화된 셀룰로오스 나노 섬유 제조 대량 생산(100 L) 및 건조방식 확립
- CNF-polymer 와 SBC 나노 탄성 복합소재
- 부틸고무와 PLA 기반 열가소성 탄성체 및 점착제를 위한 나노복합화
- PLA 가소제 대량생산
- 폴리우레탄 탄성체를 이용한 점착제
( 출처 : 2017년 주요사업 연구결과 요약서 2p )
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 2017년 주요사업 연구결과 요약서 ... 2
- 1. 연구과제 개요 ... 6
- 2. 연구목표 ... 7
- 가. 최종 연구목표 ... 7
- 나. 당해 연도 연구목표 ... 7
- 3. 주요 연구내용 ... 9
- 가. 과년도 추진경과 ... 9
- 나. 당해 연도 주요 연구내용 ... 10
- 4. 주요 연구개발결과(연구개발목표의 달성도) ... 68
- 5. 연구개발의 성과 및 성과활용 ... 69
- 가. 과제별 기술성취수준 ... 69
- 나. 정성적 성과 ... 69
- 다. 정량적 성과(건수/금액) ... 70
- 6. 연구성과 활용계획 ... 74
- 7. 기대효과 ... 75
- 가. 과학기술적 관점 ... 75
- 나. 경제적 관점 ... 75
- 다. 사회적 관점 ... 75
- 8. 연구개발비 집행현황 ... 76
- 10. 참여 연구원 현황 ... 77
- 첨부 1) 중장기 연구개발로드맵 ... 78
- 끝페이지 ... 78
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.