[IT 소식] 잘 안녹아 환경오염 일으키는 플라스틱 재활용법 찾았다

연구팀이 개발한 리포산-폴리에틸렌이민 기반 폴리우레탄 고분자 구조가 60℃의 DMSO에 완전히 녹았다. 화학연 제공.

열경화성 플라스틱은 한번 굳으면 잘 녹지 않아 재활용이 불가능하다. 국내 연구진이 인체 유해성이 적은 용매로 녹는 열경화 플라스틱 소재 ’폴리우레탄 고분자 플라스틱 소재‘를 개발했다. 열경화성 플라스틱 폐기물을 줄이는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

 

한국화학연구원은 김진철 정밀·바이오연구본부 책임연구원 연구팀이 열경화 플라스틱을 촉매 없이 저독성 용매로 녹일 수 있는 소재 제조 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

 

열경화성 플라스틱은 열가소성 플라스틱과 달리 높은 안정성 때문에 녹지 않는다. 휴대폰, 건축자재, 자동차 등 다양한 분야의 주요 재료로 쓰이고 있지만 재활용이 어려워 환경오염 원인이 되고 있다.

 

열경화 플라스틱과 같은 매우 단단한 성질의 소재를 녹이려면 강하고 독하며 인체에 해로운 유기용매 및 유기 주석화합물 기반 촉매가 필요하다. 촉매를 이용한 재활용 공정은 2차 환경오염을 일으킨다. 또 녹인 열경화 플라스틱을 재활용하려면 공정상에서 발생하는 부산물을 제거하고 반응에 필요한 단량체들을 첨가해야 하기 때문에 추가적인 공정 및 원재료 소모가 수반된다.

 

연구자들은 인체와 환경에 무해하며 효율적으로 재활용할 수 있는 열경화 플라스틱 소재를 개발하고 있다. 연구팀은 열경화성 고분자 네트워크에 열, 빛 등의 자극이 가해지면 결합이 깨지거나 주변의 다른 결합과 교환될 수 있는 화학 결합 방식인 ‘동적 공유결합‘ 구조를 도입해 새로운 폴리우레탄 고분자 플라스틱 소재를 개발했다.

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폴리우레탄은 대표적인 열경화성 고분자 중 하나다. 연구팀은 ‘리포산’과 ‘폴리에틸렌이민’을 활용한 열경화성 폴리우레탄 합성에 성공했다. 리포산은 자연 원료에서 얻어지는 재생 가능한 원료로 자외선을 조사하면 리포산의 고리 형태가 열리며 열경화 플라스틱과 같은 단단한 고분자를 형성할 수 있다.

 

연구팀이 개발한 열경화 폴리우레탄 내의 리포산은 친환경 용매인 DMSO를 통해 인접한 폴리에틸렌이민의 자가촉매 반응으로 고리 형태로 되돌아간다. 가교 구조가 해체돼 용매에 녹게 된다는 것이다. 고리 형태의 리포산 구조는 다시 자외선을 조사하면 단량체로 돌아가 고분자를 형성할 수 있기 때문에 손쉽게 재활용 공정을 반복할 수 있다.

 

연구팀이 개발한 소재에 리튬이온 염을 첨가하면 이온전도성 특성이 나타나 배터리, 연료전지 등 차세대 에너지 소자용 고체전해질로 활용할 수 있다. 기존 재활용 가능한 고체전해질과 비교했을 때 가장 높은 이온전도성을 가진 것으로 나타났다. 고체전해질을 분해하면 리튬화합물을 다시 회수할 수 있어 재활용할 수 있다는 강점이 있다.

 

이영국 화학연 원장은 ”연구팀의 개발 기술은 재활용이 어려운 열경화 플라스틱을 인체유해성이 적은 용매를 이용해 저온, 무촉매 조건에서 재활용하는 기술“이라며 ”후속 연구를 통해 탄소 저감 및 화학 소재 재자원화에 이바지할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘CS 어플라이드 머티리얼즈 앤드 인터페이시스’ 1월호에 게재됐다.

 

오른쪽부터 김진철 한국화학연구원 정밀·바이오연구본부 책임연구원, 유지홍 박사후연구원, 정지은 선임연구원. 화학연 제공.

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문세영 기자

moon09@donga.com

원문 : https://www.dongascience.com/news.php?idx=64039