Ⅰ. 제 목
차세대 상수도관용 초강성 PE125 소재 개발

Ⅱ. 연구개발의 목적 및 필요성
폴리에틸렌(Polyethylene)관은 주철관, 강관과 같은 금속관 대비 가볍고, 부식이 없으며, 우수한 유연성과 시공성을 가지고 있어 상수도관으로 사용시 토양의 이동, 관의 부식, 도로 위의 하중 등 주요 누수 원인을 근본적으로 제거할 수 있다.

 

이러한 장점에도 불구하고 폴리에틸렌관이 전체 상수도관 network 적용에 한계가 있는 것은 낮은 강성으로 인해 고수압을 견딜 수 있는 대구경 파이프 제조가 어렵기 때문이다. 현재 상용화되어지고 있는 PE80, PE100등급의 폴리에틸렌 소재로는 배수관, 급수관 등 저압용으로만 사용되고 있으며 대구경, 고압이 요구되는 도수관이나 송수관 등에는 아직까지 적용을 못하고 있는 실정이다. 따라서 도수관, 송수관의 부식에 따른 누수 및 수질오염을 근본적으로 개선하기 위해서는 도수관, 송수관을 포함한 전 상수관에 적용될 수 있는 초강성을 갖는 PE125소재 개발이 필요하다고 하겠다.

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
본 연구의 목적은 환경친화적인 상수도관용 PE125 등급의 폴리에틸렌 소재 기술개발이다. PE125 소재개발을 위해 당사 HDPE(High Density Polyethylene) Slurry 공정에 적합한 최적 중합촉매와 중합공정에서 제품생산에 이르는 핵심기술을 개발함으로써 파이프용 소재 산업 전반에 걸친 파급효과를 일으키고, 또한 국내외 상수도관 용도로 획기적인 내구성과 친환경 특성을 갖는 고성능의 폴리에틸렌 소재를 적용하여 수자원의 관리의 획기적 전환점을 마련함을 목적으로 한다. 본과제의 연구내용은 다음과 같다.

 

1차년도에는 PE125 소재의 기본설계를 위한 기초연구와 최적 중합촉매 선정을 위한 Lab. 및 Pilot Scale-Up 실험을 실시한다.

2차년도에는 주로 Pilot Scale에서 중합공정 및 물성에 관한 연구를 실시하여 제품 최적화 설계를 연구하며, 3차년도에는 최적 설계된 제품에 대한 물성평가를 통해 목표물성을 확보하는 것을 목표로 한다.

 

Ⅳ. 연구개발결과
1.중합촉매 연구
파이프의 장기내구성에 가장 크게 영향을 미치는 핵심인자 - 높은 결정화도와 더 많은 Tie molecule을 갖는 분자구조 구현이 가능한 고활성 Slurry용 중합촉매를 개발하였다. 개발촉매에 대한 Pilot 중합실험을 통해 상기의 분자구조 제어가 가능함을 확인하였으며, 개발촉매의 Scale-Up을 성공적으로 수행하였다.

2.중합공정 및 공단량체 연구
파이프의 물성향상을 위해 새로운 공단량체를 도입하였다. 신규 공단량체 적용결과, 기존 공단량체보다 파이프의 물성이 크게 향상됨을 확인하였으며, 중합공정 및 촉매시스템별 제품특성 및 물성을 고찰하여 파이프 물성이 극대화될 수 있는 최적 공정변수들을 도출하였다.

3. 파이프 물성연구
제품물성 연구에서는 파이프의 Creep 및 Crack 저항성에 영향을 미치는 인자들을 검토하여 PE125의 파이프 물성이 확보되는 최적의 제품 설계기술과 물성향상이 가능한 3rd Component 적용기술을 확보하였으며, 상업공장 Compound Line에서 제조된 제품의 물성평가를 통해 목표물성이 확보됨을 확인하였다.

Ⅴ. 연구개발결과의 활용계획
본 연구개발을 수행하면서 확보된 핵심기술들 파이프용 뿐만아니라 다른 용도의 폴리에틸렌 소재개발에 크게 확대적용 될 수 있을 것으로 예상된다. 특히, 개발된 Slurry 공정용 고활성 촉매시스템은 폴리에틸렌의 분자량분포 제어가 가능하기 때문에 다양한 분자구조를 갖는 폴리에틸렌 제조에 응용될 수 있으며 따라서, 새로운 물성과 기능을 갖는 제품개발이 가능할 것으로 기대된다. 또한, 본 연구에서 도입된 3rd Component 적용기술은 폴리에틸렌의 물성을 한단계 Up-Grade 할 수 있는 기술로서 차별화된 복합소재 개발에 확대적용할 수 있을 것으로 예상된다.