화학연, 저독성 용매에 녹고 재활용 가능한 '열경화 플라스틱' 소재 개발

잘 녹지 않아 재활용이 불가능한 기존과 달리, 저독성 용매에 잘 녹는 열경화 플라스틱 소재가 국내 개발됐다.

한국화학연구원(원장 이영국)은 김진철·정지은·유지홍 박사팀이 열경화 플라스틱을 촉매 도움 없이 특정 저독성 용매에 녹는 소재로 제조하는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

개발 소재는 이온 전도성을 가지는 고분자 구조로, 고체전해질 지지체 등 차세대 에너지 소자 분야에도 응용될 것으로 전망된다.

열경화성 고분자 필름이 저독성 용매에 완전히 용해된 모습.

매우 단단한 열경화 플라스틱을 녹이려면 인체에 해로운 유기용매 및 유기 주석 화합물 기반 촉매가 필요한 경우가 많다. 재활용 공정 중 2차 환경 오염 가능성이 있다.

또 녹인 열경화 플라스틱을 다시 제품화해 재활용하려면 공정 중 부산물을 제거하고 반응에 필요한 단량체들을 추가 첨가해야 한다.

이에 연구팀은 열경화성 고분자 네트워크에 열·빛 등 자극을 가해 결합을 깨거나 주변 다른 결합과 교환되는 화학 결합 방식인 '동적 공유결합' 구조를 도입했다.

이를 통해 인체유해성이 적은 용매로 추가 원재료 소모없이 재성형·재활용이 가능한 새로운 폴리우레탄 고분자 플라스틱 소재를 개발했다.

폴리우레탄은 대표적인 열경화성 고분자 중 하나로, 연구팀은 리포산과 폴리에틸렌이민을 활용한 열경화성 폴리우레탄 합성에 성공했다.

연구팀이 개발한 열경화성 고분자 필름.

연구팀이 개발한 열경화 폴리우레탄 내 리포산은 친환경 용매에 따른 인접 폴리에틸렌이민의 자가촉매 반응으로 가교 구조가 해체돼 용매에 녹는다. 다시 자외선을 조사하면 단량체로 돌아가 고분자를 형성할 수 있으므로 손쉽게 재활용 공정을 반복할 수 있다.

개발 소재에 리튬이온 염을 첨가하면 이온전도성 특성이 나타나 배터리, 연료전지 등 차세대 에너지 소자용 고체전해질로 활용할 수 있다.

기존 재활용가능 고체전해질 관련 연구와 비교해 가장 높은 이온전도성을 가진 것으로 나타났다. 이를 분해해 리튬화합물을 다시 회수 가능해 재활용할 수도 있다.

이영국 원장은 “개발 기술은 재활용이 어려운 열경화 플라스틱을 인체유해성이 적은 용매를 이용해 저온·무촉매 조건에서 재활용하는 기술로, 후속 연구를 통해 탄소 저감 및 화학 소재 재자원화에 이바지할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com