본문내용
1. 녹말을 이용한 다양한 구황작물의 플라스틱 대체재 연구
1.1. 연구 동기 및 목적
최근에 여러 매체에서 플라스틱의 과도한 사용이 환경을 심각하게 오염시키고 있다는 내용의 보도를 하는 것을 보게 되었다. 플라스틱이 환경오염을 유발한다는 사실을 알고는 있었지만, 분해되지 않는 플라스틱이 미세한 입자로 쪼개지며 나노 플라스틱이 되어 생태계를 중독시키고 있다는 사실은 처음 접하게 되었고, 그래서 관련 대책을 찾아보자 생분해성 플라스틱의 개발이 이루어지고 있으나 원재료의 재배과정에서 또 다른 환경오염이 유발된다는 사실을 알게 되었다. 친구들과 토의해본 결과 구황작물은 재배 시 필요한 자원이 적으므로 환경오염을 덜 유발할 것으로 생각하여 구황작물의 녹말을 이용한 플라스틱 대체재를 주제로 R&E를 하게 되었다. 이 연구에서는 기존에 사용되던 플라스틱과 많이 쓰이는 생분해성 플라스틱의 소재인 옥수수를 활용하여 만들어진 플라스틱, 그리고 구황작물인 고구마와 감자의 녹말을 이용한 플라스틱의 강도, 방수성, 내열성을 비교해 보며 구황작물의 녹말을 이용하여 만든 플라스틱 대체재가 기존 플라스틱의 대체재가 될 수 있는지를 알아보는 것을 목적으로 한다."
1.2. 연구 시기 및 방법
본 연구는 2022년 6월부터 2022년 9월까지 총 4개월간 진행되었다. 6월 중 주제 설정, 7월과 8월 중 측정 계획 수립, 9월 중 실험 및 보고서 작성을 진행하였다. 구체적인 연구 일정은 다음과 같다.
2022년 6월 23일에는 모둠별 협의회를 수시로 개최하여 주제를 선정하였고, 7월 5일과 24일, 8월 17일과 28일에 추가 회의를 통해 실험 주제와 설계를 구체화하였다. 이후 9월 3일부터 6일까지 실험을 수행하고 9월 7일과 11일에 보고서를 작성하였다.
연구 방법으로는 첫째, 문헌 조사를 통해 기존 플라스틱의 환경 문제와 생분해성 플라스틱에 대한 선행 연구를 수집하고 정리하였다. 구황작물의 생산성에 관한 통계자료도 함께 조사하였다. 둘째, 녹말 플라스틱 제작 실험을 수행하여 제품을 만들었다. 증류수, 녹말, 염산, 글리세린을 사용하여 약 15분간 가열한 후 건조시켜 플라스틱을 제작하였다. 셋째, 감자 녹말, 고구마 녹말, 옥수수 녹말로 만든 플라스틱을 비교 실험하였다. 단단함, 유연성, 무게 등을 측정하여 기존 플라스틱과의 성능을 비교하였다.
이와 같은 연구 시기와 방법을 통해 구황작물의 녹말을 활용한 플라스틱 대체재 개발 가능성을 확인하고자 하였다.
1.3. 이론적 배경
1.3.1. 관련 이론 탐색
플라스틱은 열가소성 또는 열경화성 수지를 원료로 하여 가열·가압 또는 이 두 가지에 의해 성형이 가능한 재료이다. 플라스틱은 1868년 미국의 하이엇이 상아 대신 개발한 셀룰로이드가 최초의 플라스틱이라 할 수 있으며, 그 후 천연수지와 합성수지가 지속적으로 개발되어 왔다.
플라스틱은 크게 열가소성 플라스틱과 열경화성 플라스틱으로 구분된다. 열가소성 플라스틱은 고분자로서 가열에 의해 유동성을 가지게 되어 성형이 가능한 반면, 열경화성 플라스틱은 저분자이지만 가열·가압되는 동안 화학반응에 의해 고분자화되어 가열해도 유동성을 가지지 않는다. 이러한 플라스틱의 특성으로 인해 다양한 용도로 활용되고 있다.
한편, 환경오염 문제가 대두되면서 생분해성 플라스틱에 대한 관심이 높아지고 있다. 생분해성 플라스틱은 천연 고분자계 물질, 미생물 생산 고분자계 물질, 전분과 화학합성 또는 미생물 생산 고분자의 혼합형 등 다양한 종류가 개발되고 있다. 특히 전분은 그 자체의 점착성, 열 또는 물을 이용한 발포성을 활용하여 전분 발포 용기, 전분 발포 포장재, 완충재 등에 적용되어 실용화되고 있다. 또한 복합 분해성 고분자계 물질은 기존 생분해성 플라스틱의 단점을 보완하여 제품 응용 및 생산성 향상, 원가 절감 등의 장점이 있어 관심을 받고 있다.
이처럼 플라스틱은 다양한 형태로 발전해왔으며, 생분해성 플라스틱 개발을 통해 환경오염을 해결하고자 하는 노력이 계속되고 있다.
1.3.2. 용어 정리
'플라스틱 오염'이란 과도한 플라스틱 사용으로 인해 플라스틱이 주변 환경을 심각하게 오염시키는 현상을 말한다. 최근 수십 년간 플라스틱의 사용이 급증하면서 버려진 플라스틱이 자연 분해되지 않고 쌓여 환경오염의 주범이 되고 있다. 특히 플라스틱이 미세한 입자로 부서져 생태계에 큰 위협을 가하고 있다는 사실이 알려지면서 이에 대한 관심이 높아지고 있다.
'생분해성 플라스틱'은 이용 후에 화학적 분해가 가능한 이산화탄소, 물, 질소, 바이오매스, 무기염류 등의 천연 부산물을 내놓게 되는 플라스틱을 의미한다. 의약, 농업, 포장 등의 분야에서 사용되고 있으며, 플라스틱 오염 문제를 해결할 수 있는 대안으로 주목받고 있다.
'구황작물'이란 일반적으로 생산량이 기후조건에 영향을 적게 받고, 생육기간이 짧으며, 척박한 땅에서도 잘 자라는 작물을 말한다. 조, 피, 기장, 메밀, 감자, 고구마 등이 대표적인 구황작물이다. 이러한 구황작물은 재배 시 자원 소모가 적어 환경오염을 덜 유발할 수 있다는 장점이 있다.
'녹말'은 수많은 D-글루코스(포도당)가 축합반응을 일으키며 만들어진 다당류이다. 아밀로오스와 아밀로펙틴이 혼합된 형태로 존재한다. 녹말은 플라스틱 제조에 사용될 수 있는 주요 물질이다.
1.3.3. 선행 연구의 분석 및 시사점
이상의 선행 연구 자료들을 분석한 결과, 다음과 같은 시사점을 도출할 수 있다.
첫째, 과도한 플라스틱 사용으로 인한 플라스틱 오염의 심각성을 인식하게 되었다. 플라스틱 쓰레기가...
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