| 초록 |
#2월 우수전문가 동향보고서(KOSEN Expert Insight)# 이 자료는 LG 하우시스 연구소 에 계신 송은호박사님께서 작성해주셨습니다. 1. 개요 고분자가 21세기 인류의 미래 기술[인류 복지, 에너지 변환(energy transformation) 등] 발전에 가장 중요한 역할을 할 것임을 의심하는 이들은 아무도 없다. 하지만 academic에서 주로 연구하는 고분자(macromolecule based-polymer)와 실제 응용되고 있는 고분자(plastic) 간에는 상당한 차이가 있음을 잘 인식하여야 한다. 우리가 흔히 사용하는 plastic은 대량생산 후 상용화까지 연결될 수 있다는 의미를 포함한다. 현재 academic 분야에서는 다양한 종류의 고분자들이 연구되고 있으나 그중 대량생산 및 상용화까지 성공적으로 완료시킨 예가 많지 않다는 점에서 비추어볼 때, 본 보고서에서 기술하고 있는 내용들은 관련 연구자들에게 ldquo;고분자의 상용화 rdquo;에 대해 다시 한 번 생각해볼 수 있는 기회를 제공할 것이다. 2. 주요 내용 1) 정교한 고분자 (Precision Polymer) 1980년대 정립된 거대분자공학(macromolecular engineering)이란 용어는, 최근 정교한 고분자(pre-cision polymer)란 용어로 대체되고 있으며, 이는 다양한 고분자 합성 방법을 통해 분자량, 분자 분포, 말단 그룹(end group), 고분자 구조 및 이성질체(stereoregularity) 특성 등이 정교하게 조절 가능함을 의미한다. 이러한 잘 설계된 고분자들(특히, 생물학적 고분자만큼 복잡한 다양한 구조의 고분자들)은 고분자의 구조-특성 간 관계 및 재료의 자가조립 특성들에 관한 많은 정보를 제공하고 있으며, 이러한 이유로 고분자의 구조/분자량 등을 정밀하게 조절하기 위한 이론/실험적 연구들은 매우 중요한 것으로 인식되고 있다. 하지만 이러한 고분자들 중 대량생산(large scale technical products)으로까지 이어진 경우는 극히 드물다. 이러한 상업성이 고려된 대량생산을 위해서는 필수적인 장점 등을 일부 줄여야 하며, 이를 통해 비용이나 합성에 필요한 노력을 감소시킬 수 있다. 이러한 효율적인 합성법은 효율적으로 이용 가능한 모노머 구조를 이용해서 흥미 있는 고분자 구조를 합성하기 위한 연구의 필요성이 제기되고 있으며, 더불어 저비용/고효율 정제화 기법에 대한 연구도 필수적인 것으로 인식되고 있다. 하지만 academic 연구 분야에서 이러한 연구 주제는 더 이상 흥미로운 주제도 아니며, 높은 점수의 저널 출간, 연구비 및 좋은 박사과정 학생을 뽑기 위해서도 좋은 연구 주제가 아닌 것으로 인식되고 있다. 예로 재생산성(reproducibility)/반응동역학(reaction kinetics) 등을 고려한 고분자 합성법 연구는 최신 연구 분야로 취급되고 있지 않으며, 단지 모노머 합성을 위한 촉매(catalysis) 관련 연구만이 그나마 흥미로운 연구 과제로 명맥을 이어가고 있다. 최근 독일 내 화학 기업들은 대량생산품과 engineering polymer 또는 낮은 이득이 예상되는 고객 맞춤 상품에 대한 생산을 줄이고 있으며, 소량생산의 기능성 고분자들은 OEM 방식을 통해 생산하고 있다. 이에 반해 특정 응용 분야(automotive, IT, energy, biomedicine 등)를 위한 고분자들을 저비용으로 생산하기 위한 연구들에 많은 관심이 더해지고 있다. 그러므로 향후 academic 분야에서 정교한 고분자(precision polymer) 관련 연구는 산업계에서 관심을 가지는 응용 분야에 유용한 고분자를 저비용/대량생산을 가능케 하는 방향으로 전개되어야 한다. 2) 나노재료 (Nanomaterials) 최근 나노복합재(nanocomposites)를 이용하여 표면 상호작용을 이해하기 위한 연구들이 활발히 진행되고 있으며, 이미 상용화된 상품이 시장에 출시되었다. 이러한 나노재료들의 상용화를 위해서는 유변학적 특성을 통한 저비용 공정 기술 개발 실현을 위한 구조-특성 간 상호작용을 이해하는 연구들(기능성 나노복합재 개발, 다양한 기능성 복합재의 blend 연구)이 선행되어야 한다. 또한 첨가제 제조(additive manufacturing)는 academic과 산업계에서 흥미를 가질 만한 연구 주제이며, filler나 표면공학(surface engineering) 분야 또한 잠재적으로 다양한 분야에 응용될 수 있는 잠재성을 가지고 있는 연구 분야라 할 수 있다. 다양한 고분자 나노구조들과 응답성 고분자들은 센서등과 같은 다양한 장치에 응용될 수 있으며, 이러한 물질들을 대량생산하기 위한 공정 개발에 관한 연구들도 academic과 산업계에서 많은 관심을 가질 만한 연구 주제이다. 이러한 대량생산 공정 개발 외에도 자가조립을 위한 분자 인식에 대한 연구 또한 나노재료 연구 분야에서 매우 중요한 분야로 인식되고 있으며, 실질적인 연구 성과를 위해서는 공공-개인 간 파트너십(public-private partnership)을 통해 협동 연구가 보다 활성화되어야 한다. 3. 향후 전망 본문에서는 저비용/고효율적인 고분자 합성법 관련 연구가 고분자의 상용화 관점에서 매우 중요함이 기술되었다. 하지만 최근 고분자과학 분야는 비약적인 발전이 이루어졌으며, academic 분야 연구 역시 산업계에서 고분자의 상용화에 필수적인 이론적/합성 방법론에 관련된 의미 있는 연구 결과들이 생산되고 있다. 향후 academic에서의 연구 분야는 기존 연구 테마[반응공학(reaction engineering), 동역학(kinetics)]에 더하여, 지속적으로 고분자 관련된 새로운 concept을 제시하기 위한 연구들이 수행되어야 하며, 고분자의 대량생산과 더불어 기능성 고분자의 소량생산을 위한 연구 또한 진행되어야 한다. Reference 1. Brigitte Voit. New Polymer: Beautiful Structure, But How Can We Bring Them to the Market? Angewandte Chim. 2017, 56(11):2810-2811. |
