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열경화 플라스틱은 한 번 모양을 만들고 나면 형태를 바꿀 수 없다. 따라서 휴대폰, 건축자재, 자동차 등 다양한 분야의 주요 재료로 사용된다. 하지만 잘 녹지 않아 재활용이 어려워 환경을 오염시키는 중요한 요인 중 하나이다.
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폴리우레탄은 대표적인 열경화성 고분자 중 하나이다. 연구팀은 ‘리포산’과 ‘폴리에틸렌이민’을 활용한 열경화성 폴리우레탄 합성에 성공했다.
리포산은 자연 원료에서 얻어지는 재생 가능한 원료이다. 자외선을 조사하면 리포산의 고리 형태가 열리며 열경화 플라스틱과 같은 단단한 고분자를 형성할 수 있다.
개발한 열경화 폴리우레탄 내 리포산은 특정 친환경 용매로 인접한 폴리에틸렌이민(파란색 가지 모양)의 자가촉매 반응으로 다시 고리 형태로 되돌아가, 결국 가교 구조가 해체되어 용매에 녹게 된다. 고리 형태의 리포산 구조는 다시 자외선을 조사하면 단량체로 돌아가 고분자를 형성할 수 있다.
이 밖에 개발한 소재에 리튬이온 염을 첨가하면 이온전도성 특성이 나타나 배터리, 연료전지 등 차세대 에너지 소자용 고체전해질로 쓸 수 있다. 기존에 재활용할 수 있는 고체전해질 연구와 비교해도 이온전도성이 높다.
이영국 화학연 원장은 “연구팀이 개발한 기술은 재활용하기 어려운 열경화 플라스틱을 인체유해성이 적은 용매를 이용해 저온, 무촉매 조건에서 재활용하는 기술”이라며 “후속 연구를 통해 탄소 저감, 화학 소재 재자원화에 이바지할 수 있을 것”이라고 말했다.
연구 결과는 과학기술 분야 국제학술지 ‘ACS 어플라이드 머티리얼즈 앤드 인터페이시스(ACS Applied Materials & Interfaces)’ 1월호 논문으로 게재됐다.