[뉴스웍스=문병도 기자] 김용석·박성민 한국화학연구원 고기능고분자연구센터 박사 연구팀이 기존보다 늘어나는 성질이 2배 이상 향상된 환형올레핀 기반의 고내열 투명 고분자 소재를 개발 했다.

'올레핀'은 탄소(C) 간 이중 결합 구조를 띠고 있는 화합물을 의미한다.

'석유화학산업의 쌀'로 불릴 만큼 중요한 화합물이다. 올레핀은 원유 같은 화석에너지에서 생산된다. 

원유 정제 과정에서 추출되는 납사나 중질 유분 등에서 올레핀 계열의 다양한 석유 화합 물질이 생산된다.

플라스틱으로 불리는 합성수지는 물론이고 합성고무나 합성섬유 모두가 올레핀 계열 화합물로 만들어진다.

올레핀 유래 석유화합물들은 일상생활은 물론이고 자동차, 전자, 건설, 제약, 의류 소재 등 거의 모든 분야에서 사용된다. 올레핀은 화석에너지가 존재해야 만들어낼 수 있다. 전기차나 수소차가 모든 수송 수단 자리를 차지하고 휘발유나 경유 같은 화석연료가 설 자리를 잃게 되더라도 석유가 필요한 이유가 여기에 있다. 

환형올레핀계 고분자 글로벌 시장의 크기는 1조원 이상의 가치로 추정되며 연평균 3%의 성장률을 가진 유망한 고분자소재 분야이다. 향후 정보전자 분야 뿐만 아니라 의료기기, 패키징 시장 등에서도 응용이 확대될 것으로 기대한다.

환형올레핀 고분자 소재는 노보넨 계열 단량체로부터로 제조되는 고분자 플라스틱의 일종이다.

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

연구팀은 노보넨 계열 단량체에 새로운 촉매시스템을 적용하여 성공적으로 환형올레핀 고분자 소재를 중합했다. 

환형올레핀 고분자에 포함된 단량체 함량에 따라 소재 가공온도에 영향을 주는 고분자 유리전이온도를 92℃ 부터 192℃ 까지 자유롭게 조절하였다.

용매에 녹이거나 가열하는 공정을 통해 손쉽게 필름을 제조할 수 있었다.

연신율을 4%~245% 범위까지 제어하여, 기존 대비 최고 2배 이상 늘어나는 물성을 확보하여 쉽게 부러지는 종래의 노보넨계 환형올레핀 고분자 소재의 단점을 극복했다. 

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"라고 말했다.

한국화학연구원 주요사업 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 고분자 분야의 권위 있는 학술지인 '매크로몰레큘즈' 7월호에 표지논문으로 게재됐다.