‘대나무 셀룰로스 섬유 가공기술’ 개발

중국 동북임업대의 위 하이펑(Haipeng Yu) 교수와 선양화공대 자오 다웨이(Dawei Zhao) 교수 연구진은 “대나무로 강도 높은 생분해성 플라스틱을 생산하는 가공기술을 개발했다.

논문에 따르면 대나무로 만든 바이오 플라스틱은 강도나 성형성, 열 안정성 면에서 석유 기반 플라스틱과 유사하지만 50일 안에 토양에서 생분해되어 지속가능한 플라스틱 대체재 개발에 새로운 길을 제시했다. 또 강도의 90%를 유지한 채 완전히 재활용이 가능하다.

천연 재료로 만든 바이오 플라스틱이 인기를 얻고 있는 가운데 매년 생산되는 4억 톤 이상의 플라스틱 중 천연재료로 만든 양은 0.5%에 불과하다. 이는 석유 기반 플라스틱 대비 기계적 강도가 떨어지고 일반적인 제조공정에서 쉽게 적용하기 어렵기 때문이다.

이에 중국 연구진은 대나무 섬유질인 셀룰로스로 플라스틱을 생산하는 방법을 개발했다. 연구진은 먼저 염화아연(ZnCl2)과 간단한 산을 첨가해 대나무를 처리했다, 이 과정은 대나무 섬유질의 강한 화학 결합을 분해해 더 작은 셀룰로스 분자로 만든다. 대나무를 처리한 용액에 에탄올을 첨가하자 셀룰로스 분자들이 재배열되면서 강한 고체 플라스틱으로 변했다.

실험 결과, 대나무 플라스틱은 기존 석유 기반 플라스틱과 식물성 바이오 플라스틱을 능가하는 기계적 강도를 보였다. 대나무 플라스틱은 기계·열적 안정성과 성형성 시험에서도 기존 플라스틱과 동등하거나 우수한 성능을 보이며, 산업용 대체재로서의 가능성을 입증했다.

영국 버밍엄대 화학과의 앤드루 도브(Andrew Dove) 교수는 “대나무 플라스틱의 강도는 자동차나 가전제품, 건설에 사용되는 일반적인 플라스틱과 비교할 수 있을 정도로 강하다”고 말했다. 

자오 교수는 “대나무는 워낙 빨리 자라 오랫동안 목재로 많이 활용됐지만, 현재 응용 분야는 여전히 주로 전통적인 대나무 생활용품에 국한돼 있다”며 “이번에 대나무가 지속 가능한 플라스틱 대체재가 될 수 있는 잠재력을 보였다”고 말했다.

다만 대나무 플라스틱의 강도가 높다는 점은 활용 범위가 좁다는 의미이기도 하다. 폐플라스틱의 70%는 포장재다. 도브 교수는 “포장재로 많이 쓰는 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌을 위협할 만한 소재는 아니다”고 말했다.

관련 논문(High-strength, multi-mode processable bamboo molecular bioplastic enabled by solvent-shaping regulation)은 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션’에 게재됐다.

김성준 기자 tinnews@tinnews.co.kr

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