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콜타르가 정밀화학을 탄생시켰다  

석유의 정제
- 지방산 조성과 지방의 특징  
- 공융현상, 결정다형
- 콜타르 : 정밀화학의 시작
- 석유가 만병 통치약으로 팔리기도 했다  



콜타르로부터는 공업적으로 중요한 여러 가지의 화학물질을 얻는데, 분리·정제하여 염료·약품·향료·합성수지·가소제·유화제·용제 등의 제조에 이용한다.

1665년 이전에 J.J. 베서가 발견했다.
1792년 영국에서는 석탄 가스등이 사용됨으로써 석탄 가스 제조의 부산물로 다량의 콜타르가 만들어졌다.
           그러나 19세기 중반까지는 콜타르의 이용가치가 거의 없어 대부분이 폐기되었다.
1820년 찰스매킨토시가 방수용의 고무용액을 만드는 데 콜타르가 최초로 공업적으로 사용
1825년경 콜타르 증류물(크레오소트유)이 철도 받침목의 방부제로 사용되었으며,
1842년에는 콜타르피치, 즉 재증류 콜타르 잔유물이 연탄(煉炭)에 사용되었다.
1843년 A.W. 폰호프만이 콜타르 중에 아닐린이 포함되어 있음을 발견했으며,
          1845년에 콜타르 증류물로부터 벤젠을 추출하는 데 성공했다.
1856년 W.H.퍼킨이 아닐린으로부터 최초의 콜타르 염료인 모베인을 합성했다.
1868년 알리자린이 콜타르 속에 포함되어 있는 안트라센의 유도체라는 사실을 밝혀 그 합성에 성공했다.
1871년 합성이 시작된후 5년 후에는 서양꼭두서니로부터 얻어지는 알리자린 염료의 70％가 합성품으로 대체.
1879년 Fahlberg와 Remsen 사카린 합성
1897년 콜타르로부터 얻어진 인디고가 독일 시장에 등장했다.
1865년 J.리스터는 페놀에 방부성이 있음을 발견하고 이것에 의해 콜타르 성분의 유도체가 제약에 사용하게 되었다.
1901년에는 콜타르가 처음으로 도로포장에 사용되었다.
1907년 레오베이클랜드는 페놀과 포름알데히드로부터페놀수지를 합성해 콜타르 공업의 새로운 분야를 열었다.
이외에
   나일론이나 인조섬유를 합성하는 것을 들 수 있다.
   또한 콜타르 피치는 알루미늄 제련의 전극재료로도 중요한 물질의 하나이다.

실험실에서 탄생한 염료들

1868년 합성 알리자린이 상용화되었는데 합성 알리자린은 품질도 좋고 공급도 원활했다. 1880년에는 합성 인디고가 상용화되었다. 이 들 합성 염료 외에도 그때까지 볼 수 없었던 전혀 새로운 합성 염료들, 즉 밝고 선명한 색상을 제공하면서 색이 바래지 않고 일정한 염색 품질을 제공하는 합성 염료들이 세상에 나왔다. 1856년, 18세의 윌리엄 헨리 퍼킨은 염료 산업을 송두리째 바꿔 놓는 한 인공 염료를 합성해 냈다. 당시 퍼킨은 런던 왕립 화학 대학 학생이었다. 퍼킨의 아버지는 화학에는 무관심한 건축업자였고 화학을 공부해서는 돈을 벌 수 없다고 생각하던 사람이었다. 하지만 퍼킨은 아버지의 생각이 틀렸음을 증명했다.
1856년, 퍼킨은 부활절 기간 동안 자기 집에 설치한 자그마한 실험실에서 말라리아 특효약인 퀴닌(quinine)을 합성해 보기로 결심했다. 퍼킨의 스승이자 런던 왕립 화학 대학 교수였던 독일인, 아우구스트호프만은 콜타르(석탄 가스를 만들고 남은 기름기 있는 찌꺼기)의 특정 성분(석탄산을 의미, 퍼킨이 퀴닌 합성 실험을 한 지 몇 년 뒤, 의사 조지프 리스터는 석탄산에서 페놀을 얻는다.)으로 퀴닌을 합성할 수 있다고 확신하고 있었다. 퍼킨이 퀴닌 합성 실험을 하던 당시, 퀴닌의 화학 구조는 알려지지 않았지만 말라리아 치료제로서의 효능 때문에 공급이 수요를 따라가지 못하고 있었다. 영국을 비롯한 유럽 각국은 자신들의 식민지를 인도, 아프리카, 동남아시아 지역으로 확장해 나가고 있었는데 이 지역들은 말라리아가 창궐하는 지역이었고, 퀴닌은 말라리아의 유일한 예방약이자 치료제였다. 퀴닌은 남아메리카 킨코나(Cinchona)속 나무 껍질에서 얻었는데 과도한 채취로 킨코나 속 나무는 점점 희귀해지고 있었다.
퀴닌을 화학적으로 합성할 수만 있다면 위대한 업적을 달성하는 셈이 되겠지만 퍼킨의 실험은 단 한번도 성공하지 못했다. 그러던 중 퍼킨은 한 실험에서 검은 물질을 얻었는데 이 물질을 에탄올에 넣었더니 진한 자주색 용액이 되었고 여기에 비단 몇 조각을 담갔더니 자주색으로 물드는 것이었다. 자주색으로 물든 비단 조각은 뜨거운 물과 비눗물에 담가도 색이 바래지 않았다. 퍼킨이 이 비단 조각을 햇빛에 노출시켜 보았으나 역시 색이 바래지 않았다. 비단의 색은 선명한 라벤더 퍼플(Lavender purple)로 고착되었다. 퍼킨은 자주색이 염색 산업에서 귀하고 값비싼 색상이라는 사실 또한 알고 있었고 면과 비단을 염색했을 때 색상이 바래지 않는 자주색 염료는 상업적으로 가능성 있다는 것을 알고 있었다. 퍼킨이 스코틀랜드에서 업계 선두를 달리고 있는 염색 회사에 견본을 보냈더니 그곳에서 다음과 같은 긍정적인 답변이 돌아왔다. “당신이 발견한 염료를 사용해도 제품 원가에 큰 영향을 미치지 않는다면 이것은 지금까지 나온 염료 중 가장 소중한 염료 가운데 하나임이 분명합니다.”
퍼킨이 듣고 싶어 했던 바로 그 대답이었다. 퍼킨은 런던 왕립 화학 대학을 그만두고 아버지로부터 재정적 지원을 받아 자신의 발견을 특허 내고 작은 공장을 세워 자신이 발견한 염료를 적정 가격으로 대량 생산에 냈으며, 비단 염색뿐만 아니라 양모와 면을 염색하는 문제까지 연구했다. 퍼킨이 발견한 염료의 자주색 색상, 즉 모브(mauve, 담자색)는 1859년 패션업계를 강타했다. 모브는 프랑스 황후 으제니를 위시해 프랑스 궁정이 가장 선호하는 색상이 되었다. 빅토리아 여왕은 공주의 결혼식에 모브 드레스를 입고 나갔으며 1862년 런던 박람회 개회 선언에서도 모브 드레스를 입었다. 모브가 영국 왕실 및 프랑스 왕실의 지원에 힘입어 그 인기가 하늘로 치솟으면서 1860년 대는 모브 시대로 불리게 되었다. 급기야 모브는 1880년대 후반까지 영국 우체국의 일부인 잉크로도 사용되었다.
퍼킨은 자신이 발견한 염료, 즉 모브 색상을 구현한 염료를 모베인 (mauveine)으로 불렀는데, 모베인의 발견은 광범위한 파급 효과를 미쳤다. 모베인의 합성은 유기 화합물에 대한 최초의 진정한 다단계 합성이었다. 모베인 합성 이후 뒤이어 수많은 유사 공정들이 개발되어 석탄 가스 산업의 부산물로 생성된 콜타르에서 다양한 색상의 합성 염료가 만들어졌다. 이 염료들은 집합적으로 콜타르 염료 또는 아닐린 염료(aniline dyes)라고 불린다. 19세기 말, 산업 현장에서 사용되는 염료는 약 2000종에 달했다. 화학 염료 산업이 수천년의 역사를 지닌 천연 염료 산업을 사실상 대체한 것이다.
퍼킨은 퀴닌으로 돈을 벌지는 못했지만 모베인의 발견과 이후 다른 염료들의 발견으로 엄청난 부를 쌓았다. 퍼킨은 화학을 공부하면 부자가 될 수 있다는 사실을 보여 준 최초의 인물이었고, 퍼킨의 아버지는 화학으로 돈을 벌 수 없다던 자신의 생각을 철회할 수 밖에 없었다. 또한 퍼킨의 발견으로 구조 유기 화학(분자 내의 원자들이 정확히 어떻게 연결되어 있는지 결정하는 화학의 한 분과)의 중요성이 강조되었다. 알리자린이나 인디고 같은 천연 염료의 화학 구조뿐만 아니라 새로운 염료들의 화학 구조도 연구할 필요가 있었다.

모브(모브는 담자색을 일컫는 말이기도 하고 모베인을 일컫는 말이기도 하다. 여기서는 모베인을 의미한다.)를 상업적으로 대량 생산해 내겠다는 퍼킨의 결심은 분명 지나친 자신감이었다. 젊고 순진한 화학과 학생이었던 그는 염료 산업에 대한 지식이 거의 없었을 뿐만 아니라 화학 물질의 대량 생산 경험도 전무했다. 게다가 퍼킨의 합성법은 수율(화학반응을 통해 어떠 물질로 얻고자 할 때, 실제로 얻은 양과 이론적으로 기대했던 양을 백분율로 나타낸 것)이 너무 낮아 실제로 얻을 수 있는 양은 많아야 이론적 기대량의 5퍼센트 정도밖에 되지 않았다. 또한 시작 물질인 콜타르의 안정적인 공급을 확보하는 일은 정말 어려운 일이었다. 노련한 화학자가 이런 문제에 봉착했다면 기운이 꺾여 감히 엄두를 못 냈을 것이다. 퍼킨의 성공은 자신의 경험이 부족하다는 사실에 주눅 들지 않고 과감하게 도전한 퍼킨의 정신이 어느 정도 기여했다고 할 수 있다. 모브 제조에 참고할 만한 아무런 공정 없이 새로운 장비와 공정을 고안하고 실험해야 했던 퍼킨은 합성 공정을 대규모로 진행하는 데 방해가 되었던 문제들을 해결해 나갔다. 철제 용기를 쓰면 공정 중 산에 의해 부식될 염려가 있으므로 대형 유리 용기를 제조했고 화학 반응의 과열을 방지하기 위해 냉각 장치를 사용했으며 폭발이나 독가스 누출과 같은 위험들도 통제했다. 1873년, 퍼킨은 15년 동안 운영하던 공장을 매각했다. 부자로 은퇴한 그는 자신의 집에 마련한 실험실에서 화학을 연구하며 여생을 보냈다.

염료와 화학 산업의 흥망성쇠

오늘날 염료 산업은 화학적으로 합성된 인공 염료를 주로 생산하고 있지만, 염료 산업은 유기 화학 산업(항생제, 폭발물, 향수, 페인트, 잉크, 살충제, 플라스틱 등을 생산)의 모태이기도 하다. 유기 화학 산업이 본격적으로 발달한 곳은 영국이나 프랑스가 아니라 (영국은 모브의 탄생지였고 프랑스는 수세기 동안 염료와 염색이 매우 중요한 산업이었다.) 과학 기술을 바탕으로 거개 유기 화학 제국을 만든 독일이었다. 원래 화학이 먼저 발달한 나라는 영국으로 표백, 날염, 요업 제품, 도기 자기, 유리 제조, 무두질, 양조, 증류 등에 필요한 원재료를 공급하면서 독일보다 먼저 강력한 화학 산업을 일궈 놓았다. 하지만 이런 원재료들의 대부분은 나뭇재, 석회, 소금, 소다, 산, 황, 백악, 점토 등과 같은 무기 화합물이었다.

독일이, 그리고 독일보다 비중은 좀 떨어지지만 스위스가 합성 유기 화학의 주도국이 된 데에는 몇 가지 이유가 있다. 1870년대 영국 및 프랑스의 많은 염료 제조 회사들은 염료 및 염료 제조 공정에 대한 일련의 끊임없는 특허 분쟁으로 도산하고 말았다. 이런 상황에서 영국의 대표적인 기업가 퍼킨이 은퇴하고 퍼킨의 뒤를 이을(필수 화학 지식과 제조 기술과 사업 재능을 지닌) 사람이 없었다. 아마도 영국은 이런 상황들이 국익에 반하는 줄 몰랐던 것 같다. 영국은 한창 성장하고 있던 합성 염료 산업에 원재료를 대주는 나라로 전락하고 말았다. 과거 영국은 원재료를 수입해 완제품을 만들어 수출함으로써 산업상의 우위를 점했는데 이번에는 콜타르의 유용성과 합성 화학 산업의 중요성을 깨닫지 못한 덕분에 독일에게 이득을 안겨 주는 중대한 실수를 범하고 말았던 것이다.

독일의 염료 산업이 성장할 수 있었던 또 하나의 이유는 산학 협력 이었다. 화학 연구가 대학의 특권으로 치부되었던 다른 나라와 달리 독일학계는 산업 당국과 긴밀히 연구하는 경향이 있었다. 이런 산학협력이야말로 독일 화학 산업이 성장할 수 있는 원동력이 되었다. 유기 화합물의 분자 구조에 대한 지식과 유기 합성 반응의 화학 단계에 대한 과학적인 이해가 없었다면 과학자들은 정교한 기술(이 기술은 훗날 현대 약학으로 발전한다.)을 개발할 수 없었을 것이다.

독일 화학 산업은 3개의 화학 회사가 주축이 되어 성장했다. 1861년, 독일 최초이자 최대의 화학 회사, 바스프가 라인 강 유역의 루트비히스 하펜에 세워졌다. 바스프는 원래 소다회(무수 탄산나트륨)나 가성 소다(수산화나트륨) 같은 무기 화합물을 생산하기 위해 세워졌지만 곧 염료 산업에도 진출했다. 1868년, 두 명의 독일 화학자 카를 그레베와 카를 리베르만이 최초의 합성 알리자린을 제조했음을 발표했다. 바스프의 수석 화학자 하인리히 카로는 베를린에서 이들을 만나 상업적으로 가능성 있는 합성 알리자린 생산을 위해 힘을 모았다. 20세기 초, 바스프는 약 2000톤의 합성 알리자린을 생산했고 이후 꾸준히 성장해 오늘날 전 세계 5대 화학 회사에 들게 되었다.
독일 2위의 화학 회사인 회히스트(Hoechst)는 바스프보다 1년 늦게 설립되었다. 회히스트는 원래 아닐린 레드(aniline red, 마젠타(magenta) 혹은 푹신(fuchsine)으로 알려진 선명한 붉은색의 염료)라는 염료를 생산하기 위해 설립되었는데 이 회사 화학자들이 알리자린 합성법을 특허 내면서 많은 돈을 벌었다. 아닐린 레드는 바스프와 회히스트는 상당한 규모의 돈을 투자해 수년간의 연구 끝에 합성 인디고를 만들어 냈는데 여기서도 많은 돈을 벌어들였다.
독일 3위의 화학회사, 바이엘 사(Bayer and Company)도 합성 알리자린 시장을 이들 회사들과 나눠가졌다. 바이엘이란 이름을 들으면 아스피린(aspirin)이 가장 먼저 떠오르겠지만 1861년 설립된 바이엘은 처음에는 아닐린(aniline)이라는 염료를 생산했다. 아스피린은 1853년 합성되었지만 바이엘이 합성 염료(특히 알리자린)에서 벌어들인 돈을 사업 다각화의 일환으로 제약 업종에 투자해 아스피린을 시장에 내 놓은 것은 1900년경이었다.
1860년대, 이 세 회사의 합성 염료 생산량은 전 세계 생산량의 극히 일부분에 지나지 않았다. 하지만 1881년, 이들의 합성 염료 생산량은 전 세계 생산량의 절반을 차지하게 되었다. 20세기로 넘어올 무렵 전 세계 합성 염료 생산량이 엄청나게 증가했음에도 불구하고 독일은 전 세계 합성 염료 시장의 거의 90퍼센트를 독차지했다. 제1차 세계 대전이 발발하자 독일 정부는 염료 회사들을 정교한 제품(폭발물, 독가스, 약, 비료, 전쟁에 필요한 기타 화학 물질 등과 같은)을 생산하는 군수 회사로 전용할 수 있었다. 전쟁을 도운 죄로 우려곡절을 격었지만 이 세 회사들은 지속적으로 번창하고 발전해서 오늘날 유기 화학 산업(플라스틱 및 직물에서 약품 및 합성 오일에 이르는)의 상당한 규모를 차지하고 있다.

염료는 인류 역사를 바꿔 놓았다. 수천년 동안 천연 재료에서 얻어지던 염료에서 인류 최초의 산업 몇 가지가 형성되었다. 색상에 대한 수요 증가와 더불어 길드와 공장, 도시, 무역도 성장했다. 합성 염료가 출현하면서 세계는 한순간에 일변했다. 천연 염료를 구하던 전통적인 방법은 사라지고 퍼킨이 모브를 합성한 지 채 1세기도 지나기 전에 거대 화학 복합 기업들이 염료 시장과 새롭게 싹튼 유기 화학 산업을 지배했다. 여기서 얻은 자본과 화학적 지식으로 오늘날의 항생제, 진통제, 기타 의약품 등이 대량 생산될 수 있었다.
모브는 이 엄청난 변화에 포함된 합성 염료 가운데 하나에 지나지 않지만 오늘날 많은 화학자들은, 학문적인 연구 대상이었던 유기 화학을 세계적인 주요 산업으로 바꿔놓은 분자는 모브라고 생각한다. 모브에서 화학 산업의 독점에 이르기까지, 영국의 한 10대 소년이 방학 동안 만들어 낸 염료가 세계사에 엄청난 영향을 기친 건다.



타르가 약이기도 했다

스테로이드 전에, 석탄 타르가 사용되었습니다. 사실, 석탄 타르은 한 세기 이상 피부 질환의 치료에 사용되었습니다. 그것은 석탄 처리 및 증류의 부산물 기능을 뛰어넘은 것입니다

타르의 화려한 변신

포스코 화학 부문 계열사인 포스코켐텍이 국내 최초로 제철 부산물인 콜타르를 활용해 고부가가치 탄소소재인 등방흑연소재 제조사업을 본격화한다. 포스코켐텍은2011년 11월 21일 대치동 포스코센터에서 일본 토카이카본사와 등방흑연블록 사업 합작 계약을 체결했다.
포스코켐텍은 지난 4월 2차전지 핵심 소재인 음극재 사업을 시작으로 전기로 등에서 사용되는 전극봉 생산 소재인 침상코크스 사업을 추진하는 한편 이번 계약 체결로 등방흑연소재 사업에까지 진출함으로써 글로벌 탄소소재기업으로 도약하기 위한 기반을 더욱 확고히 하게 됐다.
이번에 설립하는 합작회사는 포스코켐텍과 토카이카본사가 각각 60%, 40%의 지분을 가지게 되며 연산 4천 톤 규모의 공장을 2014년 말 준공할 예정으로 포스코켐텍은 원료를 공급하고 토카이카본사는 기술을 제공하게 된다.
등방(等方)흑연소재는 제철 부산물인 콜타르를 가공해 만든 중간제품인 등방(等方)코크스와 첨가제인 바인더 피치를 혼합해 고온의 열처리 공정을 거쳐 생산된다. 이 소재는 주로 반도체 및 태양전지와 발광다이오드(LED) 제조 장비의 필수 소재로 사용되는 등 수요처가 다양해 성장성이 큰 시장으로 평가 받고 있다.
또한 현재 국내 생산업체들은 등방흑연소재를 전량 수입해 사용하고 있는 실정이라 국내 생산이 본격화되면 수입대체 효과가 커 취약한 국내 소재사업의 글로벌 경쟁력 향상에 크게 기여할 것으로 기대된다.
한편 이날 정준양 회장은 격려사를 통해 “포스코켐텍은 지난 9월 침상코크스 사업에 이어 등방흑연사업에도 진출함으로써 글로벌 탄소소재기업으로서의 입지를 더욱 강화할 것”이라며 향후 종합소재기업으로서 글로벌 리더십을 확보해 나가기를 기대한다고 말했다.