이산화탄소로 화장품 쿠션, 건축 단열재 만든다

/사진=화학연

이산화탄소로 친환경 폴리우레탄 화장품 쿠션 및 건축 단열재를 만드는 기술이 개발돼 시제품 제조에 성공했다.

한국화학연구원(이하 화학연) 조득희·김동우 박사팀은 KPX케미칼, 폼웍스, 부산대, 인제대와 함께 ‘이산화탄소를 함유한 친환경 폴리우레탄 소재 개발’ 연구사업을 수행, 이 같은 성과를 거뒀다고 14일 밝혔다.

화학연은 온실가스인 이산화탄소를 활용해 폴리우레탄 소재의 원료가 되는 기초 단량체 물질인 ‘프로필렌 카보네이트’의 촉매 공정을 개발했다.

프로필렌 카보네이트는 ‘폴리올’의 기초원료다. 폴리올은 폴리우레탄의 원료가 된다. 연구진은 프로필렌 카보네이트와 이를 원료로 한 폴리올을 파일롯 규모로 생산, KPX케미칼과 폼웍스에 제공했다.

KPX케미칼은 이를 이용해 폴리우레탄의 딱딱한 형태(경질폼)인 건축 단열재, 폼웍스는 폴리우레탄의 부드러운 형태(연질폼)인 화장품 쿠션 시제품을 각각 제조했다.

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연구진에 따르면 프로필렌 카보네이트는 폴리올의 원료 물질 외에도 활용 범위가 넓다. 인체에 무해해 화장품의 유화제로 사용하거나 이차전지의 전해액 또는 극성용매로 사용할 수 있다.

프로필렌 카보네이트는 기존 공정에서 독성이 강한 물질로 만들었는데, 이를 친환경적으로 대체하기 위해 온실가스인 이산화탄소 활용 공정을 전세계적으로 개발하고 있다.

이산화탄소는 열역학적으로 매우 안정된 물질이어서 이를 유용한 물질로 전환하기 위해서는 높은 에너지가 필요하다. 따라서 반응 에너지를 높여주는 촉매 공정이 필수적이다. 중국과 독일에서 촉매 공정을 개발했고 국내에서는 최근 여러 논문들이 보고되고 있지만 실험실 규모에 그치고 있으며 효율이 낮다.

사진=화학연

화학연은 이산화탄소로부터 프로필렌 카보네이트 합성에 필요한 고효율 촉매를 개발하고 파일럿 규모에서 물질 제조에 성공했다. 부산대학교에서는 프로필렌 카보네이트의 촉매 반응 메커니즘에 대한 연구를 화학연과 공동 수행했고, 인제대학교에서는 이 공정에서 만들어진 폴리올의 적용 확장성에 대해 연구했다.

연구진은 “촉매를 연속적으로 대량 생산할 수 있는 반응기를 구축했으며, 현재 촉매의 반응성을 개선하기 위한 후속 연구를 진행하고 있다”고 전했다.