KAIST는 건설및환경공학과 명재욱 교수와 생명과학과 양한슬 교수가 연세대 서종철 교수와 공동연구로 해양 생분해성 종이코팅제를 개발했다고 17일 밝혔다.
해양 생분해성, 생체 적합성, 고차단성, 고강도를 갖는 붕산 가교 폴리비닐알코올 코팅지 모식도가 실린 국제학술지 녹색화학 저널 뒷면 표지 그림. KAIST 친환경포장제인 종이는 물에 젖고, 강도가 약해 사용에 제한이 따른다.
이를 극복하기 위해 종이에 폴리에틸렌과 에틸렌비닐알코올로 코팅한 포장재가 개발됐지만, 이들 성분이 자연분해되지 않아 되려 환경을 오염시키게 된다.
이에 대응해 개발된 다수의 바이오기반 물질이나 생분해성 플라스틱도 패키징 성능이 향상될수록 생분해도가 급격하게 떨어져 실효성이 낮아지는 문제가 반복되고 있다.
이에 연세대 연구팀은 생분해성 플라스틱 폴리비닐알코올과 붕산으로 고물성 필름을 제작, 이를 종이에 코팅해 생분해성·생체적합성·고차단성·고강도를 갖는 패키징 소재를 구현했다.
붕산 가교 폴리비닐알코올 코팅종이가 해양환경에서 분해되는 모습. 코팅종이는 파도와 조수, 생물학적 작용으로 단위체까지 분해돼 탄소성분은 궁극적으로 해양 미생물에 의해 광물화된다. KAIST 연세대가 개발한 코팅종이는 산소나 수증기에 대한 우수한 차단성과 함께 물리적 강성을 확보했고, 특히 다습 환경에서 높은 인장강도를 유지해 종이의 단점을 극복했다.
KAIST 연구팀은 이 코팅종이의 지속가능성을 평가하기 위해 생분해도와 생체적합성을 검증하기 위해 실험실에 해양환경을 모방해 생분해도를 측정했다.
연구팀은 물질 탄소성분이 이산화탄소로 광물화되는 정도를 111일 동안 분석한 결과 코팅 성분에 따라 59~82% 생분해됨을 확인했다.
또 전자현미경으로 해양미생물이 코팅 소재를 분해하는 현상을 포착하고 코팅 소재의 낮은 신경독성을 확인, 쥐 생체반응 실험으로 높은 생체적합성을 검증했다.
(a)일반 종이 및 붕산 가교 폴리비닐알코올 코팅지, (b)코팅 종이의 해양 미생물에 의한 생분해, (c)인간 배아신장세포 및 쥐 배아섬유아세포를 활용한 신경독성 실험결과, (d)쥐 생체 반응실험 후 주요조직 관찰을 통한 생체 적합성 검증. KAIST 명 교수는 “붕산 가교 폴리비닐알코올 코팅지는 인위적 퇴비화 조건이나 하수처리시설이 아닌 자연환경에서도 생분해되는 저독성 물질로, 환경오염을 심화시키지 않아 잠재적으로 플라스틱 포장재의 지속가능한 대체재가 될 것”이라고 설명했다.
