[화학으로 만들어가는 녹색세상] ⑦ 초경량·고내열 폴리이미드 수지

한국화학연구원 이미혜 박사팀이 개발한 성형용 폴리이미드 부품소재는 기존 제품 대비 내열성과 내마모성이 탁월한 것이 특징이다.

폴리이미드 수지는 고도의 내열성과 고강도가 요구되는 분야에서 각광받는 첨단 화학소재다. 500℃ 이상의 고온에서도 분해되지 않는 화학구조를 지닌데다 얇고 유연성까지 뛰어나 지난 1960년대 초 미국 듀폰이 개발한 이래 우주항공ㆍITㆍ자동차ㆍ반도체ㆍ디스플레이 등의 산업에 핵심소재로써 폭넓게 활용되고 있다. 특히 LCD TVㆍ휴대폰ㆍ디지털카메라 등의 핵심부품인 연성회로기판(FPCB)의 원판 소재로 많이 쓰인다. 이러한 폴리이미드 중에서도 최근 가장 주목받고 있는 것은 그 자체로 부품을 만들 수 있는 성형용 폴리이미드 수지다. 하지만 폴리이미드는 기본적으로 녹거나 용해되지 않는 불용·불융의 물성을 갖고 있어 기존 기술로는 성형과 가공이 매우 어렵기 때문에 미국ㆍ프랑스ㆍ일본 등 극소수 선진국이 원천기술과 응용기술을 독점하고 있다. 현재 세계 시장의 약 90%를 듀폰이 독차지하고 있다. 상황이 이런 만큼 기술이전 통로는 사실상 완전히 막혀 있다. 우리나라 역시 반도체ㆍ디스플레이ㆍ자동차 산업에서 성형용 폴리이미드 부품 소재의 사용이 늘고 있음에도 불구하고 연간 약 300억원에 이르는 수요 전량을 수입에 의존할 수밖에 없었다. 한국화학연구원 화학소재연구본부 이미혜 박사팀은 이 같은 국내 시장의 한계를 타개한 주역이다. 이미 2000년대 초부터 집중적 연구를 수행해 세계 최고 수준의 특성을 보유한 성형용 폴리이미드 부품소재의 개발에 성공한 것. 이 박사는 "대다수 전자재료는 내화학성, 내열성, 절연성이 요구된다"며 "폴리이미드는 금속보다 훨씬 가벼우면서도 내열성과 기계적 특성이 매우 뛰어난 재료"라고 설명했다. 연구팀은 폴리이미드 중합 공정을 단순화̇·고효율화 할 수 있는 복합화 공정을 독자 개발하고 각종 첨가물을 혼합하는 방식으로 물성의 획기적 향상을 이뤄냈다. 이 박사는 "단일단계 중합공정에 따른 세계 최초의 폴리이미드 제조공정으로 30~50% 이상의 공정단가 절감이 가능하다"며 "물성에서 역시 현존 최고라 불리는 듀폰의 베스펠과 비교해 약 120% 향상된 결과를 얻었다"고 강조했다. 연구팀은 이미 정액기술료와 경상기술료 1.5%를 받는 조건으로 대림H&L에 기술 이전을 완료했다. 또한 대림H&L은 이를 바탕으로 플라비스라는 제품을 출시해 시장에서 호평을 받고 있는 상태다. 삼성전자, LG디스플레이, 삼성SDI 등에서 첨단 디스플레이 산업부품에 적용되고 있으며 내열성ㆍ내마모성ㆍ전기절연성에 더해 우수한 절삭 가공성을 보유하고 있다는 평가다. 이러한 반응에 힘입어 이 박사는 현재 차세대 플렉시블 디스플레이를 위한 새로운 폴리이미드 소재 개발에 주력하고 있다. 플라스틱 기판 위에서 활용될 수 있는 전기절연성이 강화된 유기 TFT 절연막 개발이 목표다. 이 박사는 이 소재가 개발되면 기존의 공정을 거치지 않고도 차세대 전자제품을 생산할 수 있을 것으로 예상하고 있다.