2018년 03월 01호 Global Packaging News

오크리지연구소, 취성·인성 개선한 PLA 개발

오르가노알콕시실란 혼합해 완성

다양한 분야에 PLA가 적용되는데 있어서 가장 큰 문제점은 소재가 취성(brittleness, 쉽게 깨짐)이 약하다는 점이다. 연구진들이 PLA에 소량(중량대비 0.5~1%)의 오르가노알콕시실란(organoalkoxysilane)을 혼합함으로써 매우 튼튼한 PLA를 쉽게 만드는 방법을 개발했다.
미국 에너지성(DOE)이 개소한 연구소 중 가장 큰 테네시(Tenessee) 소재 오크리지국립연구소(Oak Ridge National Laboratory, 이하 ORNL)의 연구진들은 생산성(manufacturability)이 개선된 매우 튼튼한 재생가능 플라스틱을 만드는 방법을 개발했다고 밝혔다.
연구진은 새로운 튼튼한 고분자를 만들기 위해 포장재, 섬유, 바이오메디컬 이식, 3D프린팅에 주로 사용되고 있는 바이오플라스틱인 폴리유산(polylactic acid)에 실란(silane)이라고 불리는 실리콘 기반 물질을 소량 첨가했다. 이렇게 얻어진 새로운 바이오플라스틱은 인장강도(tensile strength)와 탄성률(modulus)을 유지하면서도 인장변형률(tensile strain) 및 인장인성(tensile toughness)이 개선되었다.
ORNL의 Soydan Ozcan은 “새로운 방법은 PLA의 인성을 빠르게 증가시켜줄 수 있고 규모화할 수 있는 방법”이라며 “덕분에 PLA도 폭넓게 적용될 수 있을 것”이라고 했다.
그는 “새로운 PLA를 만드는 우리의 방법으로는 강도(strength)나 강성(stiffness)의 희생 없이 10배 더 인성이 좋은 PLA를 얻을 수 있다. 이는 고분자의 인성(toughness)이 중요한 분야들에 적용을 넓혀 줄 것이다”라고 말했다.
연구진은 적층 가공(additive manufacturing) 및 포장을 위해 새로운 고분자를 맞춤형으로 만들 계획도 가지고 있다.

Stora Enso, 바이오기반의 리그닌 ‘Lineo’ 출시

지속가능한 바이오기반 대안으로 각광

포장재, 바이오소재, 목재 구조물 및 종이 분야 등 재생가능한 솔루션 개발에서 선두주자인 핀란드의 Stora Enso가 공식적으로 바이오기반의 리그닌(lignin, 목질소) 제품인 Lineo™을 출시했다. 리그닌은 나무의 주요 빌딩블록 중 하나이며 목재 구성 성분의 20~30%를 차지한다.
리그닌은 전통적으로 펄프 및 제지 산업의 등장으로 폐기되어왔다. 그러나 Stora Enso는 다목적 재료로 이용할 수 있는 리그닌의 잠재력을 인식한 업체 가운데 하나로 화석 기반 자재를 대신해 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있다는 것을 파악했다. 이제 Lineo는 보다 지속가능한 바이오기반 대안을 모색하는 업체에서 이용할 수 있다.
리그닌은 합판, 배향 스트랜드 보드(oriented strand board), 래미네이트 한척 목재(laminated veneer lumber), 종이 래미네이션(lamination) 및 절연 재료용 수지에 사용되는 원유 기반의 페놀 재료를 대체할 수 있는 제품으로 등장했다.
Stora Enso의 바이오소재 담당 부사장인 Markus Mannstrom은 “최근 몇 년간 리그닌에 초점을 맞췄는데 Lineo를 출시하게 되어 기쁘게 생각한다. 리그닌은 원산지를 추적할 수 있고 원가가 안정적이며 독성이 없는 원료다. 바이오기반 Lineo는 원유 기반의 대체품을 찾는 업체에 이상적이다. 우리는 오늘날 화석을 원료로 하는 모든 재료가 내일에는 나무로 만들어질 수 있다고 믿는다”고 말했다.
Stora Enso는 30여 개국에 약 2만6000 명의 직원을 두고 있으며 2017년에 100억 유로가 넘는 판매량을 달성했다. 2015년 이후 핀란드의 Sunila 펄프 공장에서 상업적 규모로 리그닌을 생산하고 있다. 생산 능력은 연간 5만 톤으로 Stora Enso는 세계 최대 크라프트 리그닌(kraft lignin) 생산업체다. Stora Enso는 이미 페놀을 대체하기 위해 Lineo를 판매하고 있으며, 이 다재다능한 소재를 이용한 다른 응용 분야도 고려하고 있다.
리그닌은 북유럽 연목(soft wood)의 크라프트 펄프 가공 과정에서 분리된다. Lineo는 건조 함량(dry content)이 높고 분산성(dispersibility)이 우수하며 보관 시간이 길다.
또한 Lineo는 반응성과 순도가 높기 때문에 일관성이 있으며 고객의 요구에 따라 다양한 수준의 건조(dryness)를 제공할 수 있다. 리그닌은 특수 화학, 건설, 개인 위생 및 식품 산업 등의 응용 분야에서 사용 가능성이 높다.

△ 핀란드의 Stora Enso가 바이오기반 리그닌 제품인 Lineo™을 출시했다. Stora Enso의 힐테 밀(Hylte Mill) 공장.

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