공갈젖꼭지, 종이학, 투명 기판, 플라스틱 수지 등 슈퍼 바이오플라스틱 시제품.[한국화학연구원 제공]

- 화학硏 연구팀 개발, 고강도ㆍ고내열성으로 기존 바이오플라스틱 한계 극복
- 비스페놀A계 플라스틱 대체 가능



[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내연구진이 잘 썩고 안 찢어지는 친환경 비닐봉투를 개발한데 이어 환경호르몬 걱정없는 슈퍼 바이오플라스틱을 개발했다.

이 바이오플라스틱은 환경호르몬이 없는 것은 물론이고, 강철보다 강하고 200℃이상의 고온에서도 견딜 수 있는 등 현존 바이오플라스틱의 한계점을 모두 극복했다는 평가다.

한국화학연구원 오동엽ㆍ박제영ㆍ황성연 박사 연구팀은 식물성 성분인 아이소솔바이드를 이용해 고강도ㆍ고내열성의 투명 바이오플라스틱을 개발하는데 성공했다고 19일 밝혔다.

식물성 성분 단량체인 아이소솔바이드로 만들어 환경호르몬 걱정이 없는데다, 물성이 우수해 기존 비스페놀A(Bisphenol-A)계 석유 플라스틱을 대체할 수 있을 것으로 보인다.

비스페놀A계 단량체로 만들어진 폴리카보네이트와 폴리술폰은 고강도ㆍ고내열성 특성 덕분에 고압을 견뎌야 하는 정수기 필터나 치아교정기, 고온에서도 변형이 되지 않아야 하는 젖병과 밥솥 등에 많이 쓰인다. 하지만 비스페놀A는 환경호르몬으로 비만, 심장질환, 고혈압 등을 일으킨다고 알려져 있다.

하지만 이를 대체할 것으로 기대되는 바이오플라스틱은 기존 식물성 성분 단량체의 반응성이 떨어지는 탓에 강도가 석유 플라스틱에 비해 절반 이하에 그쳐 상용화의 걸림돌로 작용했다.

연구팀은 상전이 촉매를 이용해 반응성이 떨어지는 문제를 해결했다. 식물성 성분의 화학반응을 촉진시켜주는 상전이 촉매를 이용해 아이소솔바이드의 반응성을 극대화시킨 것.

그 결과, 슈퍼 바이오플라스틱의 비강도(단위무게 당 강도)는 같은 무게일 때, 69KNㆍm/kg으로 강철(63KNㆍm/kg)보다 높았다. 지금까지 학계에 발표된 바이오플라스틱 중에서 가장 강한 것이다. 또한 인장강도는 80MPa을 기록, 거의 대부분의 석유 플라스틱보다 높은 수치를 나타냈다.

한국화학연구원 바이오화학연구센터 연구진(왼쪽부터 오동엽 박사, 박제영 박사, 박슬아 연구원, 황성연 센터장, 전현열 박사).[한국화학연구원 제공]

고온에서 견디는 내열성도 매우 뛰어나다. 진공에서 무려 300℃가 넘는 고온에서도 팽창하거나 변형되지 않았고, 산소와 물리적 스트레스 조건에선 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.

또한 독성이 매우 낮은 것으로 확인됐다. 연구팀의 쥐 모델을 이용한 독성테스트를 결과, 0~5점으로 나타내는 독성강도에서 1점 미만으로 나타났다.

이번에 개발된 슈퍼 바이오플라스틱은 열에 녹여 가공할 수 있는 열가소성 수지로 320℃ 이상의 열에 녹여 재활용할 수도 있어, 폐플라스틱 처리도 용이할 것으로 보인다.

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

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 6월 13일 온라인판에 게재됐다.

구본혁기자nbgkoo@heraldcorp.com