나노복합재료- 연구의 배경 및 필요성

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나노복합재료- 연구의 배경 및 필요성에 대한 보고서 자료입니다.

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으로 발전하긴 했어도 고분자생산업체는 이제 막 본격적으로 활동을 시작했을 뿐이다. (표 2-3) p.25 참조
고분자 나노복합재료 개발의 요소기술에 있어서, 원료의 정제나 합성, 유기화 반응 등 기초적인 기술은 매우 미약하다. 하지만 혼합제조기술은 대학과 연구소 등에서 일부 진행 중에 있으며 따라서 이에 따른 물성평가기술도 일본이나 미국의 수준에는 미치지 못하지만 보통 수준에 올라섰다고 판단된다.
현재 선진국에서는 제품화단계에 이르렀고, 가공특성 등을 좀 더 명확하게 규명하거나 특징적인 방법을 착안하여 기존제품과의 차별화에 주력하고 있지만, 국내기술은 매우 낮은 수준에 있다. 하지만 향후 나노기술분야의 시장은 매우 성장할 것이므로 요소기술별 차별화, 기능화를 추구하는 연구중심으로 변모해야 할 시점에 있다. 따라서 범용 고분자를 이용하여 기존의 특성을 살리고 고기능 또는 고성능의 물성을 부여하는 방향을 모색하는 것만이 국내기술의 살길이라고 할 수 있다. 즉 기존 고분자의 Nano화는 환경적인 측면에서 거의 문제점이 발생되지 않으며, 새로운 모노머나 고분자의 출현으로 인해 경제적인 면에서도 기존의 제품을 상당부분 대체할 것으로 예상된다.
제3장 시장동향
1. 시장 현황
나노복합체의 전세계시장은 약 7,360톤(300만lb) 정도이며 이 중 약 970톤(200만lb)이 일본의 Unitika와 Ube에 의해 각각 자동차 및 포장용으로 생산되는 Nanoclay Reinforced Nylon이다. 나머지 450톤(100만lb)은 북미에서 생산되는 자동차 몸체용의 Carbon Nanotube-Filled PPO/Nylon Alloy이다. 이 시장은 매우 초기단계이며 기술적으로나 경제적으로 아직 불확실한 환경에 놓여있다.
그러나 많은 업체들이 제품개발 현황과 상품화 그리고 시장확보를 위해서 연구개발에 노력을 기울이고 있으며, 현재 개발되고 있는 각각의 기술들은 향후 10년간 괄목할만한 성장을 할 것으로 예상된다.
나노 복합재의 시장 잠재성은 매우 크다. 1999년 나노복합재가 대체할 수 있는 유사한 합성 폴리머 시장의 규모는 연간 약 1,270만톤(280억lb)이며 이중 10년내에 약 454만톤(100lb) 정도, 즉 시장의 2/3 정도 범위 내에서 기술 경쟁력을 갖춘 제품이 개발될 것으로 예상된다. 향후 5년 이내에 응용기술이 가속화될 것으로 기대되며 동시에 시장 확보의 토대를 만들어 갈 것으로 기대된다. 2004년부터 2009년까지 연평균 수요는 연간 35%이상 증가할 것으로 기대되고, 45만톤(10억lb)의 시장이 형성될 것으로 예측된다. Clay-폴리머 나노복합재중 최초의 제품인 Clay-나일론 나노복합재는 토요다자동차의 일본 내수용 타이밍벨트 커버의 재료로 사용되었으나 현재는 사용되지 않고 있다. 이들 커버가 필요이상의 내구성을 가질 필요가 없기 때문이지만 이를 통해서 토요다자동차는 나노복합재에 대한 시장 및 기술적인 가능성을 제시하였다.
<표 4-1>는 전 Southern Clay사 Manager였던 미국 Principia Partner사의 Karl Kamena가 예측하는 상업화 시장규모인데 각 주요 권역별로 2004년에서 2009년까지 수요가 상당히 증가할 것을 보여준다. 시장은 2009년에 약 55만톤정도(12억lb)에 달할 것이며 이중 46만톤(10억lb)은 Nanoclay Rainforced Compound이며 7만톤(1.6억lb)은 Carbon Nanotube Filler Product로 구성될 것으로 예상된다. (표 4-1) p.66 참조
나노복합체 기술은 열가소성, 열경화성, 고무제품 등 광범위하게 응용될 것으로 예측되는데, <그림 4-1>은 향후 10년에 걸쳐 약 20종류 고분자의 Nanoclay composite가 상업화 될 것을 나타내고 그 예상 시장규모를 예시한 것이다. 그 중 Nanoclay composite는 현재 상업적으로 두 가지로 응용되고 있는데 자동차 Underhood Component와 Food Packaging이다. 이 분야의 최종시장은 향후 10년간에도 나노복합체의 주요한 용도가 될 것이다. Non-Food Packaging 등의 기타 시장은 2004년까지는 나노복합체의 채용이 시작될 것으로 보이며 2009년까지는 수요의 증대가 일어날 것이다.
자동차분야에서는 경량화에 큰 목표를 두고 있으며, 이는 환경 문제 즉 자동차 배기가스 저감문제와 맞물려있는 것으로, 각 자동차 업체에서는 자동차의 무게를 줄이고자 많은 노력을 하고 있다. 경량화와 수반되어 가격이 저렴하며, 재활용이 우수하고, 강성 및 성능이 우수한 재료를 찾기에 여념이 없는 자동차업계로서는 나노복합재료는 매력 있는 소재이므로 향후 지속적인 개발이 예상된다.
하이브리드형 소재는 아직까지 연구개발 착수단계이기 때문에 현시점에서의 국내 시장규모는 극히 미미하다. 그러나 기존재료로는 한계성이 있기 때문에, Hybrid형 소재가 개발되면 2010년도의 경우 국내시장 규모는 천억원 이상에 달할 것으로 전망된다.
이들 소재의 시장은 전적으로 향후 개발되는 나노복합소재의 특성에 의존하므로 정확한 시장예측이 어려우나 2009년경에 기술이 실용화되고, 접근방법 및 기술적 난이도의 순서에 따라 현재 소재의 80~10%정도를 대체할 경우의 예상 시장규모를 <표 4-3>에 나타내었다.
(표 4-3) p.69 참조
세라믹스 나노재료 기술에서는 세라믹스 나노복합체는 기존 단일 복합재료에서 나타낼 수 없는 특성의 향상을 보이고 있으며 일부 압력센싱 분야에서 산업화가 성공적으로 이루어졌다. 고강도 나노복합체의 경우에도 3~5년 후에 산업화가 국내 또는 일본에서 성공할 것으로 예측된다.
고강도 세라믹스 나노복합체는 cutting tool분야에 산업화가 일본 및 국내에서 시도되고 있다. 세라믹스 나노복합체의 압력센싱 pad를 Sony에서 Aibo에 적용하여 성공적으로 매출을 올리고 있다. 일반 액정 고분자 재료는 1976년부터 이미 상업화되었으나 나노수준의 액정 고분자복합체는 아직 상업화가 시도되지 않고 있으며 개발 성공 시에는 세계의 시장을 선도할 수 있을 것으로 예상된다.
일본의 경우, 폴리머계 나노복합재는

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