earticle

영어

A novel method to prepare polyester from wastepaper through liquefaction and crosslinking stages was studied. At the first stage, the liquefaction of wastepaper was carried out in the presence of ethylene glycol under acidic conditions. The factors that affect on liquefaction yield were found to be reaction time, temperature, and acid concentration, and their ranges were 60~120 minutes, 150~170℃, and 2~4%, respectively. The optimum condition was found to be 100 minutes, 160℃, and 3% sulfuric acid concentration, and the liquefaction yield at this condition was 67%. At the second stage, polyester was prepared from the liquefied wastepaper obtained at the optimum liquefaction condition by crosslinking with succinic anhydride. The effect of reaction time and carboxylic group/hydroxyl group ratio on crosslinkage were investigated at conditions covering 30~50 minutes of reaction time and 1.5~2.5 of carboxylic group/hydroxyl group ratio. The crosslinkages of polyester prepared were 80~90%, which were almost same regardless of reaction conditions.

한국어

최근 석유와 같은 화석연료의 과잉 사용으로 가격이 상승 하고 이산화탄소의 발생량이 급격히 증가하고 있다. 그래서 석유대신 재생 가능한 바이오매스 자원에서 연료와 유용한 화학물질을 생산하는 연구에 관심이 높아지고 있다. 사용 가능한 자원으로는 전분질 뿐 만 아니라 지구상에 풍부하게 존재하는 임산 및 농산 폐기물 그리고 폐지 등과 같은 리그 닌이 포함된 섬유질 기질이 있다. 에너지원으로서 바이오 매스 자원은 전처리, 효소당화 그리고 발효공정을 거쳐 에탄 올을 생산하는 공정에 이용되고, 화학물질의 원료로서 바이 오매스 자원은 정제공정을 통해 여러 화학물질의 생산에 이 용될 수 있다. 전분질 기질을 사용하면 대체로 당화공정이 간단하여 상업적인 공정개발이 가능하나 섬유질 기질의 경 우 품질이 일정하지 않고 전처리공정이 복잡하여 상업화할 수 있는 공정 개발이 쉽지 않다 [1]. 우리나라는 바이오매 스 자원이 풍부하지 못한 나라이기 때문에 이와 같은 물질 을 생산하는 원료로 폐지와 같은 폐기물을 이용하는 방법 이 현실적인 대안이 될 수 있다. 섬유질 기질의 주요 3대 성분은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오 스, 그리고 리그닌이다. 이 기질이 산을 포함된 수용액과 반 응하면 가수분해 반응이 일어나고, 산 촉매 하에서 ethylene glycol (EG), polyethylene glycol, glycerol 등과 반응하면, 즉 물이 포함되지 않는 비수용액상에서는 액화반응이 일어 난다 [2-5]. 액화에 사용된 이들 용매의 비점이 높기 때문에 고압장치 없이 상압에서 산 촉매를 사용하여 섬유질 기질을 액화할 수 있다. 이 액화속도를 증가시키기 위해 ethylene carbonate 또는 propylene carbonate를 첨가시키는 방법도 있다 [5-7]. EG를 사용한 폐지의 액화연구에서 셀룰로오 스, 헤미셀룰로오스, 리그닌의 각 성분이 시간에 따라 어떻 게 액화되는지 조사한 적이 있다 [5]. 리그닌과 헤미셀룰로오 스의 액화속도가 셀룰로오스의 액화속도보다 13과 7배 정도 빠르고 고체에 남아있는 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스는 시간에 따라 감소하였지만 리그닌의 경우 20분이 지나면 감소하지 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. 액화공정 은 고압장치가 필요없고 짧은 시간이 필요한 장점이 있지만 여러 성분으로 이루어져 조성이 균일하지 못하기 때문에 균일한 고분자물질을 제조하기 어렵다. 그러나 제조된 물질 은 석유에서 유래된 물질보다 생분해도가 매우 높은 장점 이 있어 환경 친화적인 물질이라 할 수 있다 [10,12]. 신문지와 같은 폐지는 해마다 많은 양이 발생되고 있고 비교적 잘 회수되는 것으로 알려져 있다. 그리고 액화물로 부터 균일한 고분자물질을 제조하기 어렵기 때문에 비교적 조성이 균일하고 전처리하기 쉬운 농산부산물을 사용하는 것보다 폐지와 같은 폐기물을 액화공정의 원료로 사용하는 것이 더 바람직하다고 생각한다. 본 연구의 목적은 EG를 사용하여 폐지의 액화에 영향을 미치는 인자와 액화수율을 조사하고 액화물을 carboxylic acid와 반응시켜 polyester를 제조하고자 한다.