화학연구원, 새로운 열경화 플라스틱 개발
특정용매에 담가 녹인 뒤 재활용 가능해져
리튬이온 염 첨가하면 배터리 소재로 활용
4일 화학연구원에 따르면, 새로 개발한 열경화 플라스틱은 저독성 용매에 녹여 재활용할 수 있도록 만들었다. 특히 이 플라스틱에 리튬이온 염을 첨가하면 이온전도성 특성을 띄어 배터리나 연료전지의 고체전해질로 활용할 수 있다.
김진철 박사는 "향후 열경화성 플라스틱의 폐기물 저감에 더욱 기여할 것"이라며 "추가 개발을 통해 향후 5년 이내 실용화가 가능할 수 있을 것"이라고 전망했다.
연구팀은 '리포산'과 '폴리에틸렌이민'을 활용한 열경화성 폴리우레탄 합성에 성공했다.
열경화성 고분자 네트워크에 열, 빛 등의 자극을 주면 결합이 깨지거나 주변의 다른 결합과 교환될 수 있는 화학 결합 방식인 '동적 공유결합' 구조를 도입했다. 이 플라스틱은 인체유해성이 적은 용매 '디메틸설폭사이드'로 추가적인 원재료 소모없이 재성형, 재활용이 가능하다. 연구진이 실험을 통해 60℃의 디메틸설폭사이드에 완전히 녹는 모습을 확인했다.
리포산은 자연 원료에서 얻어지는 재생 가능한 원료다. 자외선을 쪼여주면 리포산의 고리 형태가 열리며, 열경화 플라스틱과 같은 단단한 고분자를 형성할 수 있다.
이후 단량체 상태의 용액에 자외선을 조사하면 고분자 중합이 다시 일어나며 기존의 고분자 대비 물성 차이가 없는 고분자 필름으로 재구성할 수 있다. 고리 형태의 리포산 구조는 다시 자외선을 쪼여주면 단량체로 돌아가 고분자를 형성할 수 있으므로 손쉽게 재활용 공정을 반복할 수 있다.
또한, 이 플라스틱에 리튬이온 염을 첨가하면 이온전도성 특성이 나타나, 배터리, 연료전지 등 차세대 에너지 소자용 고체전해질로 활용할 수 있다. 이는 기존의 재활용이 가능한 고체전해질 관련 연구와 비교해 가장 높은 이온전도성을 가진 것으로 나타났다. 결국, 이를 분해해 리튬화합물을 다시 회수 가능하여 재활용할 수 있는 것이다.
한편, 열경화 플라스틱을 녹이기 위해서는 강하고 독하며 인체에 해로운 유기용매 및 유기 주석 화합물 기반 촉매가 필요한 경우가 많다. 이는 재활용 공정 중 2차 환경 오염 가능성이 있다는 것. 또한 녹인 열경화 플라스틱을 다시 제품화하여 재활용하기 위해서는 공정상에서 발생하는 부산물을 제거하고 반응에 필요한 단량체들을 추가로 첨가해야 하므로 추가적인 공정 및 원재료 소모가 수반된다.
monarch@fnnews.com 김만기 기자
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