염산없이 플라스틱 원료를 만들었다

KAIST 최민기 교수팀, 친환경공법 개발
염산 폐수 처리 안해 제조공정 비용 줄어
플라스틱 수율도 기존보다 10% 이상 향상

KIAST 연구진이 단열재 등에 많이 쓰이는 폴리우레탄의 원료를 염산이 아닌 고체 촉매를 사용하는 친환경 제조공법을 개발했다. 게티이미지 제공

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KAIST) 생명화학공학과 최민기 교수팀은 인하대 화학공학과 이용진 교수팀과 함께 플라스틱 원료를 염산없이 친환경적인 방법으로 만드는 기술을 개발했다고 14일 밝혔다.

이 기술은 염산 대신 고체로 된 'LTL 제올라이트'를 촉매로 사용한다. LTL 제올라이트는 염산을 사용하는 공정보다 10% 높은 플라스틱 원료 생산 수율을 보였다. 특히 독성이 있는 염산을 사용하지 않아 폐수 발생이 전혀 없고 이로인해 제조공정 비용을 획기적으로 줄일 수 있게 됐다.

최민기 교수는 "이 촉매는 유수의 화학 기업들이 개발에 난항을 겪고 있던 메틸렌디아닐린의 친환경 생산 공정 개발에 돌파구를 제시한 국내 고유의 기술적 성과"라고 설명했다.

또 "앞으로 연구진은 한화 솔루션과 협업해, 세계 최초의 메틸렌디아닐린의 친환경 생산 공정 개발을 국내 기술력으로 달성하고자 한다"고 말했다.

우리가 많이 사용하는 플라스틱 중 하나인 폴리우레탄을 만들기 위해서는 염산을 촉매로 써 왔다. 폴리우레탄을 만들때 염산을 사용, 폐수를 처리해야 하는 문제가 발생한다.

연구진은 4,4'-메틸렌디아닐린만 합성하고 올리고머의 형성을 억제할 수 있는 최적화된 제올라이트 촉매를 설계했다. 연구진은 현재까지 발견된 250개 이상의 제올라이트 구조 중 LTL 제올라이트 구조가 4,4'-메틸렌디아닐린의 합성에 이상적임을 발견했다. 또 LTL 제올라이트의 결정 내부에 거대 분자의 확산을 비약적으로 높일 수 있는 추가의 기공을 뚫어서 일종의 '분자 고속도로'를 만들어 느린 분자 확산 문제를 해결했다.

이렇게 마이크로 기공과 메조기공을 동시에 갖고 있는 LTL 제올라이트 촉매는 일반 LTL 제올라이트에 비해 8배 이상 증진된 활성을 보였다. 또한 염산 촉매를 이용한 촉매 공정에 비해 10% 이상 증진된 4,4'-메틸렌디아닐린 수율을 보였다.

이와함께 신규 개발한 촉매가 장기 연속 반응 공정에서도 우수한 안정성을 보였다. 무엇보다 큰 장점은 신규 제올라이트 촉매를 사용한 공정은 염산 기반의 공정과 달리 중화 공정이 필요하지 않고, 폐수 발생이 전무하다는 점이다.

연구진은 이번에 개발한 친환경 생산공정 촉매를 화학 분야에서 권위적인 국제 학술지인 '앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자