지속가능한 고무 플라스틱 생산공정 개발

지속가능한 고무 플라스틱 생산공정 개발: 美 대학 연구팀, 신촉매로 THF를 부타디엔으로 변환; 2017.05.08 14:38 입력

<div align=""> <table _id="news_image" border="0" cellpaddin="0" cellspacing="0" align="center" style="border:1px solid #d2d2d2;margin-top:15px;margin-bottom:15px;"><tbody><tr><td><div style="margin:8px"><img alt="지속가능한 고무 플라스틱 생산공정 개발" src="http://plasticstimes.co.kr/PEG/14942218772683.jpg" width="700" align="absmiddle"></div></td></tr></tbody></table> 타이어, 장난감 및 여러 다양한 제품들의 제조에 이용되는 합성 고무와 플라스틱은 석유나 천연 가스에서 얻어지는 물질인 부타디엔(butadiene)에서 생산된다. 그러나 미국의 대학 3곳의 과학자들이 협력한 독창적인 연구 덕분에 이들 재료들을 보다 환경 친화적으로 만들 수 있는 공정을 개발해 주목을 받고있다.</div>  델라웨어대학, 미네소타대학, 매사추세츠대학의 과학자들로 구성된 연구팀은 최근 나무, 잔디, 옥수수와 같은 재생가능 원료에서 부타디엔을 생산하는 공정을 발명했다고 밝혔다.  이번 결과는 미국 화학회의 녹색화학 및 공학 분야 주요 저널인 ACS Sustainable Chemistry & Engineering에 발표될 예정이다. 논문의 저자들은 모두 델라웨어대학에 위치한 에너지 혁신을 위한 촉매 센터(Catalysis Center for Energy Innovation: CCEI)에 소속되어 있다. CCEI는 미국 에너지부의 지원을 받는 에너지 혁신 연구 센터이다.  논문의 공저자로서 델라웨어대학 화학 및 바이오분자 공학과 교수이자 CCEI 공동 소장인 Dionisios Vlachos는 “우리 팀은 높은 수율 및 낮은 비용으로 부타디엔을 생산하는 길을 찾기 위하여 최근에 발견된 새롭고 놀라운 화학 특성을 갖고 있는 촉매들을 조합시켰다.”며 “ 이번 연구는 수백억 달러 규모의 플라스틱 및 고무 산업계를 변화시킬 것”이라고 밝혔다.  부타디엔은 우리 사회의 모든 곳에 존재하는 다양한 재료들의 주요 화학 구성요소이다. 이 4탄소 물질이 폴리머로 불리는 긴 사슬을 형성하도록 화학 반응을 수행하면 내마모성을 갖는 자동차 타이어를 만드는데 이용될 수 있는 스티렌 부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber: SBR)가 만들어진다. 호스. 씰, 고무 장갑과 같은 의료 분야에 주로 이용되는 니트릴 부타디엔 고무(nitrile butadiene rubber: NBR)를 만들 때에도 부타디엔은 혼합되고 있다.  플라스틱의 세계에서도 딱딱한 형태를 구성하게 해주는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(acrylonitrile-butadiene-styrene: ABS)에서 부타디엔은 주요 화학 요소 역할을 수행한다. 튼튼한 ABS 플라스틱은 비디오 게임 콘솔, 자동차 부품, 스포츠 용품, 의료 기구, 플라스틱 장난감 블록 및 다른 제품들에 이용되고 있다.  지난 10년간 대학의 연구들은 재생가능 화학물질과 부타디엔으로 시선을 옮겨왔으며, 이는 이들 상업 제품들의 중요성이 기인한다고 Vlachos는 밝혔다. 그는 “우리 팀의 성공은 화학물질에 대한 새로운 접근법과 새로운 촉매를 결합시키는 깨달음에서 나왔다. 여기서 우리 팀은 각각의 부분들의 합보다도 큰 성과를 냈다.”라고 밝혔다.  새로운 화학 기술은 바이오매스 유래의 당에서 출발하는 3단계 공정이 포함되어 있다. CCEI에서 개발된 기술을 이용하여 연구팀은 당을 푸르푸랄(furfural)로 불리는 고리 구조의 물질로 변환시켰다.  <o:p></o:p>2번째 단계에서 연구팀은 푸르푸랄을 가공하여 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran: THF)이라는 다른 고리 구조의 물질을 만들었다. 3번째 단계에서 연구팀은 혁신적인 화학 제조 기술을 찾아냈다. CCEI에서 개발한 “phosphorous all-silica zeolite”라는 새로운 촉매를 이용하여 연구팀은 95% 이상의 높은 수율로 THF를 부타디엔으로 변환시켰다고 한다.  연구팀은 물을 제거하는 동시에 고리 구조 물질을 열어주는 이 새롭고 선택적인 반응을 “탈수-탈고리화(dehydra-decyclization)”으로 부르고 있다. 논문의 공저자인 매사추세츠대학의 Wei Fan 교수는 “우리는 실리카(silica)와 제오라이트(zeolite)의 지원을 받는 인(phosphorus) 기반 촉매가 부타디엔과 같은 화학물질 제조에 뛰어난 선택성을 갖고 있음을 발견했다.”며 “특정 화학 산업계에 이용되는 다른 촉매와 비교했을 때에 인에 기반한 새로운 촉매는 정말로 독창적이고 멋진 보완재로 기대된다.”라고 밝혔다.  재생가능 고무에 대한 발명은 CCEI의 큰 목표의 일부이라고 한다. 2009년에 시작된 CCEI는 천연 바이오매스 원료로부터 재생가능 화학물질과 바이오연료를 생산하는 변환 촉매 기술에 집중하고 있다. 논문의 공동 저자로서 CCEI의 공동 소장이자 미네소타대학 교수인 Paul Dauenhauer는 “이 새로운 기술은 우리가 리그노셀룰로스에서 만들어 낼 수 있는 분자들의 범위를 크게 확장시켜 준다.”고 밝혔다.