Ethylene glycol을 사용한 폐지의 액화 및 액화물로부터 polyester 제조

Abstract

최근 석유와 같은 화석연료의 과잉 사용으로 가격이 상승하고 이산화탄소의 발생량이 급격히 증가하고 있다. 그래서석유대신 재생 가능한 바이오매스 자원에서 연료와 유용한화학물질을 생산하는 연구에 관심이 높아지고 있다. 사용가능한 자원으로는 전분질 뿐 만 아니라 지구상에 풍부하게존재하는 임산 및 농산 폐기물 그리고 폐지 등과 같은 리그닌이 포함된 섬유질 기질이 있다. 에너지원으로서 바이오매스 자원은 전처리, 효소당화 그리고 발효공정을 거쳐 에탄올을 생산하는 공정에 이용되고, 화학물질의 원료로서 바이오매스 자원은 정제공정을 통해 여러 화학물질의 생산에 이용될 수 있다. 전분질 기질을 사용하면 대체로 당화공정이간단하여 상업적인 공정개발이 가능하나 섬유질 기질의 경우 품질이 일정하지 않고 전처리공정이 복잡하여 상업화할수 있는 공정 개발이 쉽지 않다 [1]. 우리나라는 바이오매스 자원이 풍부하지 못한 나라이기 때문에 이와 같은 물질을 생산하는 원료로 폐지와 같은 폐기물을 이용하는 방법이 현실적인 대안이 될 수 있다. 섬유질 기질의 주요 3대 성분은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 그리고 리그닌이다. 이 기질이 산을 포함된 수용액과 반응하면 가수분해 반응이 일어나고, 산 촉매 하에서 ethylene glycol (EG), polyethylene glycol, glycerol 등과 반응하면,즉 물이 포함되지 않는 비수용액상에서는 액화반응이 일어난다 [2-5]. 액화에 사용된 이들 용매의 비점이 높기 때문에고압장치 없이 상압에서 산 촉매를 사용하여 섬유질 기질을액화할 수 있다. 이 액화속도를 증가시키기 위해 ethylene carbonate 또는 propylene carbonate를 첨가시키는 방법도있다 [5-7]. EG를 사용한 폐지의 액화연구에서 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌의 각 성분이 시간에 따라 어떻게 액화되는지 조사한 적이 있다 [5]. 리그닌과 헤미셀룰로오스의 액화속도가 셀룰로오스의 액화속도보다 13과 7배 정도빠르고 고체에 남아있는 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스는시간에 따라 감소하였지만 리그닌의 경우 20분이 지나면감소하지 않고 조금 증가하는 경향을 보였다. 이런 액화물은 polymeric methylene diphenylene diisocyanate 와 반응하여 polyurethane [8-10], diglycidyl ether of bisphenol 과 반응하여 epoxy resin [11], 여러 기능을 가진 carboxylic acid와 반응하여 polyester [12]를 제조할 수 있다. 액화공정은 고압장치가 필요없고 짧은 시간이 필요한 장점이 있지만여러 성분으로 이루어져 조성이 균일하지 못하기 때문에균일한 고분자물질을 제조하기 어렵다. 그러나 제조된 물질은 석유에서 유래된 물질보다 생분해도가 매우 높은 장점이 있어 환경 친화적인 물질이라 할 수 있다 [10,12]. 신문지와 같은 폐지는 해마다 많은 양이 발생되고 있고비교적 잘 회수되는 것으로 알려져 있다. 그리고 액화물로부터 균일한 고분자물질을 제조하기 어렵기 때문에 비교적조성이 균일하고 전처리하기 쉬운 농산부산물을 사용하는것보다 폐지와 같은 폐기물을 액화공정의 원료로 사용하는것이 더 바람직하다고 생각한다. 본 연구의 목적은 EG를사용하여 폐지의 액화에 영향을 미치는 인자와 액화수율을조사하고 액화물을 carboxylic acid와 반응시켜 polyester를제조하고자 한다.