아주대학교 이분열 교수 연구실

연구실 개요

수분 및 산소에 민감한 유기금속화합물을 합성할 수 있는 완벽한 테크닉을 구비한 연구실이다. 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌을 포함하는 폴리올레핀 촉매를 설계 합성하여 올레핀 중합을 수행하여 얻어진 고분자의 물성을 분석하는 연구를 통해 신촉매 개발 및 신물질을 창출하고 있다. 이산화탄소를 자원으로 활용하여 생분해성 고분자를 합성하는 연구를 수행하고 있다.
산업 현장에 적용할 수 있는 기술을 개발하여 논문-특허-기술이전의 성과를 창출하였고, SK이노베인션, 롯데케미칼, LG화학 등에 특허를 매도하여 23억원의 기술료 수입을 올렸다. 50여명의 석박〮사를 배출하였고 대부분 졸업생이 학위 과정 연구 주제로 취업하여 LG화학(10명) 등 굴지의 회사에서 일하고 있다.

주요 연구내용 소개

1. 올레핀 중합

1) 에틸렌 삼량화 및 사량화 촉매 개발

에틸렌 분자 3 개 및 4 개를 연결하여 1-hexene 및 1-octene을 제조할 수 있는 촉매를 개발하여 SPCI(촉매 제조 중소기업)에 기술하였다(2019년, 0.6억원 + …). 기존 촉매는 고가의 methylaluminoxane(MAO)을 과량 사용하여 경제성 문제가 있었는데 MAO 대신 1 당량의 보레이트를 사용함에 따라 경제성 문제를 해결하였다. 5건의 특허를 등록하였고, ChemCatChem 등에 5건의 논문을 게재하였다. 1-Octene는 현재 우리나라에서 약 10만톤 사용되는 bulk chemical인데 전량 수입하여 사용하고 있고 그 수요가 증가하고 있어 국내 자체 생산이 요구되고 있다.

2) 폴리올레핀-기반 블록공중합체 합성

폴리스티렌-폴리올레핀-폴리스티렌 삼중 블록공중합체를 제조하는 혁신적인 기술을 개발하여 LG화학에 기술이전하였다(2018년, 기술료 5억원). 수분 및 산소에 민감한 새로운 구조의 유기 아연 화합물을 합성하였다. Dow社에서 개발하여 상업적으로 활용되고 있는 최신 올레핀 중합법인 Coordinative Chain Transfer Polymerization (CCTP) 활용하여 폴리올레핀 블록을 합성한 유기 아연 화합물로부터 성장시키고 연이어 음이온 중합을 통해 폴리스티렌 블록을 성장시켜 블록공중합체를 제조하였다. 3 건의 유용한 특허를 등록하였고 Macromolecules 등에 3 건의 논문을 게재하였다. 2023년 상업 공장 건설을 목표로 상업화 연구가 LG화학과의 공동연구를 통해 진행되고 있다.

3) 폴리올레핀 엘라스토머 제조용 촉매 개발

알파-올레핀 공중합성이 우수하고, 고온에서 고활성을 유지하고, 분자량이 큰 고분자를 제조할 수 있는 올레핀 중합 촉매를 개발하였다. 2004-2007년에 개발된 촉매는 현재 LG화학에서 30만톤/년 규모의 상업 생산에 사용되고 있고, 후에 개발된 유도체는 롯데케미칼에 기술이전되어(2011년, 5억원) 현재 1만톤/년 규모의 준상업 공정 개발 완성 단계에 있다. 8 건의 특허를 등록하였고 Organometallics등에 8 건의 논문을 게재하였다.

2. 이산화탄소를 활용한 생분해성 고분자 합성

1) 이산화탄소/에폭사이드 공중합 촉매 개발

CO₂/에폭사이드 공중합에 초고활성을 보이는 촉매를 개발하여 SK이노베이션에 기술이전하였다(2008년, 6억원). 3건의 특허를 출원하였고, JACS, Angew Chem, 및 Inorg Chem에 논문을 게재하였다. SK이노베인션에서 ‘그린폴’이라는 브렌드명으로 2009-2014년에 야심 찬 상업화 연구를 수행하여 상업 공정 기술이 완성되었으나, 여러 가지 이유로 상업 공장 건설이 보류되고 있다. CO₂/에폭사이드 공중합는 생분해성 고분자로, 고분자의 난분해성으로 인한 환경 문제를 해결할 수 있고 또한 이산화탄소 함량이 40-50 wt%로 매력적이고 유용한 CCU 아이템이다.

2) Poly(1,4-butylenecarbonate-co-terephthalate) 합성

CO₂로부터 국내에서 대량으로 생산되고 있는 dimethyl carbonate, fermentation을 통하여 제조할 있는 1,4-butanediol, 및 국내 생산량이 600만톤에 이르는 dimethyl terephthalate를 축합하여 새로운 구조의 생분해성 고분자 poly(1,4-butylenecarbonate-co-terephthalate)(PBCT)를 합성하여 롯데케미칼에 기술이전하였다(2004년, 5억원). 4 건의 특허를 등록하였고 Macromolecules 등에 4 건의 논문을 게재하였다. PBCT는 범용 수지인 LDPE와 유사한 열적, 기계적, 유변학적 특성을 보여주고 있어 필름 등으로 가공이 가능한 수지로 상업화 연구가 진행되고 있다.

연구실 현황