"생분해성·물성 동시에" 친환경 고강도 플라스틱 필름 개발

홍성우 한국생산기술연구원 수석연구원 연구팀.한국생산기술연구원 제공

한국생산기술연구원은 자연에서 스스로 분해되면서 기존 생분해성 플라스틱의 단점까지 해결한 친환경 고강도 플라스틱 필름을 개발했다고 21일 밝혔다.

2022년 기준 연간 4억 3000만 톤 가량 생산되는 전 세계 플라스틱 대부분은 난분해성 소재로 만들어져 폐기 후 분해되지 않고 환경에 악영향을 끼치고 있다. 이에 자연에서 분해되는 생분해성 필름이 개발되고 있긴 하지만, 강도가 낮다는 단점이 있다.

녹색순환연구부문 홍성우 연구팀은 셀룰로오스 나노섬유를 생분해성 플라스틱에 도입, 강도가 우수한 생분해성 필름을 개발하는 데 성공했다.

셀룰로오스 나노섬유는 나무의 주성분인 셀룰로오스를 잘게 쪼갠 천연 소재로, 재생 가능성이 우수하다. 철보다 무게가 5분의 1로 가벼운데다, 강도는 5배 높아 제2의 탄소섬유로 불린다.

이 섬유는 수소 결합에 의해 강하게 뭉쳐있는 형태로 존재하는데, 뭉친 상태 그대로 생분해성 플라스틱에 도입할 경우 오히려 기계적 강도가 떨어진다. 연구팀은 옥수수에서 유래한 이소소바이드(Isosorbide) 물질을 함유한 기능성 분산제를 개발해 뭉쳐 있는 셀룰로오스 나노섬유 덩어리를 생분해성 플라스틱 내에 고르게 분산시켰다.

그 결과 기존 필름 대비 인성(재료의 질긴 정도)이 77% 상승한 고강도 생분해성 필름 제조에 성공했다.

홍 수석연구원은 "플라스틱 규제 강화에 대비해 천연 소재인 셀룰로오스 나노섬유를 친환경 보강재로 활용할 수 있는 방안을 찾는 데 주목했다"며 "확보한 성과를 바탕으로 일상생활뿐 아니라 자동차, 전자기기, 의료기기 등 산업 전반에 활용할 수 있는 친환경 소재 개발에 매진할 계획"이라고 했다.

연구 성과는 이달 1일 재료 분야 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 게재됐다.