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"생분해성 소재"에 대한 내용입니다.
목차
1. 생분해성 플라스틱
1.1. 정의 및 국제 표준
1.2. 생분해성 수지 제품 현황
1.3. 생분해성 수지 제품 사례
1.3.1. 생분해성 생수병
1.3.2. 생분해성 식품 용기 및 기구
1.3.3. 기타 생분해성 플라스틱 제품
2. 국내외 생분해성 플라스틱 제품 분석
2.1. 생분해성 생수병
2.1.1. 제품 특징
2.1.2. 생분해 특성
2.1.3. 재활용 방법
2.2. 해외 사례
2.2.1. Paper Water Bottle의 ECO 1 GREEN Bottle
2.2.2. Cove사의 PHA 생분해성 병
3. 생분해성 플라스틱 원료 연구개발 동향
3.1. LG화학의 PLH 소재 개발
3.2. CJ제일제당의 PHA 소재 개발
3.3. SK케미칼의 PO3G를 이용한 PLA 개질
4. 참고 문헌
본문내용
1. 생분해성 플라스틱
1.1. 정의 및 국제 표준
생분해성 플라스틱이란 일반적으로 미생물과 같은 살아있는 유기체의 작용에 의해 물, 이산화탄소 등으로 분해될 수 있는 플라스틱을 의미한다. 이를 제품에 적용하기 위해서는 표준화된 규격이 필요한데, 생분해성 플라스틱의 국제 표준 중 하나로 "ISO 14855-1"이 있다. "ISO 14855-1"은 "퇴비화 조건에서 플라스틱 재료의 호기성 생분해도를 측정하는 방법으로 방출된 이산화탄소의 분석에 의한 방법"이다. 각국에서는 이 기준을 바탕으로 관련 기준을 만들어 운영하고 있는데, 미국 ASTM D 5338, 유럽 EN 13432, 한국 KS M ISO14855-1, 중국 GBT 19277, 일본 JIS K 6953이 이에 해당한다. 한국 표준인 KS ISO14855-1에서는 58±2℃의 온도가 유지되고 미생물 활동을 저해하는 가스가 없는 어둡거나 확산광이 있으며 밀폐된 곳에서 배양하여 각 퇴비화 용기에서 나오는 공기로부터 발생하는 이산화탄소를 일정 기준에 따라 측정하도록 정의하고 있다.
1.2. 생분해성 수지 제품 현황
국내 생분해성 수지 제품 현황은 다음과 같다.
2021년 4월 기준 218개 기업, 1496개의 제품이 생분해성 수지 제품으로 인증되어있다. 국내에서 생분해성 수지 원료로 74개의 제품, 생분해성 식품 기구로 71개의 제품, 생분해성 식품 용기로 710개의 제품이 한국환경산업기술원의 인증을 받았다.
국내 생분해성 수지 제품은 환경관련기준(생분해도 포함)과 품질관련기준 등을 검토하여 적정 제품인 경우 인증을 부여한다. 이때 생분해도는 KS M ISO14855-1의 기준을 따르며, 45일간 표준 물질의 생분해도가 70% 이상일 경우 유효한 것으로 간주된다.
이러한 생분해성 수지 제품의 인증 마크는 아래와 같이 제품에 부착되어 있다.
1.3. 생분해성 수지 제품 사례
1.3.1. 생분해성 생수병
'산수' 제품은 100% 사탕수수에서 유래한 병뚜껑과 라벨, 30% 사탕수수에서 유래한 생수병을 사용한 제품이고, '고마운샘'은 병뚜껑, 라벨, 생수병 모두 100% 사탕수수에서 유래한 제품이다. 이 중에서 '고마운샘' 제품은 20년 6월에 출시한 제품으로 주요한 구성성분은 PLA이다. 이 제품의 병뚜껑, 라벨, 병은 모두 다른 소재로 만들어져 있는데, 병은 virgin PLA라는 자체 개발한 원료를 사용하고, 라벨은 생분해성 필름, 병뚜껑은 여러 다른 생분해성 수지, 생분해성 플라스틱을 사용해 만들었다. 특별히 이 제품은 기본 재료로 'Total Corbion'에서 만든 Luminy LX175, Luminy LX575를 사용하는데, 이 원료는 한국환경산업기술원에 생분해성 수지 원료로 인증받은 제품이며, 유럽연합 'Commission Regulation'(EU No.10/2011), 미국 FDA의 'Title 21 of the Code of Federal Regulations', 중국 국가 식품 안전 표준 'GB 9685-2016'에 식품 접촉 재료로 사용할 수 있도록 승인을 받은 제품이다. LX175는 표준 PLA로 고점도, 무정형 투명 수지이며, 필름 압출, 열 형성 또는 섬유 회전에 적합하고, PBAT/녹말 화합물에 강도를 추가하는 데 사용된다. LX575는 고내열성 수지로 압출 공정에 적합한 고점도 수지이다. '고마운샘' 제품의 가장 큰 특징은 산업용 폐기 조건이 갖춰졌을 때 180일 이내에 분해된다는 것이다. PLA 분해과정을 요약하면 PLA가 가수분해하여 Lactic Acid가 되고, 락트산이 산화 반응과 탈수소화 반응에 의해 Pyruvic Acid가 된다. 피루브산이 탈수효소 복합체에 의해 아세틸-CoA로 변환되면 TCA cycle에 의해 이산화탄소와 물이 빠져나온다. 이렇게 PLA와 미생물과 같은 유기체가 반응해 이산화탄소와 물을 내놓는 반응이 일어난다. 이 반응은 수분과 온도에 큰 영향을 받는데, 수분은 필수조건이지만 온도는 반응속도만 조절하는 요인이다. 그러므로 산업용 폐기 조건보다 낮은 온도의 환경에서도 적절한 수분이 있다면 더 오랜 기간이 걸리겠지만 분해는 가능하다.'고마운샘' 제품은 PLA 소재로 만들어져 있어 생체흡수성이 있기 때문에 미세플라스틱이 발생하여 섭취되더라도 몸에 축적되지 않고 생분해되어 없어진다. 생수병 소재로 적합하려면 잡았을 때 적절한 탄성과 강도를 유지해야하는데, PET는 이러한 성질을 가지고 있어 생수병 소재로 많이 사용되고 있다. PLA 소재로 만든 '고마운샘' 제품 역시 PET에 비해 냉각에 취약하고, 얼음으로 얼릴 시 병이 깨지거나 동절기에 수축되어 갈라질 수 있으며, 생분해 과정에서 표면에 스크래치나 가루가 생기는 단점이 있다. 하지만 실온에서 적절한 탄성과 강도를 제공하고 내용물에 변화를 주지 않으므로 생수병 소재로 사용될 수 있다. 또한 생분해되는 특성으로 인해 환경에 긍정적인 영향을 줄 수 있기 때문에 제품으로 생산하게 되었다.
1.3.2. 생분해성 식품 용기 및 기구
생분해성 식품 용기 및 기구는 생분해성 빨대, 수저, 식품 용기, 컵 등을 포함한다. 국내에서 다양한 기업들이 생분해성 식품 용기 및 기구를 개발하고 있다.
(주)동일프라텍은 PLA와 PBAT를 원료로 하여 '디앙 일회용 스트로우'라는 생분해성 빨대를 제작하였다. 이 제품은 천연 원료로 만들어져 열에 약하지만 종이 빨대와 달리 눅눅해지지 않는 특징을 가지고 있다.
(주)리와인드는 PLA로 만든 용기, 컵(컵 뚜껑 포함), 빨대 등의 생분해성 식품 기구를 생산하고 있다. 이 기업은 자체적으로 '미드웨이 프로젝트'를 운영하여 직접 해당 제품들을 수거하고 재활용하는 시스템을 갖추고 있다는 점에서 기존 제품 대비 매우 친환경적이다.
(주)프레스는 'Rexcorn™ 생분해성 수지'라는 자체 개발 소재로 빨대, 유아식기, 칫솔, 면도기, 수저 포크 등의 생분해성 제품을 생산하고 있다. Rexcorn™은 PLA, PBAT, PBS 등의 생분해성 고분자를 기반으로 개질한 소재로, 토양 매립 시험 결과 120일 이내에 대부분 분해되는 것으로 나타났다.
이처럼 국내에서도 다양한 기업들이 생분해성 원료를 활용하여 식품 용기 및 기구를 개발하고 있으며, 일부 기업들은 제품 수거와 재활용 등의 시스템을 갖추어 보다 친환경적인 순환 체계를 구축하고 있다. 이를 통해 기존 플라스틱 제품이 가진 환경 문제를 해결하고자 노력하고 있다.
1.3.3. 기타 생분해성 플라스틱 제품
'기타 생분해성 플라스틱 제품'에는 다양한 용도의 생분해성 플라스틱 제품들이 포함된다. 우선, 주식회사 브러시월드에서는 생분해성 칫솔과 면도기를 개발하였다. 이 제품들의 구성성분은 PLA와 PCL이다. 칫솔모와 면도날 부분은 생분해되지 않는 소재로 제작되었지만, 나머지 부분은 토양에서 환경오염물질 방출 없이 퇴비로 분해된다. 제품의 내열 온도가 60°C 이하이므로 뜨거운 물에 사용하거나 살균 소독기에 넣어서는 안 된다. 하지만 유아용 제품의 경우 유아가 물고 뜯더라도 체내에서 분해되어 미세플라스틱 축적이 없다는 장점이 있다.
다음으로, 엠보틀(주)에서는 생분해성 화장품 용기를 개발하였다. 이 제품은 PLA와 PBAT를 주원료로 사용하였다. PBAT의 비율이 10-20% 정도로 포함되어 있어 PLA만 사용했을 때보다 취성이 낮아지고 충격에 강해졌다. 아직 상용화되지는 않았지만, 향후 화장품 용기 시장에서 친환경 소재로 활용될 것으로 기대된다.
마지막으로, 국내에서 개발 중인 기타 생분해성 플라스틱 제품으로는 토양, 해수 등 자연환경에서 100% 생분해되는 PHA 기반의 용기와 포장재가 있다. 이는 미국 Cove사의 PHA 생분해성 병과 유사한 소재로, 기존 PLA 제품보다 분해 속도가 빠르고 보편적인 환경에서도 분해되는 장점이 있다. 이처럼 다양한 생분해성 플라스틱 제품들이 국내에서 개발되고 있으며, 향후 이러한 친환경 소재의 활용이 더욱 확대될 것으로 기대된다.
2. 국내외 생분해성 플라스틱 제품 분석
2.1. 생분해성 생수병
2.1.1. 제품 특징
'고마운샘' 제품의 가장 큰 특징은 산업용 폐기 조건이 갖춰졌을 때 180일 이내에 분해된다는 것이다. PLA가 가수분해하여 Lactic Acid가 되고, 락트산이 산화 반응과 탈수소화 반응에 의해 Pyruvic Acid가 된다. 피루브산이 탈수효소 복합체에 의해 아세틸-CoA로...
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