과학연구

탈수피마주기름과 아크릴피마린산을 리용한 장유성알키드수지의 제조와 특성

 2023.5.31.

경애하는 김정은동지께서는 다음과 같이 말씀하시였다.

《정보기술, 나노기술, 생물공학을 비롯한 핵심기초기술과 새 재료기술, 새 에네르기기술, 우주기술, 핵기술과 같은 중심적이고 견인력이 강한 과학기술분야를 주타격방향으로 정하고 힘을 집중하여야 합니다.》

알키드수지는 광택성과 열견딜성이 높은것으로 하여 칠감공업에서 널리 쓰이고있으나 에폭시수지와 폴리우레탄과 같은 우수한 성질을 가진 중합물에 의하여 점차 그 수요가 줄어들고있다. 그럼에도 불구하고 알키드수지는 원가가 낮고 생물자원을 원료로 리용하는것으로 하여 널리 리용되고있다.

현재 세계적으로 아마씨기름과 탈수피마주기름, 담배유 등을 생물자원으로 리용하여 알키드수지를 합성하고 유장을 높임으로써 생물자원에 기초한 원료함량을 높이고있다. 알키드수지는 유장이 높아짐에 따라 작업성과 색감혼화성, 유연성, 내수성 등은 좋아지는 반면에 광택성과 경도, 점도는 작아지는 결함이 있다. 그러나 수지산으로 변성하면 알키드수지의 광택성과 경화성, 경도가 높아진다.

수지산은 아비에틴산을 기본성분으로 한 다핵축합형물질로서 불포화결합을 가진 유기산들과 딜스-알더부가반응을 하여 다가산으로 되며 이러한 다가산은 중합물제조용 단량체로 리용된다. 최근에는 수지산과 아크릴산을 반응시켜 아크릴피마린산을 합성하여 폴리에스테르와 폴리아미드, 불포화폴리에스테르의 합성원료로 리용함으로써 경화성과 경도를 높이고 원가를 낮추고있다.

최근 김일성종합대학 첨단기술개발원의 연구사들은 아크릴피마린산을 리용하여 프탈산무수물과 반응시켜 광택과 경화성, 경도가 높은 장유성알키드수지를 제조하고 그 특성을 밝혔다.

탈수피마주기름과 글리세린(GL), 에틸렌글리콜(EG), 아크릴피마린산(APA), 프탈산무수물(PA)을 리용하여 알콜분해법으로 3단계에 걸쳐 유장이 65%인 알키드수지를 제조하였다. 아크릴피마린산은 수지산과 아크릴산의 딜스-알더부가반응을 리용하여 합성하였다. 먼저 글리세린과 탈수피마주기름의 에스테르교환반응을 진행하고 아크릴피마린산과 에틸렌글리콜을 넣어 180℃에서 산가가 8㎎ KOH/g이하일 때까지 반응을 진행하였다. 다음 프탈산무수물을 넣어 230℃에서 반응을 진행하여 장유성알키드수지를 합성하였다.

장유성알키드수지의 합성반응식
그림. 장유성알키드수지의 합성반응식

수지구조는 FT-IR와 1H-NMR분석으로 평가하였다. 아크릴피마린산의 함량을 3, 6, 9, 12, 15%로 변화시키면서 5가지 종류의 장유성알키드수지를 제조하고 표준알키드수지와 물리화학적성질들을 대비분석하였다. 아크릴피마린산함량이 9%이상인 장유성알키드수지는 우수한 광택성과 경도, 충격세기, 내산성, 내알카리성과 같은 물리화학적성질을 가지였다.

우리는 이 연구결과들을 잡지《Chemical Physics Letters》(2022, Vol. 805, No. 139934)에 《Synthesis and characterizations of high oil length alkyd resin with dehydrated castor oil and acrylic pimaric acid》(https://doi.org/10.1016/j.cplett.2022.139934) 의 제목으로 발표하였다.