이산화탄소로 화장품 제조?...거기에 건축 단열재까지?

이산화탄소로 화장품 쿠션부터 건축 단열재까지 만든다

    이산화탄소로 화장품 쿠션과 건축 단열재에 쓰이는 폴리우레탄 원료를 만드는 공정이 개발됐다.

조득희 한국화학연구원 정밀화학융합기술연구센터 연구위원과 김동우 선임연구원 연구팀은 KPX케미칼과 폼웍스, 부산대, 인제대와 공동으로 폴리우레탄 소재 원료가 되는 '프로필렌 카보네이트'를 이산화탄소에서 합성하는 촉매 공정을 개발했다고 이달 14일 밝혔다.

한국화학연구원은 이산화탄소로 폴리우레탄을 만드는 공정을 개발하고 원료를 이용해 화장품 쿠션(왼쪽)과 건축 단열재를 제조하는 데 성공했다. 한국화학연구원 제공

대표적 온실가스인 이산화탄소는 매우 안정된 물질이어서 이를 다른 물질로 전환할 때는 많은 에너지가 필요하다. 에너지를 덜 들어가게 하는 촉매 공정이 필수적이다. 학계에서는 다양한 촉매를 개발중이나 실험실 규모에 그칠 뿐 실제 제품 생산으로 이어지는 경우는 많지 않았다

 

연구팀은 이산화탄소에서 폴리우레탄 소재 원료인 기초물질 프로필렌 카보네이트를 만들 수 있는 고효율 촉매를 개발하고 물질 제조에 성공했다. 프로필렌 카보네이트는 폴리우레탄 원료인 폴리올의 기초원료로 기존에는 독성이 강한 물질을 이용해 만들어져 왔다. 부산대와는 촉매 반응 특성 연구를 수행했고, 인제대에서는 폴리올을 토대로 제품을 만드는 방법을 연구했다.

폴리올은 기업에서 화장품에 쓰이는 쿠션과 건축물 안 단열재로 재탄생했다. 폼웍스는 폴리우레탄을 부드럽게 만든 화장품 쿠션을 개발했다. KPX케미칼은 폴리우레탄을 딱딱하게 만들어 건축 단열재 형태로 제조했다. 폴리올을 이산화탄소만을 활용해 친환경적으로 제조해 다양한 제품으로 바꾸는 데 성공한 것이다.

연구팀이 개발한 연속 반응기(왼쪽)과 촉매의 모습이다. 한국화학연구원 제공

연구팀은 “프로필렌 카보네이트는 폴리올 원료 물질 외에도 화장품 유화제나 이차전지 전해액, 극성용매 등으로 활용범위가 넓다”며 “촉매를 연속적으로 대량생산하는 반응기를 구축해 촉매 반응성을 개선하기 위한 후속 연구를 진행할 것”이라고 말했다.

연구팀은 프로필렌 카보네이트 외에도 이산화탄소로 5원환 탄산염 중 하나인 이소시아네트 폴리우레탄 원료를 합성하는 촉매 공정을 개발하는데도 성공했다. 5원환 탄산염은 탄소와 산소로 이뤄진 오각형 분자구조 물질로 다양한 화학원료에 쓰인다. 이소시아네트 폴리우레탄은 접착제와 페인트, 3차원(3D) 프린팅 등에 활용가능해 이산화탄소를 활용한 폴리우레탄 원료 개발 영역이 확대되리란 기대다.

이번 연구는 한국전력공사 기술기획처 사외공모 연구사업으로 진행됐다. 프로필렌 카보네이트 관련 연구결과는 국제학술지 ‘응용재료 및 인터페이스’ 등 4편에 나눠 실렸다. 5원환 탄산염에 관한 연구결과는 지난달 15일 국제학술지 ‘응용 촉매 B:환경’에 발표됐다.

조승한 기자 shinjsh@donga.com 동아사이언스

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