보다 안전한 폴리우레탄 합성방법 개발

보다 안전한 폴리우레탄 합성방법 개발

쿠션, 섬유, 단열재, 페인트 등에 사용되는 대부분의 폴리우레탄은 시장 가치가 750억 달러로 추정되는 고부가가치의 고분자 소재입니다. 하지만, 독성이 강한 이소시아네이트 화합물을 원료로 사용하기 때문에 건강 및 환경에 대한 영향이 있을 수 있고, 특히 EU에서는 최근 디이소시아네이트 사용에 대한 규제를 강화하고 있습니다. 이에 고베대학 연구팀은 보다 안전한 새로운 폴리우레탄 합성방법을 개발하였고, 시장에 내놓기 위해 계속 연구하고 있습니다.

 

목차

보다 안전한 새로운 폴리우레탄 합성방법 개발

주요 요점

연구 배경

미래의 관점

Contents

 

폴리우레탄 디스크

 

보다 안전한 새로운 폴리우레탄 합성방법 개발

쿠션, 섬유, 단열재, 페인트 등에 사용되는 대부분의 폴리우레탄은 독성이 강한 이소시아네이트 화합물을 원료로 사용합니다. 고베대학 과학연구 부교수 Tsuda Akihiko 연구팀은 이소시아네이트를 사용하지 않고 불화 탄산염을 원료로 사용하는 새로운 폴리우레탄 합성방법을 연구하였고, AGC Inc와 공동 개발에 성공했습니다.

연구팀은 다음의 절차를 통해 폴리우레탄을 합성하였습니다.

1. 고베 대학에서 개발한 주문형 광 합성 방법을 사용하여 불화 탄산염을 합성
2. 이를 범용 또는 특정 알코올(디올)과 반응시켜 폴리우레탄 전구체(비스카보네이트)를 합성
3. 마지막으로 이를 아민(diamine)과 반응시켜 폴리우레탄 합성

이 새로운 방법은 프리폴리머 외에도 널리 사용되는 제품에서 특수 제품에 이르기까지 광범위한 폴리우레탄에 사용할 수 있습니다. 이 방법은 변색이 거의 없고 불순물이 없으며, 규칙적인 고분자 구조를 가지고 있어, 분자량 조절이 가능한 고품질의 폴리우레탄을 제조할 수 있었습니다.

이 연구 결과로 Tsuda Akihiko 연구팀은 2020년 5월에 일본 특허를 출원했고, 2021년 5월에 국제 특허를 출원했으며, 논문은 2023년 7월 21일 일본 화학 학회 웹사이트 Bull에 개제되었습니다.

 

 

주요 요점

Graphical Abstract. A Novel Synthetic Method of Non-Isocyanate Polyurethane (NIPU)

 

• 독성이 강한 원료인 이소시아네이트를 사용하지 않는 폴리우레탄의 제조방법. 용제나 촉매를 사용하지 않는 친환경 폴리우레탄 제조 공법을 실현합니다.
• Kobe 대학과 AGC가 공동으로 개발한 플루오르화 카보네이트를 사용하여 기존의 폴리우레탄 원료에서 다양한 폴리우레탄을 안전하고 저렴하며 간단하고 환경 친화적인 방식으로 합성할 수 있습니다.
• 이 합성 방법은 유용성과 다양성을 나타내며 12가지 유형의 범용 우레탄과 1가지(특수) 유형의 플루오르화 폴리우레탄을 합성할 수 있습니다.
• 지금까지 보고된 비이소시아네이트 방식보다 낮은 온도에서 중합 반응이 진행되기 때문에 변색이 없고 투명도가 높고 고강도, 고탄성(규칙적인 구조를 갖는 고분자량)의 고품질 폴리우레탄을 얻을 수 있습니다.
• 유일한 부산물인 플루오르화 알코올은 회수가 가능하며 광 주문형 유기 합성 방법에서 플루오르화 탄산염으로 재전환될 수 있습니다.
• 이는 기존의 여러 이소시아네이트 방법을 대체할 수 있는 새롭고 매우 유용한 합성 방법이며 친환경적입니다.

 

연구 배경

폴리우레탄은 탄성, 내마모성, 내구성이 뛰어나 쿠션, 섬유, 단열재, 염료, 접착제 및 자동차 부품 등에 사용됩니다. 폴리우레탄은 시장 가치가 750억 달러로 추정되는 고분자 소재입니다(2023 Grand View Research Inc). 대부분의 폴리우레탄은 이소시아네이트와 디올의 반응에 의해 합성됩니다. 그러나 이소시아네이트 화합물은 독성이 강하고 건강 및 환경 문제로 인해 최근 특히 EU에서 디이소시아네이트 사용에 대한 규제를 강화하고 있습니다. 지속 가능한 사회를 위해 이소시아네이트 화합물을 사용하지 않고 폴리우레탄을 합성하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 그러나 현재 대부분의 방법은 활용도가 낮고, 환경 비용이 높으며, 파생된 폴리우레탄의 품질이 낮고, 가격이 높아 실용적이지 못했습니다.

Tsuda 연구팀과 AGC는 JST A-STEP 프로그램의 자금 지원을 받아 새로운 폴리우레탄 합성 방법을 공동으로 개발하기 위해 노력했습니다(그림 1, 반응(b)). Photo-on-demand 유기 합성 방법(http://www2.kobe-u.ac.jp/~akihiko/index.html)의 선구자인 Tsuda 준교수 연구 그룹과 AGC, AGC 간의 산학 협력 불소화합물 및 폴리우레탄 원료 전문 제조업체인 (주)는 폴리우레탄 신합성법 및 기능성 소재 개발을 바탕으로 새로운 학문분야 및 산업활동을 창출하였습니다.

 

미래의 관점

기존의 이소시아네이트를 이용한 폴리우레탄 합성법은 비용면에서 장점이 있습니다. 그러나 새로 개발된 비이소시아네이트 폴리우레탄(NIPU) 합성 방법은 기존의 기능성 폴리우레탄의 생성을 가능하게 할 뿐만 아니라 지속 가능한 사회 구현을 위한 대체 생산의 한 방법이라고 할 수 있습니다. 이 방법은 학문적인 목적 뿐만 아니라 산업적인 측면에서 어떻게 활용할 것인지에 대한 연구가 계속 진행될 것입니다.

 

Contents

Date : July 23, 2023

Source : Kobe University, Graduate School of Science, AGC Inc.

Journal Referance : Non-Isocyanate Polyurethane Synthesis by Polycondensation of Alkylene and Arylene Bis(fluoroalkyl) Bis(carbonate)s with Diamines