세계 최초 생분해성 신소재를 개발한 LG화학! 친환경 소재를 개발해 자원 선순환에 앞장섭니다
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        세계 최초 생분해성 신소재를 개발한 LG화학! 친환경 소재를 개발해 자원 선순환에 앞장섭니다

        2020년 11월 16일

        LG화학은 지속가능한 경영을 위해 환경을 생각하며 자원 선순환에 앞장서고 있습니다. 오늘은 자원 선순환을 위해 한 걸음 나아간 행보를 소개하겠습니다. LG화학이 합성수지와 동등한 기계적 물성을 가진 생분해성 신소재를 세계 최초로 개발했다는 소식입니다. 이 생분해성 신소재가 무엇인지, 어떻게 개발할 수 있었는지를 해당 분야의 연구원에게 들어볼까요?


        LG화학이 개발한 생분해성 신소재란 무엇일까요?

        생분해성 신소재란?

        LG화학은 독자기술 및 제조공법으로 기존 생분해성 소재의 유연성 및 투명성을 획기적으로 개선한 신소재를 자체 개발했습니다. 이번에 개발한 신소재는 옥수수 성분의 포도당 및 폐글리세롤을 활용한 바이오 함량 100%의 생분해성 소재입니다. 단일 소재로는 PP(Polypropylene, 폴리프로필렌) 등 합성수지와 동등한 기계적 물성과 투명성을 구현할 수 있는 전 세계 유일한 소재입니다.

        기존 생분해성 소재의 경우, 물성 및 유연성 강화를 위해 다른 플라스틱 소재나 첨가제를 섞어야 해 공급 업체별로 물성과 가격이 달라지는 한계가 있었습니다. 이번에 개발된 생분해성 신소재는 단일 소재로 고객이 원하는 품질과 용도별 물성을 갖출 수 있습니다. 특히 핵심 요소인 ‘유연성’은 기존 생분해성 제품 대비 최대 20배 이상 개선되면서 가공 후에도 투명성을 유지할 수 있어 생분해성 소재가 주로 쓰이는 친환경 포장재 업계에 파급 효과가 매우 클 것으로 예상됩니다.

        생분해성 핵심 연구를 진행한 미래기술연구센터 연구원이 이야기하는 연구·개발 과정

        최정윤 김철웅

        안녕하세요. 자기소개 부탁드립니다.

        •김철웅 책임: 안녕하세요, 미래기술센터 생분해성소재 프로젝트의 팀 리더 김철웅 책임입니다.

        •최정윤 선임: 안녕하세요, 프로젝트에서 소재의 합성 및 응용 분야 발굴 관련 연구를 수행하고 있는 최정윤 선임입니다. 신소재의 중합법을 개발하였고, 최근에는 고객이 요구하는 물성을 확인하고 다양한 응용 분야에 적용하기 위한 방안을 마련하기 위한 연구를 수행하고 있습니다.

        최근 새롭게 개발한 생분해성 신소재에 대해 자세한 설명 부탁드립니다.

        •김철웅 책임: 저희가 개발하고 있는 신소재는 100% 바이오 원료를 이용하여 합성된 소재로, 첨가제나 다른 고분자 소재와 섞지 않아도 투명성, 유연성, 생분해성을 모두 만족할 수 있는 소재입니다. 기존 시장에 있는 생분해성 소재 중에도 특정 물성이 좋은 소재들은 있었지만, 앞서 언급한 대로 단일 소재로 물성을 구현할 수 있는 소재는 저희가 개발한 이 유일한 소재입니다. 게다가 공정을 크게 바꾸지 않고 개발 단계에서 소재의 물성을 조절할 수 있어 다양한 분야로 응용될 수 있을 것으로 생각합니다.

        미래기술센터에서는 오랫동안 친환경 소재를 개발하기 위한 연구를 수행해왔고,

        생분해성 신소재를 개발하게 된 배경은 무엇이며, 연구에 착수해 생분해 결과를 확인하기까지 기간은 얼마나 소요됐나요?

        •김철웅 책임: 최근 폐플라스틱에 의한 미세플라스틱이 생태계에 미치는 영향이 주목을 받으며, 전 세계적으로 플라스틱 사용량을 규제하는 움직임이 강해지고 있습니다. 국내 환경부에서도 점차 규제를 강화하는 계획을 하고 있고, 실제로 매장에서 일회용품 사용이 규제되며 텀블러나 머그컵 사용을 권장하고 있습니다. 하지만 코로나19 사태로 일회용품 사용량이 급증하면서 친환경 일회용품이나 포장재를 사용하려는 움직임이 점점 커지고 있습니다. 미래기술센터에서는 이러한 배경에 맞춰 오랫동안 친환경 소재를 개발하기 위한 연구를 수행해왔고, 이 신소재에 기반이 되는 기술도 거의 10년 이상 준비해온 결과입니다.

         

        연구 과정에서 어렵고 힘든 점은 없으셨나요?

        •최정윤 선임: 이 소재가 좋은 물성을 가질 거라고 예상하고 연구를 시작했지만, 소재의 중합 기술 개발 자체가 잘되지 않았습니다. 그에 따라 소재의 물성을 확인해 볼 수 없다는 점이 답답했습니다. 같이 연구하던 팀원분들은 대부분 바이오 관련 전공자들이었고 저도 고분자를 배웠지만 중합 전문가는 아니었는데요. 단량체도 정제된 상태로 얻기 어렵고, 고분자량으로 중합도 잘 안 되었습니다. 연구를 진행하면서도 이 소재가 잘될 거란 확신을 저 자신도 잘 못했던 것 같습니다. 다행히 조직 내에 다양한 협업 채널로 많은 도움을 얻어 소재 중합에 성공할 수 있었고 덕분에 이렇게 좋은 소재를 개발할 수 있었던 것 같습니다.

        PLA에 가장 취약한 물성이 유연성인데 저희는 유연성을 개선하면서도 투명성을 유지하기 위하여

        생분해성 신소재 개발에서 유연성 및 투명성 개선이 가능할 수 있었던 기술과 제조공법은 구체적으로 무엇인가요?

        •최정윤 선임:가장 대표적인 생분해성 소재인 PLA(Polylatic Acid)는 바이오 원료로 합성이 가능할 뿐 아니라, 강도도 우수하고 투명해서 일회용 컵 제작이나 3D 필라멘트 등으로 많이 활용되고 있습니다. PLA에 가장 취약한 물성이 유연성인데 이를 개선하기 위하여 첨가제나 고분자를 섞어서 사용하고 있고, 이 과정에서 고유의 투명한 특성을 잃게 됩니다. 저희는 유연성을 개선하면서도 투명성을 유지하기 위하여 유연성이 좋은 단량체와의 공중합체를 형성하고 있는데요. 실제로 같은 소재로 컴파운딩할 때는 소재가 불투명했지만, 공중합체를 형성하게 되면 투명성을 유지하는 걸 확인할 수 있었습니다.

        열화 곡선 그래프

        LG화학이 세계 최초로 신소재 개발에 성공할 수 있었던 데는 생분해성 핵심 물질에 대한 고유의 원천기술이 큰 역할을 했다고 들었는데요. 신소재 개발에 적용된 대표적인 기술은 어떤 게 있는지 궁금합니다.

        •김철웅 책임: 저희 소재를 중합하기 위해 이용되는 단량체 중 하나가 바이오매스를 이용한 미생물 발효로 생산됩니다. 이 단량체의 경우 고순도, 고수율로 생산이 어렵고, 정제가 복잡해 이를 이용하여 소재 양산 개발에 성공한 사례가 없었습니다. 이를 이용한 고분자 중합 기술 또한 연구가 부족한 상황이었습니다. 미래기술센터에서는 오랜 연구로 이러한 단량체의 생산 및 정제 기술을 확보해왔습니다. 그래서 이를 이용한 공중합체 합성 연구가 가능했던 것 같습니다. 실제로 공중합체에 대한 물질 원천 특허를 보유하고 있고 이와 관련한 조성물, 제조 방법 관련하여 특허 포트폴리오를 강화하기 위해 노력하고 있습니다.

        생분해성 신소재 사용 예

        이번에 개발된 생분해성 신소재는 단일 소재이며 품질과 용도별 물성을 갖췄다고 하였는데요. 그럼, 앞으로 플라스틱(합성수지)을 완전히 대체할 수 있을까요?

        •최정윤 선임: 앞서 말씀드렸듯이 신소재의 구조 조절로 용도에 따른 기계적 물성을 용이하게 구현할 수 있습니다. 이를 이용해 그레이드(Grade, 품질)를 달리하여 기존 생분해성 소재가 적용된 필름이나 용기, 컵 같은 패키징 분야에 다양하게 적용할 수 있으리라 기대됩니다. 하지만 여전히 내열성(높은 온도에서 변하지 않고 견뎌내는 성질)이나, 내부식성(녹이 지정된 한계를 넘지 않도록 보호하거나 처리하는 능력) 등이 취약하기에 단일 소재만으로 모든 합성수지를 대체하기는 어렵습니다. 단일 소재로 해결하지 못하는 부분은 다른 소재와 조합해서 물성을 보완해 나가야 합니다. 점차 다양한 분야에 생분해성 소재를 적용할 수 있도록 연구를 진행할 생각입니다.

        소재의 그레이드를 다양화해 응용분야를 다양하게 가져갈 수 있다면 본부에서 개발하는 다양한 생분해성 소재들과 함께

        생분해성 소재 시장에 빠르게 진입하기 위한 구체적인 전략이 있나요? 또 앞으로의 비전과 목표는 무엇인가요?

        •김철웅 책임: 아직 개발 단계에 있는 소재라 실제로 시장에 적용하기 위해서는 검증할 게 많습니다. 연구 단계에서 필요한 검증을 진행하면서 동시에 시장에 빠르게 진행하기 위해 원료를 확보하려고 합니다. 가공 업체들과 협업으로 소재의 양산 기술 개발 및 가공 평가도 준비하고 있습니다. 소재의 그레이드(Grade, 품질)를 다양화해 응용분야를 다양하게 가져갈 수 있다면 본부에서 개발하는 다양한 생분해성 소재들과 함께 LG화학의 서스테이너빌리티(Sustainability, 지속가능성) 소재 포트폴리오에서 한 축으로 자리할 수 있으리라 기대합니다.


        현재 유럽연합을 중심으로 전 세계적으로 일회용품 규제가 강화되고 있는데요. LG화학은 강화된 규제와 수요에 따라 비닐봉지, 에어캡 완충재, 일회용 컵, 발포 제품 및 마스크 부직포 등 다양한 분야에서 생분해성 신소재를 꾸준히 개발하고 있습니다. 시장조사업체 등에 따르면 생분해성 소재 시장은 2019년 4조 2천억 원에서 2025년 9조 7천억 원 규모로 연평균 약 15% 성장할 것으로 보입니다.

        LG화학이 이번 신소재 개발에 성공할 수 있었던 이유 중 하나는 생분해성 핵심 물질에 대한 고유의 원천기술이 있었기 때문입니다. 선제적 출원으로 LG화학은 생분해성 종합체, 조성물, 제조 방법 등에 대해 총 25건의 특허를 보유했습니다. 이런 기술을 바탕으로 LG화학은 생분해성 소재 시장에 빠르게 진입하고, 바이오 원료 확보에도 박차를 가할 계획입니다. 전 세계적으로 친환경 소재에 대한 관심이 커지고 있는 만큼 앞으로도 친환경 소재 분야에 연구와 개발을 집중하여 자원 선순환 및 생태계 보호에 앞장서겠습니다.

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