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찜찜한 비스페놀A 대체할 고강도 바이오플라스틱 나왔다

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찜찜한 비스페놀A 대체할 고강도 바이오플라스틱 나왔다

2019.06.19 12:00
한국화학연구원이 고강도 친환경 바이오플라스틱으로 제작한 시제품들이다. 왼쪽부터 공갈젖꼭지, 종이학, 투명기판, 플라스틱 수지다. 사진제공 한국화학연구원
한국화학연구원이 고강도 친환경 바이오플라스틱으로 제작한 시제품들이다. 왼쪽부터 공갈젖꼭지, 종이학, 투명기판, 플라스틱 수지다. 사진제공 한국화학연구원

강철보다 강하고 200도 이상의 고온에서 견딜 수 있으면서 환경호르몬이 나오지 않는 친환경 바이오플리스틱을 국내 연구팀이 개발했다. 유아 젖병부터 스마트폰의 디스플레이까지 여러 곳에 현재 널리 쓰이고 있는 비스페놀A 등의 석유 플라스틱을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

 

한국화학연구원은 오동엽, 박제영 미래융합화학연구본부 선임연구원과, 황성연 바이오화학연구센터장팀이 식물성 성분을 이용해 환경호르몬이 배출되지 않으면서 강하고 열에 잘 견디는 투명 바이오플라스틱을 개발했다고 19일 밝혔다.

 

연구팀은 기존에 널리 쓰이고 있던 비스페놀A를 대체할 강하고 친환경적인 플라스틱을 만들기 위해 연구를 시작했다. 비스페놀A계 플라스틱은 내열성과 강도가 좋아 고압을 견디는 정수기 필터부터 고온에 견디는 젖병, 밥솥 등에 널리 쓰이는 만능 플라스틱이다. 하지만 환경호르몬을 배출해 비만이나 심장질환, 고혈압 등을 일으킨다는 주장이 있어 일부 국가에서는 유아 대상 물품에 사용이 제한돼 있다. 오 연구원은 “아기가 입에 대는 장난감과 유모차, 젖병 소재를 믿을 만하게 만들기 위해 연구를 시작했다”고 동기를 밝혔다.

 

연구팀은 식물성 성분인 ‘아이소솔바이드’를 플라스틱을 만드는 일종의 ‘블록’처럼 활용해, 블록을 길게 잇는 방식으로 친환경 고분자 플라스틱을 만들었다. 기존에도 식물 유래 물질을 블록으로 사용해 바이오플라스틱을 만들려는 시도가 있었지만, 안정성이 지나치게 높아 반응성이 떨어져 블록을 연결하는 데 어려움이 컸고, 그 결과 강도가 비스페놀A 등의 기존 석유 플라스틱의 절반 이하로 약했다.

 

오 연구원팀은 이 문제를 촉매를 활용해 해결했다. 기존에는 블록을 단순히 연결시키는 방식으로 제조해 강도가 약했는데, 촉매로 화학반응을 촉진시켜서 마치 두 블록 사이를 녹여 붙이듯 단단히 연결했다. 

 

그 결과 단위 무게 당 강도가 강철보다 약 10% 강한 플라스틱을 만드는 데 성공했다. 현재까지 학계에 발표된 바이오플라스틱 가운데 가장 강하다. 늘어나는 데 견디는 성질(인장강도) 역시 석유 플라스틱보다 우수했다. 고온에도 잘 견뎌서, 진공에서는 300도 이상을, 산소가 있거나 압력 등 물리적 스트레스를 가하는 조건에서도 212도를 견뎠다. 연구팀은 “유기발광다이오드(OLED) 투명기판을 만드는 화학공정에서 300도가 넘는 고온을 견뎠다”고 밝혔다. 열을 가했을 때 부풀어오르는 정도도 석유 플라스틱의 2분의 1~10분의 1수준으로 적어 전자제품 사용시 소재 팽창 문제도 적을 것으로 예측됐다.

 

친환경 고강도 바이오플라스틱을 투명기판으로 하여 만든 OLED 시제품들. 사진제공 한국화학연구원
친환경 고강도 바이오플라스틱을 투명기판으로 하여 만든 OLED 시제품들. 사진제공 한국화학연구원

반면 독성은 낮았다. 박제영 연구원은 “국제표준기준(ISO)에 따라 쥐의 피부 중 가장 바깥의 표피와 그 아래 진피 사이에 플라스틱을 넣고 염증 반응을 측정한 결과 5점 만점에서 1점 미만으로 아주 낮게 나왔다”며 “이는 인공뼈나 임플란트 등에 사용해도 된다는 뜻”이라고 설명했다.
황성연 센터장은 “플라스틱에 대한 국민의 불신이 크다”며 “하지만 화학은 안전한 플라스틱을 만드는 역할도 할 수 있다. 국민이 안심하고 쓸 수 있는 바이오플라스틱을 개발하겠다”고 말했다.


연구팀은 올해 4월에는 쉽게 분해되면서도 기존 비닐보다 오히려 1.75배 질긴 바이오플라스틱을 개발하는 등 친환경 플라스틱 분야에서 성과를 내왔다.

 

이번 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스 13일자에 발표됐다.
 

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