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독성 가스인 포스겐 사용없이 폴리우레탄 전구체 합성 가능해져

금속-리간드 협동성 활용해 반응 촉진

독성 가스인 포스겐 사용없이 폴리우레탄 전구체 합성 가능해져
금속-리간드 협동성을 이용한 이소시아네이트 합성


[산업일보]
폴리우레탄은 플라스틱의 일종으로, 합성섬유, 페인트 등 산업적 활용 범위가 넓다. 폴리우레탄의 전구체로 쓰이는 이소시아네이트 역시 연간 소비량이 많다. 그러나 이를 생산하기 위한 기존 산업공정에서 독성가스인 포스겐을 활용하기 때문에 그 유해성이 문제시 됐던 바 있다.

이에 국내 연구진에 의해 독성가스인 포스겐을 사용하지 않고 폴리우레탄의 전구체를 합성하는 방법이 제시됐다. 이윤호 교수(한국과학기술원)연구팀은 이소시아네이트를 합성하는 새로운 촉매법을 개발했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.

연구팀은 금속-리간드의 협동성을 발견하고, 이를 이용해 포스겐 사용을 대체할 수 있는 이소시아네이트 합성법을 보고했다.

금속-리간드 협동성은 3개의 인 원자로 구성된 PPP 리간드가 금속 물질의 화학반응에 직접 참여하는 것이다. 연구팀은 이를 적용해 금속인 니켈과 리간드인 아마이드를 반응시켰다. 여기에 일산화탄소 반응을 더하면 이소시아네이트가 형성된다.

금속-리간드 협동성에서 금속의 산화 상태가 변화함에 따라 인 화합물(phosphide) 기반의 라디칼이 형성되고, 이들이 P-P 결합을 형성한다. 이렇게 형성된 이종핵 금속 착물은 결합력이 약한 것이 특징이다. 균일 분해돼 또 다른 라디칼 종을 형성하는데, 이를 촉매로 이용하면 다양한 화학종의 결합 활성 및 절단이 가능하다.

이윤호 교수는 “우리 연구실에서 규명한 금속-리간드 협동성을 활용해, 저온‧저압 조건에서 이소시아네이트를 합성할 수 있는 새로운 촉매법을 개발했다”라며, ”추후 이소시아네이트 기반 산업 및 일산화탄소 기반의 반응 공정 및 촉매 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다“라고 연구의 의의를 설명했다.

이 교수에 따르면, 기존에 알려진 이소시아네이트 합성은 독성가스 기반 공정이거나 고분자 전구체인 디이소시아네이트 합성에 한계가 있는 등 문제점이 있어, 이를 극복하기 위해 새로운 방법의 이소시아네이트 합성 방법이 필요했다. 이번 연구에서는 금속-리간드 협동성을 도입해 합성 과정에서 필수적인 산화/환원 반응을 용이하게 했다.

이 교수는 “새로운 방법의 이소시아네이트 합성법을 성공적으로 개발하여 추후 이소시아네이트 기반 산업에 큰 영향을 줄 것으로 보인다”며, “특별히 합성에 이용한 PPP 리간드 기반의 금속-리간드 협동성은 국내 단독 기술로 국가 기반 산업을 성장시키는데 동력원이 될 것이다. 또한 일산화탄소 기반의 반응 공정 및 촉매를 개발하는데 있어 선구 연구 성과가 될 것이다”라고 말했다.
김진성 기자 weekendk@kidd.co.kr

안녕하세요~산업1부 김진성 기자입니다. 스마트공장을 포함한 우리나라 제조업 혁신 3.0을 관심깊게 살펴보고 있으며, 그 외 각종 기계분야와 전시회 산업 등에도 한 번씩 곁눈질하고 있습니다.

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