DGIST 임상규 연구팀, 친환경 열가소성 폴리우레탄 개발

DGIST(총장 국양) 에너지융합연구부 임상규 책임연구원 연구팀이 바이오탄소 함량 97%에 이르는 친환경 열가소성 폴리우레탄을 개발했다고 최근 밝혔다.

한국섬유개발연구원(원장 호요승) 정재훈 신제품개발팀장, 전초현 신사업기획팀장과 공동연구로 개발한 바이오매스 기반 열가소성 폴리우레탄 합성 기술은 친환경적으로 제조한 제품이 기존 석유계 열가소성 폴리우레탄을 대체할 수 있다는 점에서 의미가 크다.

열가소성 폴리우레탄은 내마모성, 복원력, 인장강도와 인열강도 등 우수한 기계적 물성을 지니는 재료로 산업용 시트, 스크린 보호 필름, 케이스, 풋웨어, 인조가죽, 의류용 소재 등 생활 및 산업분야 전반에서 활용되는 유용한 소재다.

하지만, 현재 대부분의 열가소성 폴리우레탄은 석유계 기반 폴리올과 이소시아네이트,  다이올을 바탕으로 합성하고 있어서 우수한 물성과 활용도에도 불구하고 석유계 원료의 채취, 제조, 사용 및 폐기 공정에서 발생하는 환경오염 문제가 존재한다.

이 때문에 전 세계적으로 소재 분야에서 친환경 바이오매스 소재 기반 연구가 활발하게 진행 중에 있지만, 기존 열가소성 폴리우레탄의 물성에 상응하는 제품을 개발하는 데 어려움을 가지고 있다.

이에 임상규 책임연구원 연구팀은 한국섬유개발연구원과 공동연구를 통해 친환경 열가소성 폴리우레탄 개발에 성공했다. 친환경적인 열가소성 폴리우레탄을 합성하기 위해 석유계 재료 대신 바이오매스 기반의 폴리에스터 폴리올과 부탄 다이올을 사용했다. 

합성된 바이오매스 기반의 열가소성 폴리우레탄은 바이오탄소 함량이 최대 97%이며 중량평균 분자량은 약 12만g/mol, 인장강도는 20MPa, 인장신도는 587.2%의 물성을 나타냈다.

이는 기존 석유계 열가소성 폴리우레탄 물성과 유사한 성능으로, 기존 석유계 열가소성 폴리우레탄을 대체하여 환경문제를 해결하는 동시에 산업용 시트, 스크린 보호 필름, 케이스, 풋웨어, 인조가죽, 의류용 소재 등 생활 및 산업 전반에 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 

임상규 책임연구원은 기존에 진행하던 친환경 열가소성 폴리우레탄 개발 연구와 차별화하기 위해 바이오매스 기반 지방족 이소시아네이트의 함량비 차이에 따라 화학적, 열적, 역학적 특성을 평가하고 석유계 열가소성 폴리우레탄의 물성과 비교하면서 연구를 진행했다. 

임 연구원은 이번 연구를 통해 개발한 바이오매스 기반 열가소성 폴리우레탄이 상용화 돼 고기능성 섬유 소재 분야에서 다양하게 활용되기를 기대한다고 말했다.

한편, 이번 연구는 산업통상자원부 및 산업기술평가관리원의 ‘소재부품기술개발사업’과 과학기술정보통신부의 ‘DGIST 기관고유사업’을 통해 수행했으며, 연구결과는 응용 고분자 분야 전문 국제학술지인 ‘Journal of Applied Polymer Science’ 7월호 표지 논문으로 게재됐다.