쇼핑 및 쓰레기 봉투에서 흔히 볼 수 있는 유연한 일회용 플라스틱 필름은 주로 석유 유래 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)으로 제조됩니다. 이러한 필름은 상당한 탄소 발자국을 가지고 있으며 환경 오염에 기여합니다. 프라운호퍼 응용 폴리머 연구소(Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research)의 IAP 연구팀은 폴리락타이드(PLA) 바이오 플라스틱을 기반으로 유연하고 재활용 가능한 플라스틱 필름 소재를 개발하여 상용화를 위한 기반을 마련했습니다. 이러한 공로를 인정받아 2024년 요제프 폰 프라운호퍼 상(Joseph von Fraunhofer Prize)을 수상하게 됩니다.
재활용과 탈화석화는 지속 가능한 플라스틱을 위해 필수적입니다. 이상적으로, 플라스틱은 사용 후 기본 구성 요소로 분해된 다음 동일한 특성을 가진 새로운 플라스틱을 만드는 데 사용됩니다. 그러나 일부 재료는 생산, 사용 및 재사용의 주기에서 손실됩니다. ” 순환 경제를 더욱 촉진하려면 비화석 원료를 사용하여 이러한 손실을 상쇄해야 합니다. 동일한 특성을 가진 화석 플라스틱에 대한 바이오 기반 등가물은 일반적으로 사용할 수 없기 때문에 이는 문제를 제기합니다”라고 포츠담 과학 공원에 있는 Fraunhofer IAP의 폴리머 합성 부서 책임자인 Antje Lieske 박사는 설명합니다. ” Lieske는 다양한 첨가제가 이러한 특성을 향상시킬 수 있지만 재활용 공정을 방해하고 높은 비용을 발생시키며 환경 위험을 초래할 수 있으며 중요한 것은 바이오 기반 공급원에서 파생되지 않았다는 점을 지적합니다.
바이오폴리에스터인 폴리락타이드(PLA)는 바이오 기반, 생분해성, 재활용이 용이하며 바이오 플라스틱 중에서 상당한 시장 잠재력을 자랑합니다. 강성이 높아 일회용 컵과 같은 단단한 포장에는 이상적이지만 플라스틱 폐기물의 주요 원인인 쇼핑백과 같은 유연한 일회용 포장에는 적합하지 않습니다. Antje Lieske 박사는 Fraunhofer IAP의 André Gomoll 및 Benjamín Rodríguez 박사와 함께 이 문제를 해결했습니다.
“우리는 폴리에테르로 알려진 가소제를 폴리머 사슬에 직접 통합하여 장기적으로 재료의 유연성을 향상시켰습니다”라고 Benjamín Rodríguez 박사는 설명합니다. ” 폴리에테르는 상업적으로 이용 가능하고 무독성이며 바이오 유래 원료로 제조할 수 있습니다. 이전에는 가소제가 별도의 첨가제로 PLA에 첨가되었지만 시간이 지남에 따라 이러한 분자가 이동하여 PLA가 다시 뻣뻣하고 단단해집니다. 이를 방지하기 위해 폴리에테르를 폴리머에 고정했습니다. 우리는 폴리에테르 사슬 세그먼트가 양쪽 끝에서 PLA 사슬 세그먼트에 공유 결합되어 있는 PLA 기반 블록 공중합체를 합성했습니다.”
그 결과 LDPE와 달리 이동하는 가소제가 없고 최소 80%의 바이오 기반 함량으로 구성된 혁신적이고 유연한 PLA 소재가 탄생했습니다. “장기적으로는 이 비율을 거의 100%까지 늘릴 수 있습니다”라고 Gomoll은 설명합니다. “또한 당사의 재료는 간단한 합성 공정을 통해 상업적으로 이용 가능한 원료로 비용 효율적으로 생산할 수 있습니다. 이 공정은 대규모 합성 플랜트 없이 지속적인 운영으로 중견 기업에서 현지에서 수행할 수 있습니다. 이전에는 PLA를 대규모 공장에서만 수익성 있게 생산할 수 있었고 소규모 회사는 제조에서 제외되었습니다. 또한, 새로운 PLA 소재는 LDPE와 유사한 기존 장비를 사용하여 플라스틱 필름으로 가공할 수 있으며 LDPE보다 훨씬 적은 에너지 입력으로 화학적으로 재활용할 수 있습니다”라고 Gomoll은 덧붙입니다.
이러한 독특한 재료 특성으로 인해 Polymer-Group 회사는 제품을 상용화했습니다. 2023년, Polymer-Group의 자회사인 SoBiCo GmbH는 독일 서부 Pferdsfeld에 새로운 PLA 블록 공중합체 생산 공장을 설립했습니다. 이 시설은 현재 Plactid®라는 브랜드 이름으로 연간 2,000톤의 새로운 바이오 플라스틱을 생산하고 있습니다. 장기적으로 생산은 매년 최대 10,000톤의 유연한 PLA 재료로 확장될 것으로 예상됩니다.
이 새로운 종류의 바이오 플라스틱은 플라스틱 포장재의 지속 가능성을 크게 향상시킬 것입니다. 이 혁신적인 소재는 연포장 필름을 넘어 자동차 부문, 섬유 산업 및 적층 제조와 같은 완전히 새로운 응용 분야를 열 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
