■ 플라스틱 완전 재활용 방법 발견! 오염 문제 해결

■ 플라스틱 완전 재활용 방법 발견! 오염 문제 해결

 

● 사용 후 원료 물질로 분해. 재사용 가능한 플라스틱 개발

 

미국 연구팀이 폐플라스틱을 원료 물질로 분해하여 다시 사용할 수 있는 새로운 플라스틱을 개발했다. 심각한 토양·해양 오염원인 플라스틱의 지속 가능성 문제에 대한 근본적인 해결 실마리를 마련했다. 미국 애크런대 고분자과학대학 왕쥔펑 교수팀은 2021년 08월 18일 과학저널 '네이처 화학'(Nature Chemistry)에서 고분자(polymer) 원료 성분인 단량체(monomer)로 다시 분해할 수 있는 고분자를 개발, 플라스틱의 화학적 재활용 가능성을 열었다고 밝혔다.

 

고분자는 분자량이 보통 1만 이상인 화합물로 섬유. 고무. 플라스틱 등이 모두 합성 고분자이다. 고분자는 생활용품에서 전자·자동차까지 광범위하게 사용되지만, 화학적으로 매우 안정적이어서 잘 분해되지 않기 때문에 토양·해양 오염 등 심각한 환경 문제를 야기한다. 그동안 폐플라스틱을 수거해 재활용하거나 환경친화적인 생분해성 고분자를 개발하는 등 오염을 줄이는 방법이 연구돼 왔으나 큰 효과를 거두지 못하고 있으며, 고분자 원료가 대부분 석유. 석탄 등에서 나온다는 점에서 플라스틱의 지속 가능성 문제에 대한 근본적인 해결책은 되지 못하고 있다.

 

플라스틱의 지속가능성 문제를 해결하려면, 원료 자체를 재사용할 수 있는 고분자로 개발해야 하는데 지금까지 기존 플라스틱의 우수한 열 안정성과 고성능의 기계적 특성을 보이는 재활용 고분자는 개발되지 않고 있다. 왕쥔펑 교수는 "우리는 고분자를 원료 물질인 단량체로 분해해 화학적으로 재활용하는 데 관심이 있다. 폐플라스틱에서 단량체를 회수하여 플라스틱 생산에 재활용할 수 있다면, 천연자원 보존에 도움이 될 뿐 아니라 폐플라스틱이 자연에 축적되는 문제도 해결할 수 있을 것"이라고 말했다.

 

연구팀은 화학적으로 재활용 가능한 고분자를 설계하기 위해 컴퓨터 계산을 통해 이론적으로 이에 적합한 단량체를 찾아낸 다음, 실제로 이 단량체를 만들고, 이를 원료로 열 안정성과 기계적 특성이 우수한 고분자를 합성하는 데 성공했다. 이들은 탄소 원자 8개가 고리를 이루는 화합물인 1,5-사이클로옥텐(1,5-cyclooctene)과 트랜스 부탄(trans-butane)을 이용해 단량체인 'tCBCO'(trans-cyclobutane-fused cyclooctene)를 만들고 이를 중합 반응을 통해 고분자로 합성했다.

 

고분자 사슬 내 고리 형태의 사이클로부탄(cyclobutane)이 고분자에 다양한 물리 화학적 특성을 부여하고, 사용 후, 플라스틱이 원료 물질로 분해되는 데에도 중요한 역할을 한다고 연구팀은 설명했다. 사이클로부탄(cyclobutane)을 다른 물질로 바꿔 고분자의 물성을 변화시킬 수도 있다. 실험 결과, 이 고분자는 370℃의 고온에서도 분해되지 않고 견딜 만큼, 열 안정성이 우수하고, 클로로포름 같은 용매를 사용하면, 90% 이상이 원료 물질로 분해되는 것으로 나타났다. 왕쥔펑 교수는 "이번에 개발한 화학적으로 재활용할 수 있는 고분자는 열 안정성이 뛰어나고, 강력한 기계적 특성을 가지고 있어서, 고무와 플라스틱으로 모두 사용할 수 있다. 현재 사용되는 고분자를 대체할 매력적인 후보가 될 것으로 기대한다" 라고 말했다.