100% 재활용·산소 차단 플라스틱 소재 개발

카이스트 연구팀 "플라스틱 공해 없앨 고기능 소재"

100% 재활용이 가능해 플라스틱 공해 문제를 해결하고 산소 차단 등 다양한 기능을 가진 고분자 소재가 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST·카이스트)은 홍순혁 화학과 교수와 최경민 연구원(박사과정)이 탄소중립 순환 경제 사이클을 구현할 수 있는 화학적 재활용 가능한 신규 고기능성 고분자 소재를 개발했다고 27일 밝혔다.

재활용이 가능한 데다 내수성과 내열성이 우수한 고분자 소재의 개발은 까다롭다. 이중결합 상호교환 고분자화 반응의 오랜 난제다. 연구팀은 이산화탄소를 고정해 합성 가능한 카보네이트 작용기를 활용, 정교한 분자적 디자인 및 설계를 통해 이를 해결했다.

개발된 소재는 산소 함유 작용기를 풍부하게 가지고 있는 구조적 특성이 있어서 높은 산소 차단성을 보이며 산·염기 조건에서도 높은 내구성을 갖는다. 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 확인했다. 나아가 산화 반응을 통해서도 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄 등 합성 섬유와 플라스틱 재료나 의약품 합성의 원천물질 등으로 재활용이 가능함을 보였다.

홍 교수는 “기초화학적 분자 및 촉매의 정교한 디자인 및 합성 연구는 플라스틱 공해 문제를 해결하는 원천 기술을 제공하고, 지속가능한 미래를 위한 혁신 소재 개발의 중요한 기반이 될 것으로 기대된다”고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘켐(Chem)’에 지난 21일 출판됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr