생분해성 고분자와 초임계 유체 혼합물의 고압 상거동

Abstract

지구 온난화와 같은 여러 환경문제로 인해 최근의 연구는 친환경적인 부분에 비중을 두고 진행하는 경우가 많다. 특히, 그런 여러 연구들 중 생분해성 고분자를 이용하여 이산화탄소 배출을 절감하는 것은 환경문제를 완화하는 중요한 한 방법으로 고려되고 있으며 실제로 의약, 자동차 등 각종 분야에서 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 생분해성 고분자들 중 Poly lactic acid와 Polycaprolactone을 중점적으로 다루고, 이 고분자들을 디클로로메탄과 이산화탄소를 용매로 하여 다양한 온도, 압력, 조성 조건에서의 고압 다성분계 상거동을 가변 부피 실험 장치(VVVC)로 측정하였다. 실제 다수 화학 공정에서 초임계 유체 기술을 접목시킨 생분해성 고분자의 제조 및 정제를 통해 각종 제품이 생산되고 있으나 이 공정들의 최적화된 설계를 위한 열역학적 모델링의 시도가 부족했다. 이 문제를 해소하기 위해, 기존에 발표된 Peng-Robinson 상태방정식과 SAFT가 결합된 형태인 Hybrid 상태방정식을 이용하여 상거동 데이터를 모델링했다. 그리고 회합한다는 근거가 부족한 용매들이 시스템에 포함되어 있는 경우는 용매가 자체적인 회합을 일으킨다는 기존 hybrid 상태방정식의 가정과 대비되기 때문에 그 항을 계산에 고려하지 않는 것이 더 타당하다고 판단했다. 그래서 기존 Hybrid 상태방정식의 회합효과를 제외하는 형태로 계산 방식을 변화시켰다. 또 용매의 순수 파라미터의 경우 물성 데이터를 통해 추산하는 형태로 최적화되었는데 이 과정이 계산 시간을 증가시켰기 때문에 해당 파라미터들을 이 방식이 아닌 TC, PC 등 임계상수를 이용하여 계산하는 식을 활용하여 hybrid 상태방정식에 적용시켰다. 앞서 논의한 방법들을 적용하여 본 연구의 실험데이터들을 사용하여 계산한 결과 기존 결과와 큰 차이를 보이지 않았으며 계산 시간이 많이 단축되는 개선효과를 얻을 수 있었다.