깨끗한 바다를 위한 UV 분해성 플라스틱
그물과 밧줄에서 나일론을 대체 할 수 있는 분해성 폴리머

플라스틱 폐기물 감소 단계 :

나일론만큼 안정적이면서 장시간 UV 노출 후 분해되는 플라스틱을 개발됐다.
이 폴리머는 바다에 떠다니는 플라스틱 폐기물의 대부분을 차지하는 어망 및 기타 어업기구의 대체 재료로 적합 할 수 있다. 바다에서 강한 태양복사는 이 플라스틱이 분해되도록 충분할 것이다. 

▲ 나일론만큼 안정적이면서 장시간 UV 노출 후 분해되는 플라스틱을 개발됐다.

현재 1억 5천만 톤 이상의 플라스틱 폐기물이 바다에 떠다니고 있다.
이 폐기물은 북극 해저 또는 심해 참호에서 오랫동안 발견되었다.
PET 병, 포장 폐기물 및 미세 플라스틱 외에도 나일론과 기타 플라스틱으로 만들어진 어망의 잔해가 바다를 오염시킨다. 문제는 이 플라스틱은 1천 년 이상 분해되지 않고 바다에서 떠다닐 수 있다.

나일론 교체 필요성

이러한 상황을 해결하기 위해 코넬 대학의 브라이스 리핀스키(Bryce Lipinski)와 동료들은 어망을 보다 빠르게 생분해시킬 수 있는 플라스틱을 개발했다. 바다에 떠 있는 큰 플라스틱 부품의 약 절반이 고기잡이 때문이다. 그물과 로프는 일반적으로 폴리 프로필렌, 고밀도 폴리에틸렌 및 나일론-6,6의 세 가지 종류의 플라스틱으로 구성된다. 이런 유형의 플라스틱은 분해되지 않는다.

연구원들은 오랫동안 생분해성 플라스틱을 연구해 왔지만, 일반적으로 낚시에 사용할 수 있을 정도의 필요한 힘이 없다. 이것이 Lipinski와 그의 팀이 구체적으로 어망에 사용되는 플라스틱을 대체 할 것을 찾은 이유다. Lipinski는 “우리의 플라스틱은 상업적 낚시에 필요한 기계적 성질을 가지고 있다. 그러나 이 물질이 바다에서 사라지면 더 짧은 시간 안에 분해된다"
고 설명했다. 

▲ 새로운 플라스틱은 1949년부터 알려진 이소택틱 폴리프로필렌옥사이드(iPPO)의 변형으로 구성된다.

UV 방사에서 사슬 파손

새로운 플라스틱은 1949년부터 알려진 이소택틱 폴리프로필렌옥사이드(iPPO)의 변형으로 구성된다. 사슬 길이를 변경하고 기본 구성성분을 배치함으로써 연구팀은 이 폴리머가 예를 들어 로프 혹은 어망의 요구 사항을 충족할 만큼 안정적으로 만드는 데 성공했다.
연구원들은 “테스트 결과 iPPO를 나일론-6,6만큼 안정적으로 만드는 스트레스 강화가 밝혀졌다”고 보고했다.

중요한 점은 찢어진 플라스틱이 해상에서 떠 있는 경우와 같이 이 플라스틱을 자외선에 노출 시키면 분해 과정이 시작된다. 이 광분해는 폴리머의 사슬 파손을 증가시켜 플라스틱을 기본 구성성분으로 점차적으로 분해한다. 이 열화가 얼마나 빨리 진행되는지는 방사선 강도에 따라 다르다.

해양 플라스틱 폐기물을 줄이기 위한 첫 단계

실험실에서 테스트하는 동안 연구원들은 새로운 플라스틱을 250mW/㎡

(제곱센티미터 당 250 마이크로 와트)의 강도로 UV-A 광선에 노출시켰다.

플라스틱의 중합체 사슬은 30일 이내에 원래 길이의 4분의 1만으로 분해되는 것으로 밝혀졌다. 리핀스키와 그의 팀은 이것을 유망한 출발점으로 본다.

그들의 궁극적인 목표는 폴리머를 개발하여 UV의 영향을 받는 흔적없이 사실상 분해되도록 하는 것이다. 연구원들이 설명 하듯이 짧은 iPPO 사슬의 생분해에 대한 연구가 이미 있으므로 여기에서 출발점이 있다.
Lipinski는 “iPPO는 환경적으로 중요한 응용 분야에서 나일론 6,6을 대체 할 수 있다고 생각한다. 이것은 환경에서 지속적으로 플라스틱이 쌓이는 것을 감소시킬 수 있다"고 보고했다.

(Journal of the American Chemical Society, 2020; doi: 10.1021/jacs.0c01768)
출처: Cornell University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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