생분해성 박막의 부상: 산업 전반에 걸친 영향과 혁신
플라스틱은 매일 도시 고형 폐기물(MSW)에서 발생하는 무기 고형 폐기물의 상당 부분을 구성한다. 상당한 양의 플라스틱 폐기물은 심각한 환경적 영향을 미쳐 매립을 통한 토양 오염, 바다에 버려질 때의 수질 오염, 대기 오염에 기여한다.
플라스틱은 전 세계 폐기물 발생량의 약 5~12%를 차지하며, 무게 기준으로 폐기물의 약 20~30%를 구성한다. 놀랍게도 플라스틱의 약 60%가 환경에서 플라스틱 폐기물(PW)로 끝난다.
기존 플라스틱은 일반적으로 석유나 천연가스와 같은 화석 연료로 생산되는 반면, 생분해성 플라스틱은 식물이나 미생물 바이오매스와 같은 재생 가능한 재료로부터 공급된다.
이러한 재생 가능 바이오폴리머는 전통적인 플라스틱과 비슷한 화학적, 기계적 특성을 보인다. 가장 인기 있는 생분해성 박막은 바람직한 특성을 부여하고 효소가 이를 미생물이 분해할 수 있는 더 간단한 구성 요소로 분해할 수 있도록 하는 첨가제를 포함한다.
이러한 유리한 특성으로 인해 생분해성 박막은 순 제로 배출을 촉진하고 플라스틱 폐기물을 크게 줄여 오염을 완화하는 데 널리 선택되고 있다.
생분해성 박막 소개
전통적인 플라스틱 제품을 둘러싼 환경적 우려가 커지면서, 세계는 대안으로 생분해성 박막 소재로 눈을 돌리고 있다. 얇은 층으로 구성된 생분해성 필름과 코팅은 다양한 산업, 특히 식품 포장 산업에서 수요가 많다.
이러한 친환경 포장 필름과 코팅은 주로 단백질, 폴리사카라이드, 지질 및 항균 성분으로 구성된다. 이러한 코팅은 일반적으로 0.050~0.250mm 사이의 연속적인 얇은 층을 형성하며, 이는 식품과 함께 섭취해도 안전하다고 간주된다.
이러한 필름을 생산하는 데 사용되는 재료는 재생 가능한 생물학적 공급원, 주로 전분, 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 단백질, 젤라틴, 지질, 섬유 및 이와 유사한 자원에서 유래된다.
생분해성 박막을 적용하려면 구조적 강도와 화학적 안정성을 강화하기 위해 제조 과정에서 항산화제 및 항균제와 같은 첨가제를 혼합해야 한다.
생분해성 플라스틱은 토양, 퇴비화, 혐기성 소화 또는 수역과 같은 자연 환경 및 조건에서 미생물에 의해 무해한 기본 화합물로 분해된다. 이는 이산화탄소, 물, 메탄과 같은 무해한 생성물을 형성한다.
다른 분해 과정과 비교해 생물학적 분해는 훨씬 빠르며, 부산물은 환경에 해를 끼치지 않는다.
생분해성 박막은 분해를 위해 특별한 조건이나 효소가 필요하지 않으며 다른 유기성 폐기물과 함께 쉽게 분해된다. 결과적으로 작동 시간이 끝나고 폐기되면 이러한 박막을 다른 폐기물과 분리할 필요가 없다. 이렇게 하면 시간과 비용이 절약되어 퇴비화가 지속 가능하고 재정적으로 실행 가능한 옵션이 된다.
생분해성 박막을 활용하는 산업
식품 포장은 중요하고 복잡한 과정으로, 표준에 따라 식품 품질을 보장하는 동시에 세균과 박테리아로부터 식품을 보호한다. 생분해성 필름과 코팅은 이러한 목적에 가장 중요한 제품이며, 가장 지속 가능한 포장 솔루션을 제공한다.
과일과 채소와 같은 신선한 농산물은 호흡과 증산 속도가 더 빨라 미생물 부패를 일으킬 수 있다. 활성 박막은 제조업체가 고유한 포장 내 분위기 변형을 유지할 수 있도록 하여 상당한 이점을 제공한다.
이를 통해 다양한 과일 유형에 맞는 맞춤형 환경을 유지하여 신선도를 보장할 수 있다. PLA 기반 필름은 특히 신선하게 자른 파인애플에서 호흡률과 수분 손실을 제어하는 데 효과적인 것으로 입증되었다.
유제품 산업에서는 생분해성 박막을 사용하는 방향으로 눈에 띄는 변화가 일어나고 있다. 예를 들어, 2011년, 독일의 유명 유제품 회사인 Dannon은 독일에서 Activia 요구르트에 PLA 포장을 도입했다.
PLA 포장은 또한 밝고 어두운 조건에서 Danbo 치즈를 보관하는 데 채택되었습니다. 또한, 항균성 생분해성 니신 필름은 특히 모짜렐라와 같은 치즈 제품에서 효모와 곰팡이의 성장을 억제하는 데 사용된다.
생분해성 박막은 플라스틱 잔해 축적과 토양 오염을 해결하는 데 유망하다. 활성 생분해성 필름은 겨울 유채 생산을 위한 기존 플라스틱 필름에 대한 가장 효과적인 대안으로 간주된다.
여름 옥수수에 대한 연구에서 연구자들은 세 가지 생분해성 필름을 조합하여 사용했다. 결과는 전통적인 플라스틱 필름에 비해 토양 온도와 물 저장량이 현저히 증가한 것으로 나타났다. 변경되지 않은 그룹의 토양 유기 탄소 함량은 생분해성 필름을 사용한 그룹에서 약 15% 더 높았고, 이러한 필름은 또한 질소 가스의 방출을 줄였다.
농업 및 포장 산업 외에도 생분해성 필름은 생물의학 분야에서 광범위하게 사용된다. 대표적인 예는 생분해성, 다공성 및 생체역학적 적합성으로 인해 재생 의학에서 사용되는 키토산 기반 생분해성 필름이다.
인공적으로 제작된 이식편을 사용하는 골 조직 공학 접근법은 자가 이식편과 이종이식편 모두의 재생에 매우 유익하다. 이러한 필름은 부착 부위에서 뼈 성장을 지원하고 수술 중 구조적 무결성을 유지하는 데 도움이 된다.
생분해성 박막 기술의 과제
생분해성은 지속 가능성에 이점을 제공하지만, 여러 과제를 효율적으로 해결해야 한다. 생분해성 박막에 사용되는 바이오폴리머는 뒷마당 퇴비화와 달리 완전한 분해를 위해 특수한 산업용 퇴비화 조건이 필요하다. 이는 많은 지역에서 이러한 시설의 가용성이 제한되어 접근성이 제한된다.
얇은 활성 필름의 생분해 속도는 폴리머 유형 및 환경 조건에 따라 크게 달라질 수 있으며 보고된 기간은 100일 미만에서 1년 이상까지 다양하다.
전문가들은 단편화 중에 방출되는 단량체, 가소제 또는 나노입자의 축적으로 인한 생태 독성에 대한 우려를 제기했다. 생분해는 또한 메탄과 같은 온실 가스를 방출하여 기후 변화의 영향을 악화시킬 수 있다.
대부분 지역에서 퇴비화 인프라와 폐기물 수거 시스템의 부족은 생분해성 플라스틱을 사용 후 폐기하는 데 상당한 어려움을 안겨준다. 이러한 제한은 생분해성 박막의 상용화를 위협하고 이 기술에 대한 신뢰에 큰 영향을 미친다.
생분해성 박막 기술의 발전
전문가들은 캡슐화 기술을 사용하여 기존의 생분해성 박막의 한계를 극복하고 물리화학적 안정성을 크게 높이기 시작했다. 캡슐화는 고체, 액체 또는 기체 형태의 한 물질을 벽 재료라고 하는 다른 재료 내에 둘러싸거나 코팅하는 것을 포함한다.
이 혁신적인 기술은 특히 혹독한 환경에서 민감한 생물학적 활성 천연 화합물을 손상으로부터 보호하는 것을 목표로 한다. 그러나 식품 접촉 물질과 안전 고려 사항에 대한 엄격한 유럽 규정으로 인해 방출 시스템에서 수많은 캡슐화된 항균 및 항산화제의 적용이 제한되었다.
입법적 제한을 해결하고 통합된 글로벌 조직을 설립하면 식품과 접촉하는 재료에 대한 보다 정확하고 포괄적인 규정을 개발하는 데 도움이 될 것이다. 이를 통해 식품 접촉 재료를 관리하는 데 있어 보다 구체적이고 정확한 규정을 수립할 수 있어 혁신을 촉진하고 국경을 넘어 식품 안전 기준을 충족할 수 있다.
또 다른 개발에서 연구자들은 생분해성 별 모양의 PCL-PDLA 가소제를 통합하여 매우 강인하면서도 생분해성이 높은 폴리(lactide-co-glycolide)(PLGA) 블렌드를 얻었다.
이러한 가소제는 PLGA와 결합하여 투명한 박막을 생산했다. 별 모양의 PCL-b-PDLA를 0.5중량%만 첨가해도 PLGA 블렌드의 파단 신율이 약 248%로 증가했지만, 뛰어난 기계적 강도나 탄성률은 크게 손상되지 않았다.
PLGA 블렌드의 형태는 PLLA와 PDLA 세그먼트 사이에 강력한 가교 네트워크를 나타내어 계면 접착력을 효과적으로 향상시켰다.
생분해성 박막의 미래
다양한 산업에서 수많은 장점과 이점 때문에 생분해성 박막을 탐색하고 있다. 새로운 생분해성 폴리머의 발전은 가능한 한 단순성, 비용 효율성 및 재활용성을 필요로 하며, 상당한 고용 기회를 제공한다. 이러한 새로운 생분해성 폴리머가 효과적이고 중요한 특성을 보일 수 있으므로 새로운 하이브리드 시스템의 출현이 예상된다.
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