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전자선 조사에 의한 탄성 폴리젖산 재료 개발

전문가 제언: ○ 폴리젖산(PLA)은 저분자량을 제외하고 중고분자량의 경우 이를 생분해하는 보통 환경에서 널리 서식하는 미생물이 없어 난생분해성 플라스틱에 속하는 바이오매스 플라스틱이다. 생물자원인 당류에서 유래하는 분자량이 10,000정도 이상의 PLA는 굳고 상용 플라스틱처럼 사용이 가능하다. 따라서 내구성 목적으로 석유자원 해결과 환경친화 추세에 맞추어 널리 개발되고 있다. 2004년부터 연간 14만톤 생산 규모의 공장이 미국 Cargill Dow LLC에 의해 가동되고 있는 것이 한 예이다.

○ PLA는 보통 60℃ 이상의 고온과 고습도 하에서 쉽게 가수분해 하여 물에 녹는 젖산으로 되고 이후 분자량이 급속히 저하하여 탄산가스와 물로 분해된다. 생분해성을 높이고 가격을 낮추기 위해 녹말 블렌드 방법이 있으나 부서지기 쉬운 문제가 있어 저분자량의 가소제를 혼합사용하고 있다. 그러나 가소제가 함유된 PLA는 냉각 시 PLA의 재결정화 온도가 낮아져 가소제가 석출하는 문제가 있었다.

○ 이 문제는 가소제 분자의 이동을 제한하는 가교에 의해 방지할 수 있으나 다량의 가소제 함유에는 부적합하여 PLA 탄성과 유연성에 한계가 있었다. 일본의 SEI사는 본문에서 다량의 가소제를 함유시켜 충분한 탄성을 갖는 PLA 겔을 만드는 기술을 소개하고 있다. SEI사는 보통의 제법과 달리 가소제를 혼합하지 않은 PLA 성형품을 먼저 만들어 전자선 조사에 의해 가교시켜 겔로 만든다. 그 후 40wt% 이상 다량의 가소제를 높은 온도에서 흡수/팽윤시켜 가소제 석출의 위험을 없앴다.

○ 보통 플라스틱 가교에는 유기과산화물에 의한 화학가교가 널리 사용되고 있으나 고온에서의 가교이고 에너지 낭비가 커서 소형 제품가교에는 부적합하다. 고체상태 그대로 가교시키는 전자선 조사 가교법은 조사선량, 빔 전류 등의 파라미터와 가교밀도 사이의 상관관계가 잘 정립되어 있어 품질관리에 예민한 전선 산업에서 애용되는 가교 기술이다.

○ PLA의 응용분야는 다양하지만 내구성의 자동차용 내장재 등이 떠오르고 있다. 내충격성과 내열성 향상을 위해 석유에서 유래한 플라스틱이 10%까지 사용되던 것을 고탄성의 PLA 겔이 대체하기를 기대한다.

저자: Shinichi KANAZAWA
자료유형: 학술정보