플라스틱 합성 가능 신규 촉매 개발 지스트 화학과 홍석원 교수 연구팀 폴리올레핀의 구조·물성 조절 가능 최권범 기자

2020년 05월 12일(화) 20:03

광주과학기술원(지스트)은 화학과 홍석원(사진) 교수 연구팀이 플라스틱의 재료로 사용 가능한 폴리올레핀을 비롯한 기능성 폴리올레핀을 합성할 수 있는 고분자 중합용 신규 촉매를 개발했다고 12일 밝혔다.

우리의 일상 속에 존재하는 플라스틱 제품 제조에 있어 필수적인 원재료인 폴리올레핀 합성에 필요한 촉매는 폴리올레핀의 구조 및 물성을 조절할 수 있어 매우 중요하다.

홍 교수 연구팀은 카빈 팔라듐 촉매를 이용해 기존에 카빈 리간드를 이용한 기능성 폴리올레핀 중합용 촉매로는 지금껏 보여주지 못한 선형의 높은 분자량의 고분자를 합성했다.

연구팀은 개발된 촉매를 통해 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 합성하는데 성공했다. 폴리올레핀은 화학적 안정성, 기계적 물성, 경량성, 투명성의 특징을 보이는 범용성 고분자이다. 또한, 다양한 종류의 작용기를 갖는 극성 올레핀을 첨가해 폴리올레핀 물성에서는 볼 수 없는 접착성, 혼화성, 도색 등이 가능한 다양한 종류의 기능성 폴리올레핀도 합성했다.

이번에 개발된 촉매는 카빈 리간드와 팔라듐 전이금속으로 구성돼 있으며, 높은 전자 밀도와 삼중 고리형의 단단한 구조의 카빈 리간드를 도입함으로써 고분자 반응에서의 촉매의 열적 안정성과 촉매 활성도 증가에 기여했다.

신규 개발한 카빈 리간드는 계산화학과 IR 분광법 실험을 수행해 강한 전자 주개 성질을 갖는다는 것과 이는 높은 분자량의 폴리올레핀을 합성하는데 중요한 역할을 한다는 것을 확인했다.

또한 기능성 폴리올레핀 중합의 경우, 같은 중합 조건 기존 촉매 대비 최대 6배의 극성 작용기 함량을 갖는 기능성 폴리올레핀을 합성하는데 성공했다. 따라서 이번 연구성과로 비닐 포장재부터 통신케이블까지 다양한 범위의 플라스틱 응용에 활용 가능성을 열었다.

홍 교수는 “이번 연구성과는 고분자 중합용 촉매를 개발해 폴리올레핀 뿐만 아니라 기능성 폴리올레핀 등에 다양한 종류의 고분자 합성이 가능하다는 것을 확인했다는 점에서 그 의의가 크다”면서 “향후 고분자 중합용 촉매 개발을 위한 신규 리간드 디자인에 중요한 방향을 제시해 더 높은 성능의 촉매가 개발될 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 LG화학과 과학기술정보통신부 기후변화대응기술개발사업의 지원을 받아 홍 교수(교신저자)와 박다애 박사과정생(제1저자)이 주도로 수행했으며, 미국화학회가 발간하는 촉매 분야의 세계적인 학술지인 ACS Catalysis에 2020년 4월13일자로 온라인에 게재됐다./최권범 기자