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최근 플라스틱 사용량 증가에 따른 플라스틱 폐기물 처리가 심각한 사회적 문제로 대두되고 있다. 플라스틱은 모든 산업 분야에서 중요핵심 소재로 자리 잡았다. 플라스틱 폐기물 처리의 대안으로 사용 후 폐기 시 가수분해 및 미생물의 대사과정을 거쳐 물과 이산화탄소로 완전분해 되는 생분해성 플라스틱과 석유계 플라스틱 대체소재로 유기성 식물자원 기반 원재료로 제조한 탄소 저감, 친환경 ...

최근 플라스틱 사용량 증가에 따른 플라스틱 폐기물 처리가 심각한 사회적 문제로 대두되고 있다. 플라스틱은 모든 산업 분야에서 중요핵심 소재로 자리 잡았다. 플라스틱 폐기물 처리의 대안으로 사용 후 폐기 시 가수분해 및 미생물의 대사과정을 거쳐 물과 이산화탄소로 완전분해 되는 생분해성 플라스틱과 석유계 플라스틱 대체소재로 유기성 식물자원 기반 원재료로 제조한 탄소 저감, 친환경 바이오 플라스틱 소재개발이 활성화되고 있으며 그 사용범위도 산업계 전체로 확산 적용되고 있다. 본 연구는 기존 생분해 Polybutylene Adipate terephthalate(PBAT) 수지 물성 개질을 폴리에틸렌 수지를 이용하여 진행하였다. 기존 상용화되어 사용 중인 개질 Polybutylene dipate terephthalate(PBAT)는 Maleic anhydride(MA)를 상용화제로 이용하여 PBAT와 Poly(lactic acid) (PLA)를 상용 복합화하여 사용하고 있다. MA를 이용하여 개질한 PBAT의 문제는 필름 압출 작업 시 두께에 따라 버블(bubble) 형성 안정성 결여로 Transverse Direction(TD) 방향의 기계적 물성이 떨어진다.
본 연구는 기존 개질 상용화제로 사용한 Maleic anhydride를 유기 과산화물(Peroxide)Di-(2-tert-butyl-peroxyisopropyl)-benzene(BIBP)로 대체하고 Poly(lactic acid) PLA 대체물질로 폴리에틸렌을 이용해 개질한 PBAT 필름에 관한 연구이다. 본 연구 목적은 기존 개질 PBAT의 조기 생분해, 유통 안정성 결여, Transverse Direction(TD) 방향의 기계적 물성이 보완된 압출 생산 안정성, 분해시간 제어(촉진, 지연) 및 유통 안전성, 탄소 저감 바이오매스 복합화의 친환경성 및 소재 대체 효과가 우수한 생분해 바이오 플라스틱 복합화 수지의 상용화 물성 개질에 관한 연구이다.
개질 물성은 유기 과산화물 상용화제를 이용해 PBAT와 폴리에틸렌의 혼합수지 상용분산 극대화를 통해 소재 및 필름의 제조공정 안정성 확보에 목적을
두고 진행하였다. 폴리에틸렌과 상용 개질한 PBAT는 사용 후 폐기 시 가수분해로 완전 생분해가 진행되지만 개질 상용화 소재로 사용한 폴리에틸렌은 생분해되지 않는다. 폴리에틸렌의 분해는 고분자 산화 촉진제를 첨가하면 첨가량에 따라 분해 기간을 제어할 수 있다.
PBAT와 폴리에틸렌 복합물은 석유계 플라스틱 수지로서 탄소 저감의 환경정책에 맞추어 비식용 유기 광합성 식물계 천연고분자로 대체하여 분해시간 제어 복합생분해 물질의 기초 메커니즘을 구현하였다. 플라스틱 대체물질로 사용한 바이오매스 왕겨는 셀롤로스(cellulose) 대비 팹틴(peptin), 리그닌(lignin) 함량이 적어 내열성 우수하다.
왕겨는 ACM(air classifying mill)을 사용하여 미세 분체 입경 제어 후 표면 개질 및 산 처리하여 고분자 플라스틱과 상용성을 높여 물리 화학적 물성이 향상된 생분해 바이오 플라스틱 소재 복합화의 기반 원천기술을 확보하였다.
왕겨(바이오매스 분말)는 플라스틱 대체소재, 자원의 순환 및 생분해 시 미생물 유도목적으로 복합화하였다. 본 연구에 사용한 바이오매스 왕겨 미세분말(5㎛)은 혼합성 및 상용 분산력을 높이기 위하여 왕겨의 주요물질 셀롤로스(cellulose) 말단 수산기(-OH)를 양친매성(amphiphilic) 물질로 개질하였다. 양친매성 물질은 실란(Silane)과 지방산(Epoxidized soybean oil)을 혼합한 혼합물을 다공성 규조토 분말(입경 2~5㎛)에 담체 후 바이오매스 분체 시 혼합 분체하여 표면 개질하였다.
생분해 수지 PBAT와 폴리에틸렌은 분자구조가 다른 비정질과 정질로 단순 용융 컴파운드 압출로 상용 복합화가 불가능하다. PBAT와 폴리에틸렌의 상용 복합화는 고분자 물성 개질 상용화제로 사용되는 유기 과산화물(Peroxide) BIBP를 첨가하여 PBAT와 폴리에틸렌 수지의 혼합성을 높였고 물리·화학적 내구성을 보완하였다.
본 연구는 바이오매스 천연고분자를 포함한 바이오 플라스틱에 분해 기능을 가지는 새로운 플라스틱의 상용화를 제시하였다.
플라스틱 산화 촉진제의 사용량에 따라 물성 및 분자량 변화를 측정하여 분해시간 제어의 최적화를 고찰하였고 플라스틱 고분자 일부는 생분해성 고분자인 PBAT를 베이스 수지로 상용 복합화하여 가수분해-생분해를 유도하였다. 바이오매스(천연물) 왕겨의 전처리 공정연구는 무기물혼합 분체법, 천연물 미세분말의 표면 개질 및 산 처리를 통하여 천연물 복합화 함량을 증가시켰다.

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