Researchers Combine Biopolymers Derived From the Ocean to Replace Synthetic Plastic Films

North Carolina State University의 연구에 따르면 갑각류와 해조류에서 추출한 구조가 강화된 소재가 석유 기반 플라스틱 필름을 대체할 수 있는 차세대 대안이 될 수 있다고 한다.

게 껍질을 단단하게 만드는 바이오 폴리머인 키토산과 해조류에서 추출한 바이오 폴리머인 젤을 만드는 데 사용되는 아가로스를 결합하면 강도가 강화된 독특한 바이오 폴리머 복합 필름이 만들어진다. 이 필름은 생분해성이며 항균성이 있고 물을 튕겨내며 투명하다.

키토산과 아가로스를 단순히 혼합하는 것만으로는 충분하지 않을 수 있어 Velev와 그의 연구진은 키토산으로 만든 연성 수지상 콜로이드라고 하는 섬유화된 콜로이드 스케일 물질로 아가로스 필름을 강화하는 다른 접근 방식을 취했다. 강력한 키토산 마이크로 및 나노 크기의 피브릴은 아가로스 필름에 강도와 안정성을 제공하기 위해 계층적으로 가지를 치고 있으며, 이 피브릴이 내장된 아가로스 필름에 강도와 안정성을 제공한다.

이 논문의 제1저자인 Yosra Kotb는 "천연 고분자를 화학적으로 변형하는 것은 어렵지만, 그 형태를 변경하여 복합재로 사용할 수 있습니다"며 " 키토산 수지상 입자를 사용하여 아가로스 매트릭스를 강화하는데, 이는 두 재료의 호환성으로 인해 기계적 특성이 우수하기 때문이며, 키토산 입자는 아가로스와 반대 전하를 띠고 있습니다. 혼합하면 이러한 전하가 중화되어 결과물이 물에 대한 저항력이 높아집니다"라고 전했다.

연구 결과에 따르면 바이오폴리머 복합체는 아가로스 필름만 사용했을 때보다 약 4배 더 강하며, 일반적으로 연구되는 박테리아인 대장균에도 저항력이 있는 것으로 나타났으며, 복합 필름으로 만든 시트는 땅 속에서 한 달이 지나면 크게 분해되는 반면, 일반적인 플라스틱 봉지는 같은 기간 동안 완전히 손상되지 않는 것을 보여준다.

Velev는 "흥미롭게도 우리 합성물은 처음에는 항균성이 강하지만, 천연 소재로 만들어졌기 때문에 시간이 지나면 박테리아가 여전히 서식하게 되므로 땅 속에서 한 달 정도 지나면 쉽게 생분해됩니다"라고 말했다.

Velev는 자신의 연구실에서 궁극적으로 합성 고분자 필름의 특성과 일치하는 것을 목표로 바이오 폴리머 복합 필름의 구조를 개선하기 위해 계속 노력할 것이라고 덧붙였다.

또한, Velev는 "제지 공정처럼 폴리머 대체 필름을 충분히 대량으로 만들 수 있을 만큼 빠른 연속 공정으로 어떻게 만들수 있을까요?"라며 소재 생산 공정의 확장성을 높이는 것도 향후 목표 중 하나라고 전했다.

Kotb, Yosra, and Orlin D. Velev. "Hierarchically reinforced biopolymer composite films as multifunctional plastics substitute." Cell Reports Physical Science (2023): 101732.

"Researchers Combine Biopolymers Derived From the Ocean to Replace Synthetic Plastic Films", NC State News, 2023년12월11일 수정, 12월18일 접속, https://news.ncsu.edu/2023/12/natural-alternative-to-synthetic-films/