플라스틱은 전적으로 바이오매스로 만들어진다.
재료의 원료는 하이드록시메틸푸르푸랄과 푸르푸랄 물질.

자외선을 차단하는 바이오 플라스틱 개발

가시광선에 투명하고 UV광에 불투명한 바이오 플라스틱이 처음으로 개발됐다.
새로운 플라스틱의 기초는 셀룰로스와 *헤미셀룰로스의 *Bioraffinerie(바이오정제) )에서 생산되는 물질이다. 예를 들어 목재폐기물에서 얻는다. 바이오-플라스틱 필름은 무엇보다도 인쇄된 전자를 자외선으로부터 보호하기 위해 사용될 수 있다.

* 헤미셀룰로스 [hemicellulose] 식물 세포벽을 이루는 셀룰로스 섬유의 다당류 중 펙틴질
    을 뺀 것으로 주로 뿌리·뿌리줄기·씨·열매의 세포를 이룬다
* 폐기물을 남기지 않는 자연적인 생물 전환 덕분에 식물의 모든 구성 요소를 평가할 수
    있는 시설

▲ 처음으로, 연구원들이 자외선을 차단하는 투명한 바이오 플라스틱 개발에 성공했다. © Supersmario / iStock

플라스틱은 일상 생활에서 외면할 수 없는 부분이 됐다.
그러나 플라스틱 폐기물 처리는 우리 시대의 가장 큰 과제 중 하나다. 바다에는 수많은 플라스틱 폐기물이 있으며 심지어 우리 몸도 미세 플라스틱으로 오염되어 있다. 연구원들이 오랫동안 대안을 찾고 있었다. 한편, 사과 껍질이나 목재폐기물로 만들어진 바이오 플라스틱은 이미 있다.

그러나 일부 응용 분야의 경우 플라스틱은 매우 특별한 특성을 가져야 한다.
예를 들어, 석영 유리와 달리 투명한 바이오 플라스틱도 태양으로부터의 자외선을 투과한다는 문제가 있었다.

"카라멜화된" 탄수화물의 폴리머 빌딩 블록

그러나 오울로Oulo 대학의 투오모 카이눌라이넨(Tuomo Kainulainen)이 이끄는 화학자 팀은 최근 UV 보호 기능을 갖춘 바이오 플라스틱에서 원하는 것을 발견했다. 그들은 새로운 합성 바이오 플라스틱을 처음으로 생산했으며, 이는 기존의 바이오 플라스틱과 달리 태양의 자외선을 투과시키지 않는다.

새로 개발된 플라스틱은 전적으로 바이오매스로 만들어진다.
재료의 원료는 하이드록시메틸푸르푸랄과 푸르푸랄 물질이다. 이러한 유기 화합물은 설탕과 탄수화물이 열에 노출되어 카라멜화 될 때 생성된다. 따라서 일부 음식에서는 소량으로도 발견 될 수 있다. 그러나 이들은 목재폐기물과 같이 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스의 바이오정제에 사용할 수 있는 수량으로 제공된다.

연구진은 이러한 출발 물질을 고리형 탄소 화합물 *푸란 또는 비 푸란과 유사한 화학적 화합물로 전환 시켰으며 긴 사슬 중합체의 기본 단위로 적합하다. 이 분자들을 서로 연결함으로써 화학자들은 두 가지 기본 단위가 두 가지로 구성된 (소위 공중합체 혹은 혼성 중합체)로 구성된 사슬을 얻었다.
*탄소 원자 네 개와 산소 원자 한 개로된 5원자 복소 고리 화합물

▲ 바이오플라스틱 필름 제조 5단계. 출처 PLOS 잡지

자외선에 불투과성

새로운 바이오 플라스틱으로 얇고 투명한 플라스틱 필름을 만들 수 있다.
이 새로운 재료의 장점은, 초기 테스트에서 보듯이 UV 방사선의 침투를 막고 가시광선에 여전히 투명하다. 푸란 및 비 푸란 공중 합체 단위의 조합으로 인해, 인장 강도 및 융점과 같은 바이오 플라스틱의 다른 특성은 종래의 플라스틱의 특성과 동일 하다.

또 다른 이점으로 카이눌라이넨(Kainulainen)과 그의 동료들이 보고한 바와 같이, 재료는 가스에 대해 불 투과성이다. 시험은 재료의 기밀성이 표준 PET 플라스틱의 기밀성보다 3-4배 임을 보여 주었다. 특허 출원중인 재료는 부분적으로 화석 기반 플라스틱보다 우수한 특성을 가지고 있다.

화학자들은 이미 지속 가능한 플라스틱에 대한 최초의 응용을 고려하고 있다.
“예를 들어 직사광선으로부터 제품을 보호하기 위해 새로운 친환경 바이오 플라스틱이 적합하다. Kainulainen은 “인쇄 전자 제품용 섀시 재료와 같은 첨단 응용 분야에도 재료 보호를 위한 고급 속성이 필요하다.”고 설명한다.

(ACS Biomacromolecules, 2020, doi : 10.1021 / acs.biomac.9b01447)
University of Oulu

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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