일본의 도레이(東レ)주식회사가 폴리유산(PLA)과 셀룰로오스를 주성분으로 하는 식물섬유를 컴파운드(혼합)하여 내열성과 강성 및 성형성을 향상시킨 식물섬유강화 PLA플라스틱을 개발하였다.

이번에 개발한 플라스틱은 바이오매스 플라스틱으로, 세계 최고 수준의 150℃의 내열성을 가지며, 기존 PLA 플라스틱의 2배에 달하는 강성과 성형시간의 단축을 실현하고, 또한 식물섬유를 섞어도 뛰어난 성형 외관을 얻을 수 있는 등 바이오매스 플라스틱의 물성을 근본적으로 개량하였다.

지금까지 PLA의 강도를 향상시키기 위해 보강재로 식물섬유를 배합하는 기술이 개발, 검토되어 왔지만, 식물섬유가 균일하게 섞이지 않아 성형품의 외관 불량을 일으키고, 성형 시에 PLA가 쉽게 분해되고, 사출 성형 시의 성형 사이클이 길고, 내열성이 낮아지는 등 실용적인 플라스틱 재료로써의 용도 전개에 한계가 있었다.

도레이의 PLA 통합 브랜드 ´에코디어´의 필름

하지만 도레이社가 개발한 양산성이 우수한 사출 성형법으로 기존의 석유계 플라스틱과 동등한 내열성과 강성을 가진 PLA 플라스틱 제품의 생산이 가능하게 되었다.

주식회사 쇼와마루츠츠(昭和丸筒)와 쇼와프로덕트주식회사의 협력을 얻어 개발한 식물섬유강화 PLA플라스틱은 동사 독자의 수지 컴파운드 기술과 결정화 촉진 기술의 융합으로 실현되었다.

먼저, 도레이社는 독자의 PLA와 식물섬유를 용융 혼합하는 것으로 성형 시에 PLA가 쉽게 분해되는 문제를 해결하였다. 이로 인해 성형품의 외관 및 강성의 향상을 동시에 실현하였다. 동사의 독자 수지 컴파운드 기술의 개발로 식물섬유를 최대 50%까지 균일하게 혼합·미분산할 수 있는 것뿐만 아니라 PLA의 발포 성형도 가능하게 되었다.

다음으로, 동사는 PLA 폴리머와 식물섬유의 상호작용을 바탕으로 결정화 촉진 작용을 극한으로 한 결과, PLA의 결정화 속도를 플레인 PLA의 50배, 최신 개량기술보다도 10배 높은 혁신적인 결정화 촉진 기술을 개발하였다. 이 높인 결정성으로 성형시간을 대폭 단축하는 것과 동시에 균일하게 분산된 식물섬유의 보강 효과로 150℃의 내열성과 기존 대비 2배의 강성을 실현하였다.

PLA는 옥수수 등의 식물에 함유된 전분을 발효하여 생긴 유산을 중합하여 제조하는 바이오매스 폴리머로, 석유자원의 절약을 비롯하여 이산화탄소의 배출량을 억제하는 “카본 뉴트럴(Carbon Neutral)”효과로 지구온난화 방지에 공헌하는 환경 저부하 소재로 기대 받고 있다.

본격적인 보급을 위해서는 내열성이나 강성의 개량, 생산성의 개선 등이 과제가 되고 있지만, 이번 도레이社의 신기술의 확립으로 PLA의 용도가 더욱 확대될 것으로 기대된다.

동사는 이번에 개발한 식물섬유강화 PLA플라스틱을 자동차 부품, 전기·전자부품, 토목·건축자재, 가구 등 폭넓은 용도로의 개발을 진행하고 있다.

도레이社는 현재 PLA를 비롯한 비(非)석화 원료를 사용한 제품 용도의 개발에 노력하고 있다. 앞으로도 동사 독자의 첨단기술로 PLA 통합 브랜드 “에코디어(Ecodear)”를 비롯한 환경 배려형 제품의 사업 확대를 목표로 노력할 것이라고 하였다.

조나리 기자/olivelina@paran.com