바이오인

토양에서 분해되는 생분해성 고분자 개발

비료성분을 이온결합으로 연결, 높은 생분해도를 가진 고분자 확보

◈ 목차

⑴ 연구의 필요성
⑵ 연구내용
⑶ 연구성과/기대효과

◈본문

1. 연구의 필요성

○ 플라스틱으로 인한 환경 문제가 전 세계적으로 대두됨에 따라 생분해성 플라스틱에 관한 관심이 높아지고 있으며 국내 외적으로 많은

   연구소와 기업들이 생분해성 플라스틱의 개발 및 상용화에 노력을 기울이고 있다.

○ 일반적으로 PLA와 PBAT가 시중에서 대표적인 생분해성 플라스틱으로 판매되고 있다. 그러나 PLA는 일반적인 자연환경인 상온에서의

   표층 토양에서는 분해되지 않고, 섭씨 60도 이상의 퇴비에서만 생분해된다. PBAT는 PLA보다 조금 더 나은 생분해성을 보이나, 이 또한

   생분해를 위해선 특수한 품질(등급)이 요구된다. 따라서 세간의 인식과는 달리 PLA와 PBAT는 실질적으로 자연 토양에서 생분해되지 

   않는 플라스틱으로 간주한다. 또한 상업화를 위해서 분자량이 큰 고분자가 필요한데, 기존 방법으로 생분해성 고분자를 제조하면 

   분자량이 커질수록 분해 속도가 더욱 느려지는 역효과가 나타난다.

○ 일반적인 자연조건에서도 생분해성이 뛰어난 고분자의 연구 개발이 진행되었으나, 해당 고분자들은 기존 생분해성 고분자 대비 물성이 

    좋지 않아 적용 가능성에 한계가 명확하고 생산 단가가 비교적 높다는 단점이 존재한다.

○ 따라서 개발한 생분해성 고분자가 기존 생분해성 고분자를 대체하기 위해선 기존과 유사한 물성을 지니면서도 일반적인 자연환경에서

    비교적 빠르게 분해되어야 하고, 생산 단가가 기존 플라스틱 대비 높지 않아야 한다.

2. 연구내용

○ 기존 PBAT 합성 방법은 통상적으로 Ti(OBu)4 촉매를 사용하여 에스터 교환 반응을 진행한다. 통상적으로 에스터 교환 반응을 

    통하여서는 분자량이 최대 5만까지만 커져서 다이아이소시아네이트 화합물을 추가하여 고분자끼리 연결해 주어 분자량을 10만 

    이상까지 키워 상업화해왔다. 하지만 분자량이 커질수록 생분해 속도는 더 느려지는 역효과가 나타난다.

○ 본 연구팀은 기존 PBAT와 물성이 유사하고 생분해도가 뛰어난 신규 PBAT(비료 성분을 포함한 폴리에스터의 이온 응집체 개발에 성공

    하였다.

○ 본 연구팀은 Ti(OBu)4 촉매 대신 인산을 사용하여 에스터 교환 반응을 진행했고, 고분자가 생성됨을 점도와 GPC로 확인 하였다. 

    이때 인산은 촉매이자 고분자에 incorporation 되는 역할로, 사슬의 말단이 포스페이트기로 연결됨을 NMR로 확인하였다.

○ 생성된 고분자에 Zn(2-ethylhexanoate)2를 처리해주면, 사슬 말단의 포스페이트기와 Zn(2-ethylhexanoate)2가 빠르게 반응한다. 

    2-Ethylhexanoic acid를 제거해주며 반응을 이끌어가고, 포스페이트기와 금속이온 간 이온결합이 생성되어 사슬과 사슬이 연결되며 

    기존 PBAT에서 다이아이소시아네이트 화합물이 했던 chain extender 역할을 대체할 수 있었다. 기존 PBAT는 공유결합으로 사슬이 

   연결되어 분자량이 커질수록 생분해 속도가 느려지는 경향이지만, 신규 PBAT는 이온결합으로 사슬이 연결되어 기존 PBAT보다 생분해 

   속도가 빠른 장점이 있다. 일반 토양에서 200일 동안 생분해성을 확인한 결과, 이온결합으로 이루어진 신규 PBAT는 기존 PBAT 대비 

   약 9.2 배 빠른 분해 속도를 보였다.

...................(계속)

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