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자연유래 가소제 개발로 PLA(폴리락타이드) 완전 생분해 달성 가능
작성자하이브파트너스 조회수3,372 등록일2022-02-03온새미로
KRICT 온새미로
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자연유래 가소제 개발로 PLA(폴리락타이드)
완전 생분해 달성 가능
화학공정연구본부
(좌) 자연유래 PLA 가소제를 개발한 연구팀(좌부터 신지훈 책임연구원, 정해민 학생연구원).
/ (우) 연구팀이 개발한 자연유래 생분해 가소제.
국내 연구진이 친환경 생분해성 플라스틱 고분자의 딱딱하고 부러지기 쉬운 단점을 극복하기 위해 사용되는 석유화학기반 난분해 가소제를 자연유래 및 생분해 소재로 대체하는 연구결과를 발표하였다. 화학연 환경자원연구센터 신지훈 박사 연구팀은 친환경 생분해성 플라스틱 고분자로 주목받고 있는 폴리락타이드(polylactide, 이하 ‘PLA’)의 깨지기 쉬운 기존의 단점을 보완할 수 있는, 지속 가능원료 기반 생분해성 가소제 개발에 성공했다. 본 연구결과를 통해 탄소배출 없이 더욱 잘 분해되고 유연하며, 다양한 활용도를 가진 생분해 플라스틱을 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
분해가 되지 않는 일반 일회용 플라스틱의 대체재인 생분해성 플라스틱 중 ‘PLA’는 가장 많이 생산되어 안정적으로 산업화를 진행한 소재이다. 인체에 해가 없는 ‘PLA’는 사용 후 일정 조건에서 완전분해 가능한 친환경 소재로서, 2025년까지 약 7조 원,약 150만 톤 이상 규모로 매년 20~30%씩 ‘PLA’시장이 성장할 것으로 예상된다.
하지만 ‘PLA’ 가공 시 딱딱하고 부서지거나 찢어지기 쉬운 단점을 보완하기 위해서 주로 석유화학 기반원료인 가소제를 사용한다. 이는 분해되지 않는 가소제로 인하여 탄소를 배출하게 되는 결과를낳게 되어, ▲'PLA'에 적합한 유연성을 부여하면서 ▲생분해되는 가소제 제조기술 개발이 절실한 상황이었다.
이에 연구팀은 'PLA' 중합 시 기존에 활용되는 단량체인 락타이드를 활용하여, ‘PLA’와 잘 섞일 수 있는 락타이드 올리고머를 무(無)용매 친환경 제조공정을 이용하여 합성하였고, 이를 통해 최초의 생분해되는 ‘PLA’ 가소제를 개발하였다. 락타이드 올리고머는 'PLA'보다 분자량이 작고 짧은 사슬구조를 가지는 락타이드 중합체(1,000g/mol 이하)이다. 본 연구에서 가소제로 개발된 락타이드 올리고머는 ‘PLA’ 사슬과 같은 구조를 지니고 있어 잘 섞이는 특성으로 인해 'PLA'와 거의 유사한 투명성을 보여주었다. 또한 개발된 가소제는 28일간 78% 수준의 자연분해 성능을 입증하였다.또한 늘어나는 성질인 연신율을 기존 대비 최대 7배까지 늘려 ‘PLA’의 유연성을 확보하였고, 고(高)유연 상태에서 고무와 같이 늘어났다 줄어드는 특성인 점탄성을 플라스틱에 부여할 수 있는 매우 이례적인 현상을 발견하였다.
연구팀에서 개발한 가소화된 ‘PLA’는 이러한 우수한 유연성, 높은 생분해성 및 투명도, 고무와 같은 점탄성 등의 특성으로 종량제 봉투와 같은 생분해성이 요구되는 범용필름 포장재 분야에도 활용될수 있을 것으로 전망된다. 또한 고분자 첨가제 개발 관련 원천기술 연구가 미약한 국내 연구 환경에 큰 의미가 있는 것으로 평가된다.
화학연 이미혜 원장은 “이번 성과를 통해 탄소 중립 사회로의 도달을 위해 필요한 친환경 생분해성 플라스틱 ‘PLA’ 가소제 제조 및 유연화 핵심 기술을 확보하여, 향후 ‘PLA’ 사업화에 관심이 있는 기업과의 상용화 및 제품화도 기대한다”라고 말했다.
이번 연구 성과는 세계 3대 화학회 중 하나인 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발행하는 세계 최고 권위의 청정화학 분야 학술지인 ‘그린 케미스트리(Green Chemistry, IF: 10.182)’ 2021년 10월호에 표지논문으로 게재됐다. 이번 성과는 한국화학연구원 주요사업 및 산업통상자원부 산업핵심기술개발사업 지원으로 수행됐다.