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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2011-08-11
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플로리다 대학(University of Florida)의 Stephen A. Miller 교수와 연구진은 리그닌(lignin)에서 파생된 PAHB(polyalkylenehydroxybenzoate)에 대한 새로운 연구결과를 내놓았다. PAHB는 종이 펄핑과 셀룰로오스 바이오에탄올 산업의 부산물로서 지구상에서 두 번째로 풍부한 폴리머이다. 이번 연구진은 복발효(complex fermentation) 방법을 사용하지 않으면서 리그닌의 많은 방향족 분자들((P-히드록시벤즈알데히드, 바닐린, 시링알데히드)을 PAHB 속에 결합시킬 수 있는데, 이렇게 생성된 폴리머는 유용한 온도 범위를 가지게 된다. 열적 특성들은 매우 인기 있는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)의 것과 비슷하거나 종종 능가했다. PET는 박막, 섬유, (물병 같은) 열가소성 수지 등의 형태로 전 세계 플라스틱 시장의 18%를 차지하고 있다.
화석 연료 공급이 줄어들고 있고 소비자들이 점점 더 친환경적 제품을 요구하고 있기 때문에, 다양한 회사들은 지속 가능한 또는 그린 폴리머를 상업화하기 시작했다. 가장 성공적인 재생 가능한 합성 플라스틱은 폴리 유산(poly(lactic acid), PLA)인데, 이것은 다양한 패키징 분야에 적용되고 있다. 그러나 PLA는 다음과 같은 단점을 가지고 있기 때문에 적용에 제한을 가지게 된다: 제한적인 온도 범위; 출발 원료(starting material)로서 식품을 활용(옥수수 및 기타 녹말가루); 공급 원료 전환을 위해서 회분식(batchwise) 발효 기술에 의존함.
PAHB는 H-[O-(CH2)n-O-4-(3-X, 5-Y-C6H2)-CO]z-OH의 분자 구조를 가진 새로운 종류의 열가소성, 재생 가능한 방향족/지방족 폴리에스테르이다. 이것은 리그닌에서 파생된 방향족 하이드록시벤조산(hydroxybenzoic acid, X?=?Y?=?H), 바닐린산(vanillic acid, X?=?OMe; Y?=?H), 시링산(syringic acid, X?=?Y?=?OMe)에 의해서 합성되었다. 몇 개의 클로로알카놀(chloroalkanol)을 가진 이것의 알킬화는 촉매로서 1 mol% Sb2O3이 필요로 하고 150 ℃와 250℃ 사이의 동적 진공 하에서 폴리에스테르화에 적합한 히드록시산 단량체를 제공한다. 이번 연구진은 polyalkylene 4-hydroxybenzoate, polyalkylene vanillates, polyalkylene syringates을 만들었고, 이것들의 열적 특성을 시차 주사 열량측정법(differential scanning calorimetry)과 열중량분석(thermogravimetric analysis)으로 비교하였다.
리그닌과 PAHB 물질과의 화학적 유사성으로 인해서 PAHB 물질이 더 큰 생분해성을 가지게 되었고, 이 제품은 분해 시에 단지 물과 일산화탄소만을 생성하기 때문에 석유를 원료로 한 빌딩 블록보다 훨씬 더 매력적이다. PAHB는 심지어 수분해성을 가지고 있다. 즉, 미생물 또는 퇴비화가 필요 없이 쓰레기 매립지, 바닷물, 호수에서도 분해가 발생된다. 앞으로의 연구들은 이런 분해성에 초점을 맞추어야 할 것인데, 이것은 쓰레기 위기와 바다의 플라스틱 축적을 해결하는데 실질적인 도움을 줄 수 있을 것이다.
<위그림> 재생 가능한 PAHB 물질의 분자 구조도.
이 연구결과는 저널 Macromolecular Rapid Communications에 “Polyalkylenehydroxybenzoates (PAHBs): Biorenewable Aromatic/Aliphatic Polyesters from Lignin” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1002/marc.201100242).
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