플라스틱 폐기물 감소 기대, 스스로 회복하고 재활용 가능한 고분자 소재 공개
KIST, 플라스틱 폐기물 없는 지속가능한 스마트 고분자 개발, 자가 회복 기능 갖춘 스마트 고분자, 지속가능한 소재 혁신
한국과학기술연구원(KIST) 전자파솔루션융합연구단 김태안 박사 연구팀이 플라스틱 폐기물 감소 효과를 기대할 수 있는 자가 회복 기능과 높은 재활용성을 갖춘 스마트 고분자 소재를 개발했다고 밝혔다.
이 소재는 손상을 색 변화로 감지하고 스스로 복구할 수 있으며, 폐기 시 원재료로 회수할 수 있어 생산 및 폐기 비용을 절감할 수 있는 친환경 신소재다.
플라스틱은 단량체라는 작은 분자가 길게 연결된 고분자로, 가볍고 강하며 유연한 특징 덕분에 다양한 산업에서 활용되고 있다.
그러나 매년 약 5,200만 톤의 플라스틱 폐기물이 발생하며, 환경 오염의 주범으로 지목되고 있다.
지속 가능한 고분자 소재를 개발하려는 연구가 활발히 진행되고 있지만, 기존 소재들은 합성 과정이 복잡하거나 재활용 시 다른 고분자와 혼합될 경우 분리수거가 어렵다는 문제가 있었다.
자가 회복·선택적 재활용 가능한 고분자 기술
KIST 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 단량체와 고분자로 자유롭게 전환이 가능한 독특한 오각고리 구조의 분자를 설계했다.
이 분자는 열, 빛, 기계적 힘을 이용해 붙었다 떨어지는 성질을 가지며, 이를 통해 유연한 고무 소재부터 단단한 유리 소재까지 다양한 물성의 고분자를 제조할 수 있다.
이번에 개발된 고분자 소재는 손상된 부위를 형광으로 식별할 수 있어 관리가 용이하며, 열과 빛을 가하면 스스로 복구되는 자가 회복 기능을 갖춘 것이 특징이다.
또한, 기존 플라스틱과 혼합된 상태에서도 선택적으로 단량체를 분리하여 회수할 수 있으며, 이를 활용해 원래의 특성을 유지한 고분자를 재제조할 수 있다.
고성능·친환경 소재, 산업적 활용 기대
이 고분자 소재는 열, 빛, 기계적 힘에 반응하여 물리적 특성을 변화시킬 수 있으며, 기존 상용 에폭시 코팅제보다 최대 3배 높은 경도와 2배 이상의 탄성계수를 기록해 보호용 코팅재로의 활용 가능성도 기대된다.
또한, 자외선 조사 시 분자 구조가 강화되어 특정 형상을 유지할 수 있는 형상 기억 특성도 확인되었으며, 이를 통해 스마트 의류, 웨어러블 기기 등의 응용 가능성도 높아졌다.
결과적으로, 이번 연구에서 개발된 고분자 소재는 높은 강도, 손상 감지, 자가 회복, 선택적 재활용 기능을 갖추고 있어, 폐플라스틱 처리 비용 절감, 산업용 코팅제 대체, 환경 오염 완화 등의 효과를 기대할 수 있다.
폐기물 감소로 소각장 의존도 낮출 가능성
이번 연구는 기술적 차원에서 폐기물 문제를 해결할 가능성을 제시하며, 현재 논란이 되고 있는 쓰레기 소각장 건설 확대와 관련된 시사점도 제기될것으로 보인다.
현재 많은 국가에서 폐기물 처리를 위해 소각과 매립을 병행하고 있으나, 이번 연구에서 개발된 자가 회복 및 선택적 재활용이 가능한 고분자 소재가 산업적으로 적용될 경우 플라스틱 폐기물 처리량을 줄이고 소각장 의존도를 낮추는 효과를 기대할 수 있다.
또한, 소각 대신 재활용 중심의 폐기물 처리 정책을 유도할 수 있다. 기존 플라스틱과 혼합된 상태에서도 단량체를 선택적으로 분리하여 회수하는 방식을 적용하여 소각이 아닌 재활용 중심의 폐기물 정책 전환을 촉진할 가능성이 있다.
특히, 산업 폐기물 저감 효과도 기대된다. 산업 현장에서 널리 사용되는 플라스틱 기반 코팅제는 폐기 시 분리 및 재활용이 어려운 경우가 많다.
하지만 이번 연구에서 개발된 고성능·친환경 소재가 산업용 코팅제를 대체할 경우, 산업 폐기물 감소로 이어질 수 있으며 이는 소각장 확충 필요성을 낮추는 요인이 될 수 있다.
KIST 김태안 박사는 “이번 연구는 화학적 재활용이 가능한 기존 플라스틱의 물리적 한계를 극복하면서도, 손상 감지와 자가 회복 기능을 포함한 새로운 소재 개발 방향을 제시한 연구”라며, “이 소재를 도료화하여 유지보수 비용이 들지 않으면서도 폐기물이 발생하지 않는 친환경 기능성 코팅 시장을 개척할 계획”이라고 밝혔다.
본 연구는 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회(NST) 미래선도형 융합연구단 사업(CRC22033-230) 및 한국연구재단 국가전략기술소재개발 사업(RS-2024-00448445)의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 성과는 국제 학술지 「Advanced Functional Materials」 최신호에 게재되어 Back Cover 논문으로 선정되었다.
Editor 메디마스터
