임목 부산물의 반탄화가 폴리락트산 복합체의 기계적 강도와 생분해성에 미치는 영향

최준호1, 성효린1, 정찬덕1, 김종화1, 이재원2, 김호용1†

(1한국화학연구원 바이오화학연구센터,

2전남대학교 임산공학과)

요약: 생분해성 플라스틱, 특히 폴리락트산(PLA)은 광범위하게 활용되고 있지만, 특정 환경 조건에서만 분해되고 원료의 가격 변동성 및 공급 불안정성으로 인해 경제성에 제한이 있다는 단점이 있다. 이러한 문제점들은 바이오매스를 활용하여 복합체를 형성함으로써 개선될 수 있다. 산림경영 활동 중 발생하는 임목 부산물은 탄소중립 논란에서 자유롭고, 안정적인 공급 시스템을 구축할 경우 가격 경쟁력을 확보할 수 있다. 그러나 바이오매스와 PLA 사이의 표면 특성 차이로 인해 계면 호환성이 낮아져 복합체 형성 시 강도가 저하될 수 있다.

본 연구에서는 임목 부산물(FR)의 반탄화 공정을 통해 PLA/바이오매스 복합체의 물성을 개선하고 생분해성을 향상시키는 방안을 탐구하였다. 반탄화 과정은 헤미셀룰로오스를 선택적으로 제거하고 바이오매스의 표면 특성을 개선하여 계면 호환성을 증대시킬 수 있다. FR을 반탄화 처리한 결과, 표면 특성이 개선되어 PLA와의 결합이 강화되고, 결정성이 24.9%에서 42.5%로 증가하였으며, 복합체의 기계적 강도가 향상되었다. 인장 강도는 58.7 MPa에서 62.3 MPa로 증가하였으며, 물 접촉각은 순수 PLA의 76.4°에서 76.1°로 증가하여 소수성이 강화되었다. 또한, 반탄화 처리된 FR의 첨가는 복합체의 생분해율을 90일 후에 94.9%까지 향상시켜 순수 PLA(88%) 대비 8% 이상 증가시켰다. 상기 결과는 반탄화 바이오매스 충전재가 바이오매스/플라스틱 복합체의 물리적 성질과 생분해성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 강조하며, 플라스틱 오염을 줄이는 지속 가능한 접근 방법을 제시한다.

사사: 본 연구는 산림청의 ‘산림과학기술 연구개발사업(RS-2024-00403384)’ 및 한국화학연구원의 ‘정밀·바이오 화학 실용화 사업(SS2042-10)’의 지원을 받아 수행되었다.