[비즈월드] 본 발명은 무기항균제를 함유한 항균성 폴리락트산계 압출발포시트 및 그를 이용한 생분해성 항균 발포 성형품에 관한 것이다. 

KBF(케이비에프)㈜가 2016년 12월 27일 출원(출원번호 제1020160179964호)해 2017년 11월 22일 등록(등록번호 제101802362호)을 받은 ‘무기항균제를 함유한 항균성 폴리락트산계 압출발포시트 및 그를 이용한 생분해성 항균 발포 성형품’이라는 명칭의 특허에 대한 요약 설명문이다.

그동안 폴리에틸렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지, 폴리스티렌계 수지 등의 범용 수지로 구성되는 발포체는 경량성, 단열성, 완충성이 우수해 오랫동안 포장지 등 다양한 분야에 걸쳐 사용되어 왔다.

그러나 이들 범용 수지로 구성되는 발포체는 사용 후 자연환경에 방치될 경우, 대부분 분해되지 않기 때문에, 최근에는 석유 자원을 원료로 하는 상기 범용 수지를 대신하여 식물에서 유래된 Poly(lactic acid)(PLA) 수지가 주목 받고 있다.

PLA 수지는 옥수수 등의 식물을 원료로 만들어지고, 사용 후 자연 환경 하에 방치되는 일이 있어도 이산화탄소와 물로 분해되는 환경 저부하형의 열가소성 수지이다. 따라서 PLA 수지는 자연 환경 하에서 분해성을 나타내는 친환경적인 식물 유래의 발포용 범용 수지로서의 사용이 기대되고 있어, PLA 수지를 원료로 하는 발포체에 대한 연구가 이루어지고 있으며, 그 중 하나로서 발포 수지 성형체의 개발이 진행되고 있다.

실제로 일본공개특허 제2002-322309호에는 폴리락타이드계 수지를 압출 발포시킴으로써 균일하고 미세하게 발포하고, 특히 고배율에 발포한 양질의 폴리락타이드계 수지 발포체를 개시하고 있다. 

그러나 이 특허에 따른 발포체는 비결정성 폴리락타이드를 주성분으로 하고 있으므로, 성형성에는 우수하지만 내열성에 문제가 있어, 실온에서 변형되는 문제가 있다.

이에 PLA 수지의 내열성 향상을 위하여, 결정성 폴리락타이드를 함유할 경우 내열성 개선을 기대할 수 있지만 반면에 발포성, 열성형성에 문제가 있어, 종래 시트형 또는 판형의 폴리스티렌 수지 발포체와 동등한 기능을 가지는 발포체를 얻을 수 없게 된다.

특히 PLA 수지의 장점은 100% 재생 가능한 원료로부터 생산되고 병, 필름, 용기, 섬유 등으로 사용되며 봉합사, 플레이트, 뼈 고정나사 등의 의료용으로 사용될 만큼 친환경적인 점이다.

최근에는 PLA 수지를 기반으로 하는 항균 PLA가 보고되고 있는데, 광촉매인 TiO2 나노입자를 함유한 PLA 필름의 탈취성과 항균성에 관하여 보고하고 있고[한국염색가공학회지, 2008, Vol. 20, 1∼7], PLA 원사에 피톤치드계 유기항균제를 혼입한 아토피완화용 PLA 항균사를 보고하고 있다(한국염색가공학회지, 2011년도 제45차 학술발표회 2011, Vol. 04, 52). 반면 공지된 항균 PLA 관련 제품은 비발포용으로서 식품용기 분야에 적용하기 위한 분해성 압출 발포체로는 활용할 수 없다는 것이 단점으로 지적됐다.

이에 KBF 연구진은 식품용기 분야에 적용에 적합한 생분해성 압출 발포체를 얻고자 다각적으로 노력한 결과, 폴리락트산으로 이루어진 생분해성 발포시트 또는 폴리락트산을 주재료로 함유하고, 강도 및 생산성 등을 고려해 상기 폴리락트산에 석유화학 수지를 혼합, 폴리락트산계 고분자 수지의 소재를 최적화하고 무기계 항균제를 함유한 압출발포시트를 제공하는 방법의 해결점을 찾아냈다. 

해당 발명은 항균성 폴리락트산계 압출발포시트는 폴리락트산으로 이루어진 생분해성 발포시트 또는 폴리락트산이 주재료다. 강도 및 생산성 등을 고려해 바이오 베이스 플라스틱 요건을 충족하는 범위 내로 상기 폴리락트산에 석유화학 수지를 혼합한 복합분해성 발포시트로 이뤄지되, 무기계 항균제가 함유됨으로써, 폴리락트산계 소재적 특징에 따라 자연 상태에서 분해되며, 무기계 항균제로부터 항균성 및 신선도가 유지되어 이를 이용한 생분해성 항균 발포 성형품에 대한 것이다. 

새로운 발명으로 인한 폴리락트산계 소재적 특징에 따라 자연 상태에서 분해돼 필(必) 환경시대 신소재로 각광받을 것으로 기대되고 있다. 

게다가 무기계 항균제로부터 항균성이 부여되어, 빵류, 과일류, 야채류, 버섯류, 절단된 고기류 등의 신선도유지 및 부패방지에 유리함을 확인했다.

이런 가운데 BGF그룹의 자회사 BGF에코바이오가 해당 특허를 활용 생분해 바이오플라스틱 계열에서 세계 최초로 항바이러스 기능을 가진 PLA 발포 시트 양산에 성공했다고 밝혔다.

앞서 설명한 BGF에코바이오의 자회사인 KBF 특허를 기반으로 약 3년에 걸친 연구 결과 항바이러스 기능을 갖춘 PLA 발포 시트를 개발해 낸 것이다.

BGF에코바이오가 정부출연기관에 의뢰해 약 23℃의 상온 환경에서 진행된 항바이러스 실험 결과, 총 네 가지 독자 개발 소재에서 고양이 코로나바이러스(FCoV: Feline coronavirus) 실험균에 대한 바이러스 퇴화 기능이 유의미하게 나타났으며, 인플루엔자 A 바이러스(H3N2) 실험균이 단 두 시간만에 99.999% 감소하는 효과를 입증 받았다고 한다.

이번 결과는 전 세계적으로 유일하게 생분해성 바이오플라스틱에 항바이러스 기능을 부여해 유효한 바이러스 억제 효과를 검증받은 사례라고 회사 측은 강조했다. BGF에코바이오는 현재 해당 기술에 대한 특허도 출원한 상태다.

BGF에코바이오의 항바이러스 PLA 발포 시트는 식품용기, 산업용 완충재 등으로 다양하게 가공해 실생활에 적용될 수 있다는 점에서 그 의미가 크다. 친환경적인 동시에 사용자가 보다 안심하고 사용할 수 있는 포장재로 상품을 전달할 수 있게 된 것이다. 

예컨대 BGF에코바이오의 항바이러스 PLA 발포 시트로 가공한 난좌(卵座)에 달걀을 담으면 유통과정에서 조류 인플루엔자 바이러스 전파 우려를 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

BGF에코바이오는 이번 연구 결과를 바탕으로 항바이러스 PLA 발포 시트를 제품화해 친환경 항바이러스 포장재를 세계시장에 내놓을 계획이다.

특히 코로나19로 인해 친환경 소비와 생활방역에 대한 관심이 국내에서도 전방위로 확대되면서 BGF에코바이오는 제조사 등 민간사업체는 물론 학교, 공공기관 등에 해당 소재를 적용해 공익을 높일 수 있는 다양한 방안을 연구하고 있다고 한다. 

정종구 BGF에코바이오 박사는 “국내 유일 PLA 발포기술로 친환경용기 시장을 개척하고 있는 BGF에코바이오가 공중위생을 제고할 수 있는 신소재를 내놓게 됐다”면서 “우리나라에서 세계 최초로 항바이러스 기능이 입증된 친환경 PLA 발포 시트를 발명했다는 자부심을 가지고 기능성 포장재를 하루 빨리 생활 속에서 만나볼 수 있도록 지속적으로 연구함과 동시에 포장재 혁신을 통해 친환경 소재 사업을 확대해 나가겠다”라고 말했다.