"폐플라스틱 걱정 없다"…높은 재활용·자가회복 기능 구현

KIST, 단량체와 고분자 전환 가능한 고분자 소재
손상 시 스스로 회복, 폐기 시 원재료 회수 가능

KIST가 개발한 고분자 소재의 기술 개념도.

한국과학기술연구원(KIST)은 손상 감지, 자가 회복, 다중 형상기억 특성을 지닌 스마트 고분자 소재를 개발했다.

국내 연구진이 열과 빛을 가하면 스스로 복구되고, 재활용할 수 있는 플라스틱을 제조할 수 있는 새로운 고분자 소재를 개발했다. 앞으로 디스플레이 보호용 코팅제, 선박, 비행기 등 높은 강도와 내마모성을 요구하는 보호 코팅 소재로 널리 활용할 수 있을 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST)은 김태안 박사 연구팀이 자가 회복 기능과 높은 재활용성을 갖춘 스마트 고분자 소재를 개발했다고 23일 밝혔다.

플라스틱은 고분자 소재의 일종으로, 단량체라고 하는 작은 분자가 길게 연결된 구조를 갖는다. 이런 특성으로 가볍고 견고하며 때로는 유연하게 만들 수 있어 일상 생활과 산업 전반에서 폭넓게 활용되고 있다. 하지만, 사용 후에는 재활용이 어려워 소각이나 매립 등으로 처리돼 환경오염을 유발한다.

연구팀은 단량체(고분자 형성의 기본단위가 되는 작은 분자)와 고분자로 자유롭게 전환이 가능한 독특한 오각고리 구조의 분자를 설계했다. 이 분자는 열, 빛, 기계적 힘을 이용해 붙였다가 떨어지는 성질을 가져 고무줄처럼 유연하거나 유리병처럼 단단한 등의 다양한 물성의 고분자 소재로 만들 수 있다.

이 고분자 소재는 손상된 부위를 형광으로 식별할 수 있고, 열과 빛을 가하면 스스로 복귀되는 자가 회복 기능도 갖는다. 폐기물로 배출될 경우 기존 플라스틱과 혼합된 상태에서 선택적으로 단량체를 분리할 수 있으며, 회수된 단량체를 활용해 원래 특성을 유지한 고분자로 다시 제조할 수도 있다.

특히 열과 빛, 기계적 힘에 반응해 열적, 기계적, 광학적 특성을 변화시킬 수 있어 보호용 코팅재로 활용 시 기존 상용 에폭시 코팅제보다 최대 3배 높은 경도와 2배 이상의 탄성계수를 갖는다. 고분자 소재에 자외선을 쪼이면 분자 구조가 강화돼 특정 형상을 유지하는 형상 기억 특성을 가져 스마트 의류, 웨어러블 기기 등으로 다양하게 활용할 수 있다.

김태안 KIST 박사는 "화학적 재활용이 가능한 기존 플라스틱 소재의 열적·기계적 한계를 극복하면서 손상 감지와 자가 회복 등의 기능을 가진 소재 설계 기술을 제시한 연구"라며 "높은 강도, 손상 감지, 자가 회복, 선택적 재활용 기능 등을 갖춰 산업용 코팅제를 대체하고, 환경오염을 완화하는 데 크게 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.이 연구결과는 재료과학 분야 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈'에 게재됐고, 뒷면 표지로 선정됐다.

이준기기자 bongchu@dt.co.kr