경희대-서강대 공동연구팀, 생분해성 바이오플라스틱 및리그닌 천연물 활용해 고성능 폴리우레탄 탄성체 개발

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경희대학교(총장 김진상) 화학공학과 이은열 교수 연구팀은 서강대학교 화공생명공학과 박제영 교수 연구팀과 함께 미생물이 만든 '친환경 바이오플라스틱'과 나무 성분인 '리그닌'을 동시에 사용하여, 성능이 뛰어난 친환경 폴리우레탄 고무(탄성체)를 개발하는 데 성공했다.

폴리우레탄 고무는 산업용 타이어나 자동차 부품, 스마트 기기 등 다양한 곳에 쓰일 만큼 성능이 좋다. 하지만 주로 석유를 원료로 만들다 보니 썩지 않는 플라스틱 쓰레기 문제를 일으켜 왔다. 이를 해결하기 위해 산업계에서는 친환경 원료로 폴리우레탄을 만들려는 시도를 꾸준히 해왔다. 하지만 친환경 플라스틱이나 나무 성분(리그닌) 중 한 가지만 사용할 경우, 재료가 골고루 섞이지 않아 뻣뻣해지고 가공하기 어려워져 성능이 떨어지는 한계가 있었다.

공동연구팀은 이 문제를 해결하기 위해, 잘 녹도록 가공한 나무 성분(리그닌)과 친환경 플라스틱 성분(Polyhydroxybutyrate, PHB)을 폴리우레탄 뼈대에 한꺼번에 조립하는 '이중 원료' 방식을 개발했다. 단단한 뼈대 모양을 가진 나무 성분은 소재를 아주 튼튼하게 만들고 열에 잘 견디게 해준다. 반면, 길고 부드러운 형태를 가진 친환경 플라스틱 성분은 재료가 한쪽으로 뭉치지 않게 도와주어 고무줄처럼 유연하게 늘어나는 성질을 더해준다. 즉, 두 재료가 찰떡궁합을 이루어 서로의 단점을 채워주고 장점을 극대화하는 시너지 효과를 만들어낸 것이다.

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연구팀이 두 원료를 가장 알맞은 비율로 섞어 만든 새로운 친환경 고무는 기존 고무보다 당기는 힘에 버티는 강도가 약 4배나 강해졌다. 그러면서도 원래 길이의 약 3배(280%) 가까이 끊어지지 않고 쭉 늘어나, '아주 튼튼하면서도 고무처럼 잘 늘어나는' 균형을 보여주었다.

열에 견디는 능력도 크게 좋아졌다. 뜨거운 열에 녹거나 분해되기 시작하는 온도가 기존 159도에서 260도로 100도 이상 높아져, 고온의 환경에서도 훨씬 안전하게 쓸 수 있다. 또한, 아주 작은 물체를 보는 특수 현미경(원자힘현미경)으로 내부를 살펴본 결과, 친환경 플라스틱 성분이 재료 안에서 골고루 잘 섞여 외부 충격에도 쉽게 찢어지거나 망가지지 않는 '질긴 성질'을 크게 높여준다는 사실도 눈으로 확인했다.

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이번 연구는 단순히 친환경 원료를 섞어 넣는 수준을 넘어, 성질이 완전히 다른 두 친환경 원료를 눈에 보이지 않는 분자 단위에서 화학적으로 단단히 결합해 기계적이고 열적인 성능을 크게 끌어올렸다는데 큰 의미가 있다. 특히 석유 기반의 고분자를 대체하면서도 높은 성능이 필요한 '지속 가능한 친환경 엔지니어링 소재'를 만드는 새로운 방향을 제시했다.

공동연구팀은 "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 훌륭한 친환경 대체 소재로 쓰이길 기대한다"고 전했다.

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이번 연구는 과학기술정보통신부의 'C1 가스 리파이너리 밸류업 사업'의 지원을 받아 진행되었다. 특히, 온실가스의 일종인 C1 가스로부터 친환경 바이오플라스틱을 생산할 수 있어 탄소 자원 활용과 환경 보호 측면에서도 큰 의미가 있다. 연구 결과는 고분자 및 생물학 분야의 세계적인 학술지인 『인터내셔널 저널 오브 바이오로지컬 매크로몰레큘스(International Journal of Biological Macromolecules)』(IF: 8.7)의 2026년 10월호에 실렸다.

# 논문 정보
- 논문 제목: Dual-feedstock bio-based polyurethane elastomers from lignin polyol and PHB-diol with enhanced mechanical and thermal performance
- 논문링크: https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2026.153972