[동아 사이언스] 생분해성 플라스틱은 자연에서 스스로 분해되는 친환경 소재로 주목받지만 기계적 물성이 낮다는 점이 해결 과제였다. 국내 연구팀이 나무의 주성분인 셀룰로오스를 활용해 강도가 높은 생분해성 플라스틱 필름을 개발했다.
한국생산기술연구원은 홍성우 녹색순환연구부문 수석연구원팀이 셀룰로오스 나노섬유를 도입해 기계적 물성이 우수한 생분해성 플라스틱 필름을 개발하고 연구결과를 1일 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’에 공개했다고 21일 밝혔다.
2022년 한 해에만 약 4억3000만 톤(t)이 생산된 전 세계 플라스틱은 대부분 분해가 어려운 소재로 만들어져 폐기 후에도 환경과 인체에 악영향을 미친다. 특히 산업용 플라스틱의 약 40%를 차지하는 포장 분야에서 플라스틱 필름 사용량이 늘어나면서 문제가 심각해지고 있다. 2040년 플라스틱 오염 종식을 목표로 전 세계 175개 국가가 2022년 합의한 결의안에 따라 올해 안에 ‘국제 플라스틱 협약’ 합의문이 채택될 예정이다.
폐플라스틱 문제를 해결하기 위해 개발된 생분해성 플라스틱은 상대적으로 기계적 물성이 나빠지는 상충 현상이 발생한다. 연구팀은 셀룰로오스 나노섬유를 생분해성 플라스틱인 ‘폴리부틸렌 숙시네이트’와 결합해 생분해성과 우수한 기계적 강도를 동시에 갖춘 필름을 개발했다.
셀룰로오스 나노섬유는 나무의 주성분인 셀룰로오스를 잘게 쪼갠 천연 소재다. 생분해성과 재생 가능성이 우수하다. 단단한 금속인 철과 비교해 무게는 5분의 1에 불과하지만 강도는 5배 높아 ‘제2의 탄소섬유’라고도 불린다.
셀룰로오스 나노섬유는 보통 뭉친 형태로 존재하는데 그대로 플라스틱에 도입하면 오히려 기계적 강도가 떨어진다. 연구팀은 옥수수에서 유래한 기능성 분산제를 개발해 셀룰로오스 나노섬유 덩어리를 플라스틱 내에 고르게 분산시켰다.
그 결과 기존 폴리부틸렌 숙시네이트 필름과 비교해 재료의 질긴 정도인 인성이 77% 증가한 고강도 생분해성 필름이 만들어졌다. 생분해성 플라스틱의 기계적 물성 저하 문제를 극복한 것이다.
홍성우 수석연구원은 “플라스틱 규제 강화에 대비해 천연 소재인 셀룰로오스 나노섬유를 친환경 재료로 활용할 수 있는 방안을 찾는 데 주목했다”며 “이번 성과를 바탕으로 일상생활뿐 아니라 자동차, 전자기기, 의료기기 등 산업 전반에 활용할 수 있는 친환경 소재 개발에 매진할 계획”이라고 전했다.
