화학연, 저독성 용매에 녹는 '폴리우레탄 소재' 개발
친환경, 무촉매, 자외선 활용..재성형, 재활용 가능
친환경, 무촉매, 자외선 활용..재성형, 재활용 가능
화학연 제공
한국화학연구원은 김진철·정지은·유지홍 박사 연구팀이 재활용이 불가능해 플라스틱 폐기물의 주범인 '열경화 플라스틱'을 촉매 없이 저독성 용매로 녹이는 '폴리우레탄 고분자 플라스틱 소재'를 개발했다고 4일 밝혔다.
열경화성 플라스틱은 기계적 특성, 고열 안정성, 우수한 화학 저항성 등의 장점이 있어 다양한 산업 분야에 쓰인다. 그런데 한 번 만들면 다른 형태로 바꿀 수 없는 높은 안정성으로 인해 재활용이 어려워 매립, 소각 등의 방법으로 처리해야 한다. 열경화 플라스틱 같은 매우 단단한 성질의 소재를 녹이려면 강하고 독하며 인체에 해로운 유기용매나 유기 주석 화합물 기반 촉매가 필요한데, 이로 인한 2차 환경오염 가능성이 크다. 이 때문에 환경오염이 없고 인체에 무해한 새로운 열경화 플라스틱 소재 연구가 활발하게 이뤄지고 있다.
연구팀은 열경화성 고분자에 열, 빛 등의 자극을 가하는 화학결합 방식인 '동적 공유결합' 구조를 도입해, 인체 유해성이 적은 용매로 추가 원재료 투여 없이 재성형과 재활용이 가능한 새로운 폴리우레탄 고분자 플라스틱 소재를 개발했다. 폴리우레탄은 대표적인 열경화성 고분자 중 하나로, 연구팀은 리포산과 폴리에틸렌이민을 활용해 열경화성 폴리우레탄 합성에 성공했다. 리포산은 자연 원료에서 얻어지는 재생 가능한 원료로, 자외선을 쪼이면 리포산의 고리 형태가 열리며 열경화 플라스틱과 같은 단단한 고분자를 형성한다. 또한 친환경 용매로 인접한 폴리에틸렌이민의 자가 촉매 반응을 유도해 다시 고리 형태로 되돌아가 용매에 녹는다. 고리 형태의 리포산 구조는 다시 자외선을 쪼이면 단량체로 돌아가 고분자를 형성할 수 있어 손쉽게 재활용 공정을 반복할 수 있다.
김진철 화학연 박사는 "재활용이 어려운 열경화 플라스틱을 인체 유해성이 적은 용매를 이용해 저온, 무촉매 조건에서 재활용하는 기술을 개발했다"며 "향후 배터리나 연료전지 등 차세대 에너지 소자용 고체전해질로 활용할 수 있다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 'ACS 어플라이드 머티리얼즈&인터페이스(1월호)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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