경희대와 서강대 공동연구팀이 나무 성분인 리그닌과 바이오플라스틱을 함께 활용해 기존 폴리우레탄보다 강도와 열적 안정성을 높인 친환경 탄성체를 개발했다. 한 가지 친환경 원료를 사용하는 기존 방식의 한계를 두 원료를 함께 활용하는 방식으로 보완한 연구다.

이은열 경희대 화학공학과 교수와 박제영 서강대 화공생명공학과 교수가 이끄는 공동연구팀은 리그닌 폴리올과 폴리하이드록시부티레이트(PHB)-디올을 폴리우레탄에 함께 결합한 바이오 기반 폴리우레탄 탄성체를 개발했다고 6일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘인터내셔널 저널 오브 바이오로지컬 매크로몰레큘스(International Journal of Biological Macromolecules)’ 10월호에 게재됐다.

폴리우레탄 고무는 타이어와 자동차 부품, 스마트기기 등에 활용되는 탄성 소재다. 하지만 기존 폴리우레탄은 석유계 원료를 주로 사용해 환경 문제가 계속 대두됐다. 이를 대체하기 위해 리그닌이나 바이오플라스틱 등을 활용한 연구가 이어졌지만, 단일 원료만 사용할 경우 강도와 유연성을 동시에 확보하기 어려웠다.

공동연구팀은 리그닌과 친환경플라스틱 성분인 PHB를 동시에 폴리우레탄의 원료로 사용하는 ‘이중 원료’ 방식을 적용했다. 리그닌은 여러 작용기를 가진 단단한 구조를 통해 소재의 강도와 열적 안정성을 높이고, PHB는 고분자 사슬 구조를 통해 탄성 및 소재 내부의 균일한 구조 형성에 기여하도록 설계했다. 두 원료가 폴리우레탄 네트워크에 화학적으로 결합하도록 한 것이 특징이다.


연구팀이 개발한 탄성체는 기존 순수 폴리우레탄보다 기계적 강도가 약 4배 높아졌고, 원래 길이의 약 2.8배까지 늘어나는 특성을 보였다. 열적 안정성도 기존 폴리우레탄보다 높아졌다.

연구팀은 이번 연구가 서로 다른 바이오 기반 원료를 하나의 폴리우레탄 네트워크에 함께 결합해 강도와 유연성, 열적 안정성을 동시에 확보하는 방법을 제시했다는 데 의미가 있다고 설명했다.

연구팀은 “이번 성과는 단일 친환경 원료만으로는 달성하기 어려웠던 튼튼함과 유연함의 딜레마를 두 원료의 화학적 결합을 통해 해결한 것”이라며 “앞으로 자동차 부품이나 의료 장비 등 고성능 고무 소재가 필요한 다양한 산업 분야에서 친환경 대체 소재로 쓰이길 기대한다”고 밝혔다.

연구는 과학기술정보통신부의 ‘C1 가스 리파이너리 밸류업 사업’의 지원을 받아 진행됐다.

인기 뉴스