저독성 용매에 잘 녹아 재활용 가능한 新 플라스틱 소재 개발

동적 공유결합 구조 도입해 리포산·폴리에틸렌이민 활용한 열경화성 폴리우레탄 기술

왼쪽부터 화학연 정지은·유지홍·김진철 박사 연구팀[한국화학연구원 제공. 재판매 및 DB금지]

[충청투데이 강승구 기자] 국내 연구진이 저독성 용매에 잘 녹는 열경화 플라스틱 소재를 개발했다.

4일 한국화학연구원에 따르면 김진철·정지은·유지홍 박사 연구팀이 녹지 않아 재활용할 수 없는 열경화 플라스틱을 촉매의 도움 없이 특정 저독성 용매에 녹는 소재로 제조하는 기술을 개발했다.

열경화성 플라스틱은 휴대폰, 건축자재, 자동차 등 다양한 분야의 주요 재료로 사용되며, 열가소성 플라스틱과 달리 높은 안정성 때문에 녹지 않아 재활용이 어려워 매립, 소각 등의 방법으로 폐기했다.

연구팀은 열경화성 고분자 네트워크에 열, 빛 등의 자극이 가해지면 결합이 깨지거나 주변의 다른 결합과 교환될 수 있는 화학 결합 방식인 ‘동적 공유결합’ 구조를 도입해, 인체 유해성이 적은 용매로 재성형, 재활용이 가능한 새로운 폴리우레탄 고분자 플라스틱 소재를 개발했다.

폴리우레탄은 열경화성 고분자 중 하나로, 연구팀은 ‘리포산’과 ‘폴리에틸렌이민’을 활용한 열경화성 폴리우레탄 합성에 성공했다.

리포산은 자연 원료에서 얻어지는 재생 가능한 원료로, 자외선을 쬐면 리포산의 고리 형태가 열려 열경화 플라스틱과 같은 단단한 고분자를 형성할 수 있다.

연구팀이 개발한 열경화 폴리우레탄 내의 리포산은 특정 친환경 용매로 인해 인접한 폴리에틸레이민의 자가촉매반응으로 다시 고리 형태로 돌아가, 가교구조가 해체돼 용매에 녹게 된다.

즉, 고리 형태의 리포산 구조에 다시 자외선을 쬐면 고분자 형태를 형성할 수 있어 손쉽게 재활용 공정을 반복할 수 있게 된다.

개발한 소재에 리튬이온염을 첨가하면 이온전도성 특성이 나타나 배터리, 연료전지 등 차세대 에너지 소자용 고체전해질로 활용할 수 있다.

이영국 화학연 원장은 "연구팀 개발 기술은 재활용이 어려운 열경화 플라스틱을 인체 유해성이 적은 용매를 이용하여 저온, 무촉매 조건에서 재활용하는 기술로, 후속 연구를 통해 탄소 저감 및 화학 소재 재자원화에 이바지할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

강승구 기자 [e-mail]