화학연, 대마 속대 폐기물로 생분해 플라스틱 강화!!!
페이지 정보
본문
▲ 연구원이 이번에 만든 생분해성 플라스틱을 잡아당기고 있다.한국화학연구원(원장 신석민)이 버려지던 산업용 대마 줄기 폐기물을 생분해 플라스틱의 성능을 높이는 셀룰로오스 보강재로 전환하며 농업 부산물의 고부가가치 소재화를 추진한다.
한국화학연구원은 김호용 박사 연구팀이 산업용 대마(헴프) 줄기 폐기물에서 추출한 셀룰로오스 미세섬유의 구조를 유지하는 건조 기술을 개발하고 이를 생분해 플라스틱 보강재로 활용해 필름 강도를 26.2% 높였다고 13일 밝혔다.
전분(TPS)과 PBAT를 혼합한 생분해성 필름은 토양에서 분해될 수 있어 친환경 포장재와 농업용 멀칭 필름 등으로 주목받고 있다. 하지만 일반 플라스틱에 비해 쉽게 찢어지고 수분에 취약하다는 한계가 있다.
셀룰로오스 미세섬유를 보강재로 활용하면 이러한 물성을 개선할 수 있지만 목화나 목재 펄프 등 기존 원료는 미세섬유화 과정과 가공에 따른 비용 부담이 발생한다.
연구팀은 산업용 대마의 줄기에서 섬유를 추출하고 남은 속대에 주목했다. 대마 속대는 줄기 무게의 약 70%를 차지하지만 활용처가 제한돼 폐기되는 경우가 많았다. 이를 셀룰로오스 미세섬유 원료로 활용하면 기존 펄프 원료를 대체하면서 폐기물 처리와 원료비 부담을 동시에 낮출 수 있다는 설명이다.
다만 셀룰로오스 미세섬유는 일반적인 열 건조 과정에서 섬유끼리 강하게 달라붙어 덩어리로 뭉치는 문제가 있었다. 생분해 플라스틱에 고르게 분산돼야 외부에서 가해지는 힘을 분산시킬 수 있지만, 섬유가 뭉치면 보강 효과가 떨어져 필름이 쉽게 찢어질 수 있다.
동결건조나 분무건조를 적용하면 미세섬유의 뭉침을 줄일 수 있지만 높은 에너지와 설비 비용이 필요해 대량생산에는 한계가 있었다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 일반적인 열 건조 방식을 유지하면서 수분함량을 조절하고 섬유 표면을 화학적으로 처리하는 방법을 적용했다.
먼저 식물 섬유의 ‘섬유포화점’을 찾아 미세섬유가 서로 강하게 달라붙기 전 적정 수분 상태에서 가공했다. 이어 알킬케텐다이머(AKD)를 섬유 표면에 처리해 섬유끼리 들러붙는 현상을 추가로 억제했다.
그 결과 별도의 고비용 동결건조 공정 없이 일반 오븐 건조만으로도 셀룰로오스 미세섬유의 구조를 유지하면서 뭉침을 최소화할 수 있었다.
연구팀이 해당 기술로 제조한 대마 속대 셀룰로오스를 전분·PBAT 필름에 10% 첨가한 결과, 필름의 인장강도가 기존 방식으로 건조한 미세섬유를 적용했을 때보다 크게 개선됐다.
기존 방식으로 건조한 미세섬유를 첨가한 필름은 강도가 1.5% 향상되는 데 그쳤지만, 수분조절과 AKD 표면처리 기술을 적용한 미세섬유를 사용한 경우 강도가 26.2% 향상됐다. 수증기와 산소 투과량도 각각 17%, 9% 감소해 차단 성능도 개선됐다.
이번 기술은 대마 속대뿐 아니라 콩대와 볏짚 등 다양한 셀룰로오스계 농업 부산물에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다. 연구팀은 향후 다양한 농업 부산물을 고부가가치 셀룰로오스 소재로 전환하는 연구를 확대할 계획이다.
김호용 한국화학연구원 박사는 “농업 부산물의 고부가가치화 성과”라고 말했으며, 신석민 한국화학연구원 원장은 “탄소중립 시대에 걸맞은 포장재 개발에 앞장서겠다”고 밝혔다.
한편. 이번 연구성과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘Chemical Engineering Journal(IF 12.5)’에 2026년 7월 게재됐다. 연구는 한국화학연구원 기본사업과 산업통상자원부 바이오산업기술개발사업, 농촌진흥청 농업과학기술 협력연구의 지원을 받아 수행됐다.
