화공생명공학과 박제영 교수 공동연구팀,

‘생분해성 종이 맥주병’으로 적용 가능한 친환경 식품포장소재 개발

화공생명공학과 박제영 교수 연구팀은 충남대 구준모 교수, 인하대 오동엽 교수 연구팀과 공동연구를 통하여 가스차단성이 우수하여 맥주병으로 적용이 가능한 친환경 생분해성 종이 복합소재를 개발하였다.

플라스틱으로 이루어진 식품 포장재들은 식품 내용물을 보존하고, 소비자들의 까다로운 요구를 만족시키기 위해서 과대 포장되는 경향이 높다. 특히, 종이팩의 경우는 음료에 의해 종이가 눅눅해지는 문제와 내용물의 산패를 막기 위해 내부가 알루미늄으로 증착 코팅되어 있고, 맥주 페트병의 경우 내부 이산화탄소의 김빠짐을 막기 위하여 나일론 필름이 다층 구조로 형성되어 있다. 이와 같은 복합적 코팅은 포장용 플라스틱 종류 간의 분리를 어렵게 하여 재활용을 원천적으로 불가능하게 만든다. 따라서 지속가능한 사회를 위한 미래 포장소재는 재활용이 용이한 단일 물질로 제조되거나, 복합화 되더라도 모든 소재가 자연분해가 가능하도록 개발되어야 할 필요성이 제기되어 왔다.

연구팀에서는 기존의 비분해성 플라스틱 다층 포장재 및 알루미늄 증착에 의한 재활용이 불가능한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 접근법의 생분해성 종이/플라스틱 복합소재를 개발하여 음료병으로의 적용 가능성을 확인하였다. 핵심기술은 머서화(mercerization) 과정을 거쳐 내부 셀룰로오스 구조를 느슨하게 풀어준 종이 소재에 사슬 길이가 짧은 생분해성 고분자로 먼저 코팅을 진행한 후 생분해성 플라스틱으로 종이를 샌드위치처럼 감싸는 방식으로 코팅하는 것이다.

 ▲기존 식품포장재용 플라스틱의 단점 및 생분해성 가스차단 소재의 개발 필요성

이러한 신개념의 복합재료는 촘촘한 내부구조를 가지기 때문에 높은 가스 및 수분 차폐 기능을 제공하여 탄산음료나 맥주의 김빠짐을 막을 수 있고, 소비자가 사용 시에 음료병에 가할 수 있는 반복적인 굽힘 자극에 저항하는 유연하면서도 튼튼한 코팅층을 갖추어 손상을 최소화하는 것을 확인하였다.

개발한 소재의 구성성분은 모두 생분해성을 가지는 재료이기 때문에 18주간의 퇴비화 실험에서 약 70% 분해되는 것으로 확인되어, 무분별한 플라스틱 포장재의 자연환경 누출에 대해서도 생태계 교란 문제를 일으키지 않고 자연스럽게 자연의 탄소 순환시스템으로 흡수된다.

  ▲(상단)“생분해성 종이 맥주병”으로 적용가능한 복합소재의 제조 과정, (하단)가스차단 및 생분해 특성

박제영 교수는 “이번에 개발된 생분해성 종이 복합 소재는 시중의 페트병 및 우유팩보다 월등히 향상된 가스 및 수분차단성을 나타내어 차세대 친환경 포장소재로 상업화 관점에서 여러 연구를 진행하고자 한다” 고 밝혔다.

본 연구결과는 한국연구재단 “나노 및 소재 기술개발사업”의 지원을 받아 수행되어 화학공학분야의 국제 저명 학술지인 Chemical Engineering Journal (Impact Factor: 15.1, JCR: 상위 3.2%)에 ‘Compostable plastic/paper composites with high gas/moisture barriers for sustainable beverage bottles’ 제목으로 게재되었다 (1저자: 울산과학기술원 오지원 석사과정).