프레온

프레온은 여러 할로젠화 탄소(halocarbon) 제품에 대한 등록상표명이다. 처음에는 듀퐁(DuPont)사에서 상표권을 가지고 있었으나, 해당 사업부가 케무어스(Chemours)사로 분사(spin-off)되면서 케무어스의 등록상표명이 되었다. 프레온(Freon)은 안정하고 비휘발성이며 독성이 약한 기체나 액체로서 냉장고용 냉매나 에어로솔(aerosol) 분사 추진제로 널리 쓰였다. ¹⁾

프레온 중에는 오존층을 파괴하는 클로로플루오린화 탄소(chlorofluorocarbons, CFCs)와 클로로플루오로메테인(chlorofluoromethane)과 같은 HCFC(hydrochlorofluorocarbon) 등이 있다. 이러한 형태의 냉매를 모두 프레온이라고 부르지는 않는데, 이는 프레온이 케무어스사가 생산하는 R-12, R-13B1, R-22, R-410A, R-502, R-503의 브랜드 명칭이기 때문이다. 하지만 프레온이라는 용어는 플루오린화 탄소 냉매를 언급할 때 흔히 사용된다. 프레온의 기체 형태는 매니큐어 제거용 아세톤과 크게 다르지 않을 정도로 냄새가 많이 난다.

목차

CFC는 1890년대 스워츠(F. Swarts)에 의해 처음 합성되었다. 1920년 후반에 암모니아와 같은 위험한 냉매의 대체제를 찾기 위해 미국 제너랄 모터스(General Motors) 사는 케터링(C. F. Kettering)이 이끄는 연구팀을 만들었고, 이후 미즐리(T. Midgley, Jr.)가 그 팀을 이어받았다. 1928년에 이들은 CFC의 합성 방법을 개선하고 냉매로서의 유용성 및 안정성과 무독성을 보여주었다. 케터링은 기체를 사용한 냉장 장비에 대한 특허를 등록하였고, 이 특허를 케무어스사가 소유하게 되었다.

1930년에 GM과 듀퐁은 프레온을 생산하기 위해 키네틱 케미컬(Kinetic Chemicals) 사를 만들었는데, 생산품으로 다이클로로다이플루오로메테인(dichlorodifluoromethane)을 만들고 '프레온-12'(R-12, CFC-12)로 명명하였다. R 다음의 숫자는 듀퐁에서 개발한 냉매 분류 번호로, 할로젠화 탄소를 비롯한 여러 냉매뿐만 아니라 하이드로할로젠화 탄소 각각을 체계적으로 지정하기 위하여 쓰였다.

그러나 CFC의 사용은 오존층 파괴를 유발하여 1987년 몬트리올 의정서(Montreal Protocol)에 의해 현재는 대부분 엄격하게 규제되거나 금지되었다. 이를 대신하여 하이드로플루오린화 탄소(hydrofluorocarbon, HFCs)을 포함하는 프레온 브랜드가 여러 용도에 쓰이는데, 이들 또한 초 온실 효과(super-greenhouse effect) 기체로 간주하므로 교토 의정서(Kyoto Protocol)에 의해서 엄격한 규제를 받고 있다.

몬트리올 의정서 전후의 오존층 파괴 도표. y축의 성층권 오존 수치는 1990년대 의정서 발효 후 다시 증가하기 시작하였으며, 2075년이 되기 전에 1980년대 이전 수준을 회복할 것으로 기대하고 있다. ()

실생활에 흔히 쓰였거나 혹은 쓰이는 프레온은 다음과 같다.

프레온-11 또는 R-11이라고 하는 CFC-11의 화합물명은 트라이클로로플루오로메테인(trichlorofluoromethane, CFCl₃)이며, 무색 액체로 달콤한 냄새가 나고 상온에서 끓는다. 대부분의 냉매보다 끓는점(23.77℃)이 높고 증기압이 상대적으로 낮아 냉매로 널리 쓰였다. 이것은 또한 F-19 NMR의 기준 물질로 쓰이고 있다. CFC-11은 오존층 파괴지수가 1.0으로 1987년 몬트리올 의정서에 의해 생산 중지되었다.²⁾

프레온-12 또는 R-12라고도 불리는 CFC-12의 화합물명은 다이클로로다이플루오로메테인(dichlorodifluoromethane, CF₂Cl₂)이며, 무색 기체로 냉매나 에어로솔 분사 추진제로 쓰였다. 오존층을 파괴하기 때문에 몬트리올 의정서를 따라 선진국은 1996년에 그리고 개발도상국은 2010년에 제조가 금지되었다.³⁾

프레온-113이라고도 하는 CFC-113의 화합물명은 1,1,2-트라이클로로-1,2,2,-트라이플루오로메테인(1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluoromethane, CCl₂FCClF₂)이며 클로로플루오린화 탄소(chlorofluorocarbon)의 일종으로 분류한다. 이 휘발성 액체는 다양한 용도의 용매인데, 성층권의 오존 파괴 문제로 시선을 끌었다. 이성질체인 CFC-113a (CCl₃CF₃)와 함께 몬트리올 의정서에 따라 생산 중지되었다.⁴⁾ CFC-113에 의한 오존 분해 반응에 대하여 다음과 같은 메커니즘이 제안된 바 있다.

R-114라고도 알려진 CFC-114의 화합물명은 1,2-다이클로로테트라플루오로에테인(1,2-dichlorotetrafluoroethane, CClF₂CClF₂)이며, CFC-113과 마찬가지로 클로로플루오린화 탄소에 해당한다. 비인화성 기체로 달콤한 클로로폼 향이 나며 임계점이 145.6 °C, 3.26 MPa이다. CFC-114는 압축하거나 냉각하면 무색 기체가 되며 CFC-11을 대체하여 쓰이고 있지만, 몬트리올 의정서에 오존층 파괴물질로 등록되어 있다.⁵⁾

HCFC-22는 R-22라고도 하며, 화합물명은 클로로다이플루오로메테인(chlorodifluoromethane, CHClF₂)이다. 이 물질은 추진제나 냉매로 흔히 쓰이고 있으나 선진국에서는 오존층 파괴지수와 온실효과 지수가 커서 선진국에서는 생산량과 사용량을 줄이고 있다. 그러나 개발도상국에서는 여전히 널리 쓰이고 있다.⁶⁾ HCFC-22는 클로로폼으로부터 다음과 같은 제법으로 만든다.

HCCl₃ + 2HF → HCF₂Cl + 2HCl

한편, HCFC-22를 원료로 하여 테플론(teflon)의 주원료인 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene, C₂F₄)이 얻어지는데, 이는 다이플루오로카벤(difluorocarbene, F₂C: )이 중간체로 얻어진 후 합체되어(dimerize) 형성되는 물질이다.

2CHClF₂ → C₂F₄ + 2HCl

프레온 134a 또는 R-134a라고도 하는 HFC-134a의 화합물명은 1,1,1,2-테트라플루오로에테인(CF₃CH₂F)이며, 하이드로플루로린화 탄소(hydrofluorocarbon, HFC)로 분류한다. 열역학적 성질이 CFC-12와 유사하지만, 오존층 파괴 지수가 낮고 온실효과를 덜 유발하여 CFC-12를 대체하여 사용되었다. 그러나 HFC-134a도 온실효과 지수가 더 낮은 HFO-1234yf(2,3,3,3-tetrafluoropropene)에 의해 대체되고 있다.⁷⁾

1. , Wikipedia.
2. , Wikepedia.
3. , Wikipedia.
4. , Wikipedia.
5. , Wikipedia.
6. , Wikipedia.
7. , Wikipedia.