강철보다 강한 ‘친환경 미래 소재’ 슈퍼 바이오 플라스틱 [우리가 몰랐던 과학 이야기] (196)

1회용 플라스틱의 이용 증가로 환경이 훼손되면서 자연에서 분해되는 바이오 플라스틱에 대한 관심이 매우 높습니다. 다만 바이오 플라스틱은 일반 범용처럼 열에 약하고 강도가 낮은 단점을 지니고 있습니다.

우수한 내열성을 지니면서도 강철보다 강도가 강한 슈퍼 바이오 플라스틱이 탄생했는데요. 오늘은 환경을 고려하면서도 뛰어난 기능과 성능까지 보장해 미래 소재로 떠오른 슈퍼 바이오 플라스틱에 대해 알아보겠습니다.

◆친환경 생분해성 바이오 플라스틱이란?

출처=osmosys.eu

바이오매스를 원료로 만들어지는 플라스틱은 자연에서 분해됩니다. 생분해성 덕분에 지속가능한 친환경 소재로 주목받고 있지만 지난해 현재 전체 시장에서 바이오 플라스틱이 차지하는 비중은 210만t 수준으로 0.5%에 불과합니다. 친환경적이라는 장점에도 상대적으로 약한 기계적 물성과 높은 제조비용 등의 약점을 지니고 있는 탓입니다.

이에 생분해되면서도 열에 강하고 강도도 높은 고성능 바이오 플라스틱에 대한 관심이 높아지고 있는데요, 최근 국내 연구진이 강철보다 강한 슈퍼 바이오 플라스틱 개발에 성공해 각 산업분야에서 기대를 모으고 있습니다.

◆고강도, 고내열성 슈퍼 바이오 플라스틱의 등장

슈퍼 바이오 플라스틱으로 만든 공갈 젖꼭지(왼쪽)와 모형. 출처=한국화학연구원

한국화학연구원은 식물성 성분인 ‘아이소솔바이드‘를 이용해 고강도, 고내열성의 투명 바이오 플라스틱을 2019년 개발했습니다.

식물성 성분으로 만들어 환경 호르몬이 없으며, 무게당 강도는 69KN·m/㎏으로 강철(63KN·m/㎏)보다 높다. 200도 이상의 고온을 견딜 수 있는 뛰어난 내구성을 지닌 점도 특징입니다.

◆바이오매스 기반 슈퍼 엔지니어링 플라스틱

슈퍼 엔지니어링 플라스틱 자동차 부품의 이미지. 출처=princecorp.com

생분해성 바이오 플라스틱의 낮은 내열성과 강도를 획기적으로 높인 소재가 속속 등장하고 있는데요. 바로 슈퍼 바이오 플라스틱입니다. ‘바이오매스 기반의 슈퍼 엔지니어링 플라스틱’이라고 설명할 수 있습니다.

엔지니어링 플라스틱(Engineering Plastics)은 금속을 대체할 수 있는 고성능 제품으로, 강도와 탄성, 내열성이 우수합니다. 이 중에서도 연속사용 가능 온도가 150도 이상인 고내열 소재를 슈퍼 엔지니어링 플라스틱이라 합니다.

슈퍼 바이오 플라스틱은 식물 유래 자원을 원료로 만든 생분해성 엔지니어링 제품입니다. 환경에 친화적인 고기능성 플라스틱 소재라고 할 수 있습니다.

◆슈퍼 바이오 플라스틱의 활용

바이오 플라스틱 순환경제 이미지. 출처=bioplasticsnews.com

슈퍼 바이오 플라스틱은 실제 OLED(유기발광다이오드) 투명 기판을 만드는 화학 공정에서 300도가 넘는 고온을 견디어 전자제품이나 기계, 자동차 등의 부품 소재로 쓰일 수 있으며, 인공 뼈와 임플란트 소재로 사용해도 될 만큼 독성이 매우 낮습니다. 또한 열에 녹여 가공할 수 있는 열가소성 수지로, 재활용할 수 있어 폐플라스틱 처리도 용이하다는 장점이 있습니다.

환경을 위해 생분해성의 중요성이 날로 커지고 있는 가운데 기능성을 높인 슈퍼 바이오 플라스틱의 등장으로 관련 제품이 더욱 많아질 것으로 기대됩니다. 한화솔루션도 현재 바이오 베이스 합성 폴리머(중합체) 연구를 통해 자동차 및 전자제품 소재로 쓰일 수 있는 친환경 엔지니어링 플라스틱과 바다 속에서도 분해될 수 있는 폴리에스테르계 고분자 등을 연구·개발(R&D)하고 있습니다.

지속가능한 미래를 위해 친환경 고기능성 소재로 변신하고 있는 플라스틱에 더욱 큰 관심을 주기 바랍니다.

한화솔루션 블로거

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