금오공대, ‘완전 순환’ 실리콘 신소재 개발로 재활용 한계 돌파
국제학술지 Chemistry of Materials 표지논문 선정 성과
국립금오공과대학교 재료공학부(고분자공학전공) 최청룡·엄태준 교수 연구팀이 화학적으로 완전 재활용이 가능한 차세대 고성능 실리콘 소재를 개발했다. 이번 성과는 기존 상용 실리콘의 고질적 한계로 꼽혀 온 '재활용 불가' 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 기술로 평가받고 있다.
연구팀은 단 한 단계(One-step) 합성 공정만으로 기계적 물성을 자유롭게 조절할 수 있으면서도, 사용 후에는 다시 원료로 되돌릴 수 있는 친환경 실리콘 탄성체를 구현하는 데 성공했다. 새로 개발된 소재는 기존 실리콘과 견줄 만한 강도와 탄성을 유지하면서도 화학적 순환 재활용(Closed-loop recycling)이 가능하다는 점에서 산업적 활용 가치가 높다.
이번 연구 성과는 '100% 재활용 가능한 차세대 실리콘 탄성체 개발'라는 제목으로 재료과학 분야의 저명 국제학술지 Chemistry of Materials 1월 27일자에 게재됐으며, 학술적 우수성을 인정받아 표지논문으로도 선정됐다.
현재 산업 전반에서 널리 사용되는 실리콘 소재는 대부분 폴리디메틸실록산(PDMS) 기반으로, 유연성과 내구성이 뛰어나 전자·반도체, 자동차, 의료, 건축, 생활용품 등 다양한 분야에 활용되고 있다. 그러나 화학 구조가 지나치게 안정적인 탓에 재활용이 거의 불가능해 사용 후에는 매립이나 소각 처리에 의존해 왔다. 이에 따라 환경 부담과 자원 순환 측면에서 한계가 지속적으로 제기돼 왔다.
금오공대 연구팀이 제안한 새로운 실리콘 탄성체는 기존 PDMS와 달리 '폴리카보실록산(Polycarbosiloxane)' 구조를 기반으로 한다. 이 소재는 사용 후 화학적 공정을 통해 단량체 상태로 분해·회수한 뒤 다시 중합해 원래의 고분자 소재로 되돌릴 수 있다. 특히 연구팀은 다양한 플라스틱이 섞인 혼합 폐기물 속에서 실리콘 성분만을 선택적으로 회수하고 이를 재중합하는 전 과정을 실험적으로 구현해, 실질적인 자원 순환 가능성을 입증했다.
또한 합성 단계에서부터 분자 구조 설계를 통해 강도와 탄성 등 기계적 물성을 폭넓게 조절할 수 있어, 전자소자 봉지재, 자동차 및 배터리 부품, 의료용 실리콘 제품 등 기존 실리콘이 사용되는 거의 모든 산업 분야에 적용 가능한 대안 소재로 주목된다.
논문 제1저자인 국립금오공대 고분자공학과 석사과정 강유빈·강나원 학생은 "간단한 공정만으로 기존 실리콘 소재의 재활용 한계를 보완하고, 지속가능한 소재 개발에 기여할 수 있는 가능성을 보여주게 돼 기쁘다"고 소감을 밝혔다.
연구팀은 이번 기술이 상용화로 이어질 경우, 고부가가치 실리콘 소재의 순환경제 체계 구축과 함께 탄소 배출 저감 및 폐기물 문제 완화에도 크게 기여할 것으로 기대하고 있다.