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 바이오 호환성(biocompatible)과 초-흡수성 재료의 생산이 더 쉬워질 것으로 보인다. Anbanandam Parthiban 박사팀(A*STAR 화학 공정 과학부)은, 기다란 사슬에 분자들을 연결하는 ‘원자 전이 리디칼 고분자화(atom transfer radical polymerization, ATRP)’라고 불리는 고정밀 기술을 변형함으로, 아크릴 산 같은 산성 비닐 단위체를 고분자로 직접 만들 수 있는 새로운 화합물들을 개발했다고 보고했다. 아크릴산 고분자는 수용성 재료로 기저귀와 약물 및 화장품에 에멀전화 시약으로 널리 사용되고 있다.
[그림] 자유 라디칼 화학을 이용해서, 아크릴산-기반 고분자와 공중합체를 합성할 수 있게 되었다. 새로운 리간드-개시제(ligand initiator)형 분자 개발 덕분이다.
기존에도 ATRP방법을 이용해 아크릴산 등의 극성 비닐 단위체를 고분자로 만들려고 시도했지만 성공하지 못했다. 그 이유로, 몇몇 화학자들은 카르복시산에 의한 촉매독(catalyst poison)*을 그 원인으로 보고 있다. Parthiban 박사팀이 개발한 화합물질은 촉매를 결함하게 함으로, 촉매독 문제를 해결했으며, 동시에 라디칼 고분자화 공정을 개시할 수 있었다. 또한 이 공정은 피독현상(poisoning)과 금속성 폐기물을 극적으로 줄여주었다.
비록 ATRP방법으로 아크릴산 고분자를 직접 만들지는 못했지만, 이 방법은 전세계 실험실에서 널리 사용되어 왔었다. 왜냐하면 연구자들이 복잡한 고분자를 회합할 때 생산물의 구조물을 단계별로 조절할 수 있기 때문이다. Parthiban 박사는, 이 방법의 핵심이 구리와 염과 같은 두 개의 산화 상태 사이를 쉽게 바꿀 수 있는 촉매라고 설명한다. 구리 촉매가 처음에 ATRP 개시제 분자와 반응해서 유기 자유 라디칼과 산화 금속 복합체를 활성화한다. 자유 라디칼은 타깃 단위체를 빠르게 고분자화하며, 금속 복합체는 빠르게 휴면 상태의 낮은 산화 상태로 바뀐다. 적절한 반응 조건 하에서, 화학자들은 새로운 단위체를 이용해 고분자화를 다시 시작할 수 있다.
Parthiban 박사팀은 ATRP의 한계를 ‘단일분자 리간드-개시제 시스템(unimolecular ligand-initiator system, ULIS)을 개발함으로 보여주었다. ULIS는 구리 원자가 여러 개 결합할 수 있으며, 자유 라디칼 물질을 활성화할 수 있는 할로겐 원자들이 포함된 가지 달린 분자를 말한다. 이 접근 방식으로, ULIS 분자들은 활성-휴면 사이클 동안에 고립되어 남아있지 않고, 고분자 가지의 일부가 된다. 연구자들은 이런 연결이 촉매독을 일으켰던 산성 곁반응을 억제하는 것으로 보고 있다.
연구팀은 그들의 이론이 맞다는 것을 실험을 통해 증명해 보였다. 연구팀은 효과적으로 아크릴 산과 다른 비닐 단위체를 ULIS-촉진 ATRP를 이용해 고분자화할 수 있음을 보였다. 놀랍게도, 연구진은 구리 촉매의 농도가 100ppm 이하에서도 이루어질 수 있음을 발견했다. 이 정도의 농도는 일반적인 ATRP 정제 고분자에서 발견되는 양이다.
Parthiban 박사는 비록 ULIS 리간드가 고분자 사슬의 일부이고, 많은 양의 금속 폐기물을 만들어낼 것으로 예상했지만, 분자 내-기반 자유 라디칼 고분자화의 균일성은 보다 적은 양의 금속을 사용하게 만들었다고 지적한다. 이것은 지속 가능한 화학 노력의 중요한 결과이다 (GTB2005040179, GTB2009120534)
* 촉매독(catalyst poison)이란? 촉매에 극소량의 다른 물질이 들어가서 촉매에 강하게 흡착하든가 또는 결합하여 촉매의 활성을 저하시키는 현상을 피독현상이라고 하며, 이러한 현상을 일으키는 물질을 촉매독이라고 한다. (촉매 공정, 서울대 유공연구실 동문 편저, 서울대 출판사, 2002)
출처 : http://www.sciencedaily.com/releases/2012/11/121123132615.htm
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