'100% 자연분해' 바이오 플라스틱 가소제 개발

화학연, 바이오 플라스틱 제조 때 쓰이는 석유화학소재 대체할 천연소재 만들어 내

100% 생분해 바이오플라스틱을 제조할 수 있는 생분해성 가소제 락타이드 올리고머. 사진제공=화학연구원

[아시아경제 김봉수 기자] 국내 연구진이 친환경 생분해성 바이오 플라스틱 제조에 투입되는 석유 화학 연료를 대체할 수 있는 천연 소재를 개발했다. 100% 완전 분해되는 바이오 플라스틱 생산을 할 수 있고 제조 과정에서 발생하는 탄소량을 최소화할 수 있어 향후 상업화를 더욱 촉진할 수 있는 기폭제가 될 전망이다.

한국화학연구원은 신지훈 환경자원연구센터 박사 연구팀은 친환경 생분해성 플라스틱 고분자로 주목받고 있는 폴리락타이드(polylactide·PLA)의 깨지기 쉬운 기존의 단점을 보완할 수 있는 지속 가능원료 기반 생분해성 가소제 개발에 성공했다고 27일 밝혔다.

분해가 되지 않는 일반 일회용 플라스틱의 대체재인 생분해성 플라스틱 중 ’PLA‘는 가장 많이 생산돼 안정적으로 산업화를 진행한 소재이다. 인체에 해가 없는 PLA는 사용 후 일정 조건에서 완전 분해 가능한 친환경 소재로써, 2025년까지 약 7조원, 약 150만 톤 이상 규모로 매년 20~30%씩 PLA 시장이 성장할 것으로 예상된다.

문제는 PLA 가공 시 딱딱하고 부서지거나 찢어지기 쉬운 단점을 보완하기 위해서 석유화학 기반 원료인 가소제가 사용된다는 것이다. 이 가소제는 분해되지 않아 결국 탄소를 배출하게 되는 결과를 낳게 돼 PLA에 적합한 유연성을 부여하면서도 생분해되는 가소제 제조기술 개발이 절실한 상황이었다.

연구팀은 PLA 중합(고분자 제조를 위한 반복 반응)시 기존에 활용되는 단량체인 락타이드를 활용해 PLA와 잘 섞일 수 있는 락타이드 올리고머를 무(無)용매 친환경 제조 공정을 이용해 합성했다. 최초의 생분해되는 PLA 가소제를 개발한 것이다. 연구팀이 만든 락타이드 올리고머는 PLA 사슬과 같은 구조를 지니고 있어 잘 섞이는 특성으로 인해 PLA와 거의 유사한 투명성을 보여주었다. 특히 28일 후 78% 가량 자연 분해되는 것도 확인했다.

이 가소제를 쓰면 연신율(늘어나는 성질)을 기존 대비 최대 7배까지 늘려 PLA의 유연성을 확보했다. 고(高)유연 상태에서 고무와 같이 늘어났다 줄어드는 특성인 점탄성을 플라스틱에 부여할 수 있는 매우 이례적인 현상도 발견하였다.

연구팀이 개발한 PLA는 이러한 우수한 유연성, 높은 생분해성 및 투명도, 고무와 같은 점탄성 등의 특성으로 종량제 봉투와 같은 생분해성이 요구되는 범용필름 포장재 분야에도 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 또 고분자 첨가제 개발 관련 원천기술 연구가 미약한 국내 연구 환경에 큰 의미가 있는 것으로 평가된다.

이미혜 화학연 원장은 “이번 성과를 통해 탄소 중립 사회로의 도달을 위해 필요한 친환경 생분해성 플라스틱 PLA 가소제 제조 및 유연화 핵심 기술을 확보했다"면서 "향후 PLA 사업화에 관심이 있는 기업과의 상용화 및 제품화에도 기대한다”고 말했다.

이번 연구 결과는 세계 3대 화학회 중 하나인 영국 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)에서 발행하는 국제 청정화학 분야 학술지인 ’그린 케미스트리(Green Chemistry, IF: 10.182)‘ 10월호에 표지논문으로 게재됐다.