R&D(연구개발) 정보
home > 글로벌제약산업정보> 의약품 R&D 정보> R&D(연구개발) 정보
- 글자크기
일본 독점 '바이오폴리카보네이트' 국산화 시동
| 작성자 | 관리자 | ||
|---|---|---|---|
| 작성일 | 2019-10-16 | 조회수 | 3,373 |
| 국가정보 | 아시아>대한민국 | ||
| 출처 | 한국화학연구원 | ||
| 원문 | https://www.krict.re.kr/news/bbs/view/tableid/news/id/86022 | ||
| 첨부파일 | |||
[화학연]일 독점 바이오폴리카보네이트 국산화 시동(191014).hwp(5.07MB)□ 국내 연구진이 일본이 독점하고 있는 ‘바이오 폴리카보네이트’를 개발하고, 국산화에 시동을 걸었다.
○ 바이오 폴리카보네이트는 환경호르몬 유발 물질인 비스페놀A(BPA)가 포함된 폴리카보네이트를 대체할 수 있는 친환경 바이오 플라스틱이다. 현재 상용화에 성공한 건 일본의 미쓰비시케미컬이 유일하다.
○ 이번에 개발된 바이오 폴리카보네이트는 투명도와 강도 등에서 우수하여, 자동차 선루프와 고속도로 투명 방음시설 등 유리 대체용 플라스틱 및 가정용 생활용품 등에 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.
○ 이번 성과는 그 우수성을 인정받아 영국왕립화학회의 ‘그린케미스트리(IF:9.405)’ 10월호 표지논문과 2019년 주목할 논문(Hot Article)에 동시에 선정됐다.
□ 한국화학연구원 울산 바이오화학연구센터 박제영‧오동엽‧황성연 박사는 식물성 성분인 아이소소바이드*와 나노셀룰로오스를 이용해 바이오 폴리카보네이트를 개발했다.
*아이소소바이드(isosorbide): 글루코스(포도당)에서 유래한 화합물로 친환경 물질이다. 글루코스를 수소화하면 소르비톨(sorbitol)이 되며, 이 소르비톨을 탈수화한 게 아이소소바이드이다.
○ 바이오 폴리카보네이트는 인체에 유해한 BPA가 포함된 폴리카보네이트의 대안으로 주목받았다. 하지만 식물에서 추출한 원료로 만들다보니 시장성 과 고기능성 플라스틱의 특성(투명성‧고강도‧내충격성)을 모두 만족하기 어려웠다.
○ BPA는 내분비계 교란과 대사 장애 등을 일으키는 환경호르몬으로, 국내에서는 젖병과 화장품 원료로 사용이 금지되어 있다. BPA는 대부분 폴리카보네이트에 쓰이며, 영수증 용지와 식품캔 코팅소재 등에도 사용된다.
□ 이러한 상황에서 한국화학연구원 연구진이 아이소소바이드에 보강재 역할을 하는 나노셀룰로오스를 섞어, 석유 폴리카보네이트보다 뛰어난 바이오 폴리카보네이트를 만드는 데 성공한 것이다.
○ 연구진은 유사한 화합물끼리 서로 잘 섞이는 ‘like-dissolve-like’원리를 적용했다. 즉, 물에 잘 섞이는 ‘친수성’을 지닌 아이소소바이드와 나노셀룰로오스를 섞은 것이다.
○ 우선, 나노셀룰로오스를 아이소소바이드 액상에 미리 분산시킨 후, 나노 복합체 플라스틱 중합 과정을 진행했다. 콘크리트의 철근처럼 보강재 역할을 하는 나노셀룰로오스의 분산도를 극대화한 것이다.
○ 한국화학연구원 박제영 박사는 “바이오플라스틱은 물성이 떨어지고 가격이 비싸다는 편견을 깨고 싶었다”면서 “식물성 원료 간의 시너지를 극대화해 석유 플라스틱보다 우수한 플라스틱을 개발했다”고 말했다.
□ 그 결과 바이오플라스틱의 한계점으로 지적됐던 강도와 투명도 등 플라스틱의 특성이 크게 개선됐다.
○ 이번에 개발된 바이오 폴리카보네이트의 인장강도(튼튼한 정도)는 93MPa(메가파스칼)을 기록했다. 현존하는 석유 및 바이오 폴리카보네이트를 통틀어 가장 높은 수치다. 석유 폴리카보네이트의 인장강도는 55~75MPa이며, 일본 미쓰비시케미컬 바이오 폴리카보네이트의 인장강도는 64~79MPa이다.
○ 또한 플라스틱의 투명도를 나타내는 투과율도 93%*을 기록했다. 이는 매우 높은 수준으로 분산된 나노셀룰로오스가 비결정성**을 증가시켰기 때문이다. 다시 말해, 투명도가 높아진 것이다. 보통의 나노 복합체는 불균일한 응집물에 의한 빛의 산란으로 투명도가 감소한다. 석유 폴리카보네이트의 투과율은 90%*** 수준이며, 바이오폴리카보네이트의 투과율은 87%*이다.
*90마이크론 두께, 500나노미터 파장 투과도 기준
**비결정성: 원자들이 불규칙하게 배열되어 있는 것으로, 비결정성 플라스틱은 투명하다.
***석유 폴리카보네이트 투과율은 바이오 폴리카보네이트 투과율과 동일한 실험조건에서 측정한 결과는 아니며, 상업용 제품의 평균적인 투과율로 간접적으로 비교한 수치이다.
○ 특히, 장기간 자외선에 노출되더라도 변색될 우려가 없다. 바이오 폴리카보네이트에는 석유 폴리카보네이트와 달리 벤젠고리가 없기 때문이다.
○ 이에 따라 자동차 선루프 및 헤드램프, 고속도로 투명 방음시설, 스마트폰과 같은 전자기기 외장재 등 산업용 소재로 사용될 수 있어 기존 폴리카보네이트를 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
○ 이밖에도 쥐 모델을 이용한 염증실험에서 독성이 낮은 것으로 확인되어, 의료용 소재로도 적용될 수 있다. 쥐 진피세포에 고분자를 넣어 염증 유무를 실험한 결과, 독성 0~5 수치 중 1을 기록했다. 0에 가까울수록 독성이 낮다.
○ 이에 대해 한국화학연구원 오동엽 박사는 “쥐를 이용한 염증실험에서 독성이 낮은 것으로 나왔다”면서 “영유아들이 입에 가져다대도 안전해 장난감, 젖병, 유모차 소재뿐만 아니라 임플란트와 인공뼈 소재로도 개발할 수 있다”고 설명했다.
○ 현재 생산량 기준 석유 폴리카보네이트 시장규모는 연간 500만톤 규모이며, 미쓰비시케미컬의 연간 바이오 폴리카보네이트 생산능력은 2만톤 수준이다. 아직 바이오 폴리카보네이트 시장이 걸음마 단계이지만, 이번 성과가 상용화로 이어지면 향후 바이오플라스틱 시장을 선점하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
□ 이번 연구결과는 녹색화학분야 최고권위지인 영국왕립화학회‘그린 케미스트리(Green Chemistry, IF:9.405)’10월호에 ‘Preparation of synergistically reinforced transparent bio-polycarbonate nanocomposites with highly dispersed cellulose nanocrystals(고도로 분산된 셀룰로오스 나노결정을 이용하여 시너지화된 강화 투명 바이오 폴리카보네이트 나노복합체의 제조)’라는 제목으로 전면 표지논문에 게재됐다.
○ 한국화학연구원 황성연 바이오화학연구센터장은 “폐플라스틱 문제, 케모포비아 현상 등으로 플라스틱에 대한 불안감이 확산되고 있다”면서 “하지만 플라스틱은 일상생활에 없어서는 안 되는 소재인 바, 국민들이 안심하고 쓸 수 있는 바이오플라스틱을 국내 독자기술로 개발하겠다”고 말했다.
○ 이번 연구는 산업통상자원부 바이오화학소재 공인인증센터 구축사업과 한국화학연구원 주요사업의 지원을 받아 수행됐다.
