보고서 정보
주관연구기관 |
대동켐텍 |
연구책임자 |
이정범
|
참여연구자 |
오창호
,
곽영제
,
최은경
,
양훈
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2019-10 |
과제시작연도 |
2019 |
주관부처 |
산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 |
TRKO202200006601 |
과제고유번호 |
1415161752 |
사업명 |
산업소재핵심기술개발(R&D) |
DB 구축일자 |
2022-08-19
|
키워드 |
3D-발수물질.아크릴공중합체.과불화합물 대체.섬유용 발수제.
|
초록
▼
3. 개발결과 요약
최종목표
개발내용 및 결과
○ 핵심 기술 개발
- 비불소계 초소수성 3D-발수물질 개발
- 내구-터치-안정성 향상 고분자 발수향상물질 개발
○ 제품화에 필요한 요소기술 개발
- 초소수성 3D-발수물질 및 소수성아크릴공중합체 유화기술 개발
- 수성아크릴 공중합체를 기반으로 하는 면 및 폴리에스테르용 비불소계 발수제(최종제품) 제조 기술 개발
○ 제반 평가 기술 개발
- 소량 발수물질의 발수성능 스크리닝 방법 개발, 구조 확인 및 발수 특성 평가,
3. 개발결과 요약
최종목표
개발내용 및 결과
○ 핵심 기술 개발
- 비불소계 초소수성 3D-발수물질 개발
- 내구-터치-안정성 향상 고분자 발수향상물질 개발
○ 제품화에 필요한 요소기술 개발
- 초소수성 3D-발수물질 및 소수성아크릴공중합체 유화기술 개발
- 수성아크릴 공중합체를 기반으로 하는 면 및 폴리에스테르용 비불소계 발수제(최종제품) 제조 기술 개발
○ 제반 평가 기술 개발
- 소량 발수물질의 발수성능 스크리닝 방법 개발, 구조 확인 및 발수 특성 평가, 발수물질의 유해성 평가, 발수물질 및 발수제의 유해물질 함유 평가 및 제반 물성평가, 발수가공 원단의 발수성 및 내구성 평가 기술 개발
○ 생산 기술 개발(개발된 발수제 성분 물질의 스케일업)
- 비불소계 초소수성 3D-발수물질의 벤취규모, 파일롯 규모를 거친 준양산
- 내구-터치-안정성 향상 고분자 발수향상물질의 벤취규모, 파일롯 규모를 거친 준양산
- 섬유용 고내구성 비불소계 발수제 생산(준양산) 기술 개발
○ 비불소계 발수제를 시판하고 있는 해외기업의 섬유용 발수제 관련 주요 특허의 출원은 2007년부터 현재까지 진행 중이며, 섬유 주요 생산국인 중국, 한국, 인도, 멕시코, 타이완 등에도 특허를 출원하여 해당 특허의 상품이 실제 출원 국가에 진출하고 있는 현황을 파악하였음. Chemours에서 특허를 갖고 헌츠만에서 상품명 Zelan R3로 판매하고 있는 비불소계 발수제를 벤치마킹하여 개발하였고, 해당 특허를 찾아내어 타겟 발수물질을 파악하였고 기기분석을 통해 이중으로 확인한 후, 해외 주요 특허를 회피하고 특허전략을 수립하여 내구성 향상 3D-발수물질을 최종 설계된 아크릴계 고분자에 모노머로 중합시키는 발수제에 대한 특허 출원을 할 수 있었음.
○ 발수제의 성능은 발수도, 세탁내구성, 발수각, 터치로 평가하였고, AATCC-22에 의한 발수도 측정 결과 100, 세탁내구성 (세탁 10회 후 발수도 측정)은 90으로 선진국 상품 대비 100% 목표를 모두 달성하였음. 시생산된 발수제로 처리한 면원단 및 폴리에스테르 원단의 접촉각은 143°및 140°이며, 선진국 제품으로 처리한 면원단 및 폴리에스테르 원단의 접촉각은 142°및 140°로 측정되어 접촉각 140°목표를 달성하였음. 터치 시험은 KES-FB system (FB4)의 굽힘강성(Bending Rigidity) B(gf·cm2/cm)값에 의한 상대평가와 전문가 패널 평가(염색가공업체 경력 10년 이상의 5인)로 수행하였으며, 선진사 제품 2종과 비교 시 동등 이상으로 평가되었음
○ 최종 시제품 비불소계 발수제 내 PFCs 34종, APEOs 4종 및 Formaldehyde를 분석한 결과 이들 유해물질이 함유되지 않음을 공인시험성적서로 확인하였음
○ 아크릴계 고분자의 분자량은 고온 GPC로 분석하였고, 2-3차년의 개발품은 Mw 136,629 ~ 292,536 범위로 측정되었고, 최종 시제품 A 및 B의 분자량은 Mw 199,287 및 Mw 227,905로 측정되어 목표 분자량인 Mw 150,000을 만족하였음
○ OECD Test No 203 (Fish, Acute Toxicity Test) 및 OECD Test No 202 (Daphnia sp. Acute Immobilisation Test)에 의해 GLP기관에서 어류급성독성 및 물벼룩급성 독성을 수행한 결과, 내구성 향상형 3D-발수물질의 어류급성독성 LC50 (96h) 100 mg/L 이상, 물벼룩급성독성 EC50 (48h) 100 mg/L 이상으로 평가되었음 ((목표 100 mg/L 이상)
○ 개발품의 고형분은 비휘발분을 측정하여 최종 시제품이 고형분 24.7%로 측정되어 목표 고형분 24% 이상을 만족하였음.
○ 파일롯 규모 (0.14 톤)의 오존산화 처리장치를 이용해 폐수처리 전·후의 CODcr를 공인시험성적서로 평가하여, 폐수제거율을 산출하였다. 개발된 발수제 2종과 비교제품으로 선진국 비불소발수제(Zelan R3)의 폐수제거성을 산출한 결과, CODcr 제거율로 산출된 폐수제거율은 개발품이 74%~86%, 선진국 제품은 68%로 평가되었고 시제품 발수제(4차년도) 대비 선진국 발수제(ZELAN R3)의CODcr 제거율은 87% (1 시간 처리 후) 및 70% (2 시간 처리 후)로 평가되어 목표 80% 이상을 달성하였음. 반면 C8 과불 모노머는 오존처리 초기부터 수면위에 유분 형태로 떠서 처리가 불가능하였음
○ 섬유원단 적용은 실험실 규모의 Padder-맹글 및 텐터 및 Padder(용량 0.1톤)-맹글 및 5-chamber 텐터로 구성된 파일롯 규모를 사용하여, 나일론, 폴리에스테르, 면에 대해 발수제 농도 (80g/L), 픽업율(75%, 77%, 82%), 건조 조건 (170℃ x 50sec, 160℃ x 60sec, 160℃ x 120sec)을 최적화하였음.
준양산된 비불소계 발수제를 사용하여 수요기업 평가(현장평가)로 4종류 교직물 원단을 30야드 이상 가동한 결과 발수가공 결과가 매우 우수함으로 평가되었고, 발수도 및 가격 경쟁성이 있음을 확인 받았음
기술개발 배경
○ C8 과불화합물 기반의 기존 섬유용 불소발수제는 생식독성 (잔류성·생물농축성·독성)으로 인해 그 사용이 금지 혹은 제한되고 있음.
○ C8 기반의 과불화합물은 스톡홀름 협약 및 로테르담협약에 의해 2020년6월부터 규제되어 사용이 금지되며 국가는 국제협약의 이행주체로 관련 산업계와 함께 협약에 대한 의무 이행을 위해 대책을 강구하여야 하는 상황.
○ 따라서 세계 각국의 과불화합물을 포함한 유해 제품의 생산, 수입, 수출에 대한 무역기술장벽인 TBT(Technical Barriers to Trade) 규제에 대해 국가와 관련 산업계는 적극 대응해야 하는 상황.
○ 이와 더불어 NGO단체 및 친환경 의류 메이커들의 민간차원에서 과불화합물에 대한 환경규제(ZDHC Members)가 국가 규제보다 심해 기존 불소발수제로는 시장에서 경쟁력이 저하되는 상황과 글로벌 발수제 생산회사에서 개발한 과불화합물을 배제한 비불소계 발수제가 주요 섬유생산지역인 아시아에서 사용이 시작하고 있으므로, 선진국과의 기술격차를 줄이고 국내 및 세계 시장 독점을 막기 위해서 본 과제의 기술 개발이 시급함
○ 따라서 생태계에서 생식독성 물질인 과불화합물에 대한 국제 환경규제에 대응하며 글로벌 경쟁력을 갖기 위해 우수한 친환경 성과 가격경쟁력, 제품의 규격시험, 사용자 시험, 위해 안정성 평가에 합격이 될 수 있는 대체 발수제의 개발이 절실히 필요함
핵심개발 기술의 의의
○ 3D-발수물질 기반의 고기능성 비불소계 발수제 개발로 과불화합물에 대한 국제적 환경규제에 대응하고 기존 친환경성 대체로만의 기술 한계를 뛰어넘어 고객의 니드를 반영한 고기능성을 부여하여 기술경쟁력을 확보할 수 있음.
○ 본 기술 개발로 과불화합물의 생식독성에 의한 환경 유해성 및 위해성 오염 요소의 원초적인 차단이 가능함.
○ 본 기술 개발과 제조기술 확보를 통해 글로벌 경쟁력 향상과 관련 산업의 품질향상 및 국제환경규제(스톡홀름협약, 로테르담협약), TBT 기술무역장벽을 제거함으로서 수출 증대 가능
○ 본 기술 개발로 국내시장을 독점하고 있는 글로벌 경쟁사 제품의 수입대체 가능
○ 친환경 신규수요의 적시 대체로 수입대체 및 수출 증대 효과
○ 수요 업체의 친환경 신규 수요에 적시 대체함으로써 섬유산업에 효과적인 친환경 섬유제품 생산에 기여
적용 분야
○ 본 기술 개발로 과불화합물 기반의 불소계 발수제가 사용되고 있는 일반의류용 섬유소재(의류, 스포츠웨어, 아웃도어웨어)와 산업용 섬유소재(우산, 작업복, 가방, 텐트, 장갑, 자동차시트, 가구용시트 등) 그리고 각종 부직포 소재(의료, 필터 등) 에 적용될 수 있음.
○ 본 기술 개발로 일반적인 섬유소재뿐만 아니라 제지소재 및 인테리어 소재 산업에도 적용 될 수 있음.
(출처 : 초록 4p)
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