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MIT, 햇빛으로부터 냉각효과 내는 새로운 플라스틱 필름 개발 성공
2019-04-17 09:43:38
조선우
▲MIT 연구팀이 저렴함 플라스틱 폴리에틸렌으로 냉각효과가 있는 플라스틱 필름을 개발했다(사진=ⓒ123RF)

플라스틱과 기온 상승은 오늘날 전 세계에서 주요 문제가 되고 있다. 그런데 한 연구팀이 열을 물리칠 수 있는 플라스틱 제형을 만들어내 화제다. 이 연구팀은 햇빛에 노출됐을 때 냉기를 유지할 수 있는 새로운 플라스틱 필름을 개발해 광범위하게 적용할 수 있으리라는 전망이다.

미 매사추세츠공과대학(MIT)의 연구팀이 개발한 이 플라스틱 필름은 햇빛의 열과 방사선에 노출돼도 온도를 상당히 시원하게 유지할 수 있다는 특징이 있다.

기온 상승에도 대처할 수 있는 새로운 플라스틱 필름

사람들은 다른 계절에 비해 무더운 여름철에 많은 양의 전기를 소비하는 경향이 있다. 미국인들은 여름철 장시간 가전제품을 장시간 사용하기 때문에 전기세가 상당히 많이 부과된다. 때로, 24시간 내내 에어컨과 선풍기를 동시에 틀어놓는 경우도 있다.

이에 MIT 연구팀이 기온이 증가해도 가정과 건물, 사람들을 시원하게 유지해줄 수 있는 잠재적인 해결책인 플라스틱 필름을 개발했다고 발표했다. 이 소재를 의류와 착용 제품에도 적용할 수 있는지 확인하기 위해 신축성 및 경량 테스트도 진행했다. 그리고 이 필름은 어떤 표면에도 어울릴 수 있도록 여러 가지 색상으로 제작이 가능하다는 장점이 있다.

▲새로 개발한 플라스틱 소재는 열을 막을 수 있다(사진=ⓒ123RF)

“웨어러블 기술 및 건축물에 사용할 수 있는 소재는 시각적 매력과 열 쾌적성이 결합되어야 할 뿐만 아니라 다중 속성을 제어할 수 있어야 한다. 우리 연구팀은 전도성과 방사능을 통해 다양한 광학적 속성과 수동적 열적 조절 기능을 결합한 최초의 플라스틱 소재 물질을 개발했다”고 스베틀라나 보리스키나 박사는 설명했다.

연구팀은 이 플라스틱 필름을 저렴한 플라스틱 폴리에틸렌으로 만들었다고 밝혔다. 그러나 온도를 조절하는 능력을 부여한 것은 나노입자 효과로 이는 다양한 색으로도 표현할 수 있다.

플라스틱 필름 제작 방법

보통, 제조업체들은 소재의 색상과 온도 관리 속성을 개별적으로 최적화해야 한다. 그러나 분리 최적화 작업은 시간이 소요되고 생산비용을 높인다는 단점이 있다. 따라서 연구팀은 저렴한 플라스틱 폴리에틸렌을 각기 다른 강도로 늘려서 속성을 변형시켰다. 그리고 이렇게 늘린 소재를 조사해 폴리에틸렌의 광학적, 기계적, 열적 속성을 바꿀 수 있다는 것을 밝혀냈다.

먼저, 연구팀은 신장력이 폴리머 사슬을 한 방향으로 서로 나란히 배열하게 만들었다는 것을 확인했다. 이는 다른 유형의 플라스틱과 비교했을 때 소재를 특별하게 만드는 요소다. 그리고 다음으로, 사슬의 신장력과 배열이 플라스틱의 일반적인 속성을 바꾸게 됐다. 폴리에틸렌 필름을 늘리자 열전도율이 높아지고 광대역 투명성이 강화됐으며 흐릿한 상태가 줄어들고 용해 온도가 개선됐으며 인장 강도도 높아졌다.

연구팀은 다양한 색상을 만들기 위해 플라스티를 늘리는 과정 전에 폴리머에 여러 가지 나노입자를 삽입했다. 이 나노입자는 색상 외에도 폴리머에 여러 가지 영향을 부여했다.

가시광선 흡수 효과가 있는 나노입자를 사용하자, 플라스틱이 가시광선을 흡수해도 햇빛 아래에서 온도가 올라가지 않았지만, 적외선은 이런 효과가 없었다. 하지만, 적외선 산란 효과가 있는 나노입자를 적용하자, 플라스틱 필름은 열을 가둘 수가 있었다.

한편, 신축 과정으로 열전도율과 신축성 정도를 측정할 수 있었다. 즉, 전기를 사용하지 않는 의류와 스마트 웨어러블 기기, 건축 자재로 사용할 수 있게 됐다는 의미다.

어두운 실리콘 나노입자를 사용한 필름은 검은색 기준 종이보다 20℃ 가량 온도가 낮았다. 그리고 열에 노출시킨 부위는 열 확산 과정이 오히려 냉각을 촉진시켰다.

플라스틱 필름은 폐기물 플라스틱으로 재활용할 수 있을까?

육지와 바다에 버려진 플라스틱을 재활용할 수 있다. 폴리에틸렌은 열에 반응하는 열가소성 수지이기 때문에 특정 온도에서 녹을 수 있다.

이번 연구에서 사용된 플라스틱 필름은 유기물과 무기물 나노입자로 수정된 초고분자량 폴리에틸렌으로 분류했다. 한편, 플라스틱병이나 소다병, 식품이나 액체를 보관하기 위해 고안된 다른 소재에 사용된 가장 일반적인 플라스틱은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETE)이며 쇼핑백 등에 사용된 것은 저밀도 폴리에틸렌(LDP)이다.

PETE 플라스틱은 대부분 재활용 되고 있지만 LDP는 재활용 빈도가 낮다. 그리고 이러한 플라스틱들을 재활용한다고 하더라도, 현재 전략으로는 연간 총 플라스틱 생산의 50%도 재활용할 수 없는 상황이다.

한편, 새로 개발한 플라스틱 필름은 상업화가 될 때까지 초고분자량 폴리에틸렌 재활용을 할 수 없는 상황이다. 따라서 연구진은 플라스틱 오염을 해결할 수 있는 잠재력이 있는지 확인하기 위해 재활용 소재 또는 다른 플라스틱 유형으로 필름을 생산해낼 수 있는지 추가 연구가 필요하다고 밝혔다.

새로운 필름이 기후 변화 시대에 가정과 건물을 시원하게 유지할 수 있다면, 대규모로 유용하다는 것을 입증하게 될 것이다. 플라스틱의 냉각 효과는 산업 및 상업, 주거 지역에서의 전체적인 전기 소모를 줄일 수 있으며 사람들이 필요 이상 샤워를 할 필요가 없기 때문에 물 사용량도 더불어 낮출 수 있을 것이다.


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