크라프트 리그닌의 아세틸화를 통한 리그노플라스틱의 상용성 증가

박상우1*, 최준호2, 김종화2, 조성민2, 김종찬1, 이상윤1, 조영민1, 최인규1,3†

(1서울대학교 농림생물자원학부, 2서울대학교 산림과학부, 3서울대학교 농업생명과학연구원)

Increased compatibility of lignoplastics via acetylation of kraft lignin

Sang-Woo Park1*, June-Ho Choi2, Jong-Hwa Kim2, Seong-Min Cho2, Jong-Chan Kim1, Sang-Youn Lee1, Young-Min Cho1, In-Gyu Choi1,3†

(1Department of Agriculture, Forestry, and Bioresources, Seoul National University, 2Department of Forest Sciences, Seoul National University, 3Research Institute of Agriculture and Life Sciences, Seoul National University)

요약: 최근 분해되지 않는 미세플라스틱으로 인한 환경오염이 심각하게 대두되고 있으며, 이를 대체하기 위한 방안으로 자연 분해되는 생분해성 플라스틱이 각광 받고 있다. 생분해성 플라스틱 중 polylactic acid(PLA)는 강도가 우수한 장점이 있지만 열안정성이 낮으며 취성이다. 이러한 단점을 극복하기 위해 Polyhydroxyalkanoates(PHAs)를 첨가하여 취성을 완화하고 리그닌을 첨가하여 열 안정성을 보완할 수 있다. 하지만 리그닌 혼합 플라스틱은 열악한 상용성으로 인해 기계적 강도가 감소하는 단점이 있다. 이러한 단점을 개선하기 위해 리그닌의 화학적 개질을 통한 상용성 증대 방안 탐색이 필요하다.

본 연구에서는 아세틸화를 도입하여 크라프트 리그닌의 표면특성을 개질하고자 하였다. 개질 유무에 따른 PLA 기반 리그노플라스틱의 인장강도를 비교함으로써 리그노플라스틱의 상용성을 평가하고자 하였으며 열적 특성 평가를 통해 리그닌의 내열성 증대 효과를 확인하였다. 그 결과, 개질 전 리그닌의 함량이 높을수록 리그노플라스틱의 유리전이온도와 최대분해온도가 증가하여 내열성이 향상된 것으로 나타났으며, 인장강도는 감소하는 경향을 나타냈다. 반면 개질된 리그닌은 상용성의 증대로 리그노플라스틱의 인장강도가 개선될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract: Recently, environmental pollution caused by the microplastic waste has emerged an urgent problem, and biodegradable plastics that can be decomposed naturally are suggested as substitutes of petroleum-based plastics. Among biodegradable plastics, polylactic acid (PLA) has the advantage of excellent strength, but has disadvantages of low thermal stability and high brittleness. To overcome low thermal property and brittleness of the polyhydroxyalkanoates (PHAs) lignin can be added to compensate for thermal stability. However, lignoplastics, lignin blended plastics have the disadvantage of decreasing mechanical strength due to poor compatibility. In order to improve these shortcomings, it is necessary to investigate ways to increase compatibility through the chemical modification of lignin.

In this study, acetylation was introduced to modify the surface properties of kraft lignin. To evaluate the compatibility of lignoplastics by comparing the tensile strength of PLA-based lignoplastics blended kraft lignin with or without modification, and the effect of increasing the heat resistance of lignin was confirmed through thermal property evaluation. As a result, the higher content of unmodified kraft lignin, the higher the glass transition temperature and maximum decomposition temperature of the lignoplastic, implying of improved heat resistance, and decreased tensile strength. However, modified kraft lignin is thought to be able to improve the tensile strength of lignoplastics by increasing compatibility.