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화학연, 친환경 바이오 폴리카보네이트 개발
환경호르몬 유발 ‘석유 폴리카보네이트’ 대체
2019년 10월 15일 오후 16:49
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[아이뉴스24 최상국 기자] 국내 연구진이 환경호르몬 유발 물질인 비스페놀A(BPA)가 포함된 폴리카보네이트를 대체할 수 있는 친환경 바이오 폴리카보네이트를 개발하는 데 성공했다.

15일 한국화학연구원은 울산 바이오화학연구센터 박제영·오동엽·황성연 박사 연구팀이 글루코스(포도당)에서 유래한 식물성 친환경 화합물인 아이소소바이드와 나노셀룰로오스를 이용해 투명도와 강도가 뛰어난 바이오 폴리카보네이트를 개발했다고 발표했다.

한국화학연구원이 개발한 바이오 폴리카보네이트의 대면적 필름 [한국화학연구원 제공]


바이오 폴리카보네이트는 인체에 유해한 BPA가 포함된 폴리카보네이트의 대안으로 주목받고 있지만 식물에서 추출한 원료로 만들다보니 시장성과 기능적 특성(투명성·고강도·내충격성)을 모두 만족하기 어려웠다.

석유 폴리카보네이트의 세계 연간 생산량은 약500만톤 규모이지만 현재 유일하게 바이오 폴리카보네이트 상용화에 성공한 일본 미쓰비시케미컬의 연간 생산능력은 2만톤 수준으로 아직 시장 초기 단계이다.

한국화학연구원 연구진은 아이소소바이드에 보강재 역할을 하는 나노셀룰로오스를 섞어, 석유 폴리카보네이트보다 뛰어난 제품을 만드는 데 성공했다. 콘크리트의 철근처럼 보강재 역할을 하는 나노셀룰로오스의 분산도를 극대화하는 방법을 개발해 투명도와 강도 등 특성을 크게 개선했다.

연구팀은 이번에 개발한 바이오 폴리카보네이트의 인장강도가 현존하는 석유 및 바이오 폴리카보네이트를 통틀어 가장 높은 수치인 93MPa(메가파스칼)을 기록했다고 밝혔다. 석유 폴리카보네이트의 인장강도는 55~75MPa이며, 일본 미쓰비시케미컬 바이오 폴리카보네이트의 인장강도는 64~79MPa이다.

또한 플라스틱의 투명도를 나타내는 투과율도 93%(90마이크론 두께, 500나노미터 파장 투과도 기준)를 기록했다. 상업용 석유 폴리카보네이트 제품의 평균적인 투과율은 90%수준이며, 기존 바이오폴리카보네이트의 투과율은 87%다.

특히, 장기간 자외선에 노출되더라도 변색될 우려가 없으며 쥐 모델을 이용한 염증실험에서 독성이 낮은 것으로 확인돼, 의료용 소재로도 적용될 수 있다. 연구팀은 쥐 진피세포에 고분자를 넣어 염증 유무를 실험한 결과, 독성 0~5 수치 중 1을 기록했다고 밝혔다.

투명도와 강도 등 특성이 우수한 바이오 폴리카보네이트는 자동차 선루프 및 헤드램프, 고속도로 투명 방음시설, 스마트폰과 같은 전자기기 외장재 등 산업용 소재로 사용될 수 있어 기존 폴리카보네이트를 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

연구진은 특히 “환경호르몬 우려가 없고 독성도 낮게 나타나 장난감, 젖병, 유모차 소재뿐만 아니라 임플란트와 인공뼈 소재로도 개발할 수 있다”고 설명했다.

황성연 한국화학연구원 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.

이번 연구는 산업통상자원부 바이오화학소재 공인인증센터 구축사업과 한국화학연구원 주요사업으로 수행됐다. 연구결과는 그 우수성을 인정받아 영국왕립화학회가 발간하는 ‘그린케미스트리'의 10월호 표지논문과 2019년 주목할 논문에 동시에 선정됐다.

◇논문명 : Preparation of synergistically reinforced transparent bio-polycarbonate nanocomposites with highly dispersed cellulose nanocrystals(고도로 분산된 셀룰로오스 나노결정을 이용하여 시너지화된 강화 투명 바이오 폴리카보네이트 나노복합체의 제조)

한국화학연구원의 바이오 폴리카보네이트 개발 논문이 영국왕립화학회 그린케미스트리 2019년 주목할 논문(Hot Article)에 선정됐다. [한국화학연구원 제공]


/최상국 기자 skchoi@inews24.com

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