나노 셀룰로스 이용해 생분해 플라스틱 강도 높인다

한국생산기술연구원은 홍성우 수석연구원 연구팀이 셀룰로스 나노섬유를 이용해 강도 높은 생분해성 플라스틱 필름을 개발했다고 오늘(21일) 밝혔습니다.

2022년 기준 전 세계 플라스틱 생산량은 연간 4억 3천만 t에 달합니다.

폐플라스틱에 의한 환경오염 문제를 해결하기 위해 생분해성 필름에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지만 범용 플라스틱과 비교해 기계적 물성이 떨어진다는 단점이 있습니다.

친환경 플라스틱의 생분해성과 기계적 물성 간에는 어느 하나를 충족하면 다른 하나는 이루기 어려운 '트레이드 오프'(Trade-off) 현상이 존재합니다.

연구팀은 셀룰로스 나노섬유를 생분해성 플라스틱인 '폴리부틸렌 숙시네이트'에 도입해 생분해성과 기계적 물성을 동시에 갖춘 필름을 개발했습니다.

나무에서 추출한 셀룰로스를 nm(나노미터·1nm=10억 분의 1ｍ) 수준으로 잘게 쪼갠 셀룰로스 나노섬유는 생분해성이 높으면서도 강도는 철의 5배에 달할 정도로 높아 '제2의 탄소섬유'로 주목받고 있습니다.

수소 결합에 의해 강하게 뭉친 형태로 존재하는데, 그대로 생분해성 플라스틱에 도입할 경우 오히려 기계적 강도가 떨어집니다.

연구팀은 옥수수에서 유래한 '이소소바이드'를 함유한 기능성 분산제를 이용, 뭉쳐 있는 셀룰로스 나노섬유 덩어리를 플라스틱 내에 고르게 분산시키는 방법으로 기존 필름 대비 인성(잡아당기는 힘에 견디는 성질)이 77% 높은 고강도 생분해성 필름을 만드는 데 성공했습니다.

홍성우 연구원은 "2040년 플라스틱 오염 종식을 목표로 전 세계 175개국이 합의한 결의안에 따라 올해 안에 '국제 플라스틱 협약'(Global Plastic Treaty) 합의문이 채택될 예정"이라며 "플라스틱 규제 강화에 대비해 천연 소재인 셀룰로스 나노섬유를 친환경 보강재로 활용할 수 있는 기술을 개발했다"고 말했습니다.

이번 연구 결과는 지난 1일 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'(Chemical Engineering Journal)에 실렸습니다.

(사진=한국생산기술연구원 제공, 연합뉴스)