지구온난화 방지 정책 및 플라스틱 쓰레기에 의한 환경오염 방지의 해결책으로 제시된 플라스틱의 원료 자체를 재생 가능한 원료로부터 생산된 일명 바이오매스 기반 바이오 플라스틱 중 대표적인 polylacticacid (PLA), 유해 화학물질이 포함될 가능성이 적은 장점으로 화장품 용도로 시장전개가 용이할 것으로 예상되는 polyglycolicacid (PGA), 미생물생산 바이오 플라스틱의 대표적인 polyhydroxyalkanoate (PHA), 가격 대비 우수한 물성의 전분/녹말계열 고분자 등의 동향을 살펴보고자 한다. 특히 포장재 분야, 일회용 위생용품 분야, 폐기물 발생량의 가장 많은 부분을 차지하고 있는 건설 폐기물 분야에 있어서의 환경 친화적인 바이오 플라스틱의 개발 동향을 고찰해보았다.
바이오 플라스틱 원료 및 이를 이용한 에코 패키징이라는 분야에 대한 그 동안 기초적인 연구에 치중해 온 것이 사실이나 이를 바탕으로 최근에는 산업 생산에 적용, 즉 실용화 단계에 접어들었다. 이러한 사실은 앞으로 기술 개발 속도가 매우 빨라지고 이를 직접적으로 제품에 적용하여 매출로 연결될 수 있다는 점에서 매우 중요한 기술적 진보를 이루고 있다고 볼 수 있으며, 기술 개발의 큰 추세는 감량, 재활용, 재사용, 생분해성 소재 및 바이오매스 사용이다.
식물로부터 유래하는 바이오매스를 25% 이상 함유하는 바이오 베이스 플라스틱은 탄소배출을 억제하는 효과가 있고, 한정된 자원인 석유의 소비량을 줄일 수 있으며, 산화생분해 첨가제를 추가 적용하면 폐기 후에는 미생물에 의해 생분해(Biodegradable)되기 때문에 친환경적인 소재이다. 본 연구에서는 폴리에틸렌에 산화생분해 첨가제, 4종류 식물체 바이오매스, 불포화 지방산, 구연산을 첨가하여 생분해성 및 물성변화를 관찰하였다. 초기 신장율과 인장강도 등의 물성이 우수한 자연에 분해되는 바이오 플라스틱 필름을 제조하여 식품포장재로서의 제품 안전성을 시험하였다. 옥피, 대두피, 왕겨, 소맥피의 식물체를 Air classifying mill로 분체한 후, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 기타 첨가제를 고속혼합기에서 혼합한 후, 호퍼에 투입한 다음 용융혼합하면서 다이스로 압출하여 4 가지 다른 형태의 두께 $50{\mu}m$의 바이오 필름을 제조하였다. 기계적 물성으로 인장강도 및 신장율을 측정하였으며, 생분해 실험을 실시하였다. 옥피, 대두피, 왕겨, 소맥피로 제조된 필름 중 소맥피로 제조된 필름의 인장강도 및 신장율이 가장 좋은 것으로 나타났다. 또한 산화생분해 시험방법에 의해 45일간 생분해 테스트를 한 결과 표준물질인 셀룰로오스 분말 대비 51.5%의 생분해를 나타내었다.
수소첨가 가스화반응 특성을 조사하기 위해 $800^{\circ}C$, 8 MPa에서 조업 가능한 회분식반응기를 이용하여 실험을 수행하였다. 실험에 사용한 플라스틱은 폴리에틸렌이었으며 바이오매스는 톱밥이었다. 반응기내 압력감소속도는 기상물 생성속도를 나타냄을 알 수 있었으며 이러한 결과는 반응시간에 따른 전환율 변화로부터 확인할 수 있었다. 기상물 생성량과 플라스틱-바이오매스 혼합물의 전환율은 플라스틱 함량비가 증가할수록 증가하였다.
온실가스축적으로 인한 지구온난화를 비롯한 기후변화 및 고갈되어가는 석유를 비롯한 화석원료에 대한 문제를 해결하기 위해 재생가능한 자원으로부터 바이오기반 케미칼 및 고분자 등의 화학제품을 생산하는 바이오화학 공정이 많은 관심을 받고 있다. 본 기고문에서는 바이오화학공정에 핵심적인 촉매로 사용되고 있는 재조합 미생물 및 효소의 최근 개발동향을 내열성 엔지니어링 플라스틱인 바이오나일론의 생산을 위하여 개발되고 있는 바이오촉매를 중심으로 살펴보고자 한다.
바이오플라스틱의 니즈는 계속 증가중이며 생분해 바이오플라스틱이 실제 현장에 사용되기 위해서는 물성개선이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 바이오플라스틱에 과산화물 첨가제를 농도별로 첨가하여 생산한 복합화 필름의 신장율, morphology, TGA 변화를 조사하였다. 신장율과 TGA는 과산화물 상용화제 첨가구가 대조구 보다 더 우수한 것으로 나타났다. 상용화제 첨가량에 따라서 압출성형공정의 생산성에 영향을 미치며, 과산화물은 적정량을 첨가하는 것이 중요한 것으로 나타났다. 복합화 필름의 morphology를 분석한 결과 수지별로 결정화 속도가 달라이형분산배열을 관찰할 수 있었고, 표면물성은 4%의 과산화물 첨가구에서 가장 좋은 것으로 나타났다. 이상의 결과로부터 복합화 생분해 필름 제조 방법으로 과산화물 상용화제를 4% 첨가한 시험구가 우수한 것으로 사료되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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