코팅은 방수부터 장식에 이르기까지 모든 곳에 사용됩니다. 그러나 코팅은 재활용이 어렵고 분해되면서 미세 플라스틱 오염을 유발하는 비재생 플라스틱으로 생산되는 경우가 많습니다. 최근 지속 가능성과 재생 가능한 자원에 대한 관심이 높아지면서, 코팅 설계자와 제조업체들은 제품에 재생 가능한 원료를 어떻게 사용할 수 있을지 고민하고 있습니다.
하지만 폴리머가 전부는 아닙니다. 코팅은 일반적으로 필요한 질감과 유제를 만들기 위해 환경적으로 위험한 용제와 화학 물질을 사용하여 개발됩니다. 연구자들은 완전히 지속 가능한 코팅을 개발하기 위해 이러한 숨겨진 환경적 영향까지 제거해야 합니다.
비재생 및 환경 유해 물질이 코팅 업계의 표준으로 자리 잡은 상황에서, 혁신가들은 어떻게 제품 설계에 재생 가능한 재료를 도입할 수 있을까요?
바이오 기반 폴리머
폴리머는 대부분의 코팅의 기초가 되지만, 전통적으로 석유와 같은 비재생 재료에서 추출됩니다. 바이오 기반 폴리머는 하나의 지속 가능한 대안입니다. 바이오 기반 폴리머는 식물이나 동물성 원료에서 얻은 재생 가능한 원료로 만들어지며, 폴리우레탄(PU) 생산을 위한 원료로서 식물성 오일을 사용하는 기술적 진보를 포함합니다.
식물성 오일에서 추출한 PU는 기존 석유 기반 PU와 동일한 우수한 특성을 유지하면서도 친환경적인 대안이 됩니다. 바이오 기반 PU는 입수가 쉽고 비용이 저렴하며 지속 가능성이 높아 코팅 업계에서 인기 있는 선택지입니다. 바이오 기반 PU는 환경 영향을 더욱 줄이기 위해 무용제 또는 UV 경화 특성과 같은 다른 친환경 기술을 결합하도록 설계될 수 있습니다.
2022년 한 연구 논문에서는 피마자유를 고성능 코팅을 위한 바이오 기반 원료로 사용하는 방법을 입증했습니다. 저자들은 동적 힌더드 요소 결합(dynamic hindered urea bonds)을 사용하여 피마자유로부터 수리, 재활용 및 제거가 가능한 소수성 UV 경화 PU를 추출했습니다. 이 코팅층은 47% 이상의 바이오 기반 재료를 포함하고 있으며, 분자 결합의 동적 특성 덕분에 수리성, 용접성, 재활용성 및 제거 가능성을 나타냈습니다. 한 샘플은 97% 이상의 스크래치 복원력을 보였으며 최소 4회 이상 재활용이 가능했습니다.
최근 다른 연구들에서도 코팅을 만들기 위해 다음과 같은 다양한 재생 가능한 원료를 사용하는 사례가 확인되었습니다:
- • 조류
- • 대마
- • 목재
- • 전분
- • 단백질
빠르게 발전하는 연구 분야인 바이오 기반 폴리머는 코팅 제조업체가 더욱 지속 가능한 제품을 개발하고 더 친환경적인 미래로 나아갈 수 있는 흥미로운 기회를 제공합니다.
재활용 가능한 폴리머
바이오 기반 폴리머만이 재생 가능한 플라스틱의 유일한 선택지는 아닙니다. 재활용 가능한 폴리머를 사용하는 것은 폐기물을 줄이거나 없애고 하나의 공정 내에서 재생 가능한 원료를 활용함으로써 지속 가능성을 달성하는 또 다른 방법입니다. 재활용 재료는 순환성 덕분에 재생 가능한 원료의 대안이 될 수 있으므로, 재활용 공정은 높은 수율과 지속 가능성을 갖추어야 합니다.
이를 달성하는 한 가지 방법은 제거 및 재사용을 통해 재활용되도록 설계된 코팅을 개발하는 것입니다. NASA 랭리 연구 센터의 연구원들은 고온을 사용하여 원료로 되돌릴 수 있는 폴리머 코팅 에폭시 마이크로 입자를 위한 제조 기술을 개발했습니다. 이 재료는 재생 가능한 원료가 필수적인 장거리 우주 임무의 3D 프린팅 응용 분야를 위해 설계되었지만, 지상에서도 다양한 용도로 활용될 수 있습니다.
재생 가능한 순환성을 갖춘 재료와 코팅을 개발함으로써 제조업체는 코팅 재사용을 위한 지속 가능한 제품 수명 주기를 만들 수 있습니다. 친환경 화학이 소비자에게 점점 더 중요해짐에 따라, 코팅 연구는 혁신 기술의 재활용성과 친환경 시장에 어필하는 방법에 초점을 맞춰야 합니다.
수성 고분자 분산액
지속 가능한 코팅제를 개발할 때 고분자만 고려해서는 충분하지 않습니다. 기존 코팅제는 전달 및 경화 시스템으로 환경에 유해하고 재생 불가능한 용제를 사용하는 경우가 많습니다. 지속 가능한 제품을 만들고자 하는 제조사는 이러한 시스템과 고분자 활용 방식을 혁신해야 합니다.
수성 코팅제는 환경에 중립적이고 재생 가능한 대안으로, 섬유, 종이, 페인트 분야에서 사용이 늘고 있습니다. 수성 코팅제, 즉 수성 고분자 분산액을 만드는 데 사용되는 단량체는 다양하지만, 많은 바이오 기반 고분자에 효과적인 배합을 제공합니다. 이를 통해 제조사는 두 가지 재생 가능한 원료를 동일한 제품에 결합하여 지속 가능성을 한층 더 높일 수 있습니다.
계면활성제 및 유화제
코팅 배합에 들어가는 계면활성제나 유화제와 같은 다른 성분들도 재생 가능한 원료에서 추출할 수 있습니다. 전분과 대두는 효과적인 무비누형 계면활성제 공급원이 될 수 있으며, 코팅 배합을 성공적으로 유화시킵니다. 전분은 비용이 저렴하고 수급이 용이하며 환경 영향이 적어 개발자들 사이에서 인기가 높습니다. 또한 고분자에 직접 접목하여 계면활성제 없는 유화 중합을 구현할 수도 있습니다.
계면활성제만으로 부족할 경우, 셀룰로오스 나노결정(CNC)을 유화 안정제로 사용할 수 있습니다. 목재 펄프나 면과 같은 재생 가능한 셀룰로오스 원료에서 추출되는 CNC는 친환경 소재로 안정적인 유화액을 만들 수 있는 또 다른 방법을 제시합니다.
지속 가능한 코팅제 개발
재생 가능한 원료로 지속 가능한 코팅제를 설계하고 제조하려면 연구원들은 배합의 모든 구성 요소에 대한 원료, 부산물, 폐기 경로를 고려해야 합니다. 친환경 코팅제를 만들려면 고분자, 용제, 계면활성제, 유화제의 지속 가능성을 면밀히 평가해야 합니다. 새로운 소재를 도입함으로써 제조사는 환경을 생각하는 소비자에게 어필하고 미래의 녹색 화학에 기여하는 혁신적인 코팅층을 만들 수 있습니다. 바이오 고분자가 어떻게 제조업의 탄소 발자국을 줄이고 있는지, 그리고 신흥 바이오 고분자 시장에 대한 더 자세한 인사이트 리포트를 확인해 보십시오.
