자가 회복 기능 등을 갖춰 최근 각광받는 '지속가능 고분자 소재'는 복잡한 합성 과정 탓에 분리수거가 어렵다는 단점이 있는데, 우리 연구진이 이런 문제를 해소했다.
한국과학기술연구원(KIST·원장 오상록)은 김태안 전자파솔루션융합연구단 박사팀이 자가 회복 기능과 높은 재활용성을 함께 갖춘 고분자 소재를 개발했다고 23일 밝혔다.
연구팀이 개발한 고분자 소재는 손상 부위를 형광으로 식별 가능해 관리가 용이하며, 열과 빛을 가하면 스스로 복구되는 자가 회복한다.
폐기물로 배출할 경우 기존 플라스틱과 혼합된 상태에서도 단량체를 분리해낼 수 있으며, 회수 단량체를 활용해 고분자를 다시 제조할 수 있다.
또 이 고분자는 단량체(고분자를 형성하는 기본 단위)와 고분자로 자유롭게 전환 가능한 독특한 오각고리 구조 분자로 설계했는데, 열, 빛, 기계적 힘에 반응하여 열적, 기계적, 광학적 특성을 유동적으로 변화시킬 수 있다.
특히 보호용 코팅재로 활용 시 기존 상용 에폭시 코팅제보다 최대 3배 높은 경도와 2배 이상 탄성계수를 보여 성능 면에서 탁월하다.
또 자외선을 조사하면 분자 구조가 강화돼 특정 형상을 유지할 수 있는 형상 기억 특성도 확인됐다. 스마트 의류, 웨어러블 기기 등 다양한 응용 가능성이 기대된다.
개발 고분자 소재가 고강도, 손상 감지, 자가 회복, 선택적 재활용 기능을 갖춘 것이다.
김태안 박사는 “본 연구는 화학적 재활용이 가능한 기존 플라스틱 소재의 열적·기계적 한계를 극복하면서도, 손상감지와 자가회복 등 자율적 기능을 포함한 소재를 설계할 수 있는 새로운 접근 방향을 제시했다”며, “해당 소재의 도료화 과정을 통해 자발적인 기능으로 장기 유지 보수 비용이 들지 않으면서도 폐기물을 남기지 않는 친환경 기능성 코팅 소재 시장을 개척하기 위해 노력 중”이라고 밝혔다.
이번 연구 성과는 재료과학 분야 국제 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈 최신호에 게재됐으며, 백 커버로 선정됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
