초록 ▼

□ 최종목표
● 100℃ X 30분 경화온도에서 목표물성 규격 만족시키는 자동차 및 수송기기 코팅용 일액형 클리어도료 개발, 저온경화형 도장 공정기술 적용을 통한 도막품질 최적화 구현
● 개발 소재 분자구조별 결합해리에너지 해석 통한 반응성 예측 및 저온경화성 분자 모델링의 설계
● 이중경화형 아크릴폴리올 바인더 개발 통한 반응속도 및 저온경화, 안정성 기술 개발, 저온해리 블록이소시아네이트(BI) 경화 시스템 및 클리어코트 적용 기술 개발
● O-imino-isourea 유도체 합성 연구 통한 반응속도 및 저

□ 최종목표
● 100℃ X 30분 경화온도에서 목표물성 규격 만족시키는 자동차 및 수송기기 코팅용 일액형 클리어도료 개발, 저온경화형 도장 공정기술 적용을 통한 도막품질 최적화 구현
● 개발 소재 분자구조별 결합해리에너지 해석 통한 반응성 예측 및 저온경화성 분자 모델링의 설계
● 이중경화형 아크릴폴리올 바인더 개발 통한 반응속도 및 저온경화, 안정성 기술 개발, 저온해리 블록이소시아네이트(BI) 경화 시스템 및 클리어코트 적용 기술 개발
● O-imino-isourea 유도체 합성 연구 통한 반응속도 및 저온경화 및 안정성 기술 개발, 저온경화형 Thermal Radical Initiator(TRI) 기술 개발 및 경화메커니즘 특성 연구
● 저온경화형 Metal complex 기반의 Thermo-latent Catalyst 소재 기술개발, 자동차용 클리어코트 적용 가능한 열해리 촉매화 기술 개발
● 저온경화반응형 Blocked-Isocyanate 경화시스템 기술 개발 및 경화메커니즘 특성 연구, 자동차용 OEM 일액형 클리어코트 시스템 응용 및 특성화 평가

□ 개발내용 및 결과
● 저온경화형 소재 적용으로 경화온도를 혁신적으로 낮춘 자동차 및 수송기기 코팅용 일액형 클리어코트 개발, 자동차 및 수송기기에 대한 연비 및 환경규제 만족을 위한 경량화 플라스틱 소재 적용 가능한 소부온도에서의 코팅 소재 및 공정기술 확보
● 저온경화 물성 구현을 위해 수산화기와 아크릴레이트기를 동시에 포함하는 이중경화형 아크릴 폴리올 바인더 구조를 설계 도입하여 바인더 고분자 사슬 내의 이소시아네이트 중간체 및 아크릴 폴리올 중간체 타입에 따라 최적의 물성 구현 소재 개발
● 지방족 혼합 폴리이소시아네이트 기반의 결합반응을 응용하는 일액형 폴리우레탄 클리어코트 경화시스템으로 저온해리 특성을 갖는 동시에 아크릴 폴리올과 상용성이 우수한 신규 저온해리 블록이소시아 네이트 소재 개발
● 라디칼 반응과 우레탄 반응을 이용한 이중경화 제어형 경화소재 및 저온 해리 가능한 Blocked Isocyanate 소재 개발
● Acid-latent Catalyst 분자구조 단위에 포함된 N-O 그룹의 결합세기 및 전자 이동성 제어 등을 통해 반응성 제어하면서 저온에서 해리성능 향상을 위해 주변 치환기의 Modification 변화로 열적분해를 낮추는 저온경화성 소재개발
● 저온경화 물질 활성화온도 및 결합해리에너지 간의 상관도를 시뮬레이션 계산함으로서 물질의 특성지표로 결합해리에너지 연구, 저온경화소재 기본 구조의 활성화 부위에 전자공여기/전자끄는기를 추가하거나 활성화 부위 간 전하 차를 조절하여 저온경화 물질 반응성을 높일 수 있도록 분자모델링 설계 개발

□ 기술개발 배경
● 자동차용 도료에 있어 저온경화형 코팅 기술은 자율주행 및 전기차 시장은 물론 자동차의 경량화를 위해 넘어야 할 도전적인 과제임. 신기후체제에서의 각종 CO₂,VOC등에 대한 환경규제 및 각 국가별로 규정하고 있는 연비규제 등을 만족시키기 위해서는 일반 강철소재를 사용한 차체에서 한계가 있으며 알루미늄/마그네슘과 같은 비철금속이나 경량화 엔지니어링 플라스틱을 적용해야 하고 이러한 소재를 올바르게 적용하기 위해서는 저온경화형 도료가 필수적이라 할 수 있음.
● 보편적으로 자동차용 도료에 사용되고 있는 아크릴/멜라민 반응의 경화시스템은 내후성 및 기능성, 내산성 단점이 크게 부각되어, 블록이소시아네이트 경화시스템이 일액형 자동차 OEM 클리어코트로의 기술적 대안으로 대두되고 있으며, 폴리우레탄 수지가 제공하는 내마모성, 내약품성, 내오염성과 함께 지방족 디이소시아네이트 또는 지환족 디이소시아네이트로부터 유도된 무황변 폴리이소시아네이트 기반의 폴리우레탄 수지 도료는 내후성이 우수하여, 그 수요가 증가하고 있으나, 대부분 이액형이며, 혼용되면 단시간에 겔화반응이 촉진되어 작업성 열세와 함께, 아직까지 특화된 국내기술은 이루어지지 못한 상황임.
● 하지만 이미 세계적으로 저온경화형 도료 기술을 확보하기 위해 PPG, BASF 등과 같은 해외선진기업에서는 앞다투어 기술개발에 박차를 가하고 있고 일부 연구성과를 보이고 있지만 아직 상용화까지는 많은 노력과 시간이 필요하며, 이 부분도 이액형 도료에 한정되어 연구가 진행되고 있는 상황임. 본 과제를 통해 진행된 일액형 저온경화 기술이야 말로 고분자 가교기술과 반응성 제어 메커니즘을 통한 궁극적인 저온경화형 기술이라 할 수 있으며, 도료 시장에서 널리 사용되고 있는 일액형 고온 클리어코트를 대체할 만한 결정적인 기술이라 할 수 있음.
● 현재 적용되고 있는 자동차용 OEM 클리어코트의 단독 경화시스템으로는 주로 아크릴 폴리올이 바인더로 사용되며 멜라민과 이소시아네이트 등이 경화제로 사용되고 있으나 이러한 경화시스템은 150℃ 이상의 고온 조건 온도를 필요로 하여 에너지 측면에서 소모량이 크고, 비철금속 기반 차체의 변성문제, 환경적인 측면에서는 많은 이산화탄소를 배출하게 되어, 차세대 자동차용 도료시스템에는 경화방식에 의한 차별화 기술이 필요함.
● 반면에 열을 가하지 않는 UV 단독경화 시스템은 차체의 고온변성을 줄이고 단시간 경화가 가능한 장점이 있으나 UV 단독 방식은 빛의 조사강도 및 에너지량의 불균등으로 인한 경화 신뢰성 문제 및 곡면이 많은 차체에서 모든 부위에 조사되는 UV를 완벽히 제어하기가 어려운 종래기술 한계가 있음.

□ 핵심개발 기술의 의의
● 저온경화형 코팅 소재 개발은 향후 현재의 자동차 코팅 시스템의 적용 뿐만 아니라 미래 경량화 자동차의 주요 소재가 될 다양한 플라스틱 소재에의 적용 특성을 연구하고 기존의 고온경화 및 저온경화 시스템에서의 열적 특성에 대한 차이와 플라스틱 소재 표면에서의 코팅 제어 기술, 그리고 코팅 시스템의 장단점을 분석하여 데이터 베이스화 할 수 있으며 저온해리 가능한 신규형 블록이소시아네이트 개발을 통해 일액형 가교밀도를 높이고, 반응성 및 안정성 최적화, 파일럿 규모의 양산 테스트뿐만 아니라 자동차용 클리어코트에의 응용기술에 결정적인 기술임.
● 저온경화 반응성 및 안정성 최적화, 파일럿 규모 테스트 뿐만 아니라 자동차용 클리어코트에의 저온경화 응용기술 개발을 통해 실제 자동차 생산에서 요청하는 신뢰성 물성 최적화를 저온경화형 기반기술로부터 구현하고, 스프레이 정전도장공정에서 필요로 하는 레올로지변위 물성의 제어와 수직부위 흐름성 제어 기술에 대한 저온경화기반의 응용기술 개발을 통해 고온경화형 공정에서의 고분자 가교화 메커니즘과 저온경화형 공정에서의 가교화 메커니즘 및 제어기술의 특성차이를 연구하고 이에 대한 밸런스와 최적화된 어플리케이션 공정의 개발 및 연구 진행함에 의미가 있음.
● 저온에서 가교 중합이 가능한 다양한 신규 블록이소시아네이트 및 유무기 복합 촉매 및 첨가제를 개발하였고 이는 기존 중합 온도를 낮출 수 있는 신규 복합 유무기 재료 시스템으로 향후 다양한 목표의 저온경화 물질을 설계하는 경우에 개발 방향을 빠르게 설정할 수 있도록 기술 파급효과가 예상됨.

□ 적용 분야
● 자동차 및 수송기기 클리어코트용 도료
● 자동차용 클리어코트 도료용 촉매
● 자동차용 잠재성 산발생제
● 저온경화형 복합소재, 전기전자 분야, 공업용 도료


(출처 : 초록 - 3. 개발결과 요약 8p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 17
• 목차 ... 24
• 제 1 장 서론 ... 25
• 제 1 절 과제의 개요 ... 25
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 31
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 31
• 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 33
• 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 57
• 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 205
• 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 206
• 제 3 장 결과 ... 207
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 207
• 1. 연구개발 추진 일정 ... 207
• 2. 연구개발 추진 실적 ... 209
• 3. 기술개발 결과의 유형 및 무형 성과 전체를 기재 ... 212
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 215
• 1. 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 215
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 219
• 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 220
• 제 5 절 안전관리 이행 현황 ... 224
• 1. 연구실 안전조치 이행 현황 ... 224
• 제 4 장 사업화 계획 ... 234
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 234
• 제 2 절 사업화 계획 ... 235
• 부록. 시험성적서, 도면, 설계도 등 ... 238
• 끝페이지 ... 243