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친환경 고분자를 활성화시킬 손쉬운 염료부착 기술
기능성 고분자에서의 새로운 친환경적 개념이, 옷감이나 포장용으로 사용할 수 있는 고분자에 직접 다양한 색상의 염료를 부착시키는 방법으로 구현되고 있다.
친환경적 고분자를 만드는 새로운 방법이 필요한 까닭은, 석유자원의 고갈과 기존 고분자의 난분해성 때문이다. PLA(Polylactic acid)는 해법을 제공해 줄지도 모른다. PLA는 기존의 석유로부터 만든 섬유에 비해 석유를 덜 사용하고 재생에너지로부터 만들어진 폴리에스터 재료이다. PLA는 매립을 통해서도 쉽게 분해된다. 그러나 상업적인 섬유로서 PLA를 사용하는 것은 아직 범용화되지 않았으며, 부분적으로는 염색공정이 난해하기 때문이었다.
DyeCat의 공동창업자이자 영국 리즈대학의 Patrick McGowan, Christopher Rayner 및 Richard Blackburn은, 기존의 PLA 염색법보다 단순화된 단계로 컬러 PLA를 생산하는 독창적인 방법을 개발하게 되었으며, 물과 에너지 사용량을 크게 감소시키고 있다.
연구팀은 염료가 부착된 촉매를 만들었으며, 이것은 lactide를 PLA로 만들기 위한 개환중합(ring-opening polymerization)에 관여한 후에 고분자와 공유결합을 형성한다. 또한 이 염료는 고분자에 색상을 부여하게 된다. 염료가 고분자 구조의 일부를 형성하기 때문에 기존의 공정에서 필요했던 여분의 염료를 세척하기 위한 과정이 필요 없게 되어 오염도 최소화된다. 보통 사람들은 안전 및 변색의 이유 때문에 촉매를 고분자에서 제거해야 한다고 생각하지만, 연구팀은 새로운 접근법을 사용하였으며 원하는 색상을 구현하기 위해 촉매를 미세조절할 수도 있다. 연구팀은 흑색, 적색, 황색 및 자주색의 PLA 섬유를 만들었다. 흑색 PLA 섬유로 만든 드레스는 현재 영국 런던의 과학박물관에 일부 전시되어 있다(첨부그림 참조).
레딩대학(Reading University)의 고분자화학자인 Wayne Hayes는 이 콘셉트가 섬유 산업에 큰 영향력을 미칠 것으로 기대하고 있다. PLA는 지속가능성이라는 측면 때문에 그 중요성이 날로 증가되고 있어서, 본 기법은 가공 및 고객의 요구에 부합할 수 있는 상당한 기술적 진보를 제공하게 될 것이라고 평가하고 있다.
연구팀이 창업한 회사인 DyeCat은 오랫동안 염료에 대해 연구하여 왔으며, 본 기술이 좀 더 널리 활용될 것으로 기대하고 있다. 형광 혹은 자외선 감응형 분자를 결합시킨 기능성 고분자는 포장 분야에서 PLA의 활용도를 증가시켜 줄 것이며, 항생물질의 결합 혹은 스포츠 의복의 향(fragrance) 등에 사용됨으로써 근본적으로 섬유를 디자인하고 사용하는 방법을 변화시키게 될 것으로 저자들은 믿고 있다.
References: R O MacRae et al, Angew. Chem. Int. Ed., 2010, DOI: 10.1002/anie.201004920
※출처: NDSL 해외과학기술동향
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