모자반도 식기 만드는 데 쓰일 수 있다…中 연구진, 플라스틱 대체 소재 개발

플라스틱 제품은 현대 생활에 편리함을 안겨준 동시에 심각한 환경 문제도 초래했다. 대부분의 플라스틱 원재료는 석유다. 플라스틱은 안정성이 우수해 폐기 후에도 장기간 분해되지 않으므로 지속적인 환경 오염을 유발한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 석유 기반 플라스틱을 대체할 지속 가능한 고성능 구조 소재 개발이 관건이다.

최근 중국과학기술대학교 위수훙(俞書宏) 교수가 이끄는 연구팀은 식품등급(Food Grade) 모자반 셀룰로오스 나노섬유(SCNF)로 만들어져 역학적 특성과 열특성이 우수한 고성능 구조 소재를 개발했다. 관련 연구 결과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 게재됐다.

연구진은 온화한 반응 조건에서 효율이 높고 에너지 소모가 적은 방법을 개발, 모자반 산업 폐기물에서 식품급 SCNF를 추출해 냈다. SCNF는 칼슘 이온 교차 결합 후 SCNF 히드로겔(Hydrogel)을 형성한다. 연구진은 SCNF 히드로겔을 강도와 열안정성(Thermal Stability)이 높은 모자반 셀룰로오스 기반 구조 재료로 만들었다.

대부분의 상업용 플라스틱에 비해 모자반 셀룰로오스 기반 구조 소재는 높은 경도를 가지고 있다. 또한 가역적인 나노섬유 간 수소결합 상호작용망을 파괴∙재구성해 에너지를 소모함으로써 강도, 모듈러스(Modulus), 탄력성, 열안정성의 균형을 이룰 수 있다.

아울러 가공성과 식품 안전성이 좋아 다양한 형태의 식기로 가공할 수 있다. 이외에도 폴리락틱산(PLA)과 커큐민(Curcumin)을 통해 성질을 변화시켜 방수성과 항균성을 더 좋게 할 수도 있다.

연구진은 해당 구조 소재로 만든 식기의 전반적인 성능은 현재 상업용 플라스틱∙목재∙PLA 기반 식기보다 우수하다며 이는 해당 분야에서 이러한 제품을 대체할 잠재력을 보여주는 것이라고 설명했다.