아크릴로니트릴(Acrylonitrile, AN) 이야기 | 화학공학 엔지니어가 쉽게 풀어드립니다

ABS부터 카본섬유까지, 산업을 지탱하는 보이지 않는 주역

아크릴로니트릴이란?

아크릴로니트릴(Acrylonitrile, CH₂=CH–CN)은 비닐기(-CH=CH₂)와 니트릴기(-CN)를 가진 불포화 유기화합물입니다. 상온에서 무색의 액체이며, 약간 달콤하면서도 자극적인 냄새가 있습니다. 화공학적으로는 합성섬유, 플라스틱, 고무 등 수많은 고분자 재료의 출발점이 됩니다.

아크릴로니트릴의 생산

오늘날 아크릴로니트릴은 주로 프로필렌의 아모옥시데이션(Ammonoxidation) 공정으로 생산됩니다.

1. 원료: 프로필렌 + 암모니아 + 산소
2. 촉매 반응: 바나듐-비스무트(V-Bi) 촉매 사용
3. 생성물: 아크릴로니트릴 + 부산물(아크릴산, 아세토니트릴)

이 공정은 화공학적으로 유명한 Sohio Process로, 오늘날 세계 AN 생산의 대부분을 차지합니다.

화학적 성질

• 중합 반응: 라디칼·음이온 중합 가능 → 폴리아크릴로니트릴(PAN) 형성
• 공중합 반응: 스티렌, 부타디엔과 공중합 → ABS, SAN
• 극성: –CN기의 강한 극성 → 강도·내열성·내화학성 부여
• 반응성: 이중결합 덕분에 다양한 유도체 합성 가능

즉, 아크릴로니트릴은 고분자 설계에서 빼놓을 수 없는 만능 단량체입니다.

산업적 활용

1. ABS 플라스틱

아크릴로니트릴 + 부타디엔 + 스티렌 공중합 → ABS 수지 → 강도, 광택, 내화학성을 동시에 갖춘 플라스틱 (자동차, 가전, 레고 블록)

2. SAN (Styrene-Acrylonitrile) 수지

스티렌 + 아크릴로니트릴 → SAN → 투명하고 내열성이 좋아 믹서기, 식기, 화장품 용기 등에 활용

3. 아크릴 섬유

폴리아크릴로니트릴(PAN) → 의류(니트, 스웨터), 카펫, 담요 → 가볍고 보온성이 뛰어나 "인조 양모"로 불림

4. 카본섬유 전구체

PAN 섬유를 열처리 → 고강도 카본섬유 → 항공우주, 스포츠 장비, 전기차 경량화 부품 핵심 소재

화공학적 의미

아크릴로니트릴 생산·활용은 화공학의 집약체입니다.

• 반응공학: 아모옥시데이션의 열관리, 반응 선택도 최적화
• 촉매공학: V-Bi 촉매의 활성·수명 연구
• 고분자공학: PAN 기반 섬유의 분자량·결정성 제어
• 재료공학: 카본섬유 제조에서 미세구조 제어

즉, 아크릴로니트릴은 단순 원료가 아니라 화공학 연구·산업의 핵심 소재입니다.

환경과 안전

아크릴로니트릴은 유용하지만, 주의할 점도 많습니다.

• 독성: 피부·호흡기 자극, 장기 노출 시 발암성 의심
• 안전: 인화성 액체 → 저장·취급 시 방폭 설비 필요
• 환경: 누출 시 수질·토양 오염 우려

따라서 공정에서는 밀폐·환기·안전 모니터링 시스템이 철저히 적용됩니다.

FAQ

Q. 아크릴로니트릴은 어디에 가장 많이 쓰이나요?

A. ABS 플라스틱과 아크릴 섬유가 가장 대표적인 활용처입니다.

Q. 아크릴 섬유는 왜 ‘인조 양모’라 불리나요?

A. 보온성과 촉감이 양모와 비슷하지만, 가볍고 관리가 쉬워 대체재로 불립니다.

Q. 카본섬유와 아크릴로니트릴은 무슨 관계가 있나요?

A. 카본섬유의 90% 이상이 폴리아크릴로니트릴(PAN) 섬유를 전구체로 만들어집니다.

핵심 요약

• 아크릴로니트릴 = 비닐기 + 니트릴기 가진 불포화 화합물
• 생산 = 프로필렌 아모옥시데이션(Sohio 공정)
• 활용 = ABS, SAN, 아크릴 섬유, 카본섬유
• 화공학 = 반응공학·촉매·고분자공학 응용
• 환경·안전 = 독성·인화성 있어 철저한 관리 필요

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