지속 가능한 혁신 소개 개발의 기반 마련
국내 연구진이 재활용도 되고 산소도 차단되는 플라스틱 소재를 개발하는데 성공했다.
한국과학기술원(KAIST) 화학과 홍순혁 교수와 최경민 연구원(박사과정)은 탄소중립 순환경제 사이클을 구현할 수 있는 화학적 재활용 가능한 신규 고기능성 고분자 소재를 개발했다고 27일 밝혔다.
심각한 환경오염을 일으키는 석유화학계 플라스틱은 재활용이 가능한 소재로 대체하는 것이 시급한 실정이다. 이에 홍 교수연구팀은 화학적으로 재활용이 가능하고 내수성과 내열성까지 갖춘 고분자 소재를 개발하기 위해 '이중결합 상호교환 중합법'을 활용해 기능성 고분자 소재를 개발하는데 성공했다.
'이중결합 상호교환 중합법'(ring-opening metathesis polymerization, ROMP)은 화학적 재활용 재료 합성이 가능하며, 내수성과 내열성이 우수한 고분자를 개발하기에 상당한 이점이 있지만, 단량체의 열역학적 특성에 따라 중합 혹은 해중합으로 치우친다는 큰 난제가 있었다.
홍 교수팀은 정교한 분자설계를 통해 이 난제를 해결하고 재활용 가능한 고기능성 고분자를 개발했다. 즉, 사이클로헥센 단량체 구조를 정교하게 조절해, 효율적인 고리열림 상호교환 중합이 가능한 단량체를 개발한 것이다.
이렇게 개발된 고기능성 소재는 산소 함유 작용기를 풍부하게 지닌 구조적 특성 덕분에 산소 차단성이 높고, 산/염기 조건에서도 내구성이 높다. 또 고분자 상태에서 300℃ 이상의 높은 열안정성을 가지고 있어 프레스 성형이나 용액 주조 등 다양한 방식으로 가공할 수 있다. 이러한 특성의 재활용 가능한 신소재는 식품 또는 의약품 포장에서부터 디스플레이, 반도체 소자 등 고부가가치 재료로 활용될 수 있다.
연구팀은 개발된 소재를 촉매적 분해 반응을 통해 원재료 물질 또는 고부가가치 화합물로 완벽에 가까운 수율로 재활용할 수 있음을 확인했고, 나아가 산화 반응을 통해서도 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄 등 합성 섬유와 플라스틱 재료나 의약품 합성의 원천물질 등으로 재활용이 가능함을 보였다.
홍순혁 교수는 "기초화학적 분자 및 촉매의 정교한 디자인 및 합성 연구는, 플라스틱 공해 문제를 해결하는 원천기술을 제공하고, 지속가능한 미래를 위한 혁신 소재 개발의 중요한 기반이 될 것으로 기대된다"고 말했다.
최경민 연구원이 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 '켐(Chem)'에 6월 21일자에 게재됐다.
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