DIC, 유리전이점에 내열분해성 양립 … 자동차․반도체용 공급
화학뉴스 2015.10.13
DIC가 에폭시수지(Epoxy Resin)의 특성 가운데 상반관계에 있는 유리전이점과 내열분해성을 고차원적으로 양립시키는 기술을 개발했다.
중합반응을 제어하기 힘들어 에폭시수지로의 응용이 어려웠던 골격구조인 올리고머(Oligomer)를 제작하는 조건을 발견해 상업생산에 적합한 합성방법을 확립했다. 신규기술은 장기적인 신뢰성을 중시하는 자동차 전자 제어에 사용하는 탄화규소(SiC) 반도체 등 차세대 파워 디바이스 소재에 적용될 것으로 기대되고 있다. 에폭시수지는 접착성 및 경화 시의 적은 체적수축, 강도, 전기 특성 등을 겸비하고 있어 자동차용 도료 및 반도체 봉지재, 토목‧건축용 접착제 등 폭넓은 용도에 활용되고 있으나 자동차 탑재용 파워 반도체 봉지재 등의 용도는 장기신뢰성이 중요해 현재로서는 내열성 등이 뛰어난 실리콘계 화합물이 주류를 이루고 있다. 다만, 실리콘계 화학물도 고온에서의 장시간 사용 등이 어렵다는 문제점이 있었다. 에폭시수지는 경화했을 때 고분자 사슬이 네트워크 구조를 형성하며, 물리적 내열성인 유리 전이점과 화학적 내열성인 내열분해성으로 내열성이 평가된다. 2가지 내열성의 양립이 어려운 것은 경화물은 분자구조 가운데 타기 쉬운 에폭시기 기반의 지방족 결합을 지니고 있기 때문인 것으로 알려졌다. DIC는 잘 타지 않는 방향족 구조를 다량 보유토록 함으로써 난연화 분자 설계를 실시하면 가교밀도가 저하돼 유리 전이점이 내려가는 것을 확인했으며, 분자 설계의 조건으로 연소에 따른 탄화층 형성을 기대할 수 있는 페닐렌에테르(Phenylene Ether) 골격과 강직한 나프틸렌(Naphthylene) 골격 도입을 설정했고 2005년경부터 2개 골격을 함께 보유하고 있는 <나프틸렌 에테르(Naphthylene Ether) 골격> 응용을 검토해왔다. 그동안 에폭시수지에 나프틸렌 에테르 골격이 응용된 사례는 거의 없었으며, 기존 기술로는 분자량이 커져 열경화성 수지로서의 유동성을 얻기 힘들다는 과제가 있었다. DIC는 다양한 조건을 검토해 탈수반응에 많이 사용되지 않는 알카리 촉매 조건 아래서 중간체가 선택적으로 생성되는 것을 확인했다. 다만, 섭씨 200도 이상의 반응온도가 필요하기 때문에 에너지 소비량이 많을 뿐만 아니라 얻을 수 있는 중간체 융점도 섭씨 300도 이상이며 상업설비에서 혼합하거나 추출하는 작업이 어려워 실용적이지 않은 것으로 평가되고 있다. DIC는 시행착오 끝에 중간체가 칼륨이온을 포함토록 함으로써 안정화시키면 반응조건이 완화되는 것을 규명했으며, 저온에서 탈수반응이 진행되는 산성촉매에 조건을 전환해 수산기 위치가 다른 다양한 종류의 원료와 중성 칼륨염을 보조촉매로 사용한 결과 섭씨 160도 정도에서 반응이 이루어졌고 획득한 중간체 융점도 165도로 대폭 떨어져 공업화 실현 가능성을 높인 것으로 알려졌다. 나프틸렌에테르 골격을 에폭시수지에 응용한 결과 조합한 경화제에 따라 유리 전이점이 섭씨 300도 이상으로 올라가 상반관계에 있는 내열 분해성 및 난연성, 흡습성 등도 고차원에서 양립하는 것을 확인했다. 현재는 고성능 에폭시수지 <EPICLON HP-6000> 등을 생산해 프린트 기판 및 반도체 봉지제 등의 용도에 채용을 제안하고 있으며, SiC 반도체는 전력변환기의 손실 저감 및 소형화가 가능해 친환경자동차 및 철도, 서버기기 등에서 시장을 확대할 것으로 예상되고 있다. <L> <화학저널 2015/10/13> |
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