대나무는 강하고 내구성이 있고, 항균 소취 기능이 있어 건축, 섬유, 생활용품 등 다양한 분야에서 활용된다. 강도가 높아 플라스틱 대체제로도 주목받고 있는 가운데, 대나무를 이용해 기존 플라스틱과 비슷한 특성을 가진 친환경 플라스틱을 만드는 데 성공했다.
중국 동북임업대 바이오재료과학과, 선양 화학기술대 화학 및 재료 연구소 공동 연구팀은 대나무를 이용해 더 튼튼하고 생분해되는 플라스틱을 생산하는 방법을 개발했다고 10일 밝혔다. 대나무 플라스틱은 높은 강도, 다양한 형태로 만들 수 있는 성형성, 열에 견디는 안정성까지 기존 석유 기반 플라스틱과 유사한 것으로 확인됐다. 게다가, 50일 이내에 토양에서 생분해될 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 이 연구 결과는 기초 과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 10월 8일 자에 실렸다.
생물 자원으로 만든 플라스틱은 기존 석유 기반 플라스틱을 대체할 유망한 대안으로 많은 기대를 받았지만, 바이오 플라스틱은 기계적 특성이 약하다는 단점 때문에 널리 사용되지 못했다. 그래서, 기계 장비 등 높은 강도가 필요한 분야에는 활용하기가 더 어려웠다. 또 기존 생물 자원을 이용한 플라스틱은 바이오매스를 플라스틱이나 수지에 담가 만드는 방식이라 완전히 분해되지 않는 경우가 많아서 석유 기반 플라스틱의 대안이 되기는 어려웠다.
이런 상황에서 연구팀은 무독성 알코올 용매 기반 기술로 대나무 셀룰로스를 분자 수준까지 완전히 용해한 다음, 셀룰로스 분자들이 스스로 재조립되고 조직화해 단단한 플라스틱 재료로 만들어지는 기술을 개발했다. 셀룰로스를 용해하는 과정에서 화학적 변형을 가해, 나중에 합쳐질 때 튼튼한 분자 네트워크를 형성하도록 하는 것이 핵심이다.
연구팀은 이렇게 만든 대나무 플라스틱을 폴리락트산, 고 충격 폴리스타이렌 등 다양한 종류의 상용 플라스틱과 비교 실험했다. 그 결과, 대나무 플라스틱은 늘어나는 힘에 버티는 인장 강도가 110㎫(메가 파스칼)에 달했고, 재료를 부러뜨리는 데 필요한 힘의 양인 파괴일량은 80kJ/㎥를 기록해 기존 플라스틱과 바이오플라스틱을 모두 뛰어넘는 성능을 보였다. 또, 기계적 안정성, 열 안정성, 성형성 측정에서도 기존 플라스틱과 같거나 더 우수한 결과를 보여 산업 분야에서도 활용할 수 있음을 보였다.
중국 동북임업대 바이오재료과학과, 선양 화학기술대 화학 및 재료 연구소 공동 연구팀은 대나무를 이용해 더 튼튼하고 생분해되는 플라스틱을 생산하는 방법을 개발했다고 10일 밝혔다. 대나무 플라스틱은 높은 강도, 다양한 형태로 만들 수 있는 성형성, 열에 견디는 안정성까지 기존 석유 기반 플라스틱과 유사한 것으로 확인됐다. 게다가, 50일 이내에 토양에서 생분해될 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 이 연구 결과는 기초 과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 10월 8일 자에 실렸다.
생물 자원으로 만든 플라스틱은 기존 석유 기반 플라스틱을 대체할 유망한 대안으로 많은 기대를 받았지만, 바이오 플라스틱은 기계적 특성이 약하다는 단점 때문에 널리 사용되지 못했다. 그래서, 기계 장비 등 높은 강도가 필요한 분야에는 활용하기가 더 어려웠다. 또 기존 생물 자원을 이용한 플라스틱은 바이오매스를 플라스틱이나 수지에 담가 만드는 방식이라 완전히 분해되지 않는 경우가 많아서 석유 기반 플라스틱의 대안이 되기는 어려웠다.
이런 상황에서 연구팀은 무독성 알코올 용매 기반 기술로 대나무 셀룰로스를 분자 수준까지 완전히 용해한 다음, 셀룰로스 분자들이 스스로 재조립되고 조직화해 단단한 플라스틱 재료로 만들어지는 기술을 개발했다. 셀룰로스를 용해하는 과정에서 화학적 변형을 가해, 나중에 합쳐질 때 튼튼한 분자 네트워크를 형성하도록 하는 것이 핵심이다.
연구팀은 이렇게 만든 대나무 플라스틱을 폴리락트산, 고 충격 폴리스타이렌 등 다양한 종류의 상용 플라스틱과 비교 실험했다. 그 결과, 대나무 플라스틱은 늘어나는 힘에 버티는 인장 강도가 110㎫(메가 파스칼)에 달했고, 재료를 부러뜨리는 데 필요한 힘의 양인 파괴일량은 80kJ/㎥를 기록해 기존 플라스틱과 바이오플라스틱을 모두 뛰어넘는 성능을 보였다. 또, 기계적 안정성, 열 안정성, 성형성 측정에서도 기존 플라스틱과 같거나 더 우수한 결과를 보여 산업 분야에서도 활용할 수 있음을 보였다.
연구를 이끈 하이펭 유 동북임업대 교수는 “이번에 개발된 대나무 플라스틱은 50일 이내에 토양에서 분해될 수 있으며, 재활용해 새 제품을 만드는 것도 가능하고 원래 강도의 90%를 유지한다는 점이 특징이다”며 “이번 기술은 고성능이면서도 지속 가능한 친환경 재료로 기존 플라스틱을 대체할 잠재력이 있다는 점”이라고 말했다. /유용하 과학전문기자
 ▲기존 석유 기반 플라스틱과 특성은 똑같으면서도 땅에서 50일 이내에 분해되는 대나무 기반 생분해 플라스틱 개발에 성공했다.(AI생성이미지) |