국내 연구진이 온실가스의 주범인 이산화탄소와 플라스틱을 함께 해결할 기술을 개발했다. 성균관대학교 화학과 손성욱 교수 연구팀은 16일 촉매 기술을 통해 식물-이산화탄소 동시 활용 플라스틱 제조에 성공했다고 밝혔다.

플라스틱은 인류가 가장 많이 활용하는 물질이다. 재생가능한 식물 자원을 활용해 석유 기반 플라스틱을 대체하는 것이 이번 기술의 핵심이다.

연구팀은 고분자 연결체로 활용할 카보네이트를 이산화탄소 화학전환을 통해 합성했다. 이어 고분자 물성 조절을 위해 식물 폐자원에서 퓨란 유도체를 얻었다. 두 물질을 플라스틱 플랫폼 소재로 폴리우레탄을 합성했다.

이번 실험에서 만들어진 폴리우레탄은 식물 및 온실가스에서 유래된 그린탄소를 15~20% 함량하고 있다. 기존 이산화탄소활용 폴리우레탄 소재의 그린탄소 함량이 5.5%인데 비해 3배 이상의 높은 함량을 가진다. 국내 석유 기반 폴리우레탄을 대체 할 경우 연간 28만 톤의 이산화탄소 감축효과를 가진다.

연구팀에 따르면 폴리우레탄 합성에 친환경 메카노 합성법을 활용해 용매를 전혀 사용하지 않았다. 이를 통해 고품질의 폴리우레탄 합성하는 기술을 확립했다. 얻어진 고분자는 197도의 높은 열적 안정성과 자가치유능을 가지고 있음이 확인됬다.

연구팀은 개발한 기술로 전도성 필러 물질을 함유하는 폴리우레탄 복합 소재를 만들었다. 이를 바탕으로 전자기기의 열에 의한 고장을 방지하는 열전도 필름 소재를 개발했다.

친환경 퓨란계 폴리우레탄 액상 필름은 다이올, 폴리올, 디이소시아네이트를 통한 용액 반응과 진공 건조를 통해 제작되었다. 다양한 교차결합 단분자를 도입하여 높은 분산력과 낮은 Tv를 갖는 네트워크를 합성 할 수 있었다.

볼밀링(Ball-milling)을 통한 친환경 퓨란계 폴리우레탄 필름은 친환경적 방법으로 만들어졌다. 연구진은 바이오매스 기반 폴리우레탄을 실온에서 빠르게(20Hz, 1시간) 합성했다. 합성된 폴리우레탄을 가열 압착기(Hot press)를 이용해 압착했다. 이렇게 만들어진 필름은 재활용이 가능하다.

이에 더해 유기성 폐자원 네트워크 고분자(NPU)를 이용한 기능성 TIM도 개발되었다. TIM은 방열 소재로 상용 제품의 경우 열전도도가 4 W/m.K 수준이다. 이번에 개발된 TIM은 10 W/m.K이상으로 고부가가치를 창출할 것으로 예상된다.

연구팀은 향후 폴리우레탄 기반 TIM 소재를 중소기업에 기술을 이전할 계획이다. 또 폴리우레탄을 이용한 난연성 건축자재, 친환경 폴리우레탄 바닥재 등 고분자 소재 응용 분야 다양화를 위해 후속 응용과제 개발에 나선다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 산하 ‘차세대 탄소자원화 연구단’(단장 전기원 박사)의 지원을 받아 수행됐다.