Translate

2015년 7월 30일 목요일

이산화탄소로 폴리머 만들기


 이산화탄소는 지구 대기에 흔하게 존재하는 물질입니다. 비록 그 농도는 0.04% 이지만, 지구 기후를 조절하는데 미치는 영향은 결코 작지 않습니다. 최근에는 물론 그 농도가 증가하면서 온실 효과가 커지는 것 때문에 큰 주목을 받고 있지만, 사실 다른 면으로 생각하면 광합성의 원료 물질이 되는 등 화학적으로 중요한 소재 가운데 하나입니다.
 따라서 많은 연구자들이 이산화탄소를 이용해서 더 유용한 물질을 만드는 연구에 집중하고 있습니다. 대표적인 것은 이산화탄소를 이용해서 화석 연료와 비슷한 액체 연료를 만드는 것으로 이미 시험 생산이 시작된 상태입니다. 하지만 화학 공업 쪽에서는 이미 이산화탄소를 이용해서 더 유용한 물질을 합성하는 공정이 알려져 있습니다. 
 이산화탄소와 에폭시드(epoxide, 산소 원자가 동일 분자 내의 탄소 두 개와 결합한 반응성이 좋은 화합물)을 반응시켜 더 유용한 폴리카보네이트 화합물을 만드는 공정은 이미 몇 회사에서 소개된 바 있습니다. 그러나 이렇게 합성된 폴리카보네이트 화합물은 소수성(hydrophobic, 물과 친화성이 적고 섞이지 않는 성질) 물질로 그 응용범위가 제한될 수밖에 없다고 합니다.
 텍사스 A&M 대학교의 도널드 다렌스보그와 얀옌왕(Donald J. Darensbourg /Yanyan Wang at Texas A&M University )은 새로운 공정을 이용해서 이산화탄소와 에폭시드를 더 쉽고 소수성과 친수성(hydrophilic. 소수성과 반대 성질)을 가질 수 있게 생산하는 방법을 개발했습니다. 이들에 의하면 이 과정은 하나의 반응용기에서 일어날 수 있다고 합니다.

(이산화탄소를 이용해서 폴리카보네이트를 합성하는 과정. 출처: A&M University )  
 실제로 이 과정은 두 개의 과정을 하나로 합친 것이라고 합니다. 첫 번째는 이산화탄소를 폴리머에 붙이는 것이고 두 번째는 여기에 친수성 물질을 붙이는 것이죠. 이 과정을 좀 더 자세히 설명하면 우선 이산화탄소를 에폭시드 화합물의 일부인 프로필렌 옥사이드(propylene oxide)와 반응시켜 폴리머로 확장시킵니다. 그 후 AGE(allyl glycidyl ether)를 양끝에 붙이면 트리플 코폴리머(copolymer) 블록이 형성됩니다.
 연구팀에 의하면 이렇게 생성된 친수성 폴리카보네이트 블록은 매우 다양한 기능을 가질 수 있다고 합니다. 또 다양한 조건을 조절해 크기를 조절할 수도 있습니다.
 폴리카보네이트 화합물은 이미 여러 용도로 사용되고 있습니다. (예를 들면 여행용 캐리어) 이런 방식으로 이산화탄소를 유용한 화학 공업의 소재로 사용하는 방법은 앞으로 크게 각광받을 가능성이 있습니다.
 왜냐하면 온실 가스 규제로 인해 이산화탄소를 분리 포획하는 기술이 같이 발전하고 있습니다. 그런데 이렇게 돈을 들여 분리한 이산화탄소를 그냥 매립하는 것은 아무래도 수지타산이 맞지 않습니다. 더 유용한 용도로 사용할 수 있다면 당연히 좋은 일이죠. 어쩌면 미래에는 이산화탄소가 온난화의 주범에서 중요한 자원으로 인식되는 날도 올지 모르겠습니다.
 참고
  "Construction of Versatile and Functional Nanostructures Derived from CO2-based Polycarbonates." Angew. Chem. Int. Ed.. doi: 10.1002/anie.201505076

http://phys.org/news/2015-07-polymers-greenhouse-gas.html#jCp


댓글 없음:

댓글 쓰기