친환경 고기능성 합성수지, '메탈로센 폴리에틸렌'이란?

 

우리의 일상 생활에서 주로 사용하는 비닐과 플라스틱은 바로 ‘폴리올레핀(Polyolefin, PO)’이라는 합성수지로 만들어지는데요. 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등이 바로 대표적인 폴리올레핀 제품입니다. PO의 핵심기술은 ‘공정’, ‘촉매’, ‘제품설계’ 이렇게 3가지로 정리할 수 있는데요. 그 중 ‘촉매’기술은 공장의 안정가동과 생산성, 특화제품 개발에 없어서는 안될 필수 요소입니다.

 

특히 촉매는 고분자 소재 개발의 중요한 수단인데요. 한화토탈은 차세대 촉매로 주목받고 있는 ‘메탈로센 촉매’ 기술을 사용해 기존 폴리에틸렌에 비해 강성과 투명도 등 기능성을 개선한 고부가 합성수지 제품인 ‘메탈로센 폴리에틸렌(mPE)’를 선보일 예정입니다. 오늘은 메탈로센 촉매란 무엇이고, 어떤 특징이 있는지 알아보도록 하겠습니다.

 

 

01

석유화학 분야의 촉매 역할

 

 

단순히 분자들을 모아놓는다고 해서 화학반응이 일어나지는 않습니다. 에너지가 필요한데요. 촉매는 화학반응을 도와주는 물질로, 더 낮은 압력 온도 조건에서도 원하는 반응을 선택적으로 일어나게 하는 역할을 합니다.

 

예를 들면, 석유화학산업의 주요 소재인 올레핀은 보통 800도 이상의 고온으로 석유를 증기 분해해 제조하는데요. 이러한 반응 조건은 매우 많은 에너지를 소모하기 때문에 이산화탄소 같은 온실가스가 다량 발생합니다. 하지만 촉매를 이용하면 에너지를 적게 사용할 수 있어 환경오염을 줄인 화학반응을 구현할 수 있습니다. 

 

더 좋은 촉매의 개발은 환경오염을 줄이기 위해서도 필수적인데요. 그래서 석유화학업계, 정유업계에서는 다양한 용도로 촉매를 연구개발하고 있으며, 그 응용분야와 사용량은 지속적으로 늘어나고 있습니다.

 

 

02

메탈로센의 발견

 

 

△ 메탈로센 최초 형태인 페로센(좌)과 현재의 메탈로센 촉매 형태(우)

 

메탈로센은 영국의 화학자 윌킨슨(Wilkinson)과 피셔(Fischer)가 1954년 샌드위치 구조의 유기금속화합물인 페로센(페로센(Ferrocene, (C2H5)2Fe)을 처음 발견하면서 알려졌습니다. 메탈로센이 중합촉매로 주목을 받게 된 때는 1976년 독일 함부르크 대학의 신(Sinn) 교수의 실험실에서, 우연히 메탈로센 촉매계에 물이 소량 첨가되면 촉매 활성이 대폭 증가된다는 것을 발견한 후의 일인데요. 이후 카민스키 교수가 MAO(methylaluminoxane)가 조촉매(촉매의 활성화에 필요한 성분)로 메탈로센 촉매계에 작용한다는 사실을 밝혀냈습니다.

 

 

03

메탈로센 촉매 특징

 

 

메탈로센 촉매를 이용하여 고분자의 구조가 정밀하게 제어된 새로운 물성의 고분자를 제조할 수 있게 되었는데요. 메탈로센 고분자는 분자량 분포가 비교적 일정하기 때문에 투명도가 좋으며, 수지 특유의 맛이나 냄새 문제가 없습니다. 또한 공중합 성능이 좋기 때문에 유연하고 강도가 크며 내환경성이 좋습니다.

 

이러한 특성을 이용하여 메탈로센계 폴리에틸렌으로 기존 제품보다 강도와 투명도가 높은 필름을 만들 수 있고, 공단량체의 함량을 극대화시켜 밀도가 매우 낮은 탄성체(elastomer) 영역의 제품을 개발할 수 있습니다. 말 그대로 기존 범용 제품에 고부가가치를 부여할 수 있는 것이죠.

 

 

04

한화토탈 '메탈로센 폴리에틸렌(mPE)'

 

 

 

메탈로센 촉매를 사용해 생산한 폴리에틸렌 제품을 메탈로센 폴리에틸렌이라 부르는데요. 한화토탈 또한 PE 제품의 고부가화를 목표로 ‘메탈로센 폴리에틸렌(mPE)’ 생산을 준비하고 있습니다. 일반 범용제품을 생산했을 때 비해 제품의 기능을 향상시키고 차별화한 제품을 생산할 것으로 기대를 모으고 있는데요. 앞으로 한화토탈 메탈로센 폴리에틸렌의 활약을 지켜봐 주시기 바랍니다.

 

  

 

---

 

종합 케미칼 & 에너지 리더,

한화토탈에 대해 더 알고 싶다면?