한국화학연구원 울산 바이오화학연구센터 연구진이 일본이 독점하고 있는 친환경 플라스틱 제조 기술을 국산화하는 데 성공했다.

한국화학연구원 울산 바이오화학연구센터 박제영·오동엽·황성연 박사는 15일 식물성 성분인 아이소소바이드와 나노셀룰로오스를 이용해 바이오 폴리카보네이트를 개발했다.

바이오 폴리카보네이트는 환경호르몬 유발 물질인 비스페놀A(BPA)가 포함된 폴리카보네이트를 대체할 수 있는 친환경 바이오 플라스틱이다.

그동안 바이오 폴리카보네이트를 상용화한 건 일본의 미쓰비시케미컬이 유일했다.

한국화학연구원 연구진은 아이소소바이드(글루코스:포도당에서 유래한 화합물로 친환경 물질)에 보강재 역할을 하는 나노셀룰로오스를 섞어 석유 폴리카보네이트보다 뛰어난 바이오 폴리카보네이트를 만드는 데 성공했다.

유사한 화합물끼리 서로 잘 섞이는 원리를 적용했다. 물에 잘 섞이는 ‘친수성’을 지닌 아이소소바이드와 나노셀룰로오스를 섞은 것이다.

이번에 개발된 바이오 폴리카보네이트의 인장강도(튼튼한 정도)는 93M Pa(메가파스칼)을 기록했다.

현존하는 석유 및 바이오 폴리카보네이트를 통틀어 가장 높은 수치다.

석유 폴리카보네이트의 인장강도는 55~75MPa이며, 일본 미쓰비시케미컬 바이오 폴리카보네이트의 인장강도는 64~79MPa이다. 플라스틱 투명도를 나타내는 투과율은 93%를 기록했다. 완전히 동일한 실험 조건은 아니지만, 일반적인 상업용 석유 계열 제품(90%)과 비교해도 높은 수치다.

이는 분산된 형태의 나노 셀룰로스가 소재 비결정성을 증가시켰기 때문이라고 연구팀은 강조했다.

비결정성은 원자들이 불규칙하게 배열된 것을 말한다. 비결정성 플라스틱은 투명하게 보인다.

장기간 자외선에 노출되더라도 변색할 우려도 없다. 석유 폴리카보네이트와 달리 벤젠 고리가 없기 때문이다.

이에 따라 자동차 선루프나 헤드램프, 고속도로 방음 시설, 스마트폰 같은 전자기기 외장재에 활용할 수 있다.

연구팀은 동물 염증 실험을 통해 독성 역시 낮다는 것을 확인했다.

오동엽 박사는 “영유아들이 입에 가져다대도 안전해 장난감, 젖병, 유모차 소재뿐만 아니라 임플란트와 인공뼈 소재로도 개발할 수 있다”고 설명했다.

연구 결과는 영국왕립화학회 ‘그린 케미스트리’(Green Chemistry) 10월호에 전면 표지 논문으로 실렸다. ‘2019년 주목할 논문’에 선정되기도 했다.

황성연 바이오화학연구센터장은 “폐플라스틱 문제, 케모포비아 현상 등으로 플라스틱에 대한 불안감이 확산되고 있다”면서 “하지만 플라스틱은 일상생활에 없어서는 안 되는 소재인 바, 국민들이 안심하고 쓸 수 있는 바이오플라스틱을 국내 독자기술로 개발하겠다”고 말했다. 김지은 기자