이산화탄소로 폴리머 만들기

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 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.

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 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. 

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 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.

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 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.

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(이산화탄소를 이용해서 폴리카보네이트를 합성하는 과정. 출처: A&M University )  

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 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.

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 연구팀에 의하면 이렇게 생성된 친수성 폴리카보네이트 블록은 매우 다양한 기능을 가질 수 있다고 합니다. 또 다양한 조건을 조절해 크기를 조절할 수도 있습니다.

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 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.

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 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.

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 참고

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  "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

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