나노기술 및 정책 정보

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  이산화탄소가 지구온난화의 주범이라는 것은 누구나 알고 있다. 그러나 이산화탄소는 몇 가지 긍정적인 특성도 가지고 있다. 연구진들이 플라스틱에 압축된 CO2를 스며들게하는 공정을 사용하여, 컬러 콘텍트렌즈에서부터 항균 도어 손잡이까지 새롭게 응용 범위를 넓히고 있다.

  CO2는 단순한 폐기물이 아니라 실제로는, 다양한 용도를 가지고 있다: 화학업계에서는 무색의 이산화탄소를 이용해서 요소, 메탄올, 살리실산등을 생산하고 있다. 요소는 비료,메탄올은 연료 첨가물이며 살리실산은 아스피린의 성분이다.

  독일 프라운호퍼 환경안전에너지기술연구소 ( Fraunhofer UMSICHT) 연구진들은 플라스틱에 이산화탄소를 함침시키는 새로운 방법을 연구 중이다. CO2는 섭씨 30.1도, 73.8기압에서 용제와 같은 특성을 보이는 초임계상태가 된다. 이 상태의 이산화탄소는 고분자 속으로 주입될 수 있으며, 또 염료, 첨가제,약물 성분 및 다른 물질이 용해될 수 있는“캐리어 (carrier)”의 역할을 할 수 있다. “함침할 플라스틱 성분이 들어 있는 고압 용기에 액체 이산화탄소를 주입하고, 이산화탄소가 초임계 상태에 도달할 때까지 온도와 압력을 점진적으로 증가시켰다. 초임계 상태에 도달되면, 압력을 조금 더 증가시킨다. 170기압에서 파우더 상태의 안료가 이산화탄소에 완전히 용해되고, 그 다음 이산화탄소 가스와 함께 플라스틱 속으로 확산된다. 전체 공정은 몇 분 안에 이루어진다. 용기가 열리면, 가스는 고분자 표면에서 이탈하지만 안료는 그대로 남게 되며 제거가 불가능하게 된다.”라고 프라운호퍼 과학자인 Dipl.-Ing. Manfred Renner가 설명한다.
  연구진들은 심지어 항균특성을 갖는 나노입자를 폴리카보네이트에 함침시키는데 성공했다. 연구소 자체고압 실험실에서 플라스틱 표면에 있는 대장균이 완전히 사멸했다. 이는 동일한 나노입자가 포함된 도어 손잡이에도 적용할 수 있는 유용한 기능이다. 실리카와 항염증 치료제 활성성분인 플루르비프로펜 (Flurbiprofen)으로 실험한 결과 역시 성공적이었다.
  “이 공정은, 부분 결정성 고분자 및 나일론, TPE, TPU, PP, 폴리카보네이트 같은 비정질 고분자에 적합하다. 그러나 결정성 고분자에는 사용할 수 없다.”고 Renner가 말했다. 이산화탄소의 난연성, 비독성 및 저렴한 가격 등의 특성 때문에, 이 공정은 엄청난 잠재력을 가지고 있다. 용제의 특성을 보이지만 페인트에 사용되는 용제와는 달리 건강이나 환경에 무해하다. 페인트 표면은 쉽게 손상되며 내스크래치성도 없다. 일반적인 플라스틱 함침공정을 통해 새로운 기능을 부여하는 기존방법은 많은 문제점들을 가지고 있다. 예를 들어, 사출성형에서는 난연제와 UV 안정제와 같이 열에 민감한 소재를 사용할 수 없고, 많은 염료의 색상이 변하게 된다. “우리가 개발한 방법을 사용하면, 핸드폰 케이스처럼 고부가가치 플라스틱 제품이나 생활용품을 원하는 대로 만들수 있다. 최대 장점은 위험한 용제를 사용하지 않고도 친환경적인 방법으로 소재의 녹는점 보다 훨씬 낮은 온도에서 색상, 첨가물 또는 활성성분을 소재의 표면층으로 침투시킬 수 있다는 점이다.”라고 Renner가 말했다. 이 공정은 콘텍트 렌즈를 염색하는데 사용할 수 있고, 심지어는 낮 시간에 약물 성분이 천천히 방출되는 렌즈를 만들 수도 있기 때문에 녹내장 치료를 위해 점안약을 반복적으로 사용하는 것을 대체할 수 있다. Renner에 따르면, 이 새로운 함침방법은 광범위한 새로운 용도로 적합하다고 한다.