초록 ▼

개발 목적 및 필요성
본 연구개발은 종래의 재생 방법의 문제점인 고비점 박리용제의 낮은 재생수율을 높이고 저급수준의 시너재생기술을 고순도의 전자급 수준으로 높이기 위하여 제안된 것으로서, LCD, 반도체의 제조 공정폐액으로부터 재생공정을 통해 유가자원 조성물을 회수할 수 있고, 또한 증류 잔류물로 폐기되는 고가의 고비점 박리용제를 높은 수율에 의해 추가적으로 회수함으로써, IT산업 공정폐액으로부터 고순도 전자급의 고비점 박리 용제 및 시너용제를 재생하는 방법 및 장치를 개발하는데 그 목적이 있다.

연구개발결과

개발 목적 및 필요성
본 연구개발은 종래의 재생 방법의 문제점인 고비점 박리용제의 낮은 재생수율을 높이고 저급수준의 시너재생기술을 고순도의 전자급 수준으로 높이기 위하여 제안된 것으로서, LCD, 반도체의 제조 공정폐액으로부터 재생공정을 통해 유가자원 조성물을 회수할 수 있고, 또한 증류 잔류물로 폐기되는 고가의 고비점 박리용제를 높은 수율에 의해 추가적으로 회수함으로써, IT산업 공정폐액으로부터 고순도 전자급의 고비점 박리 용제 및 시너용제를 재생하는 방법 및 장치를 개발하는데 그 목적이 있다.

연구개발결과
- 고비점박리폐액으로부터 HEP, MDG 계 유가자원 회수용 실증 Plant 구축완료 (처리량: 10,000톤/년)
- 시너폐액 및 고비점박리폐액 등 LCD·반도체 공정폐액으로부터 유가자원 통합 회수 실증 Pilot 구축 및 고효율 연속공정운전기술 완성(처리량: 15,000톤/년)
- 고비점박리액의 고점도화특성 제어 및 PR Residue 재처리 기술 등 고회수율 관련 기술개발을 통한 유가자원의 고효율 재생회수기술 확보
- 저비점불순물 제거 및 미량금속 제거 기술개발을 통한 폐시너액으로부터 고순도의 유가자원 재생회수기술 확보
- 폐시너액으로부터 총 재생회수율 80%이상의 EEP, PGMEA 계 유가자원(회수품 순도: 99.0%이상) 회수공정기술 개발 완료
- 폐고비점박리액액으로부터 총 재생 회수율 70%이상의 HEP, MDG 계 유가자원 (회수품 순도: 98.5%이상) 회수공정기술 개발 완료
- 폐고비점박리액 및 폐시너액으로부터 고순도 유가자원 회수를 위한 고효율 연속공정운전기술 및 최적 운전조건 확립
- 재생품 수요처(고객사)의 적용성평가 등 신뢰성확보를 통한 최종 재생회수품 생산 및 목표물성 확보 (개별 유가자원별 특성평가 / 표준화 완료)
- 고비점박리폐액의 고효율 재생공정에 대한 연속공정운전 최적화 결과

성능사양 및 기술개발 수준
HEP, MDG 등 고비점박리액회수기술 및 EEP, PGMEA 등 시너액회수기술에 있어서 선진국의 기술수준을 넘어서는 동등 이상의 기술자립도 100%의 기술 국산화 달성함.
○ 실증규모 고비점 박리액 회수공정시스템 개발 (처리량: 35T/day) 및 최적운전조건 확립
- 회수율: 70% 이상 (세계수준: 40%이상)
- 순도: 98.5% 이상 (세계수준: 98.0%이상)
- 수분:1,000 ppm 이하 (세계수준: 1,000 ppm 이하)
- 색도(APHA): 50 이하 (세계수준: 50이하)
- 금속이온: 10 ppb 이하 (세계수준: 100 ppb 이하)

○ 실증 규모 시너액겸용 통합회수공정시스템 개발 (처리량: 50T/day) 및 최적 운전조건 확립
- 회수율: 80% 이상 (세계수준: 60%이상)
- 순도: 99.0% 이상 (세계수준: 99.0%이상)
- 수분:1,000 ppm 이하 (세계수준: 1,000 ppm 이하)
- 색도(APHA): 50 이하 (세계수준: 50이하)
- 금속이온: 10 ppb 이하 (세계수준: 100 ppb 이하)

활용계획
중국진출 LCD·반도체 제조업체와의 협력강화 및 관련 공정폐액 재활용을 위한 회수공정기술 및 설비 등 해외 기술이전 추진 등을 적극 추진하는데 활용할 계획임

( 출처 : 요약서 3p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results
In this study, we apply the lab-scale module to distillate the waste photoresist stripping solvents and recover the valuable components and evaluate the separation efficiencies with experimental variables. The moisture content, total metallic content, purity were checked as a make-up p

Ⅳ. Results
In this study, we apply the lab-scale module to distillate the waste photoresist stripping solvents and recover the valuable components and evaluate the separation efficiencies with experimental variables. The moisture content, total metallic content, purity were checked as a make-up photoresist solvents based on qualification procedures for stripping formulation. Gas chromatograph analyses have identified the compounds and the purity of the photoresist stripping solvents. Waste photoresist stripping solvents are monthly taken measurements within 6 months and compositions are calculated as weight percent. Karl-Fisher titration for moisture content, ICP-MS analysis for metallic content were carried out. From GC analysis, the components of the photoresist stripping solvents are identified as HEP(hydroxyethylpiperazine), MDG(methyl diglycol), MIPA(monoisopropyl amine), NMF(N-methylformamide), IPA(isopropanol), H2O, residual PR, and unknowns. The amount of the MDG, HEP are measured to be from 49~56%. It is very difficult to figure out the optimum distillation conditions for the multicomponent stripping mixtures regarding distillation pressure, distillation temperature, and reflux ratio. Firstly, we collected the boiling points and the specific molar volumes of the respective components from various literature to estimate several physical properties including vapor pressure, liquid densities, heat capacities, thermal conductivities, surface tension and viscosities. Several correlations were failed to extrapolate (or intrapolate) the boiling points and the vapor pressure of the stripping chemicals at known temperature. Sastri-Rao equation, based on the boiling point, were found to be very close when compared with the known values.

Thus, we can set the light key component and the high key components for designing the distillation experiments and units. Furthermore, the Hansen Solubility parameters of the organic solvents reveal that MIPA, HEP, MDG are the most favorable to dissolve the photoresists and DNQ (photoactive compound). In phase I study, aforementioned solvents are the target components of reclaiming the waste photoresist stripping solvents. Our experimental results show that the purity of the HEP and MDG are over 99%, respectively. The optimum distillation condition were accomplished at 30 (plate number), <2% (photoresist concentration), 5 (reflux ratio), 0.1 atm(distillation pressure), and 60-80 ℃ (distillation temperature). The total metallic impurities content and moisture content of the regenerated solvents were measured to be < 0.1ppm and < 0.1%.

Rigorous simulations for distillation process candidates were carried out using a commercial simulator(Aspen HYSYS V7.3) to find an optimal distillation sequence and condition for a commercial purpose.

NRTL(non-random two liquid) and UNIFAC model were used for estimating the binary interaction parameters. To make a fair comparison among different distillation sequences, each distillation column of distillation sequences were constructed using shortcut column method. All sequences would compare not only the re-boiler duty but also the recovery and purity of the target components. Lab-scale experiments told that H2O causes some undesirable side reactions with several components such as NMF and HEP under particular temperature conditions. It give successful guideline for main condition and sequence in commercial distillation process : H2O needs to be first removed from the 1st column so that the product after the first column maintains a water impurity less than 2~3wt%; all subsequent columns should be operated below 180~190oC by using vacuum columns to avoid side reactions. Several alternative distillation sequences were examined through intensive techno-economic analysis using a rigorous process simulator. As a result, an optimal distillation sequence in terms of re-boiler duty required and main product purity and recovery was found : H2O is removed from the top of the 1st column followed by the removal of MIPA from the top of the 2nd column, and NMF and HEP are separated at the 3rd column to take an advantage of high volatility between NMF-HEP. Close boiling point components, MDG and NMF, are also treated on a single column to take an additional benefit in separation efficiency.

In conclusion, lab-scale distillation system with packed bed appears to be adequate for the reclamation of the waste PR stripping solvents. As described above, the purity of the regenerated stripper solvents would be above 99%, total metallic impurities content <0.1 ppm, and moisture content<0.1%. The lab-scale distillation process up to 1 L/day was optimized by the experimental variables such as the plate number, PR content, and distillation temperature and pressure. Reclaimed solvents can be recycled to TFT-LCD panel process when making up depleted compounds. Based on the present study, the pilot-scale process with 40,000 TPA(tonnage per annum) were built.

( 출처 : SUMMARY 16p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약서 ... 3
• 요약문 ... 7
• SUMMARY ... 12
• 목차 ... 19
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 20
• 1-1. 연구개발의 목적 ... 20
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 22
• 1-3. 연구개발 범위 ... 24
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 25
• 1-1. 해외 기술개발 동향 ... 25
• 1-2. 국내 기술개발 동향 ... 26
• 1-3. 국내외 관련 특허, 논문 동향 ... 28
• 3. 연구수행내용 및 결과 ... 33
• 3-1. 연구개발의 내용 및 최종목표 ... 33
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 37
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 196
• 4. 목표 달성도 및 관련분야 기여도(환경적 성과 포함) ... 210
• 4-1. 목표 달성도 ... 210
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 213
• 5. 연구결과의 활용계획 등 ... 214
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 216
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 219
• 8. NTIS에 등록한 연구시설·장비현황 ... 220
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 221
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 222
• 11. 기타 사항 ... 223
• 12. 참고문헌 ... 224
• 부록-I. 회수공정 각 분리단계의 최적화/메뉴얼화 (모의 증류 실험과 매개변수 추정) ... 225
• 부록-II. 사업성평가 보고서 ... 240
• 끝페이지 ... 279