서강대학교(총장 심종혁) 화공생명공학과 박제영 교수 연구팀은 고려대 원왕연·오동엽 교수, 충남대 구준모 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 서로 다른 폐폴리에스터를 한 번의 공정으로 고부가가치 생분해성 열가소성 플라스틱으로 전환하는 업사이클링 기술을 개발했다.

이번에 개발한 기술은 폐 페트병(PET)과 산업용 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT)를 분해·정제하는 기존 고에너지 공정을 거치지 않고, 고분자 상태에서 연속 반응을 통해 새로운 열가소성 폴리에테르에스터(TPEE)로 전환하는 방식이다. 연구팀은 이를 통해 플라스틱 재활용 과정에서 발생하는 에너지 소비와 탄소 배출을 크게 줄일 수 있다고 설명했다.

PET와 PBT는 일상생활과 산업 전반에서 널리 사용되는 폴리에스터계 플라스틱이지만, 서로 다른 물성과 첨가제로 인해 혼합 폐기물 상태에서는 재활용이 어렵다. 이로 인해 상당량이 소각되거나 매립되며 온실가스 배출과 미세플라스틱 문제를 야기해 왔다. 혼합 폐플라스틱을 효율적으로 처리하면서 고부가가치 소재로 전환하는 기술은 순환경제 구현의 핵심 과제로 지목돼 왔다.

공동연구팀은 유연한 폴리에테르 소프트 세그먼트를 도입한 분자구조 설계를 통해 폴리에스터 사슬 간 에스터 교환 반응을 유도했다. 이를 통해 강도와 유연성, 가공성을 동시에 갖춘 새로운 소재 설계 전략을 제시했다. 그 결과, 폐플라스틱 기반 소재임에도 최대 인장강도 68MPa, 파단 신율 800% 이상의 기계적 물성을 확보했다.

또 해당 소재는 기존 PET나 PBT보다 결정성이 낮고 분자 사슬의 무작위성이 증가한 구조를 가져 퇴비 환경에서 미생물에 의해 분해되는 생분해성을 나타냈다. 실제 실험에서 퇴비 조건 기준 최대 20주 이내에 약 85%의 질량 감소가 확인됐다.

연구팀은 공정 경제성 분석과 전과정 평가를 통해, 단량체 회수 공정을 생략함으로써 폴리프로필렌과 생분해성 플라스틱 대비 비용 경쟁력과 온실가스 저감 효과를 동시에 확보할 수 있음을 입증했다고 밝혔다.

박제영 교수는 “서로 다른 폐폴리에스터를 단량체로 분해하지 않고 한 번의 공정으로 고성능 생분해성 소재로 전환하는 업사이클링 전략을 제시했다”며 “에너지 소비와 탄소 배출을 줄이면서 기계적 물성과 경제성을 동시에 확보해 산업 적용 가능성이 크다”고 말했다.

이번 연구 결과는 지속가능 소재 분야 국제 학술지 ‘서스매트(SusMat)’에 2025년 12월 게재됐다.