‘생분해성 종이 맥주병’에 적용할 수 있는 포장소재 개발 서강대학교 공동연구팀, 배리어성 뛰어난 종이 복합소재 연구
서강대학교(총장 심종혁) 화공생명공학과 박제영 교수 연구팀은 충남대 구준모 교수, 인하대 오동엽 교수 연구팀과 공동연구를 진행하고 맥주병으로 적용할 수 있는 생분해성 종이 복합소재를 개발했다고 밝혔다.
재활용 용이한 패키징에 대한 요구 커져 식품 포장재는 내용물인 식품을 안전하게 보존하고, 소비자들의 까다로운 요구를 만족시켜야 하기 때문에 복합소재를 사용하는 경우가 많다. 예컨대 종이팩은 음료에 의해 종이가 눅눅해지거나 내용물의 산패를 막기 위해 내부가 알루미늄으로 증착 코팅되고, 맥주 PET병은 이산화탄소의 김빠짐을 막기 위해 나일론필름이 들어간 다층 구조로 이뤄져 있다. 그런데 복합적 코팅은 포장용 플라스틱 간의 분리를 어렵게 해 재활용을 어렵게 만든다. 그래서 최근 패키징 업계에서는 재활용이 용이한 단일물질로 제조하거나 복합화 하더라도 분리가 가능하거나 자연분해가 가능하도록 해야 한다는 요구가 커지고 있다.
생분해성 종이 . 플라스틱 복합소재 개발 이번에 박제영 교수 연구팀은 기존 비 분해성 플라스틱 다층 포장재나 알루미늄 증착으로 인해 재활용이 어렵다는 문제점을 해결하기 위해 생분해성 종이·플라스틱 복합소재를 개발하고 음료병으로의 적용 가능성을 확인했다. 핵심기술은 머서화(mercerization) 과정을 거쳐 내부 셀룰로스 구조를 느슨하게 풀어준 종이 소재에 사슬 길이가 짧은 생분해성 고분자로 먼저 코팅을 진행한 후 생분해성 플라스틱으로 종이를 샌드위치처럼 감싸는 방식으로 코팅하는 것이다.
▲ ‘생분해성 종이 맥주병’으로 적용가능한 복합소재의 제조 과정
▲ ‘생분해성 종이 맥주병’으로 적용가능한 복합소재의 가스차단과 생분해 특성
18주간 퇴비화실험, 70% 분해 확인 신개념 복합재료는 촘촘한 내부구조를 가지기 때문에 높은 가스와 수분의 차폐 기능을 제공해 탄산음료나 맥주의 김빠짐을 막을 수 있고, 소비자가 사용 시에 음료병에 가할 수 있는 반복적 굽힘 자극에 저항하는 유연하면서도 튼튼한 코팅층을 갖추어 손상을 최소화한다는 것을 확인했다. 또한 개발한 소재의 구성성분은 모두 생분해성을 가지기 때문에 18주간의 퇴비화 실험에서 약 70% 분해되는 것으로 확인됐다. 서강대 박제영 교수는 “이번에 개발한 생분해성 종이 복합소재는 시중의 PET병, 우유팩보다 월등히 향상된 가스차단성과 수분차단성을 가진 것으로 나타났다”며 “순환경제 실현에 이바지할 수 있는 친환경 패키징소재가 될 것으로 기대하며, 앞으로 상업화 관점에서 여러 연구를 진행하고자 한다”고 밝혔다. 한편 이번 연구결과는 한국연구재단 ‘나노 및 소재 기술개발사업’의 지원을 받아 수행돼 화학공학분야의 국제 저명 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal (Impact Factor: 15.1, JCR: 상위 3.2%)’에 ‘Compostableplastic/paper composites with high gas/moisture barriers for sustainable beverage bottles’ 제목으로게재됐다(1저자: 울산과학기술원 오지원 석사과정).
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- 올패키징저널 Vol.36 (2024.03.25) p11~12에 실린 내용입니다. |
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‘생분해성 종이 맥주병’에 적용할 수 있는 포장소재 개발
서강대학교 공동연구팀, 배리어성 뛰어난 종이 복합소재 연구
서강대학교(총장 심종혁) 화공생명공학과 박제영 교수 연구팀은 충남대 구준모 교수, 인하대 오동엽 교수 연구팀과 공동연구를 진행하고 맥주병으로 적용할 수 있는 생분해성 종이 복합소재를 개발했다고 밝혔다.
재활용 용이한 패키징에 대한 요구 커져
식품 포장재는 내용물인 식품을 안전하게 보존하고, 소비자들의 까다로운 요구를 만족시켜야 하기 때문에 복합소재를 사용하는 경우가 많다. 예컨대 종이팩은 음료에 의해 종이가 눅눅해지거나 내용물의 산패를 막기 위해 내부가 알루미늄으로 증착 코팅되고, 맥주 PET병은 이산화탄소의 김빠짐을 막기 위해 나일론필름이 들어간 다층 구조로 이뤄져 있다. 그런데 복합적 코팅은 포장용 플라스틱 간의 분리를 어렵게 해 재활용을 어렵게 만든다. 그래서 최근 패키징 업계에서는 재활용이 용이한 단일물질로 제조하거나 복합화 하더라도 분리가 가능하거나 자연분해가 가능하도록 해야 한다는 요구가 커지고 있다.
생분해성 종이 . 플라스틱 복합소재 개발
이번에 박제영 교수 연구팀은 기존 비 분해성 플라스틱 다층 포장재나 알루미늄 증착으로 인해 재활용이 어렵다는 문제점을 해결하기 위해 생분해성 종이·플라스틱 복합소재를 개발하고 음료병으로의 적용 가능성을 확인했다. 핵심기술은 머서화(mercerization) 과정을 거쳐 내부 셀룰로스 구조를 느슨하게 풀어준 종이 소재에 사슬 길이가 짧은 생분해성 고분자로 먼저 코팅을 진행한 후 생분해성 플라스틱으로 종이를 샌드위치처럼 감싸는 방식으로 코팅하는 것이다.
▲ ‘생분해성 종이 맥주병’으로 적용가능한 복합소재의 제조 과정
▲ ‘생분해성 종이 맥주병’으로 적용가능한 복합소재의 가스차단과 생분해 특성
18주간 퇴비화실험, 70% 분해 확인
신개념 복합재료는 촘촘한 내부구조를 가지기 때문에 높은 가스와 수분의 차폐 기능을 제공해 탄산음료나 맥주의 김빠짐을 막을 수 있고, 소비자가 사용 시에 음료병에 가할 수 있는 반복적 굽힘 자극에 저항하는 유연하면서도 튼튼한 코팅층을 갖추어 손상을 최소화한다는 것을 확인했다.
또한 개발한 소재의 구성성분은 모두 생분해성을 가지기 때문에 18주간의 퇴비화 실험에서 약 70% 분해되는 것으로 확인됐다. 서강대 박제영 교수는 “이번에 개발한 생분해성 종이 복합소재는 시중의 PET병, 우유팩보다 월등히 향상된 가스차단성과 수분차단성을 가진 것으로 나타났다”며 “순환경제 실현에 이바지할 수 있는 친환경 패키징소재가 될 것으로 기대하며, 앞으로 상업화 관점에서 여러 연구를 진행하고자 한다”고 밝혔다.
한편 이번 연구결과는 한국연구재단 ‘나노 및 소재 기술개발사업’의 지원을 받아 수행돼 화학공학분야의 국제 저명 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal (Impact Factor: 15.1, JCR: 상위 3.2%)’에 ‘Compostableplastic/paper composites with high gas/moisture barriers for sustainable beverage bottles’ 제목으로게재됐다(1저자: 울산과학기술원 오지원 석사과정).
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