에폭시화 식물유를 이용한 친환경 폴리올, 항균제, 비이소시아네이트 폴리우레탄의 합성과 분석 Synthesis and characterization of Eco-friendly polyols, Antimicrobial Agents and Nonisocyanate Polyurethanes using Epoxidized Vegetable Oils원문보기
식물유 기반의 산업 생산품을 사용하는 것은 소위 ‘그린 케미스트리’ 원칙에 매우 잘 합한다. 즉, 재생 가능자원이고, 독성 물질의 사용을 최소화하며, 독성 물질의 발생을 최소화하고, 생분해성을 갖고 있으며, 분해과정에서 발생된 이산화탄소가 다시 익년의 곡식에 다시 순환 도입되는 ‘이산화탄소 중립' 공정이다. 이와 같은 친환경 제품의 개발은 화석 연료의 고갈과 함께 가격이 지속적으로 상승되고 화석 기반 원료를 사용함으로써 일어나는 환경적 폐해를 획기적으로 줄일 수 있는 매우 좋은 방법이고, 화석 기반 원료의 가격 상승과 함께 가격 경쟁력을 갖게 될 것이 예상되므로 식물유 기반 ...
식물유 기반의 산업 생산품을 사용하는 것은 소위 ‘그린 케미스트리’ 원칙에 매우 잘 합한다. 즉, 재생 가능자원이고, 독성 물질의 사용을 최소화하며, 독성 물질의 발생을 최소화하고, 생분해성을 갖고 있으며, 분해과정에서 발생된 이산화탄소가 다시 익년의 곡식에 다시 순환 도입되는 ‘이산화탄소 중립' 공정이다. 이와 같은 친환경 제품의 개발은 화석 연료의 고갈과 함께 가격이 지속적으로 상승되고 화석 기반 원료를 사용함으로써 일어나는 환경적 폐해를 획기적으로 줄일 수 있는 매우 좋은 방법이고, 화석 기반 원료의 가격 상승과 함께 가격 경쟁력을 갖게 될 것이 예상되므로 식물유 기반 폴리올, ecopolymer 및 정밀화학 제품 제조에 대한 체계적 연구로 관련 기술을 선점하는 일의 중요성은 매년 크게 증가하고 있다. 식물유는 3급 글리세라이드 부분인 머리 부분과 지방산 부분인 포화/불포화 꼬리 사슬로 구성되어 있으며 본 연구와 관련하여 중요한 활성점은 올레산, 리놀레산, 리놀레닉산으로 이들의 조성은 폴리올 및 ecopolymer를 설계하는데 매우 중요하며 식물유의 종류에 따라 상대적 비율이 다르다. 본 연구에서는 주로 대두유를 기반으로 실험 하였다. Chapter 1에서는 에폭시화 반응을 통해 대두유가 가지고 있는 이중 결합을 과산으로 산화하여 반응 활성이 좋은 에폭시 고리를 가지는 분자를 합성하였다. 우리는 3가지 방법으로 에폭시화 대두유를 합성하였다. 첫번째 방법은 Novozyme 435 촉매와 아세트산과 과산화수소를 이용하여 60 oC에서 4시간 반응을 시켜 평균 4.6개의 이중결합을 약 4.6개의 에폭시고리로 99 % 변환시켰다. 두 번째 방법은 Amberlite IR 120 촉매와 아세트산과 과산화수소를 이용하여 60 oC에서 7시간 반응을 시켜 평균 4.6개의 이중결합을 약 4.2개의 에폭시고리로 91 % 변환시켰다. 세 번째 방법은 포름산을 촉매로 과산화수소와 60 oC에서 6시간 반응을 시켜 평균 4.6개의 이중결합을 약 4.1개의 에폭시고리로 89 %의 변환시켰다. 반응성만을 고려하면 Novozyme 435 촉매를 사용하는 방법이 가장 효과적이지만 경제성과 반응성을 모두 고려하면 일정 이상의 반응성을 보여주면서 아주 저렴한 가격을 가지는 포름산이 가장 좋은 방법이다. 이 에폭시화 대두유와 다양한 알콜류와 반응 하여 대두유 폴리올 한 분자당 수산화기를 3.6개 정도를 가지는 폴리올을 만들 수 있었다. 이 개환반응은 매우 쉽게 일어났으며 과량의 용매를 이용하여 가교를 피할 수 있었다. 수산화기가 많아지고 결합한 알콜류의 사슬의 길이가 길어질수록 점도가 강해지는 것을 확인 할 수 있었다. Chapter 2 에서는 에폭시화 콩기름에 사차암모늄염을 합성하여 친환경 대두유 항균제를 합성하였다. 사차 암모늄염은 소독제, 계면활성제, 섬유유연제, 정전기 방지제등으로 쓰인다. 그리고 사차 암모늄 화합물은 세포막 형성을 방해하는 방법으로 항균 활성을 가지며 곰팡이, 아메바, 그리고 피막 바이러스에 좋은 효과를 가지고 있으며 사차암모늄화합물은 세포막에 작용하여 박테리아, 균류, 곰팡이 등의 미생물을 죽일 수 있다. 양으로 하전 된 사차암모늄화합물은 음으로 하전 된 세포 표면에 정전기적 상호작용에 의해 흡착되며, 긴 친유성 사슬은 세포벽을 통과하는 확산을 촉진시킨다는 사실이 일반적으로 받아들여지고 있다. 염화아연 촉매 하에서 디알킬 아민류를 이용하여 에폭시 고리를 개환 시켜 3차 아민을 합성 할 수 있었다. 이 3차 아민에 염화벤질을 결합시켜 4차 암모늄염을 합성하였다. 합성 된 사차 암모늄염 콩기름은 물에 소량 용해되며, 분산 시켰을 때 안정화 되는 특성을 가진 고점도의 어두운 갈색의 액체의 성상을 확인 할 수 있었다. 그리고 항균 테스트를 통해 일반적인 4차암모늄염계의 항균제와 비슷한 항균 효과를 확인 할 수 있었다. Chapter 3에서는 사차암모늄염계의 촉매 하에서 에폭시화 대두유에 이산화탄소를 고정시켜 카보네이트화 대두유를 만들었고 이 카보네이트 고리와 다양한 종류의 아민과 반응시켜 비이소시아네이트 폴리우레탄을 합성하였다. 이산화탄소의 고정을 통한 카보네이트화는 매우 높은 변환율을 보여 주었고 카보네이트화 대두유를 이용한 비이소시아네이트 폴리우레탄은 가교 고분자로 다소 열적 안정성과 기계적 물성이 부족한 것을 확인 할 수 있었고 이를 개선시키기 위한 연구가 필요해 보인다.
식물유 기반의 산업 생산품을 사용하는 것은 소위 ‘그린 케미스트리’ 원칙에 매우 잘 합한다. 즉, 재생 가능자원이고, 독성 물질의 사용을 최소화하며, 독성 물질의 발생을 최소화하고, 생분해성을 갖고 있으며, 분해과정에서 발생된 이산화탄소가 다시 익년의 곡식에 다시 순환 도입되는 ‘이산화탄소 중립' 공정이다. 이와 같은 친환경 제품의 개발은 화석 연료의 고갈과 함께 가격이 지속적으로 상승되고 화석 기반 원료를 사용함으로써 일어나는 환경적 폐해를 획기적으로 줄일 수 있는 매우 좋은 방법이고, 화석 기반 원료의 가격 상승과 함께 가격 경쟁력을 갖게 될 것이 예상되므로 식물유 기반 폴리올, ecopolymer 및 정밀화학 제품 제조에 대한 체계적 연구로 관련 기술을 선점하는 일의 중요성은 매년 크게 증가하고 있다. 식물유는 3급 글리세라이드 부분인 머리 부분과 지방산 부분인 포화/불포화 꼬리 사슬로 구성되어 있으며 본 연구와 관련하여 중요한 활성점은 올레산, 리놀레산, 리놀레닉산으로 이들의 조성은 폴리올 및 ecopolymer를 설계하는데 매우 중요하며 식물유의 종류에 따라 상대적 비율이 다르다. 본 연구에서는 주로 대두유를 기반으로 실험 하였다. Chapter 1에서는 에폭시화 반응을 통해 대두유가 가지고 있는 이중 결합을 과산으로 산화하여 반응 활성이 좋은 에폭시 고리를 가지는 분자를 합성하였다. 우리는 3가지 방법으로 에폭시화 대두유를 합성하였다. 첫번째 방법은 Novozyme 435 촉매와 아세트산과 과산화수소를 이용하여 60 oC에서 4시간 반응을 시켜 평균 4.6개의 이중결합을 약 4.6개의 에폭시고리로 99 % 변환시켰다. 두 번째 방법은 Amberlite IR 120 촉매와 아세트산과 과산화수소를 이용하여 60 oC에서 7시간 반응을 시켜 평균 4.6개의 이중결합을 약 4.2개의 에폭시고리로 91 % 변환시켰다. 세 번째 방법은 포름산을 촉매로 과산화수소와 60 oC에서 6시간 반응을 시켜 평균 4.6개의 이중결합을 약 4.1개의 에폭시고리로 89 %의 변환시켰다. 반응성만을 고려하면 Novozyme 435 촉매를 사용하는 방법이 가장 효과적이지만 경제성과 반응성을 모두 고려하면 일정 이상의 반응성을 보여주면서 아주 저렴한 가격을 가지는 포름산이 가장 좋은 방법이다. 이 에폭시화 대두유와 다양한 알콜류와 반응 하여 대두유 폴리올 한 분자당 수산화기를 3.6개 정도를 가지는 폴리올을 만들 수 있었다. 이 개환반응은 매우 쉽게 일어났으며 과량의 용매를 이용하여 가교를 피할 수 있었다. 수산화기가 많아지고 결합한 알콜류의 사슬의 길이가 길어질수록 점도가 강해지는 것을 확인 할 수 있었다. Chapter 2 에서는 에폭시화 콩기름에 사차암모늄염을 합성하여 친환경 대두유 항균제를 합성하였다. 사차 암모늄염은 소독제, 계면활성제, 섬유유연제, 정전기 방지제등으로 쓰인다. 그리고 사차 암모늄 화합물은 세포막 형성을 방해하는 방법으로 항균 활성을 가지며 곰팡이, 아메바, 그리고 피막 바이러스에 좋은 효과를 가지고 있으며 사차암모늄화합물은 세포막에 작용하여 박테리아, 균류, 곰팡이 등의 미생물을 죽일 수 있다. 양으로 하전 된 사차암모늄화합물은 음으로 하전 된 세포 표면에 정전기적 상호작용에 의해 흡착되며, 긴 친유성 사슬은 세포벽을 통과하는 확산을 촉진시킨다는 사실이 일반적으로 받아들여지고 있다. 염화아연 촉매 하에서 디알킬 아민류를 이용하여 에폭시 고리를 개환 시켜 3차 아민을 합성 할 수 있었다. 이 3차 아민에 염화벤질을 결합시켜 4차 암모늄염을 합성하였다. 합성 된 사차 암모늄염 콩기름은 물에 소량 용해되며, 분산 시켰을 때 안정화 되는 특성을 가진 고점도의 어두운 갈색의 액체의 성상을 확인 할 수 있었다. 그리고 항균 테스트를 통해 일반적인 4차암모늄염계의 항균제와 비슷한 항균 효과를 확인 할 수 있었다. Chapter 3에서는 사차암모늄염계의 촉매 하에서 에폭시화 대두유에 이산화탄소를 고정시켜 카보네이트화 대두유를 만들었고 이 카보네이트 고리와 다양한 종류의 아민과 반응시켜 비이소시아네이트 폴리우레탄을 합성하였다. 이산화탄소의 고정을 통한 카보네이트화는 매우 높은 변환율을 보여 주었고 카보네이트화 대두유를 이용한 비이소시아네이트 폴리우레탄은 가교 고분자로 다소 열적 안정성과 기계적 물성이 부족한 것을 확인 할 수 있었고 이를 개선시키기 위한 연구가 필요해 보인다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.