나일론만큼 강한 플라스틱, 바닷물에서 1년내 생분해

(왼쪽부터) 전현열 한국화학연구원 정밀바이오화학연구본부 책임연구원, 박성배 선임연구원, 김효정 선임연구원이 생분해 플라스틱으로 만든 시제품을 제시하고 있다. 화학연 제공.

그물, 낚싯줄 등의 어구가 바다에서 유실되거나 폐기되면서 해양 생태계를 오염시키고 있다. 나일론만큼 튼튼하면서 바다에 버려졌을 때 1년 내 분해될 수 있는 플라스틱 신소재가 개발됐다. 

한구화학연구원은 전현열 정밀바이오화학연구본부 책임연구원, 김효정·박성배 선임연구원 연구팀이 오동엽 인하대 교수, 박제영 서강대 교수와 함께 해양에서 1년 안에 92% 이상 생분해되면서도 나일론 수준의 강도와 유연성을 유지하는 ‘폴리에스터-아마이드(PEA)’ 고분자를 개발했다고 27일 밝혔다. 이 소재는 어구뿐 아니라 의류용 섬유, 식품 포장재 등으로도 활용할 수 있다.

바다에 버려지는 어구 등으로 인해 생분해성 플라스틱 소재가 개발되고 있다. 기존 생분해성 플라스틱은 그물 등으로 사용하기에는 내열성과 내구성이 부족하다. 연구팀은 바다에서 내구성과 분해성을 동시에 가질 수 있는 소재를 개발했다. 생분해를 촉진하는 에스터, 질긴 특성을 갖는 아마이드를 결합해 PEA 고분자를 개발했다.

아마이드와 에스터를 결합하려면 독성 유기용매가 필요하다. 연구팀은 대형 반응기를 이용해 유기용매 없이 PEA 4kg을 생산했다. 기존 폴리에스터 생산 설비를 일부만 수정하면 PEA 생산이 가능하다. 

연구팀은 생산한 PEA를 포항 앞바다에 1년간 담가 최대 92.1%까지 생분해되는 것을 확인했다. PEA의 인장 강도는 110MPa(메가파스칼) 이상이다. 인장 강도는 잡아당길 때 견디는 강도로 PEA로 만든 실 한 가닥은 10kg의 물체를 들어 올려도 끊어지지 않을 정도의 강도를 갖고 있다. PEA로 만든 옷감은 150℃ 다림질을 견딜 수 있다는 점도 확인됐다. 

연구팀은 PEA로 만든 제품의 상용화도 평가하고 있다. 2년 내 실용화가 가능할 것으로 전망했다. 이영국 화학연 원장은 “기존 엔지니어링 플라스틱의 물성을 갖는 생분해성 고분자의 산업화를 앞당길 수 있을 것”이라며 “이번 연구는 해양 쓰레기 문제 해결에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다. 연구 결과는 3월 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 표지 논문으로 실렸다.

[문세영 기자 moon09@donga.com]