보이시 주립대학교 재료공학과 팀은 칼 붙이, 컵 및 포장과 같은 일회용 제품에 사용되는 플라스틱과 유사한 특성을 가진 폴리에틸 시아노아크릴레이트라는 저렴하고 재활용 가능하며 쉽게 생산되는 투명 플라스틱을 개발하기 위해 초강력 접착제를 출발 물질로 사용했다. 대부분의 기존 플라스틱과 달리 이 새로운 플라스틱은 세척되지 않은 도시 플라스틱 폐기물과 결합된 경우에도 쉽게 출발 물질로 다시 전환될 수 있다.

강력접착제로 플라스틱을 만들기 위해 이 팀은 먼저 강력접착제를 "강력"하게 만드는 바로 그 문제를 해결해야 했다. 초강력 접착제를 사용하여 무언가를 붙일 때 실제로는 공기 중의 수분이나 함께 접착되는 표면의 수분과 반응한다. 이 반응은 폴리머라고 불리는 반복되는 초강력 접착제 단위의 분자 사슬을 형성한다. 무언가를 함께 붙일 때 만들어지는 폴리머는 길이가 짧고 서로 잘 붙지 않아 접착제가 부서지기 쉽고 부서지기 쉽다.

짧은 중합체는 접착제에 적합하지만 긴 중합체는 결합 위치가 더 많고 재료가 더 강하다. 보이시 팀은 초강력 접착제로 만든 동일한 유형의 폴리머의 더 긴 버전을 만들 수 있다면 강한 플라스틱을 생산할 수 있다는 것을 깨달았다.

이 팀이 이러한 플라스틱을 만드는 방법은 다른 유형의 플라스틱을 만드는 방법과 비교할 때 상대적으로 간단하다. 이들은 단순히 아세톤과 약간의 친환경 촉매를 상점에서 구입한 순간접착제에 섞었다. 이 혼합물이 건조되면 긴 폴리머 사슬로 구성된 단단하고 유리 같은 플라스틱이 생성된다.

보이시 연구실에서는 며칠 만에 최대 10파운드의 이 재료를 쉽게 생산하여 사용 가능한 제품으로 전환할 수 있다. 혼합물이 마르기 전에 주형에 부으면 그릇이나 수저와 같은 다양한 모양의 플라스틱 물체를 만들 수 있다. 이들은 또한 플라스틱이 건조된 후 열을 가하면 재료를 다른 제품으로 변형할 수 있을 뿐만 아니라 플라스틱을 강화한다는 사실도 발견했다.

새로운 순간접착제 플라스틱은 식기류와 같은 많은 일회용품을 만드는 데 사용되는 플라스틱 종류보다 재활용하기가 훨씬 쉽다. (앨리슨 크리스티 / CC BY-ND)

이것이 중요한 이유

제조업체가 수저, 일회용 면도기, CD 케이스 또는 플라스틱 모델과 같은 딱딱한 플라스틱 물체를 생산해야 할 때 종종 폴리스티렌을 사용한다. 폴리스티렌은 가장 널리 생산되고 가장 적게 재활용되는 플라스틱 유형 중 하나이다.

이들의 순간접착제 플라스틱은 폴리스티렌과 유사한 특성(가볍고 내구성이 있으며 저렴하고 대량 생산이 용이함)을 가지고 있기 때문에 많은 제품에서 폴리스티렌을 대체할 수 있다. 그러나 이들의 순간접착제 기반 소재에는 두 가지 뚜렷한 이점이 있다. 기름으로 만들지 않고 재활용이 쉽다는 것이다.

이들의 재료를 화씨 410도(섭씨 210도)로 가열하면 반복되는 초강력 접착제 단위로 구성된 긴 분자 사슬이 작은 개별 초강력 접착제 분자로 분해된다. 이 시점에서 초강력 접착제 분자는 다른 플라스틱, 종이, 음식물 찌꺼기, 알루미늄 및 재활용 폐기물 스트림에서 일반적으로 발견되는 기타 폐기물의 혼합 폐기물 스트림에서 분리하기 쉬운 증기로 변한다. 순간접착제 증기를 수집한 후 식혀서 90% 이상의 효율로 새로운 플라스틱으로 바로 되돌릴 수 있다.

순간접착제 플라스틱은 복잡한 디자인으로 모양을 만들거나 성형할 수 있다. (앨리슨 크리스티 / CC BY-ND)

향후 계획

초강력 접착제는 저렴하고 이미 산업 규모로 생산되기 때문에 우리는 초강력 접착제 플라스틱을 만드는 우리의 방법이 확장하기 쉬워야 한다고 생각한다. 마지막으로, 강력접착제를 만드는 데 사용되는 기계는 강력접착제 플라스틱을 재활용하는 데에도 사용할 수 있으며 기존 산업 공정에 간단히 적용할 수 있다.

폴리스티렌의 대체물을 찾는 것은 지속 가능한 플라스틱을 향한 큰 발걸음이지만 폴리스티렌은 오늘날 사용되는 수천 가지 플라스틱 중 하나에 불과하다. 현재 우리 팀은 생산 및 재활용이 쉬우면서도 다른 종류의 범용 플라스틱과 유사한 특성을 지닌 강력접착제 기반 플라스틱을 설계하고 있다.