새로운 재활용 공정으로 오래된 플라스틱에 새 생명을 불어넣다: 연구원들은 폴리우레탄을 분해하고 재구성하여 새로운 폼을 만듭니다.

2023년 8월 29일

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노스웨스턴 대학교

폴리우레탄 플라스틱은 매트리스부터 신발까지 어디에서나 사용되는 보편적인 소재입니다. 그러나 이러한 제품이 더 이상 필요하지 않게 되면 이러한 물질은 전 세계의 매립지와 바다에 버려집니다.

이제 Northwestern University의 연구원 그룹은 Macromolecules 저널에 8월 27일 발표된 논문에 설명된 대로 무독성, 친환경 촉매를 사용하는 가장 일반적인 유형의 플라스틱 중 하나인 폴리우레탄 폼에 대한 새로운 재활용 방법을 개발했습니다.

이 공정에는 지르코늄 기반 촉매와 발포제가 도입된 상태에서 가열한 후 폴리우레탄을 재처리하고 "재발포"하는 화학 반응이 포함됩니다. 재활용 폼은 내구성과 구조적, 화학적 무결성을 유지했습니다. 이 과정은 이번 달 초 Advanced Materials 저널에 발표된 관련 논문에 설명되어 있습니다.

노스웨스턴 와인버그 예술과학대학 화학과 로버트 L. 렛싱어 교수인 윌리엄 딕텔(William Dichtel)은 연구팀을 이끌고 이 획기적인 발견을 "중요한 진전"이라고 불렀습니다. 순환적 수명주기를 지닌 플라스틱이 생산되면 미래 경제의 중요한 부분이 됩니다.

"이러한 촉매 접근 방식을 필요로 하는 폴리머 유형을 열경화성 폴리머 또는 가교 폴리머라고 합니다"라고 Northwestern의 Paula M. Trienens 지속 가능성 및 에너지 연구소의 교수진인 Dichtel은 말했습니다. "열경화성은 우수한 내구성과 안정성 때문에 중요하지만 이러한 특성은 재활용성을 희생합니다. 열경화성을 재활용하는 새로운 방법은 온실가스 배출을 줄이고 에너지를 절약하며 매립지 사용을 줄일 것입니다."

이러한 "순환적 수명주기"는 한 번 사용하고 폐기하거나 폐기하는 것이 아니라 품질과 가치의 손실을 최소화하면서 재가공 또는 재제조되는 재료를 의미합니다.

전통적인 고분자 플라스틱 재활용에는 플라스틱을 녹인 다음 새로운 용도로 주조하는 과정이 포함됩니다. 그러나 스프레이 폼 단열재로 사용되는 폴리우레탄, 자동차 인테리어, 의류 등 내구성이 더 뛰어난 플라스틱은 가교 구조로 인해 녹지 않습니다.

Dichtel과 그의 팀은 주방 블렌더를 사용하여 더 작은 조각으로 혼합한 후 지르코늄 기반 촉매를 재료에 통합하여 기존 폴리우레탄 폼 제품을 재활용하고 재성형하는 방법을 개발했습니다. 그들은 이전에 이 공정을 위해 주석 기반 촉매에 의존해 왔지만 이러한 촉매는 독성이 너무 커서 더 이상 연구할 수 없습니다.

폴리우레탄이 가열되면 지르코늄 촉매는 결합을 재배열하여 재료의 모양을 바꿀 수 있습니다. 동시에 발포제라는 물질이 새로운 기포를 생성해 플라스틱 안에 갇히게 됩니다. 이러한 방식으로 일반적으로 한 번만 사용되는 오래된 폴리우레탄 폼이 모양이 변경된 새로운 폼으로 변형됩니다.

이번 발견은 폴리우레탄 폼을 고체 플라스틱으로 재활용하는 방법을 확립한 Dichtel의 이전 연구를 기반으로 합니다. 이러한 결과는 폴리우레탄 원형성을 향한 중요한 단계였습니다. 그러나 연구에서 생산된 고체 플라스틱 제품은 상업적으로 사용되지 않습니다. 하나의 폼을 다른 폼 제품으로 재활용하는 능력은 훨씬 더 중요해졌으며 이는 주요 폴리우레탄 생산업체인 BASF 과학자와의 주요 협력을 통해 가능해졌습니다.

연구에 따르면 새로운 기술의 의미는 전 세계적이다. 이번 발견은 소비 후 폴리우레탄 폼 제품이나 사용되지 않은 산업용 스크랩 플라스틱에 적용될 수 있습니다.