지속 가능한 코팅제 분야에서 재생 공급원료의 네 가지 용도

방수에서 장식에 이르기까지, 코팅제는 어디서나 사용되고 있습니다. 하지만 이러한 코팅제는 재생이 불가능한 플라스틱으로 만들어져 재활용과 분해가 불가능하므로 미세플라스틱 오염을 초래할 수 있습니다. 최근 지속 가능성과 재생 가능한 자원에 대한 관심이 많아지면서, 코팅제 설계자와 제조업체는 어떻게 하면 코팅제에 재생 공급원료를 활용할 수 있는지 알고 싶어 합니다.

여기서 중합체는 한 부분에 지나지 않습니다. 보통 코팅제는 환경적으로 위험한 용액과 화학 물질을 사용하여 필요한 질감과 유제를 만듭니다. 또한 완전히 지속 가능한 코팅제를 개발하기 위해서는 연구원들이 잘 알려지지 않은 환경적 영향을 제거해야 합니다.

재생이 불가능하며 환경에 유해한 재료가 코팅 업계 표준으로 사용되고 있는 오늘날, 혁신가들은 어떻게 재생 가능한 재료를 제품 설계에 적용하는 것을 시작할 수 있을까요?

친환경 중합체

중합체는 대다수의 코팅제를 만들 때 기본으로 사용되지만, 전통적으로 석유와 같이 재생이 불가능한 재료에서 얻습니다. 이러한 중합체의 지속 가능한 대체제가 바로 친환경 중합체입니다. 친환경 중합체는 식물이나 동물에서 얻은 재생 공급원료로 만들어지며 식물성 기름을 공급원료로 사용하여 폴리우레탄(PU)을 생성하는 기술을 활용합니다.

식물성 기름을 통해 얻은 PU는 석유 기름을 통해 얻은 전통적인 PU의 친환경 대체제로, 속성에는 차이가 없습니다. 우수한 가용성, 낮은 비용, 뛰어난 지속 가능성이 특징인 친환경 PU는 코팅제 업계에서 많은 인기를 얻고 있습니다. 친환경 PU는 제로 솔벤트나 UV 경화 속성을 포함하여 다른 친환경 기술과 결합되도록 설계하여 환경에 미치는 영향을 더 줄일 수도 있습니다.

2022년 연구 결과에 따르면 피마자유를 고성능 코팅제를 만들기 위한 친환경 공급원료로 사용할 수 있습니다. 해당 연구에서는 동적인 부자유 요소 결합을 사용하여 피마자유로 복구와 재활용, 제거가 가능한 소수성 UV 경화형 PU를 만들었습니다. 해당 레이어는 47%가 넘는 친환경 재료로 구성되었으며, 분자 결합의 동적인 특성으로 인해 수리와 용접, 재활용, 제거가 가능했습니다. 한 표본을 살펴보면 긁힘 복구 역량이 약 97%에 달했으며 최소 네 번 재활용이 가능했습니다.

최근에 진행된 다른 연구들을 보면 코팅제 생성에 다음과 같은 여러 재생 공급원료를 활용했습니다.

• •  조류
• •  삼
• •  나무
• •  녹말
• •  단백질

빠르게 발달하고 있는 연구 영역인 친환경 중합체는 코팅제 제공업체에게 지속 가능성이 더 뛰어난 제품을 개발하고 미래를 위해 환경을 보호할 수 있는 특별한 기회를 제공합니다.

재활용 가능한 중합체

친환경 중합체가 재생 가능한 플라스틱을 위한 유일한 선택지는 아닙니다. 재활용 가능한 중합체를 사용하여 지속 가능성을 높이는 또 다른 방법은 바로 단일 공정을 통해 폐기물을 줄이거나 없애고 재생 가능한 원재료를 활용하는 것입니다. 재활용된 재료는 순환성 때문에 재생 공급원료의 대체제이며, 재활용 공정은 수율과 지속 가능성이 우수해야 합니다.

이러한 목표를 달성하는 방법 중 하나는 바로 제거와 재사용을 통해 재활용되도록 설계된 코팅제를 개발하는 것입니다. NASA의 Langley Research Centre 소속 연구원들은 중합체 코팅 에폭시 극미립자 제조 기법을 개발했는데, 고온을 사용하면 공급원료로 되돌아갑니다. 이 재료는 재생 공급원료가 필수인 장기 우주 비행을 위해 3D 프린팅용으로 설계되었지만, 지상에서도 다양하게 활용할 수 있습니다.

재생 가능한 순환성을 가진 재료와 코팅제를 개발하면, 제조업체가 코팅제의 재사용을 위해 지속 가능한 제품 수명주기를 구축할 수 있습니다. 그린 케미스트리를 중요하게 생각하는 소비자가 많아지면서, 재활용 가능한 혁신 기술과 친환경을 추구하는 시장의 관심을 얻는 방법에 초점을 맞춰 코팅제 연구를 진행해야 합니다.

수성 중합 분산 기능

중합체는 지속 가능한 코팅제 개발의 한 부분에 지나지 않습니다. 전통적인 코팅제는 환경에 유해하거나 재생이 불가능한 용액을 전달 및 경화 시스템으로 사용하는 경우가 종종 있습니다. 지속 가능한 제품을 만들고 싶은 제조업체라면 반드시 이러한 시스템과 중합체 사용 방식을 바꿔야 합니다.

수성 코팅제는 환경 중립적이며 재생 가능한 옵션을 제시하는데, 이러한 옵션을 직물, 종이, 페인트에 사용하는 비중이 늘어나고 있습니다. 수성 코팅제(수성 중합 분산 기능)를 만들 때 사용하는 단위체는 그 종류가 다양하지만, 많은 친환경 중합체를 위한 효과적인 공식입니다. 이 경우 제조업체가 하나의 제품에 두 개의 재생 공급원료를 결합하여 지속 가능성을 한층 더 높일 수 있습니다.

계면활성제 및 유화제

계면활성제나 유화제와 같은 코팅제 화학식의 다른 재료들도 재생 공급원료를 통해 얻을 수 있습니다. 녹말과 대두는 비누가 포함되지 않은 효과적인 계면활성제 공급원이 될 수 있으며 코팅제 화학식과 관련해 성공적인 유화가 가능합니다. 녹말은 저렴하고 가용성이 높으면서 환경에 미치는 영향이 매우 적어 개발자들 사이에서 인기가 많습니다. 또한 중합체에 바로 이식해 계면활성제 없는 유화 중합이 가능합니다.

부적절한 계면활성제를 단독으로 사용하는 경우, 양극성 나노입자에 해당하는 셀룰로오스 나노결정(CNC)을 사용하여 유제를 안정시킬 수 있습니다. 목재 펄프나 목화 등 재생 가능한 셀룰로오스 공급원에서 추출한 CNC는 개발자가 친환경 재료를 활용해 안정적인 유제를 만들 수 있는 또 다른 수단을 제공합니다.

지속 가능한 코팅제 만들기

재생 공급원료로 지속 가능한 코팅제를 설계 및 제조하려면 연구원들이 제형의 모든 부분과 관련해 공급원, 부산물, 폐기 경로를 고려해야 합니다. 친환경 코팅제를 만들기 위해서는 중합체, 용액, 계면활성제, 유화제의 지속 가능성을 세심하게 평가해야 합니다. 제조업체들은 새로운 재료를 수용하여 환경에 관심이 많은 소비자의 관심을 끌 만한 혁신적인 새 레이어를 생성하고 미래의 그린 케미스트리에 기여할 수 있습니다. 생물 고분자가 어떻게 제조 탄소 발자국을 줄이고 있는지 알아보고, 최근의 생물 고분자 동향에 대한 훨씬 더 깊이 있는 통찰력 보고서를 살펴보십시오.