기계공학부 서종환 교수 연구팀이 와인 Stopper로 사용되는 코르크에서 추출한 수베린 유도체를 활용하여 생분해성 플라스틱(PLA)의 한계를 극복하는 혁신적 접근법을 제시하며, 지속 가능한 친환경 플라스틱 연구에 새로운 길을 열었다.

대표적인 친환경 고분자 소재로 잘 알려진 PLA는 옥수수, 사탕수수, 감자 등과 같은 농작물에서 추출한 포도당을 발효과정을 거쳐 만든 플라스틱으로, 필름, 섬유, 포장재, 3D 프린팅 등 다양한 형태로 가공, 활용되며 오일기반의 기존 플라스틱을 대체할 후보로 고려되고 있다. 그러나 특유의 취성(brittleness)로 인해 충격에 약하고, 높은 점도(shear viscosity)와 낮은 유리전이온도(Tg)로 인하여 가공 공정에서 균일한 성형과 고품질 제품 생산이 어렵다.

본 연구에서는 코르크에서 추출한 탈중합 수베린 유도체(DSD)를 재중합하여 가소제(pDSD)로 사용, PLA의 고분자 사슬 간 상호작용을 완화하여 유연성을 높이고, 인장 인성을 10배이상 증가시키는데 성공하였다. pDSD를 첨가한 PLA는 점도가 낮아지고, 용융 유동 지수(MFI)가 기존보다 약 3배 이상 증가되어 사출 성형, 필름 제조 및 적층 제조(3D printing) 등 다양한 가공 공정에서 효율성과 품질을 대폭 향상시키는 효과를 기대할 수 있다. 또한 결정화 속도와 균일성이 개선되어 다양한 구조용 부품에 응용할 수 있는 가능성을 열었다. 해당 연구는 기존 PLA의 기계적 물성의 증가 뿐 아니라 생분해 속도 또한 더 빨라서 환경 친화적 특성을 보존하는 소재의 개발이라는 것에 그 의미가 더해진다.

본 연구는 태국 치앙마이대학교와의 공동 연구를 통해 확대되고 있으며, 친환경 생분해성 플라스틱 소재의 산업적 상용화를 목표로 하고 있다. 특히, 친환경 일회용품, 의료용 소재 및 화장품 용기와 같이 우리 실생활 다양한 곳에서 활용될 잠재력을 인정받고 있다.

서종환 교수는 “지속 가능한 미래를 위한 혁신적이고 실용적인 솔루션 개발에 전념하고 있으며, 세계적인 연구 협력을 통해 기술적 한계를 뛰어넘는 성과를 지속적으로 창출해 나갈 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다.

관련논문: Yoon, Hyejung, et al. "Plasticizing effect of depolymerized suberin derivatives from natural cork and potato periderm in poly (lactic acid)(PLA) for improved toughness and processability." Industrial Crops and Products 209 (2024): 117990.

Fig.1 (a) Suberin composition from exodermis of the cork tree, (b) suberin domain between primary cell wall and cell membrane, and (c) schematic illustrations of the DSDs polycondensation

Fig. 2 (a) stress-train curves determined from tensile tests for the neat PLA and pDSDs/PLA blends, (b) melt flow index for the neat PLA and pDSDs/PLA blends, and (c) degree of disintegration for the neat PLA and 5 wt% pDSDs/PLA blends determined from biodisintegration test over a span of 14 weeks inset photographs of the specimen taken at intervals of 0, 4, 8, and 12 weeks.