바이오플라스틱 살펴보기 - 생분해플라스틱 개념 및 분류

이 포스팅은 다음의 자료를 읽고 간단히 요약 및 내 생각을 첨가해본 것이다. 

직접 아래의 자료를 읽어보는 것이 제일 좋을 듯하고, 이 포스팅은 간단한 메모느낌이다. 

 

유영선, 오유성, 홍승회, 최성욱 <국내외 바이오 플라스틱의 연구개발, 제품화 및 시장 동향> 청정기술, 제21권 제3호, 2015년 9월, pp. 141~152 (doi: 10.7464/ksct.2015.21.3.141 pISSN 1598-9712 eISSN 2288-0690)

 

바이오매스?

구체적으로는 산업작물류에는 옥수수 전분, 옥 수수유, 대두유, 대두가루, 밀전분, 기타 식물유 등이 있고, 수중 바이오매스 자원으로는 조류, 대형 해조류, 그 외 해초 와 해양 미생물 등이 있다. 

 

 

바이오 플라스틱이란?

바이오매스와 같은 생물자원을 이용하여 제조된 바이오 기반 고분자를 말한다.

석유기반 고분자 플라스틱을 대체할 수 있는 친환경 소재다. 

즉, 탄소저감 및 인체무해 고분자를 말한다. 

바이오 플라스틱은 탄소저감에 초점이 맞춰져 있다. 

 

탄소 중립이란?

성장기에 물, 이산화탄소, 태양광을 이용하여 엽록체에서 광합성작용을 통해 이산화탄소를 소비하고, 폐기되어 자연에서 분해될 때 성장기에 흡수한 정도의 이산화탄소만을 발생시켜 지구상의 이산화탄소 총량을 증가 시키지 않는 개념이다.

 

분해성 플라스틱?

생분해성, 산화생분해성, 산화분해성, 광분해성, 붕괴성을 총칭하는 개념이다. 

 

기존 난분해성 플라스틱은 분해에 200~300년 소요된다. 

붕괴성은 자연계에서 분해되는 기간이 50~100년 정도 소요된다. 

둘다 친환경 플라스틱이라고 하기는 조금 어려운 감이 있다. 

 

요약 하면, 바이오 기반 고분자는 탄소중립에 초점이 맞춰진 것이고,

바이오 기반 고분자 중에서도, 바이오매스를 이용한 탄소저감 및 산화생분해 개념을 포함시킨 플라스틱 대체품으로서의 바이오 플라스틱에 주목해보자는 것. 

 

생분해플라스틱 / Biodegradable plastics - natural systems - PLA  

 

바이오매스로부터 전처리, 당화과정을 거쳐 당을 제조하고, 이를 발효과정을 통해 산업상 사용이 용이한 고분자 단량체(monomer)를 생산하고, 이 단량체를 중합하는 방식이다. 

구체적으로는, 전분을 발효시켜 젖산(lactic acid)을 만들고, 그 젖산을 중합하여 제조한다. 

 

생분해플라스틱 / Biodegradable plastics - natural systems - microbial - PHA ? 

 

미생물 생산 고분자(microbial biopolymer)에는 PHA (poly hydroxyalkanoate), PHB (poly-β-hydroxybutyrate), PHV (poly-β-hydrolyvalerate), 이들의 공중합체인 PHB/PHV 등의 poly-alkanoates가 있다.

단점은 생산이 PGA보다 비교적 수월하지 않다. 

 

참고로 DNMR (danimer scientific) 대니머 사이언티픽 社의 주력제품은 pha이다. 

 

생분해플라스틱 / Biodegradable plastics -단량체 중합형 - 예를 들어 PGA 

 

예시: 지방족 폴리에스터, PCL, PGA (poly glycolic acid) 등. 

바이오 매스 유래 단량체 중합형 플라스틱.

이 종류는 기존 플라스틱과 물성이 유사하다고 한다.

석유계 플라스틱과 생산공정이 비슷해서 기존 플라스틱 생산기술을 활용할 수 있어서 상업화 가능성이 높다고 한다. 

 

생분해플라스틱 / Biodegradable plastics - petroleum base - PES,PVA

수개월 내에 생분해되는 폴리에틸렌계 고분자이다. 

 

생분해 플라스틱의 한계점

약한 물성, 내열성 및 내한성... 인장강도, 신장률 등의 물리적 특성이 낮고, 가공성이 취약함. 

너무 짧은 분해기간. 유통기간 중 생분해 방지를 위해서 최종 생분해 기간을 연장해야함. 

가격경쟁력. 기존 플라스틱 대비 지나치게 높은 가격. 

고분자간 상용성 부족에 따른 재활용이 안 되는 문제까지. 

 

Oxo-biodegradable / 산화생분해

요즘 트렌드는 기존 난분해 플라스틱에 바이오매스, 산화생분해제 등 을 첨가하여 가공성, 내충격성 등의 물성을 개량한 제품들이 출시되고 있다고 한다. 생분해 플라스틱의 단점 보완 목적. 

 

산화생분해 플라스틱은 기존 생붕괴성, 생/광분해, 화학분해 등을 포함하는 개념이다. 

완전 분해까지 분해기간을 1~5년으로 단축하기 위해 분해 촉진제를 사용한다. - 산화생분해제, 상용화제, 산화제 등.

최종 생분해 기간 제어가 가능하다고 한다. 

 

*산화생분해 관련 규격기준은 ASTM D 6954

 

Bio-based plastics

바이오매스 20~ 40%와 플라스틱 60~80%를 혼합 사용하는 것. 

생분해 플라스틱의 단점 보완 목적. 

석유계 플라스틱에 비해 여전히 내충격성, 내열성, 성형성 등 물성이 안좋지만

연구가 거듭되면서 기존의 석유계 플라스틱을 빠른 속도로 대체해 나가고 있다.

 

관련기업- 한국 

전분 발포, 생분해, 산 화생분해, 바이오 베이스 플라스틱 원료 및 제품을 제조 판매 하는 (주)바이오소재, 에코젠이란 상품명으로 제품을 출시한 SK케미칼, 이산화탄소 폴리머를 추진하고 있는 SK이노베이션, 탄소저감 및 인체 무해성 자동차 내장품을 개발하는 SH 글로벌, PLA 필름을 생산하는 SKC, 호남석유화학과 케이피 케미칼을 합병한 롯데케미칼, 웅진케미칼을 합병한 도레이케 미칼, 기타 바이오 소재 원료를 사용하여 친환경 완제품을 제조하는 제영산업, 콘프라테크, 포텍, 앤투앤, 에이유, 에코마 스터, 세화피앤씨, 태승테크, 대원포장산업, 일신웰스, 비에스지, 유원컴텍, 뉴랩, 네고팩 등. 

 

관련기업- 외국 

미국의 MRI, 스위스의 시바 스페셜티 케미칼스 홀딩 Inc., 일본 KONICA Corp., 일본 다이셀 화학공업, 캐나다 EPI, 영 국 Wells, 미국 EPI-Global, 영국 Symphony, 스웨덴 ADD-X Biotech, 싱가폴 Winrigo 등 

 

관련기업과 제품사례들 - 식품관련 포장재 분야

 

생각보다 굉장히 많은 기업들의 사례가 있다. 우리나라 기업들도 엄청 많다.

‘네네치킨’  포장박스, LG하우시스의 지아마루(PLA) 등도 뭔가 이름을 들어본 기업이여서 반가운 느낌이었다. 

 

세부사례들 읽어보면 더 좋을듯.

말했다시피 이 자료에서 직접 읽으실 수 있다. 

 

출처: 유영선, 오유성, 홍승회, 최성욱 <국내외 바이오 플라스틱의 연구개발, 제품화 및 시장 동향> 청정기술, 제21권 제3호, 2015년 9월, pp. 141~152 (doi: 10.7464/ksct.2015.21.3.141 pISSN 1598-9712 eISSN 2288-0690)