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옥수수로 만든 슈퍼 플라스틱 탄생…환경호르몬 걱정 끝


고강도·고내열성으로 현존 바이오플라스틱 한계 모두 극복

[아이뉴스24 최상국 기자] 잘 썩고 안 찢어지는 비닐봉지를 개발해 화제가 됐던 국내 연구진이 이번에는 옥수수를 원료로 만든 친환경·고강도·고내열성의 슈퍼 바이오플라스틱을 개발했다.

이 바이오플라스틱은 강철보다 강하고 200℃이상의 고온에서도 견딜 수 있어 기존 석유 플라스틱을 대체할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 식물성 원료로 만들어져 장난감, 젖병, 유모차 등 아기들이 입에 대는 제품들의 환경호르몬 걱정도 덜 수 있을 것으로 보인다.

19일 한국화학연구원 오동엽‧박제영‧황성연 박사 연구팀은 식물성 고분자 단량체인 아이소솔바이드(isosorbide)를 이용해 고강도, 고내열성의 투명 바이오플라스틱을 개발하는데 성공했다고 발표했다.

슈퍼바이오플라스틱으로 제작한 시제품(왼쪽부터 공갈젖꼭지, 종이학, 투명기판, 플라스틱 수지) [한국화학연구원 제공]
슈퍼바이오플라스틱으로 제작한 시제품(왼쪽부터 공갈젖꼭지, 종이학, 투명기판, 플라스틱 수지) [한국화학연구원 제공]

연구팀이 개발한 슈퍼 바이오플라스틱은 비강도(단위무게 당 강도)가 69KN‧m/kg(킬로뉴턴미터)로 강철(63KN‧m/kg)보다 높다. 지금까지 학계에 발표된 바이오플라스틱 중에서 가장 강한 것이다. 인장강도는 80MPa(메가파스칼)로 거의 대부분의 석유 플라스틱보다 높은 수치를 기록했다.

내열성도 뛰어나 진공에서 300℃가 넘는 고온에서도 팽창하거나 변형되지 않았고, 산소와 물리적 스트레스 조건에서는 212℃를 견뎠다. 실제 OLED 투명기판을 만드는 화학공정에서 300℃가 넘는 고온을 이겨냈다.

열팽창 계수도 약 25ppm/℃로 석유 플라스틱보다 최소 2배에서 최대 10배 정도 뛰어났다. 이는 전자제품의 부품으로 사용됐을 때 온도 상승으로 인한 소재 팽창 등의 문제를 최소화할 수 있다는 의미다.

독성도 매우 낮은 것으로 확인됐다. 국제표준기준(ISO 10993-6)에 따라 쥐를 이용한 체내 독성테스트를 실시한 결과, 0~5점으로 나타내는 독성강도에서 1점 미만으로 나타났다. 박제영 박사는 “쥐의 진피와 표피 사이에 플라스틱을 삽입한 후 나타나는 염증반응을 정량화했더니 1점 미만으로 나왔다”면서 “이 정도 수치는 인공뼈와 임플란트 소재로 사용해도 무방할 만큼 안전한 것”이라고 설명했다.

슈퍼바이오플라스틱을 투명기판으로 하여 만든 OLED 시제품 [한국화학연구원 제공]
슈퍼바이오플라스틱을 투명기판으로 하여 만든 OLED 시제품 [한국화학연구원 제공]

현재 고강도·고내열성을 필요로 하는 플라스틱 시장은 비스페놀A계가 주로 사용된다. 정수기 필터나 치아교정기, 젖병과 밥솥 등 고압, 고온을 견뎌야 하는 곳은 대부분 비스페놀A계인 폴리카보네이트나 폴리설폰이 쓰인다. 하지만 비스페놀A는 환경호르몬으로 비만, 심장질환, 고혈압 등을 일으킨다고 알려져 있다. 다른 석유 플라스틱도 안전성 논란에서 자유롭지 않다.

아이소솔바이드는 석유 플라스틱 대체 물질로 주목을 받아 온 바이오플라스틱이다. 문제는 식물성 성분 단량체로는 석유 플라스틱과 같은 수준의 강도를 구현하기 힘들었다는 점이다. 화학적으로 안정돼 반응성이 떨어지기 때문이다.

연구진은 식물성 성분의 화학반응을 촉진시켜주는 상전이 촉매를 이용해 반응성이 떨어지는 문제를 해결했다. 일반적으로 플라스틱은 단량체를 실에 구슬을 꿰듯 이어 고분자로 만든다. 연구진은 단량체인 아이소솔바이드를 화학반응을 통해 하나씩 이어 기다란 화학물질로 만드는 과정에서 상전이 촉매를 이용해 반응성을 극대화했다.

한국화학연구원 황성연 바이오화학연구센터장은 “케모포비아라는 이름으로 국민들이 플라스틱에 대한 불신이 확산되고 있다”면서 “국민들이 안심하고 쓸 수 있는 안전한 바이오플라스틱을 만들겠다”라고 말했다.

이번 연구결과는 ‘네이처 커뮤니케이션즈’온라인판에 6월 13일 게재됐다. (논문명 : Sustainable and recyclable super engineering thermoplastic from biorenewable monomer)

[이미지]아이소솔바이드와 비스페놀A의 구조식 [한국화학연구원 제공]
[이미지]아이소솔바이드와 비스페놀A의 구조식 [한국화학연구원 제공]

최상국 기자 skchoi@inews24.com






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