한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 명재욱 건설 및 환경공학과 교수, 양한슬 생명과학과 교수팀이 서종철 연세대 패키징및물류학과 교수팀과 지속가능한 해양 생분해성 고성능 종이 코팅제를 개발했다고 17일 밝혔다.
종이 포장은 친환경 포장재로 인정받지만 수분 저항성, 산소 차단성, 강도 등에서 매우 제한적이다. 낮은 차단성을 향상하기 위해 폴리에틸렌(PE), 에틸렌비닐알코올(EVOH) 등이 코팅제로 활용되지만, 이런 물질들은 분해되지 않아 플라스틱 오염을 심화시킨다.
이에 바이오 기반 물질, 생분해성 플라스틱 등을 활용한 패키징 소재들이 개발돼 왔으나 패키징 성능이 향상될수록 생분해도가 급격하게 떨어졌다.
연세대 연구팀은 생분해성 플라스틱인 폴리비닐알코올에 붕산을 이용해 고물성 필름을 제작했으며, 이를 종이에 코팅해 생분해성, 생체 적합성, 고차단성, 고강도를 갖는 패키징 소재 구현에 성공했다. 개발 코팅 종이는 산소나 수증기에 우수한 차단성을 보이며 물리적 강도도 높다. 다습한 환경에서도 높은 인장강도를 유지해 종이의 단점을 극복했다.
KAIST 연구팀은 개발 코팅 종이 지속가능성을 평가하기 위해 생분해도와 생체적합성을 심층 검증했다. 생분해가 일어나기 가장 어려운 해양환경을 모방해 코팅지 생분해도를 측정했다.
물질의 탄소 성분이 이산화탄소로 광물화되는 정도를 111일 동안 분석한 결과 코팅 성분에 따라 59~82% 생분해됨을 밝혀냈다.
전자현미경으로 해양 미생물이 코팅 소재를 분해하는 현상을 포착했고, 코팅 소재의 낮은 신경독성을 확인했다. 쥐 생체 반응 실험으로 코팅 종이의 생체적합성도 검증했다.
명재욱 교수는 “기존 종이 패키징 한계를 극복하기 위해 지속가능성을 유지하면서도 패키징 성능을 향상시킬 수 있는 코팅 전략을 제시했다”며 “붕산 가교 폴리비닐알코올 코팅지는 의도치 않게 버려지더라도 환경오염을 심화시키지 않아 잠재적으로 플라스틱 포장재의 지속가능한 대체재가 될 수 있다”고 밝혔다.
또 “해양 생분해성 고성능 종이 코팅제 개발은 각 분야에서 선도적인 세 연구팀의 혁신 기술이 결합된 결과물”이라고 강조했다.
서종철 교수는 “본 연구를 통해 난분해성 플라스틱 포장의 대체가 가능한 친환경 종이포장 기술을 개발했으며 소재 디자인, 응용, 폐기 등 기초부터 응용 전과정의 체계적인 연구 결과를 기반으로 산업적 응용이 될 것으로 기대한다”고 전했다.
이번 연구는 한국연구재단과 농림식품기술기획평가원 등 지원으로 수행됐으며 그린 케미스트리, 푸드 케미스트리에 각각 4월 17일, 2월 19일 온라인 출판됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
