새로운 유형의 플라스틱을 반복적으로 사용할 수 있습니다.

미국 에너지부 산하 로렌스 버클리 국립연구소 직원들이 새로운 유형의 고분자 소재를 개발했습니다. 이 소재는 조립 세트처럼 분해 및 조립이 가능하여 품질 저하 없이 필요한 형태, 밀도, 색조를 얻을 수 있습니다. 이 고분자는 폴리다이케토엔아민, 줄여서 PDK라고 합니다.

전 세계적으로 생산되는 대부분의 플라스틱은 재활용이 불가능합니다. 전문가들은 제품의 분자적 재활용을 가능하게 하는 새로운 생산 방식을 도입했습니다.

현재 널리 알려지고 가장 흔한 플라스틱인 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)는 재활용률이 25%에 불과합니다. 나머지는 소각장이나 매립지로 버려지거나 토양과 수역에 침전됩니다.

플라스틱은 일반적으로 긴 탄소 기반 분자들이 서로 연결되어 중합체를 형성합니다. 이러한 구조 덕분에 화학적 안정성, 즉 부식되지 않는 특성을 보입니다. 플라스틱을 특정 용도에 맞게 만들기 위해 생산 과정에서 다른 화학 성분을 첨가합니다. 예를 들어, 플라스틱을 더 부드럽게 만들거나 반대로 더 조밀하게 만들기 위해 첨가제가 필요합니다. 따라서 이러한 첨가제는 특수 플라스틱 가공을 하더라도 더 이상 제거될 수 없습니다.

재활용 과정에서는 서로 다른 화학 성분을 가진 재료들이 혼합, 결합, 용융됩니다. 재활용 플라스틱의 특성은 예측이 거의 불가능합니다.

플라스틱 재활용은 전 세계적으로 심각한 문제입니다. 생태계 오염 문제는 어디에서나 제기되고 있으며, 재활용되지 않고 생산되는 플라스틱의 양이 계속 증가함에 따라 상황은 더욱 악화될 것으로 예상됩니다.

PDK를 구성하는 단량체는 단량체와 추가 구성 요소 간의 결합을 파괴하는 고도로 산성인 액체에 담그면 쉽게 제거되는 것으로 나타났습니다.

과학자들은 접착제 혼합물을 만드는 데 사용되는 유리 용기에 다양한 산을 가했을 때 PDK의 이러한 특성을 발견했습니다. 전문가들은 접착제가 변하는 것을 발견했습니다. 이를 계기로 핵자기공명(NMR)과 분광법을 사용하여 플라스틱을 분석했고, 그 결과 단량체의 고유성을 밝혀냈습니다.

추가 실험 결과, 산성 환경에서 PDK 폴리머가 단량체로 분해되는 동시에 다른 분자와 분리된다는 것이 밝혀졌습니다. 단량체는 폴리머로 재변환될 수 있으며, 재활용 후에는 다른 성분이 완전히 제거됩니다. 전문가들은 이 새로운 유형의 플라스틱이 재활용이 불가능한 다른 소재의 유망한 유사 소재가 될 수 있다고 제안합니다.

전문가들은 섬유 및 3D 프린팅 산업에서 활용될 수 있도록 광범위한 열기계적 특성을 갖춘 PDK 플라스틱 개발을 이미 계획하고 있습니다. 또한, 식물 및 친환경 소재를 활용한 새로운 유형의 플라스틱 생산도 계획하고 있습니다.

해당 연구의 세부 사항은 Nature Chemistry(www.nature.com/articles/s41557-019-0249-2)에 게재되었습니다.