[더테크=전수연 기자] KAIST가 기존 종이 패키징의 한계를 극복하기 위해 자연환경에서 생분해되는 종이 코팅제를 개발했다.

KAIST는 명재욱 건설및환경공학과 교수, 양한슬 생명과학과 교수와 서종철 연세대학교 패키징및물류학과 교수 공동 연구팀이 지속 가능한 해양 생분해성 고성능 종이 코팅제를 개발했다고 17일 밝혔다.

KAIST는 플라스틱으로 인한 자연환경 오염이 반드시 해결해야 할 글로벌 난제로 꼽힌다고 분석했다. 패키징 소재(포장재)는 전체 플라스틱 소비의 3~50%를 차지해 대체재로서의 생분해성 패키징 소재가 주목받고 있는 상황이다.

척박한 생분해 조건인 해양 속에서 미세 플라스틱(5mm 이하의 작은 플라스틱 조각으로 플라스틱의 분해 과정에서 생성되며 바닷속과 해수면을 수십 년 이상 떠다녀 해양환경 오염을 일으키고 있음)을 남기지 않으면서 높은 성능을 갖춘 생분해성 패키징 소재의 필요성 역시 높아지고 있다.

일상에서 흔히 사용되는 종이 포장은 친환경 포장재로 인정받지만 수분 저항성, 산소 차단성, 강도 등에서 매우 제한된 면이 있다. 종이 포장재의 낮은 차단성을 향상하기 위해 폴리에틸렌(PE), 에틸렌비닐알코올(EVOH) 등이 코팅제로 활용되지만 이런 물질들은 분해되지 않아 자연환경에 버려지면 플라스틱 오염을 심화시킨다.

이러한 문제에 대응해 다수의 바이오 기반 물질, 생분해성 플라스틱(난분해성 플라스틱의 대체재로 토양, 해양 등 자연 환경 또는 산업 퇴비화, 혐기소화 등 인공 조건에서 미생물에 의해 분해되는 고분자 화합물) 등을 활용한 패키징 소재들이 개발돼왔으나 패키징 성능이 향상될수록 생분해도가 급격하게 떨어지는 문제에 직면해왔다.

연세대 연구팀은 생분해성 플라스틱인 폴리비닐알코올에 붕산을 이용해 고물성 필름을 제작했으며 이를 종이에 코팅해 생분해성, 생체 적합성, 고차단성, 고강도를 갖는 패키징 소재를 구현했다.

개발된 코팅 종이는 산소, 수증기에 우수한 차단성을 보이며 물리적 강도를 띄었다. 특히 다습한 환경에서도 높은 인장강도를 유지해 종이의 단점을 극복했다.

이와 함께 KAIST 연구팀은 개발한 코팅 종이의 지속 가능성을 평가하기 위해 생분해도와 생체적합성을 심층 검증했다. 실험실에서 생분해가 일어나기 가장 어려운 환경인 해양환경을 모방해 코팅지의 생분해도를 측정했다.

불질의 탄소 성분이 이산화탄소로 광물화되는 정도를 111일 동안 분석한 결과 코팅 성분에 따라 59~82% 생분해됨이 밝혀졌다. 전자현미경을 통해 해양 미생물이 코팅 소재를 분해하고 있는 현상을 포착했고 코팅 소재의 낮은 신경독성, 쥐 생체 반응 실험을 통한 코팅 종이의 높은 생체적합성도 검증됐다.