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홍석원 교수 연구팀, 플라스틱 원재료인 기능성 폴리올레핀 합성 가능한 신규 촉매 개발
관리자
작성일2020.05.11 17:24 조회수54

지스트(광주과학기술원, 총장 김기선) 화학과 홍석원 교수 연구팀이 플라스틱의 재료로 사용 가능한 폴리올레핀을 비롯한 기능성 폴리올레핀을 합성할 수 있는 고분자 중합용 신규 촉매를 개발하였다.

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

*폴리올레핀: 올레핀(1개 이상의 이중결합을 포함하고 있는 사슬형 혹은 고리형 불포화탄화수소)의 중합체로써, 고분자 화합물의 유형. 다른 소재 대비 값싸고, 뛰어난 물성을 가짐.

홍석원 교수 연구팀은 카빈 팔라듐 촉매를 이용하여 기존에 카빈 리간드를 이용한 기능성 폴리올레핀 중합용 촉매로는 지금껏 보여주지 못한 선형의 높은 분자량의 고분자를 합성하였다.

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 첨가하여 폴리올레핀 물성에서는 볼 수 없는 접착성, 혼화성, 도색 등이 가능한 다양한 종류의 기능성 폴리올레핀도 합성하였다.

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

신규 개발한 카빈 리간드는 계산화학과 IR 분광법 실험을 수행하여 강한 전자 주개 성질을 갖는다는 것과 이는 높은 분자량의 폴리올레핀을 합성하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 확인하였다.

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.

홍석원 교수는 이번 연구성과는 고분자 중합용 촉매를 개발하여 폴리올레핀 뿐만 아니라 기능성 폴리올레핀 등에 다양한 종류의 고분자 합성이 가능하다는 것을 확인했다는 점에서 그 의의가 크다면서, “향후 고분자 중합용 촉매 개발을 위한 신규 리간드 디자인에 중요한 방향을 제시하여 더 높은 성능의 촉매가 개발될 것으로 기대한다고 말했다.

이번 연구는 LG화학과 과학기술정보통신부 기후변화대응기술개발사업지원을 받아 홍석원 교수(교신저자)와 박다애 박사과정생(1저자)이 주도로 수행하였으며, 미국화학회가 발간하는 촉매 분야의 세계적인 학술지인 ACS Catalysis2020413일자로 온라인에 게재되었다.   <끝>

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(그림) 다양한 폴리올레핀 중합을 위한 연구팀이 개발한 카빈-팔라듐 촉매

 

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