[ 보고서식제 1 호 ] 연차 ( 진도점검 ) 보고서 과제번호 10032173 과제명 ( 국문 ) 환경친화형기능성자연사복합소재개발 ( 영문 )Development of Eco Friendly Functional Green Composites 주관기관한국기계연구원부설재료연구소총괄책임자김병선 총개발기간 2008. 11. 01. ~ 2011. 10. 31. ( 3 년 ) 해당년도개발기간 2008. 11. 01. ~ 2009. 10. 31. ( 1 년 ) 총사업비 ( 천원 ) 정부출연금 681,000 민간부담금 현금 136,200 현물 90,801 계 983,892 해당연도사업비 ( 천원 ) 정부출연금 227,000 민간부담금 현금 30,267 현물 45,400 계 302,667 참여기관 ( 주 ) DACC 양승운 ( 주 ) 소명특수건업 참여기관책임자 박상권 The University of Tokushima Hitoshi Takagi 키워드 (6 ~ 10개 ) 친환경, 기능성, 자연섬유, 셀루로우스섬유, 생분해성수지, 복합재료, 상온상압연속플라즈마코팅 진도보고서는핵심개발내용을중심으로 5 쪽내외로작성제출
Ⅰ. 해당연도추진현황 Ⅰ-1 기술개발추진일정 일련번호 개발내용 추진일정 ( 개월 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 달성도 (%) 1 재료조사및선정 100% 2 3 분말단섬유플라즈마코팅장치설계및제작생분해성수지 / 자연분말복합재료성형연구 100% 100% 4 특성평가 80% 5 연속공정설계 100% 6 연차보고서작성 90% 당초계획 개발내용 Ⅰ-2 해당연도추진실적 (KIMS) 당해년도에목표했던모든내용중특성평가일부를제외하고모두수행하였슴. o 연속분말 / 단섬유상온상압플라즈마 coating 공정설계및장치제작 그림 1의상온상압플라즈마 coating 연속공정에서 carrier gas 헬륨이 bubbler 내의 acrylic acid( monome r) 를통과하면서헬륨및 acry l ic acid 혼합기체가플라즈마가발생하는공간으로헬륨가스를주입시키는힘으로투입된다. 동시에분말혹은단섬유가 screw를통해 plasma chamber 밑으로넣어지는데이분말혹은단섬유역시주입되는기체의힘으로 ch am b er 내에서위로올라가면서플라즈마코팅된후 col l e ctor로이동된다. 여기에서헬륨가스는 filter를통해밖으로나간다. 그림 2는 electrode 를설명하는개략도인데 Al 2 O 3 판재의두께는 1mm 이며 silver paste 대신 thin copper plate (0.1mm 이하 ) 가사용될수도있다. 그림 1의사진에서파란색박스가플라즈마발생장치, 그옆의수직원통은분말이주입되는곳, 수평원통은 collector, 왼쪽전자장비는 power supply, 오른쪽전자장비는 screw 및 shaker control 등임.
그림 1. 분말및단섬유용상온상압플라즈마연속코팅장치 그림 2. El e ctr od e 및플라즈마코팅기의개략도 o 분말에대한최적플라즈마표면코팅연구및숯, 황토, 게르마늄, 옥 ( 추가 ), 은 ( 추가 ) 등을각각첨가한기능성복합재료의최적성형조건연구및개발 - PLA와가장 com p atib le 한 monomer는 arcrylic acid로접촉각측정값을이용한표면에너지계산결과로알수있었고 PLA 및분말의특성분석하였다. - 5가지분말에대한플라즈마코팅을 arcry lic acid로각각한후 twin screw extruder 를이용하여각각 PLA와혼합하여 pellets를제작. pellets를이용한복합재료를최적의성형조건을찾은후성형하였다. 분말의분산도는 twin scre w e xtrude r로 3번혼합했을때가장좋았다. - 5가지복합재료에대한기계적특성시험및공기의비타민으로불리는음이온측정. 그림 3. 인장시험결과
- 음이온은냄새나맛이없으며공기의비타민으로불리우고있는데인간이쾌적한기분으로건강에좋은상태는 800개 / 공기cc라고하며음이온이부족하게되면기분이흩어져끈기가약해지거나식욕이떨어지는등여러가지증상이나타나기도한다. 그리고음이온은대기중에부착되어대기오염물질이나악취물질등을정화하는기능을가지고있다. filler를첨가한시편에서 filler의양과종류에따라음이온은 3~27로측정되었다. - 얇은판재제조최적성형조건연구 얇은두께의판재를제작하고자펠렛형태의 polylactic acid 를 film 형태로제작하였고, cellulose fiber는필름사이에적재하여복합재를성형하였다. film 형태로제작한 polylactic acid 는 0.015~0.025mm의두께를지니고있으며 cellulose fiber와의결합력도사진에서보이듯이좋은경향을보였다. o Ju te 및 Coir 의최적 p r e - cond itioning 연구및단섬유첨가기능성복합재개발 - p re- conditioning은리그닌, 쎄미셀룰로스, 팩틴과같은화합물의제거와친수성섬유를소수성으로변화시키기위한것이고 Jute 및 Coir 섬유에대한최적의 pre-conditioning 은 6% NaOH 용액에 24시간, ph가 7이될때까지증류수세척및진공오븐에서 75 로건조하는것으로실험을통해알수있었다. - NaOH로 pre -cond itioning이된 3-5mm 단섬유의 Jute 및 Coir 섬유를각각 twin screw extruder를이용하여 PP 및 PLA와각각혼합하였고 hot press에서 195 에서 20kgf/ mm2로가압하면서성형하였다. 시편에대한기계적특성시험은진행중임. 플라즈마코팅된단섬유복합재료도성형되어특성평가준비중. o 한일교류실적 : (1) 일본방문건 (1회, 09. 03. 4 ~ 08. 03. 6) 방문인 : 김병선 (KIMS), 참여기업의연구원 2명협의내용 : o 도꾸시마대학에서개발연구하는내용입수
o 2010 개최 HPSM국제학회에서 Green Composite session 을함께 organize 하자는의견에동의. 본인과 Takagi 교수는 HPSM에 International Advisory Committee 로있슴. o Takagi 교수측의연구에서이용하는 cellulose 섬유를이용해서복합재를성형할때섬유에대한플라즈마처리를 KIMS 복합재료연구실에서해주기로. (2) Takagi 교수초청 2회초청일자 : 09. 01. 8 ~ 08. 10 협의내용 : 자연소재와생분해성수지를이용한바이오판재성형시유의사항건 o 기계적특성을비롯하여방음, 방수, 방열, 항균, 공기정화, 유해파차단및습도조절등실험을통한기능성최대화및최적화 o NaOH 를이용한자연섬유의 pre conditioning 관련방법론토의 o 자연섬유복합재및 PLA 수지관련문헌입수 초청일자 : 09. 08. 20 ~ 09. 22 강연제목 : High performance thermoset composites reinforced by unidirectional hemp fibers 협의내용 : Tokushima 대학에서의그간연구내용소개 o 10. 7. 26-28 Tallinn, Estonia 에서개최될 HPSM에서 Green Composites Session 뿐만아니라 Nanocomposites Session도함께 organize 하기로합의. o 10. 봄한국에서개최될한일복합재료심포지엄에서의논문을함께준비검토. Ⅰ-3 ( 주 ) 소명특수건업의해당연도추진실적 폴리에스테르수지를합성하기위한기초실험 1) 폴리에스테르수지개관 2) 폴리에스테르반응율에영향을미치는요소연구 3) 포화폴리에스터수지의특성연구 4) 폴리에스테르수지제조시장비조건연구 5) 폴리에스터반응중생기는문제 / 주의사항연구등 Ⅱ. 기술개발결과 (1) 국내학술대회 (4 편 ) 1. MH Nguyen, 김승현, 김병선, 이환우, 자연섬유 /PP 복합재료에 NaOH 처리가미치는영향," 09 한국복합재료학회춘계학술대회, KAIST, 09. 5. 1 외 3 편 (2) 국외학술대회 1. BS Kim and WS Choi, "Effect of Plasma Treatment on the Mechanical Properties of Wood Powder/PP Composites," 46th Symposium on Powder Science and Technology, 08, 12. 2~4, Nara, Japan 2. BS Kim, "Plasma Treatments for the Natural Fibers," Korea-Japan Green
Composites Workshop, Engineer House, SNU, Korea, 09. 3. 26. ( 초청강연 ) (3) 국내저널 1. FA Mirza, A Afsar, BS Kim and JI Song, "Recent Developments in Natural Fiber Reinforced Composites," 한국복합재료학회지, P41-49, 22 권, 4 호, '09. 8 (4) 국외저널 1. N M Hai, BS Kim and S Lee, Effect of NaOH Treatment on Jute and Coir Fiber PP Composites," Advanced Composite Materials, 18(2009. 9) 197-208 SCI-E (5) 특허출원준비중 : 상온상압연속플라즈마장치 Ⅲ. 결론및차년도계획 III-1 KIMS 의결론및차년도계획 분말종류를은, 옥등 2가지를추가함으로써일이더많아졌지만상온상압의플라즈마장치개발, twin screw extruder 및플라즈마코팅을이용한분산성증대, 자연섬유의 pre conditioning은 NaOH를이용하여연구완료하였고친환경자연사기능성복합재료성형공정의최적조건을실험을통해얻을수있었다. 또한일본측에서보내온 Jute 섬유에플라즈마처리를여러조건에하여일본에보낼예정이며이내용으로함께논문을준비하려함. 차기년도에는계획서상의내용에추가로 cellulose 섬유강화복합재료와세라믹판등과의접착연구도수행하여 hybrid 복합재료연구도예정하고있슴. III-2 ( 주 ) 소면특수건업의결론및차년도계획 생분해성폴리머는일반적으로여러종류가있으며, 여러종류로개발되어왔고, 또한판매되고있다. 그러나대부분의원재료가천연물질또는화학물질의혼합과합성으로한정되어있으며새로운고분자를만드는데에는어려움이많다. 따라서당해연도에는폴리에스테르폴리머에대한기초실험과그폴리에스테르수지를베이스로하여천연물질을사용하여폴리에스테스수지와폴리우레탄수지를실험한것이다. 1차년도에는천연물질을이용한수지기본합성과천연물질을이용한폴리우레탄수지기본에충실하였으나 2차년도에는상호보완및강화또는성능향상기능성파우더 ( 무기물 filler 포함 ) 및기능성섬유의사용및전처리방법을연구하여기존얇은필름형식의생분해조성물보다는성형물 ( 기능성포함 ) 을제작실험하려고한다. 또한폴리우레탄는 1차년도에추진한결론에더욱세부사항에대해제작실험하려함.
Ⅳ. 사업비사용현황 ( 단위 : 천원 ) 비목 구분 당초계획사용금액잔액 현금현물현금현물현금현물 증감사유 1. 인건비 102,652 81,566 21,085 - 내부인건비 62,401 51,866 10,514 기존인력 62,401 51,866 10,514 신규인력 - 외부인건비 40,251 29,679 10,571 2. 직접비 78,340 65,883 12,457 - 연구시설 장비및재료비 69,615 65,883 3,732 - 연구활동비 8,725 0 8,725 - 연구수당 3. 간접비 30,872 21,115 9,757 4. 위탁연구개발비 ( 공동연구비 ) 45,403 45,403 0 합계 257,267 213,966 43,301 이자발생금액 : 천원 1. 사후환급금 ( 부가세, 관세등 ) 은제외함을원칙으로함 2. 당초계획대비사용금액이변경된사항에대해서는증감사유란에구체적표기 3. 1 차년도사업시작부터진도보고서제출시점까지의사업비집행내역작성
Ⅴ. 기업재무건전성현황 - 과제명 : 환경친화형기능성자연사복합소재개발 - 주관기관 ( 총괄책임자 ) : 기계 ( 연 ) 부설재료연구소소속복합재료연구그룹김병선 ( 주 ) 소명특수건업항 목 해당사항기재 ( 단위 : 천원 ) 최근년도말부채비율 (300% 이상, 500% 이상 ) ㅇ계산결과 : 25.92% ( 산식 : 부채총계 / 자기자본총계 100) ㅇ 148,044/571,016 100 최근년도말유동비율 ( 산식 : 유동자산 / 유동부채 100) ㅇ계산결과 : 360.25% ㅇ 171,328/47,558 100 자본잠식여부 ( 법정관리, 화의기업여부 ) ㅇ해당사항없음. 이자보상비율 ( 산식 : 영업이익 / 이자비용 ) ㅇ계산결과 : -23.81% ㅇ -47,180/1,981 ㅇ매년순이익발생 3개년도계속적자기업 (kisline활용) ( 판단기준 : 손익계산서상의당기순이익 2006년 2007년 2008년 ( 손실 ) 로서판단 ) 933 66,212 67,257 외부감사기업의경우최근년도감사의견이 한정 인경우 중소기업해당여부 ㅇ ㅇ - 상시근로자수가 1 천명이상인기업ㅇ근로자수 : 9 명 -자산총액이 5천억원이상인법인또는그러한법인이기업발행주식총수의ㅇ 30% 이상을소유하고있는기업 - 상호출자제한기업집단에속하는회사ㅇ 기타특이사항 ㅇ 참여하는모든기업이각각작성할것
- 과제명 : 환경친화형기능성자연사복합소재개발 - 주관기관 ( 총괄책임자 ) : 기계 ( 연 ) 부설재료연구소소속복합재료연구그룹김병선 ( 주 )DACC 해당사항기재 ( 단위 : 항목천원 ) 최근년도말부채비율 (300% 이상, 500% 이상 ) ㅇ 2008년말기준 :102% ( 산식 : 부채총계 / 자기자본총계 100) ㅇ (19,523,743/18,996,642*100) 최근년도말유동비율 ( 산식 : 유동자산 / 유동부채 100) 자본잠식여부 ( 법정관리, 화의기업여부 ) 이자보상비율 ( 산식 : 영업이익 / 이자비용 ) ㅇ 2008년말기준 :174% ㅇ (16,085,798/9,200,904*100) ㅇ부ㅇ 2008년말기준 :2.72 ㅇ (1,404,911/514,647) ㅇ매년순이익발생 3개년도계속적자기업 (kisline활용) ( 판단기준 : 손익계산서상의당기순이익 2006년 2007년 2008년 ( 손실 ) 로서판단 ) 1,042,633 1,387,452 1,459,225 외부감사기업의경우최근년도감사의견이 한정 인경우 중소기업해당여부 ㅇ해당사항없음 ㅇ중소기업해당 - 상시근로자수가 1 천명이상인기업ㅇ근로자수 : 2008 년말기준 :89 명 -자산총액이 5천억원이상인법인또는그러한법인이기업발행주식총수의ㅇ해당사항없음 30% 이상을소유하고있는기업 - 상호출자제한기업집단에속하는회사ㅇ해당사항없음 기타특이사항 ㅇ해당사항없음