식품용 & 분해성플라스틱의 종류

소재-플라스틱 종류 및 가공방법 | (4) 식품용 & 분해성플라스틱의 종류|

식품용 플라스틱의 종류

용 기 및 포장재로 사용되는 프라스틱의 재질은 약 30종 이상으로 이중에서도 식품용으로 실생활에서 주로 사용되는 프라스틱은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스텐(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아미드(Nylon), 폴리염화비닐(PVC)은 과거에는 통상적으로 '비닐'이라고 브르던 재질로 투명성 및 차단성, 접착성 등이 좋고 가격이 싼 장점으로 식품용 랩, 비닐백 등 용기로 많이 사용되어 왔습니다.

그 러나 이것은 열에 약하고 1970년대 중반부터 PVC용기에 잔존하는 염화비닐 단량체에 대한 대중의 우려로 점차 식품포장에 대한 사용을 줄여왔으며 최근 유럽에서는 쓰레기 소각시 발생하는 염산,다이옥신 등 반환경물질로 인해 인간의 건강을 위협한다 하여 사용을 자제하고 있으며, 미국을 비롯한 선진국에서도 PVC사용을 줄이고 있으며 우리나라에서도 일부 완구류,문구류 등에 사용되지만 랩을 제외하고는 PVC재질의 식품용 용기는 거의 생산되지 않고 있습니다. 그러나 아직도 많은 사람들은 대부분의 프라스틱 용기를 보면 PVC용기로 혼동하는 경우가 많습니다.

폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)는 우리에게는 PET병으로 잘 알려져 있는데 투명하고 탄산가스 통과율이 적으므로 주로 탄산음료 등 음료용 병으로 광범위하게 사용되고 있습니다

현재까지 100여개국에서 PET의 식품포장재로서의 사용을 허가하였으며 약60여개 이상의 오염 가능성 물질을 분석한 결과 비교적 안전한 것으로 알려져 있습니다.

PE 및 PP는 식품용 용기 및 포장재로로 가장 많이 사용되는 재질 중 하나로 가정용 기구나 그릇, 제과용 포장재나 포장 필름 또는 랩으로 사용되고 있으며 정상적인 조건에서 사용하는 경우 안전한 것으로 알려져 있습니다.

나일론이라고하는 폴리아미드 재질은 주로 필름형태로 제조되어 열에 강하고 가스 차단성이 좋아 PE등의 재질과 함께 라미네이팅하여 육가공품의 진공포장이나 냉동식품 및 고온살균용 포장에 사용 됩니다.

폴 리스티렌(PS)은 도시락이나 두부포장, 요쿠르트병 제조에 사용되며 가스를 넣어 발포시킨 PS용기는 일회용 컵라면 용기나 도시락 용기로 사용 됩니다. 그러나 1998년도에 내분기계 장애 추정물질인'스티렌다이머' 및 '트리머' 검출과 환경문제로 인해 점차 사용이 감소되고 있습니다.

※ 합성수지 재질구분표시별 재활용가능 품목

구분 번호	명 칭	재활용가능품목	재활용여부
1	페 트 ( PETE )	음료수병(콜라,사이다,쥬스), 생수병, 간장병	재활용가능
2	고밀도플라스틱 ( HDPE )	플라스틱, 물통, 세제용기, 고급우유병, 식용유병	재활용가능
3	염화비닐 ( V )	가스호스(×), PVC(×)	불가능
4	저밀도플라스틱 ( LDPE )	플라스틱, 필림통	재활용가능
5	폴리프로필렌 ( P·P )	주류.음료수상자	재활용가능
6	폴리스틸렌 ( P·S )	요구르트, 바나나우유통, 불가리스, 계란투명용기(×)	일부가능
7	기타제품 ( OTHER )	공업용제품(×), 카페라떼(×)	불가능

 

분해되는 플라스틱

플 라스틱이란 용어는 탄소와 수소라는 두 가지 기본 원소를 원료로 하는 광범위한 인조 물질을 가리킨다. 여기에 각종 화학 물질을 첨가함으로써 플라스틱의 강도, 내열성, 광택, 유연성 등 특수한 성질을 부여할 수 있다. 플라스틱은 폴리머(종합체)라고 불리는 커다란 분자들로 이루어져 있는데 이 폴리머는 기다란 연쇄로 된 보다 작은 분자들로 형성되어 있다 이 분자들이 뒤엉키면 플라스틱의 강도가 높아져서 상당한 힘을 들여야만 뗄 수 있다.

플 라스틱 제품이 갖는 한 가지 장점은 녹슬거나 썩지 않는다는데 있다. 그러나 바로 이 점이 문제가 되기도 한다. 이 때문에 오늘날 세계 곳곳에 플라스틱으로 만든 컵, 쇼핑백, 포장지 쓰레기들이 산더미처럼 쌓이고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 여러 형태의 분해되는 플라스틱이 개발되었다. 그 비결은 광선, 박테리아 또는 특정한 다른 화학 성분에 의해 부식되는 화학 물질을 플라스틱에 혼합하는 것이다.

생 분해 플라스틱은 녹말을 첨가해서 만든다. 이 플라스틱을 땅속에 묻으면 녹말을 먹고 사는 박테리아가 서서히 플라스틱을 작은 조각으로 분해시켜 무해한 상태로 땅속에서 사라지도록 해주는 것이다. 화학적으로 분해되는 플라스틱은 그 플라스틱을 용해하는 용액을 뿌려 줌으로써 분해된다. 이런 플라스틱은 새로 출고되는 승용차의 차체 보호 덮개로 사용이 된다.

차 를 판매하기 바로 전에 특별히 제조한 스프레이를 뿌려 그것을 세척할 수 있다. 이 용액은 플라스틱에 함유된 어떤 특정한 성분에 작용하여 이를 하수도로 흘려보내도 괜찮을 무해한 물질로 분해해준다. 광분해 플라스틱에는 광선에 노출되면 서서히 붕괴되는 화학물질이 들어 있다. 프랑스에서는 토양의 온도를 보존하여 작물을 조기 수확하기 위해 폭 1m의 광분해성 플라스틱 필름을 밭에 덮는다. 이 플라스틱은 1∼3년 후면 썩어서 땅속에 흡수된다 그러나 이 플라스틱은 일조량이 일정한 고장에서 사용해야만 그 부패 속도를 보장할 수 있다.

분 해 가능 플라스틱이 가장 성공적으로 사용되는 곳은 외과 수술 분야이다. 현재 외과 수술 후 상처를 꿰맬 때 플라스틱 실을 사용하는 경우가 많은데, 이 실은 체액 속에 천천히 용해되기 때문에 환자는 실 뽑을 걱정을 하지 않아도 된다. 의약품도 플라스틱 캡슐에 넣어 처방할 때가 많다. 이 캡슐은 서서히 용해되면서 약품이 혈액에 흡수되는 속도를 조절해 주기도 한다.

스스로 복구하는 ‘괴물 플라스틱’

전 기기기나 생활용품 등에 폭넓게 사용되고 있는 플라스틱. 이 플라스틱 내부에 생긴 상처가 자발적으로 회복되어 나간다는 전혀 새로운 ‘자체 복구 플라스틱’이 개발되어 실용화 단계에 이르렀다. 이 플라스틱은 ‘자체 복구 과정에서는 산소를 필요로 하고, 복구가 완료되면 배설물까지 배출’하는 등 언뜻 보면 생물과 같은 성질을 가져 학문적으로도 흥미로운 대상이 되고 있다.

우 리의 일상 생활 곳곳에서 사용되고 있는 플라스틱은 열화하기 쉬워 제품으로서의 수명이 짧다는 결점이 있다. 그래서 열화되지 않는 강한 재료를 만들려는 것이 지금까지 재료 연구의 큰 과제였고 또한 연구 방향이었다. 그럼에도 불구하고 우리가 사용하고 있는 플라스틱의 수명은 보통 10년에 불과하다.

플라스틱보다 훨씬 약한 재료로 구성되어 있는 인간의 수명은 100년쯤 된다. 생물은 상처가 난 곳을 스스로 회복시키면서 살아가기 때문이다.

 

▲ 자체 복구 시스템을 구축하는 데 활용된 공학용 플라스틱의 하나인 폴리페닐렌 에테르(PPE)

10개월 가량 기업과 공동연구

일 본 나고야 대학 대학원의 다케다 교수는 이러한 생물의 자체 복구 메커니즘을 인공 재료에 응용하여 생물처럼 스스로 회복하는 플라스틱을 만들어내는 데 성공했고 이미 10개 정도의 일본 기업과 공동 연구를 거쳐 구체적인 제품의 부품으로 사용하고 있다.

플 라스틱은 ‘범용 플라스틱’ ‘공학용 플라스틱’ ‘초공학용 플라스틱’으로 크게 나눌 수 있다. 범용 플라스틱으로는 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 염화비닐 등을 들 수 있고 일상적으로 사용하는 빨래집게나 랩 등에 쓰인다. 그 수명은 5~6년 정도이다. 공학용 플라스틱에는 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리옥시메틸렌 등이 있다. 자동차 부품, 전기·전자 부품 등에 이용되며 범용 플라스틱보다도 일반적으로 값이 비싸고 수명은 약 10년이다.

초공학용 플라스틱은 아주 가혹한 상황에서만 사용되는 것으로 주로 항공·우주 부품에 이용되고 있다. 가격이 매우 비싸고 주문에 따라 100년 정도의 수명을 가진다.

일상적으로 쓰이는 플라스틱의 수명이 짧은 주원인은 플라스틱의 내부에 생기는 ‘상처’ 때문이며 이것은 열화로 이어진다. 그렇다면 열화는 어떻게 생기는 것일까?

플 라스틱은 탄소와 수소 그리고 산소 분자가 다수 결합하여 끈 모양으로 된 ‘고분자’로 이루어진다. 이 고분자의 끈끼리 복잡하게 얽혀 플라스틱은 고체로서의 강도를 갖게 된다. 보통 플라스틱의 경우, 한 가닥의 끈마다 약 7군데가 얽히면 인간이 사용하여도 충분한 강도가 된다.

열 화는 이 끈이 끊어짐으로써 생긴다. 그 원인은 태양의 자외선이나, 인간이 사용함으로써 가해지는 힘 등이다. 예를 들어 7군데에 얽혀 있던 끈이 한가운데 부분에서 끊어졌다고 하자. 그러면 얽힘의 수가 반감한 두 가닥의 끈이 된다. 이 반응이 진행되어 플라스틱 내부에 있는 고분자 끈 전체의 얽힘이 줄어든 상태가 바로 열화 상태이다.

햇빛을 계속 쬔 플라스틱 물통에 물을 넣었다가 들어올리려고 하면 ‘탁’ 하고 물통이 깨지는 경험을 아마 한 번쯤 했을 것이다. 이 상태는 한 가닥의 끈마다 평균적으로 네 군데밖에 얽혀있지 않은 상태이다.

보통의 플라스틱은 사용할수록 열화가 진행된다. 그래서 공업 제품의 재료에는 ‘자외선 흡수제’라는 열화를 억제하기 위한 물질이 혼합되는 경우가 있다. 도료를 칠하는 것도 하나의 대책이다. 그럼에도 불구하고 열화는 계속 진행된다.

‘자 체 복구 플라스틱’은 끊어진 고분자의 끈이 다시 자발적으로 이어져 나가는 재료이다. 열화의 진행을 멈추도록 복구가 이루어지는 것이다. 그렇다고 수명이 무한대로 연장되는 것은 아니다. 보통의 플라스틱 등에 비해 열화되는 정도가 사용할수록 엄청나게 차이가 나서 아주 오랫동안 쓸 수 있다.

전혀 새로운 학문 영역

다 케다 교수는 처음에는 공학용 플라스틱의 하나인 ‘PPE(폴리페닐렌 에테르)’라는 플라스틱으로 자체 복구 시스템을 구축하는 데 성공하였다. 간단히 말해 상처의 응급 처치를 위한 ‘반창고’와 상처를 아물게 하는 ‘보수제’를 PPE 안에 섞어 둔 것이다.

보 수의 메커니즘은 간단하다. 먼저 어떤 외적 요인이 PPE 안의 고분자에 작용했다고 하자. 이때 분자의 결합을 담당하고 있던 전자가 떨어져 나가 고분자가 절단되고, ‘유리된 전자(짝을 이루지 못하는 홑전자)’가 생긴다. 열화의 시작이다. 그러면 이 홑전자에 대하여 미리 만들어진 ‘보수제’가 다가간다. PPE에서는 구리가 보수제의 역할을 한다.

이때 중요한 것이 반창고 역할을 하는 수소이다. 자체 복구 작용을 하는 PPE에는 수소를 공급하기 위한 ‘수소 공급제’가 미리 들어가 있으며, 여기서 나온 수소가 절단 부분에서 생긴 홑전자 쪽으로 다가와서 결합한다.

자 체 회복은 이로써 완료된다. 그러나 반응은 계속된다. 이번에는 구리가 대기로부터 공급되는 산소와 반응한다. 산소에 1개의 전자를 주고, 구리는 2가로 되돌아가 다시 보수제로서의 능력을 갖게 된다. 그리고 이때의 반응으로 생긴 산소 이온과 반창고의 역할을 하는 수소 이온이 반응하여 배설물로서 물(분자)이 생긴다. 플라스틱에서 생물처럼 배설물이 나온다는 것은 매우 재미있는 현상이 아닐 수 없다.

그 러나 자체 복구 플라스틱을 처음 발표한 1997년 10월의 국제고분자학회에서는 누구 하나 이 연구를 믿으려 하지 않았다. 자체 복구는 구리 등의 촉매가 상처 부분에 작용하여 일어난다는 이론이다. 하지만 플라스틱은 고체이다. 고체 속에서 구리 등의 원자나 분자가 유동적으로 움직이는 일이 과연 가능한가? 많은 연구자들은 고체 안에서 촉매가 절단된 부분 쪽으로 움직여 나간다는 것은 있을 수 없다는 결론을 내렸다.

화학 반응이라면 일반적으로 수용액이나 대기 중 같은, 반응하는 분자가 유동적으로 움직일 수 있는 곳에서 생긴다는 것이 상식이다. 그 상식이 ‘자체 복구 반응’에 대한 이해를 방해하고 있었다.

하 지만 5~10nm(나노미터·10억분의 1m)라는 영역에서는 플라스틱이 액체 정도의 유동성을 가진다. 즉 절단된 고분자의 말단 부분과 촉매가 5~10nm라는 영역 안에 있으면 자체 복구 반응이 일어나는 것이다. 이 반응은 절단된 부분에 있는 몇 개 단위의 분자가 관여할 뿐이어서 ‘화학 평형’ 등의 개념을 사용할 수 없다. 어쩌면 ‘자체 복구 반응’은 학문적으로 전혀 새로운 영역인지도 모른다. 다케다 교수는 요즘 거꾸로 국제고분자학회로부터 초청을 받아 강연을 하고 있다.

자체 복구 플라스틱의 등장은 다양한 재료에의 응용을 예고하고 있다. 플라스틱만이 아니라 금속이나 세라믹스 등 모든 인공 재료가 자체 복구성을 갖추고 열화에 스스로 대처하게 될 것이다.

자원이 자꾸만 줄어들고 있는 현실에서, 보다 오래 쓸 수 있는 자체 복구 재료의 개발은 자원 절약이라는 경제적인 면뿐만 아니라 환경 문제도 내다본 연구이다.