보도자료
대량의 황폐기물 활용법 찾았다… 황 신소재 개발 성공
작성자관리자 조회수1,916 등록일2019-08-27
□ 원유 정제과정에서 나오는 대량의 황폐기물이 환경문제로 떠오르고 있는 가운데, 국내 연구진이 황을 기반으로 한 신소재를 개발하는데 성공했다.
○ 전 세계적으로 연간 황 생산량 6,800만톤 중 5%(340만톤) 가량*이 폐기물로 축적되고 있으나, 마땅한 처리 방법이 없는 상황이다. 국내의 경우 중국에 황폐기물을 수출하고 있지만, 중국의 정유 산업 고도화로 인해 수출량이 줄어들 것으로 예상된다.
*자료출처: 유황의 유효이용과 미래전망, CMC Research, 2014
○ 이에 전 세계 연구진이 황폐기물 활용 해법으로 황을 기반으로 하는 신소재 개발에 나섰지만, 물성이 떨어지는 탓에 번번이 상용화 문턱을 넘지 못했다.
○ 한국화학연구원 김용석 고기능고분자연구센터장은“향후 중국의 정유 산업 고도화로 황 수입이 급감하면 국내에 대량의 황 폐기물이 축적될 가능성이 있다”면서“석유화학 부산물인 황을 활용한 고부가가치 화학소재 개발이 시급하다”고 말했다.
□ 이러한 가운데 한국화학연구원 김용석？김동균 박사 연구팀이 황 기반의 다기능성 고분자 신소재를 개발했다.
○ 이 신소재는 신축성이 뛰어나고, 스스로 원래 상태로 회복하는 자가 치유 특성이 있는데다, 적외선을 투과할 수 있어서 웨어러블 전자소자나 적외선 카메라 렌즈 등에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
○ 이번에 개발한 신소재를 실험한 결과, 필름 형태의 소재 양끝을 잡고 당길 때 길이가 늘어나는 비율인 연신율이 300%에 달하고, 신소재에 흠집을 내고 자외선을 조사한지 5분이 지나자 자가 치유되는 것으로 확인됐다.
○ 또한 한 번 사용한 황 고분자 소재를 버리지 않고 다시 쓸 수도 있다. 잘게 부서진 필름형태의 소재를 고온에서 강한 압력으로 찍어내는 프레스 공정을 통해 원래 상태로 재활용할 수 있기 때문이다.
○ 이에 대해 한국화학연구원 김동균 박사는“이 같은 특성을 활용하면 웨어러블 전자소자나 적외선 광학소재뿐만 아니라, 고부가가치 응용범위를 획기적으로 넓힐 수 있다”고 설명했다.
□ 한국화학연구원 연구진은 황에 파라-디아이오도벤젠을 첨가하는 방법으로 다기능성 황 기반 고분자 소재를 합성했다.
○ 연구진은 황과 파라-디아오도벤젠 용융중합(단위분자를 고온에서 녹여(용융) 중합(연결)하는 고분자 합성법) 시, 실리콘 오일을 소량 첨가해 황 함량을 조절했다.
○ 이를 통해 황 고분자의 연신율(신축성)을 150~300%까지 조절하는 것은 물론이고, 자외선을 이용한 자가 치유, 적외선 투과, 재가공 특성 등 다양한 기능을 가질 수 있게 됐다.
○ 새로운 용융중합법으로 기존 황 기반 소재의 한계를 극복한 것이다. 지금까지 전 세계적으로 황을 활용한 신소재 개발 시도가 여러 차례 있었으나, 소재에 신축성이 없어 쉽게 부서지는 등 물성이 떨어지는 한계점이 뚜렷했다.
□ 이번 연구결과는 고분자 분야 국제학술지‘ACS 매크로 레터스(ACS Macro Letters)’8월호 표지논문*으로 게재됐다.
*논문명: Synthesis of Poly(phenylene polysulfide) Networks from Elemental Sulfur and
p？Diiodobenzene for Stretchable, Healable, and Reprocessable Infrared Optical Applications
(원소 황과 파라-디아이오도벤젠으로부터 신축성, 자가치유 및 재가공 특성을 갖는 페닐렌
폴리설파이드 가교 고분자 합성 및 적외선 광학 응용
○ 또한 이번 연구는 산업통산자원부의 산업핵심기술개발사업, 한국화학연구원 주요사업의 지원을 받아 수행됐다.