생산기술연, 생분해성·물성 모두 만족 '플라스틱 필름' 개발

셀룰로오스 나노섬유 도입해 트레이드 오프 현상 해결

기존 생분해 플라스틱 낮은 물성 해결, 친환경 고강도 필름

[대전=뉴시스] 생분해성·물성을 동시에 잡은 플라스틱 필름을 개발한 한국생산기술연구원 연구진. 왼쪽부터 홍성우 수석연구원, 권하늬 제1저자, 조고은 학생연구원, 홍평화 박사후연구원.(사진=한국생산기술연구원 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 한국생산기술연구원은 녹색순환연구부문 홍성우 수석연구원 연구팀이 자연에서 스스로 분해되면서 기존 생분해성 플라스틱의 단점인 강도 문제를 해결한 '친환경 고강도 플라스틱 필름'을 개발했다고 21일 밝혔다.
 
이번에 홍 연구원팀은 셀룰로오스 나노섬유를 생분해성 플라스틱에 도입해 우수한 기계적 물성을 갖는 생분해성 필름을 확보했다.
 
셀룰로오스 나노섬유는 나무의 주성분인 셀룰로오스를 잘게 쪼갠 천연소재로 생분해성과 재생 가능성이 우수하고 철 대비 무게는 5분의 1에 불과하지만 강도는 5배 높아 제2의 탄소섬유로 불린다.

폐플라스틱 문제가 심각해지면서 자연에서 분해되는 생분해성 필름이 개발되고 있지만 아직 범용 플라스틱 대비 기계적 물성이 낮다는 단점이 있다.
 
연구팀은 셀룰로오스 나노섬유를 대표적 생분해성 플라스틱인 폴리부틸렌 숙시네이트(Polybutylene succinate)와 결합해  생분해성과 기계적 물성을 동시에 갖춘 친환경 필름 개발에 성공했다.

연구팀에 따르면 셀룰로오스 나노섬유는 수소결합에 의해 강하게 뭉쳐있는 형태로 존재하며 뭉친 상태 그대로 생분해성 플라스틱에 도입할 경우 오히려 기계적 강도는 떨어진다.
 
이에 따라 연구팀은 옥수수에서 유래한 이소소바이드(Isosorbide) 물질을 함유한 기능성 분산제를 개발해 뭉쳐있는 셀룰로오스 나노섬유 덩어리를 생분해성 플라스틱 내에 고르게 분산시켰다.

이를 통해 생분해성과 기계적 물성 간 트레이드 오프(Trade-off·생분해성과 기계적 물성 간의 상충)를 극복, 기존 폴리부틸렌 숙시네이트 기반 필름 대비 인성이 77% 상승한 고강도 생분해성 필름 제조에 성공했다.

연구 결과는 지난 1일 재료분야 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 게재됐다.(논문명:A bionanocomposite based on cellulose nanofibers modified by a sustainable heterocyclic dispersing agent with outstanding mechanical properties)

홍성우 수석연구원은 "법적 구속력을 지닌 국제협약이 마련되는 등 플라스틱 규제 강화에 대비해 천연소재인 셀룰로오스 나노섬유를 친환경 보강재로 활용할 수 있는 방안을 찾는 데 주목했다"며 "확보한 성과를 바탕으로 일상생활 뿐만 아니라 자동차, 전자기기, 의료기기 등 산업전반에 활용할 수 있는 친환경 소재 개발에 매진할 계획"이라고 말했다.


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