화학연구원, 녹지 않는 열경화성 플라스틱 재활용 길 열었다

촉매 없이 인체유해성이 적은 용매로 녹일 수 있어

폴리우레탄 고분자 플라스틱 소재, 국제 학술지 게재

[대전=뉴시스] 열경화성 고분자 필름이 특정 저독성 용매에 완전히 용해된 모습.(사진=화학연구원 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한번 굳어지면 잘 녹지 않아 재활용이 불가능했던 열경화성 플라스틱의 재활용 길이 열렸다.

한국화학연구원은 정밀화학연구센터 김진철·정지은·유지홍 박사팀이 녹지 않아 재활용이 불가능한 열경화 플라스틱을 촉매의 도움없이 특정 저독성 용매로 녹일 수 있는 제조기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

열경화성 플라스틱(thermoset plastic)은 휴대폰, 건축자재, 자동차 등 다양한 산업 분야에서 사용되고 있으나 높은 안정성 때문에 녹지 않아 재활용이 어려워 매립, 소각 등의 방법으로 폐기되며 환경오염을 유발하고 있다.

또 녹이기 위해서는 강하고 독하며 인체에 해로운 유기용매 및 유기 주석 화합물 기반의 촉매가 필요해 재활용 공정에서도 2차 환경오염을 유발하며 추가적인 공정 및 원재료 소모가 수반되기도 한다.

이번에 화학연 연구팀은 열경화성 고분자 네트워크에 열, 빛 등의 자극이 가해지면 결합이 깨지거나 주변의 다른 결합과 교환될 수 있는 화학결합 방식인 '동적 공유결합(dynamic covalent bond)' 구조를 도입, 인체유해성이 적은 용매로 추가 원재료 소모없이 재성형 및 재활용이 가능한 새로운 폴리우레탄 고분자 플라스틱 소재를 개발했다.

폴리우레탄은 대표적인 열경화성 고분자 중 하나로 연구팀은 '리포산'과 '폴리에틸렌이민'을 활용한 열경화성 폴리우레탄 합성에 성공했다.

리포산은 자연원료에서 얻어지는 재생 가능한 원료이며 자외선을 조사하면 리포산의 고리 형태가 열리면서 열경화 플라스틱과 같은 단단한 고분자를 형성한다.

특히 개발한 열경화 폴리우레탄 내의 리포산은 특정 친환경 용매로 인접한 폴리에틸렌이민의 자가촉매 반응을 통해 다시 고리 형태로 되돌아가 가교구조가 해체돼 용매에 녹게 된다.

고리 형태의 리포산 구조는 다시 자외선을 받으면 단량체로 돌아가 고분자를 형성할 수 있어 손쉽게 재활용 공정을 반복할 수 있다.

또 개발한 소재에 리튬이온 염을 첨가하면 이온전도성 특성이 나타나 배터리, 연료전지 등 차세대 에너지 소자용 고체전해질로도 활용할 수 있다.
 
이번 기술은 기존 재활용이 가능한 고체전해질 관련 연구와 비교해 가장 높은 이온전도성을 갖는 것으로 확인됐고 이를 분해해 리튬화합물로 다시 회수할 수 있다는 장점도 있다.

연구 결과는 과학기술 분야 국제학술지 'ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤드 인터페이시스(ACS Applied Materials & Interfaces, IF : 10.383)' 1월호에 게재됐다.(논문명:Solvent-Triggered Chemical Recycling of Ion-Conductive and Self-Healable Polyurethane Covalent Adaptive Networks)

화학연 이영국 원장은 "이번에 개발한 기술은 재활용이 어려운 열경화 플라스틱을 인체유해성이 적은 용매를 이용해 저온, 무촉매 조건에서 재활용하는 기술"이라며 "후속 연구를 통해 탄소저감 및 화학소재 재자원화에 이바지할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.


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