이번 연구성과가 게재된 고분자 분야 국제학술지 '매크로몰레큘즈' 7월호 표지.[한국화학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 일본기업에서 독과점하고 있는 고내열 투명 고분자 핵심소재 개발에 성공, 소재·부품·장비 기술자립화에 가속도를 붙였다.

한국화학연구원은 고기능고분자연구센터 김용석·박성민 박사 연구팀이 기존보다 늘어나는 성질이 2배 이상 향상된 환형올레핀 기반의 고내열 투명 고분자 소재를 개발했다고 28일 밝혔다.

환형올레핀 고분자 소재는 디스플레이, 5G 및 IoT 미래 정보전자재료의 핵심소재 중 하나로, 산업적 중요성과 다양한 응용 확장 가능성을 가지고 있다. 하지만 대부분의 상용화된 환형올레핀계 고분자 소재는 엄격한 기술보안 하에 일본기업에 의해 개발되었고, 국내 수요는 일본 수입에 의존하고 있어, 자체적인 기술 개발이 절실한 상황이었다.

현재 환형올레핀계 고분자 글로벌 시장의 크기는 1조원 이상의 가치로 추정되며 연평균 3%의 성장률을 가진 유망한 고분자소재 분야다.

이번 기술 개발로 소재 분야 관련 국내 기업과의 적극적인 협업을 통해 국내 개발이 가속화될 것으로 전망된다.

환형올레핀 고분자 소재는 노보넨 계열 단량체로부터로 제조되는 고분자 플라스틱의 일종이다. 다른 고분자소재 대비 수분을 덜 흡수하고, 유전율이 매우 낮아 디스플레이용 기판 및 5G 기판 등의 미래정보 전자 소재로도 활용이 가능하다는 장점이 있고 기계적 강도, 투명도와 내열성 등의 물성이 우수하다.

하지만 필름화 공정이 어렵고 신축성이 부족한 점은 환형올레핀 고분자 소재의 응용확대를 위해 극복해야 하는 문제점이다. 특히, 휘거나 접을 수 있는 정보·전자재료로 활용하기 위해서는 연신율 개선 기술이 필수적이다. 일본에서도 개발을 위해 공을 들이고 있는 핵심 기술이기도 하다.

이에 연구팀은 노보넨 계열 단량체에 새로운 촉매시스템을 적용, 환형올레핀 고분자 소재를 중합했다.

환형올레핀 고분자에 포함된 단량체 함량에 따라 소재 가공온도에 영향을 주는 고분자 유리전이온도를 92℃ 부터 192℃ 까지 자유롭게 조절했다. 용매에 녹이거나 가열하는 공정을 통해 손쉽게 필름을 제조할 수 있었다.

기존보다 2배 이상 잘 늘어나는 환형올레핀 고분자 소재를 개발한 연구팀이 소재로 제작한 필름을 살펴보고 있다.[한국화학연구원 제공]

또한 연신율을 4~245% 범위까지 제어, 기존 대비 최고 2배 이상 늘어나는 물성을 확보해 쉽게 부러지는 종래의 노보넨계 환형올레핀 고분자 소재의 단점을 극복했다. 이는 포항가속기연구소의 광각 X-선 산란 분석을 통해 연신율 증가를 구조적으로 규명했다.

이미혜 화학연 원장은 “이번 성과가 환형올레핀 고분자 개발의 핵심기술을 확보하고 소재에 대한 원천적인 이해도를 높여, 일본 소재에 대한 의존 극복을 줄이고 관련 소부장산업 경쟁력 향상을 가져올 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구성과는 고분자 분야 국제학술지 ‘매크로몰레큘즈’ 7월호 표지논문으로 게재됐다.