잘 안녹아 환경오염 일으키는 플라스틱 재활용법 찾았다

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한국화학연구원

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

오른쪽부터 김진철 한국화학연구원 정밀·바이오연구본부 책임연

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.

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  DMSO 를 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.

https://n.news.naver.com/mnews/article/584/0000026142