생분해 플라스틱의 종류
 

 

- 분해성 플라스틱(Degradable Plastic)
분해성 플라스틱은 빛, 열, 수분 등의 특정한 환경조건 하에서 시간이 경과함에 따라 화학적구조에 변화가 발생해 기존재료가 지닌 성질을 상실하여 그 변화를 표준시험방법으로 측정할 수 있는 플라스틱을 말하며 생붕괴, 생분해, 광분해 플라스틱을 포괄하는 개념이다.
 
- 생붕괴성 플라스틱(Disintegrable Plastic)
1세대 생분해성 플라스틱이라고도 불리며, 폴리에틸렌과 같은 기존의 비분해성 플라스틱에 무독성 천연 물질인 전분(옥수수나 감자)과 같은 생분해성 플라스틱을 블랜드(blend)하여 제조하는 것으로서 가격은 저렴하고 분해성도 뛰어나지만 강도가 약하고 품질이 뛰어나지 못하다. 또한 기존 비 분해플라스틱이 잔류물로 남게 되는 단점이 있어, 완전한 생분해 플라스틱이라고 보기 어렵다. 대부분 부족한 물성을 보완하기 위하여 전분과 PCL의 결합 또는 전분과 PLA의 결합으로 이루어지며 Novamont(이탈리아), SK(한국), Earthshell(미국) 등이 대표적인 생붕괴 플라스틱 제조 회사이다.
 
- 생분해 플라스틱(Biodegradable Plastic)
생분해플라스틱에 관한 ASTM과 ISO의 정의를 종합하면 다음과 같다.
‘박테리아, 곰팡이와 같은 천연 미생물의 작용으로 분해가 일어난 분해성 플라스틱이다.’ 이는 일부만 분해가 일어나고 베이스폴리머는 구조가 그대로 남는 생붕괴나 자외선 조사후 난분해성 베이스폴리머가 그대로 남는 광분해성 플라스틱과는 구별되는 개념이며, 생분해 플라스틱을 제조법별로 분류하면 천연고분자계, 미생물합성계, 화학합성계로 나눌 수 있다. 
 
 

 

 
1. 천연고분자계(Naturally Occurring Polymers)
식물에서 유래한 천연고분자인 셀룰로우스(Cellulose), 헤미셀룰로오스(Hemicellulose), Pectin, lignin, 전분(starch)등과 동물에서 유래한 천연고분자인 Chitin등을 기초로 만들어진 생분해성 고분자를 천연고분자계 생분해성고분자라고 한다. 대표적인 업체로는 전분을 이용한 Novamont, 셀룰로오스를 이용한 Mazzucchelli 1849(이탈리아), 콩 등을 이용한 Dupontsoy(미국) 등이 있다. 전분으로 만든 천연고분자는 그 자체가 가수분해성을 가지고 물리적 성질도 약하여 자체적으로 상용화하기엔 문제가 많아 범용고분자와의 블렌드를 통해 생붕괴성 플라스틱으로 많이 생산되고 있다. 

 

 
2. 미생물합성계(Microbially Synthesized Biodegradable Polyester)
 
미생물생산 고분자는 미생물이 만들어내는 생고분자(바이오폴리머)를 활용하여 플라스틱과 같은 기능을 갖는 물질을 만드는 것으로써, 분해성과 물성면에서 뛰어나지만 생산성과 용도가 제한되며, 가격또한 매우 고가이다. 대표적으로 poly-hydroxyalkanoate(PHA), poly-hydrolybutyrate(PHB)등이 있다. 영국의 ICI사가 최초개발한 Bipol이 대표적인 PHB계열의 생분해성 플라스틱이다. 그러나 높은 생산원가로 인해 상용화가 실패하였고, Zeneca를 거쳐 Monsanto가 인수하여 상용화를 시도하였으나 결국 1999년 생산이 중단되었고 2001년도에 Metabolix에 매각되었다. 현재 PHA계열의 고분자를 생산해내는 회사는 Metabolix의 Metabolix PHA, P&G의 NODAX등이 있으나 높은 원가로 인해 현재는 연산100톤미만의 파일럿플랜트 수준이고 현재 양산을 통해 생산원가인하를 추진하고 있는 단계이다.

 

  
3. 화학합성계(Chemically Synthesized Biodegradable Polymers)
생분해성이 없는 ‘방향족 폴리에스테르’의 분자구조 중 벤젠고리 부분을 탄화수소로 대체하여 지방족 폴리에스테르화 시킨 물질들로 자연환경에서 완전 생분해가 가능하고 가공성이 뛰어나 많은 용도로 쓰이고 있으며 기존의 범용 플라스틱 대체물질로 부각되고 있으나 여전히 생산원가가 높아 실용화에 한계가 있다. 
PLA(Polylatic acid)는 가장 많이 생산되고 널리 쓰이는 합성 생분해성 고분자로 감자 및 옥수수로부터 얻은 laticacid를 중합하여 생산한다. 수술용복합사 서방 형 제재 등 의료용으로 쓰이기 시작하였으며, 생산단가가 낮아짐에 따라 1회용 용기 포장재 등으로 활용범위가 넓어지고 있다. 현재 미국의 Natureworks(전 Cargil-dow Chemical)에서 연간 140,000톤 규모로 대량생산하여 생산원가가 킬로그램 당 USD 3.00 수준까지 떨어진 상황이다. 

 

PGA(Polyglycolic acid)는 아주 단순한 구조단위(O-CH2-CO-)를 갖는 지방족 폴리에스테르로 생체내에 흡수 분해되는 특성으로 수술용복합사등 의료용으로 주로 쓰인며, PCL(Polycaprolactone)은 PLA나 PGA보다 매우 느린 생분해 속도를 나타내며, 인공피부 등으로 사용된다. PBS(Polybutylene succinate)등도 일본의 쇼와고분자, 한국의 SK케미칼, 신한케미칼등에서 개발하여 생산하였으나 높은 생산원가로 인하여 시장성이 없어 사실상 생산중단된 상태이다. 
 
- 광분해성 플라스틱(Photodegradable Plastic)
태양광선의 자외선 에너지를 이용, 고분자 고리를 끊어 수지의 물리적 성질을 저하시키고 궁극적으로 분자량이 낮게 되어 분해되는 플라스틱으로 카르보닐 공중합체형(감광성 관능기도입형)과, 광분해첨가제형(감광성 시약첨가형)으로 나뉜다. 광분해 플라스틱에 관한연구는 1970년대부터 시작되어 미국 DOW, Dupont, Unioncarbide등의 회사는 일산화탄소와 PE를 공합하여 E/CO 분해 화합물을 만들었고, 이후 캐나다 토론토대학의 Guillet교수와 1978년 영국 대학의 G.Scott교수는 광분해성 플라스틱을 개발, 제조 하였다. 이런 종류의 광분해성 플라스틱은 가공성과 분해 성능면에서 아직 부족하여 G.Scott는 이스라엘의 Dan Gilead와 합작하여 Plastopil사를 만들고 여기에서 Fe와 Ni등을 배합 사용하는 광분해기술을 개발하였다. 그러나 이 기술 역시 광분해후 베이스폴리머가 그대로 남아있어 토양오염을 완전히 해결하지는 못하였다.