국내 연구진이 재활용 가능 열경화성 플라스틱을 개발, 폐 플라스틱으로 인한 환경오염을 개선할 방법을 제시했다.
한국화학연구원(이하 화학연)은 김진철‧정지은‧유지홍 박사팀이 촉매 도움 없이 저독성 용매에 녹는 열경화 플라스틱 제조기술을 개발했다고 4일 밝혔다.
국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤드 인터페이시스'에 게재된 녹지 않는 열경화 플라스틱의 용매 유도 화학적 재활용 기술 모식도. 한국화학연구원 휴대폰, 건축자재, 자동차 등 다양한 분야에서 사용되는 열경화 플라스틱은 한 번 모양을 만들면 더 이상 형태를 바꿀 수 없는 특성을 가진 탓에 재활용이 어려워 환경을 오염시키는 요인으로 꼽힌다.
열경화 플라스틱을 녹이기 위해서는 독성이 강한 유기용매 및 유기주석 화합물 기반 촉매를 필요로 하며, 또 녹인 열경화 플라스틱을 다시 제품화하려면 공정상 발생하는 부산물을 제거하고 반응에 필요한 단량체를 추가하기 때문에 공정 및 원재료 소모도 불가피하다.
연구팀은 열경화성 고분자 네트워크에 열, 빛 등 자극이 가해지면 결합이 깨지거나 주변 다른 결합과 교환될 수 있는 화학결합 방식인 ‘동적 공유결합’ 구조를 도입, 인체유해성이 적은 용매로 추가 원재료 소모 없이 재성형이나 재활용이 가능한 새로운 폴리우레탄 고분자 플라스틱 소재를 개발했다.
저온의 저독성 용매에 녹여 재활용할 수 있는 열경화 플라스틱. 한국화학연구원 또 이번에 개발한 소재에 리튬이온 염을 첨가하면 이온전도성 특성이 나타나기 때문에 배터리, 연료전지 등 차세대 에너지 소자용 고체전해질로 활용할 수 있다.
이는 기존의 재활용이 가능한 고체전해질 관련 연구와 비교해 가장 높은 이온전도성을 가진 것으로 나타났다. 아울러 이를 분해해 리튬화합물을 회수, 재활용할 수 있음을 확인했다.
연구팀은 이번에 개발한 열경화성 고분자 소재 구조를 변경해 기계적 물성을 달리하는 후속 연구를 진행 중이며, 이를 통해 향후 열경화성 플라스틱의 폐기물 저감에 기여할 것으로 기대했다.
이와 함께 개발한 소재가 이온 전도성을 갖는 고분자 구조로 고체전해질 지지체 등 차세대 에너지 소자분야에도 응용할 수 있을 것으로 전망했다.
이영국 호학연 원장은 ”이번 연구성과는 재활용이 어려운 열경화 플라스틱을 인체유해성이 적은 용매를 이용하여 저온, 무촉매 조건에서 재활용하는 기술로, 후속 연구를 통해 탄소저감 및 화학 소재 재자원화에 이바지할 수 있을 것“이라고 말했다.
