처리 곤란 ‘PVC 폐플라스틱’ 친환경 분해법 개발

(왼쪽부터) 김병수 연세대 교수, 네하 초우드리 제1저자. 연세대 제공.

전 세계에서 세 번째로 많이 쓰이는 범용 플라스틱인 폴리염화비닐(이하 PVC)을 친환경 방식으로 분해할 수 있는 기술이 개발됐다. 

연세대는 7일 김병수 연세대 화학과 연구팀이 PVC를 무독성, 수용성 물질로 분해하는 기술을 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈’ 최신호에 발표했다고 밝혔다. 

PVC는 강도가 높고 부식에 강해 산업에 다양하게 활용되고 있지만, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP) 등의 플라스틱과 달리 재활용이 어렵다. 매립이나 소각을 통해서만 처리할 수 있기 때문에 PVC 첨가제가 누출될 가능성이 있고, 소각 시 방출되는 염화수소와 다이옥신 방출 등도 문제가 되고 있다. 

PVC를 분해하는 기계화학적 볼밀링 시스템 이미지. 볼밀에 든 회색 공은 볼밀링 시 사용되는 볼, 파란색은 PVC. 연세대 제공.

이를 해결하기 위해 연구팀은 기계화학적 볼밀링(분쇄의 일종) 시스템을 이용해 PVC를 분해하는 실험을 설계했다. 기계화학은 기계적인 힘으로 화학반응을 일으키는 새로운 연구 분야다. 일반 합성법과 달리, 용매가 불필요해 친환경적인 방법으로 주목받고 있다. 

고분자 사슬 내부의 기계적 힘을 이용해 화학반응을 활성화하는 기계화학 연구 분야는 ‘메카노포어’다. 가령 옥시란 분자는 기계적인 힘에 감응해 불균일 개환 반응을 하고 카보닐 일라이드를 발생시키는 화학반응을 한다. 

연구팀은 PVC 사슬 내부에 옥시란 분자를 도입하기 위해 볼밀링으로 두 단계의 탈염소화 및 에폭시화 반응을 진행했다. 이 과정에서 옥시란 분자는 카보닐 일라이드 중간체를 형성했고, 이는 PVC 사슬에 아세탈 구조를 추가적으로 도입하는 결과로 이어졌다. 

이후 가수분해를 통해 고분자 사슬이 수용성 저분자량 물질로 분해됐고, 연구팀은 분해된 물질에서 낮은 세포 독성과 식물 독성을 확인했다. 연구팀은 “기계화학적 방법으로 PVC 폐플라스틱을 처리하는 친환경 분해 시스템을 구축할 수 있게 됐다”며 연구의 의의를 밝혔다. 

[문세영 기자 moon09@donga.com]