한국과학기술연구원(KIST) 광전하이브리드연구센터 곽순종 박사팀은 효성화학(주) 조성민 사업단장팀과의 공동 연구를 통해 기체차단성이 우수하면서도 습도에 강하고, 유연성이 우수한 고분자 패키징 신소재를 개발했습니다.
기체 차단 패키징이란?
기체차단 패키징 소재는 오늘날 여러 산업분야에서 다양한 제품에 사용되고 있는데요. 우리 일상생활과 가장 가까운 사례로는 식품포장으로 산소와 수증기의 침투를 차단함으로써 식품을 주위 환경으로부터 보호해 품질을 유지하는 매우 중요한 기능을 수행합니다.
현재 식품포장용 기체차단 패키징 소재로는 1970년대에 일본에서 처음 상용화된 '에틸렌 비닐 알코올(EVOH, Ethylene Vinyl Alcohol Copolymer)' 고분자 소재가 널리 사용되고 있습니다. 'EVOH'는 상용 고분자 중에서 기체차단성이 가장 우수한 장점을 가지고 있으나, 습도에 약하고 유연성이 떨어지는 단점이 있습니다. 특히 높은 가격으로 인해 보다 광범위한 제품 적용에 어려움을 겪고 있었습니다.
- EVOH (Ethylene Vinyl Alcohol Copolymer, 에틸렌 비닐 알콜 공중합체 )
EVOH는 에틸렌 비닐 알콜 공중합체 고분자로서 1970년대 초 일본에서 처음 상용화됐습니다. 상용 고분자 중에서 기체차단성이 가장 우수하여 식품포장, 자동차 연료탱크 등 다양한 제품의 기체차단 소재로 사용되고 있습니다.
폴리케톤과 EVOH 혼합
이번 KIST와 효성화학이 공동으로 개발한 고분자 기반의 패키징 신소재는 2015년 효성화학(주)이 양산화에 성공한 '폴리케톤’(Polyketone)' 소재와 EVOH를 혼합 및 변성시키는 기술 (Blend & Alloy)로 개발됐습니다.
- 폴리케톤(Polyketone)
효성화학(주) 독점적으로 생산하고 있는 친환경, 열가소성 중합체입니다. 우수한 내구성, 내화학성, 기체차단성을 지니고 있어 광범위한 분야에 응용이 기대되는 소재입니다.
이 신소재는 폴리케톤에 EVOH를 30% 가량 소량 혼합하였는데도 순수한 EVOH와 동등한 기체차단성을 지니면서 습도저항성 및 유연성이 획기적으로 향상된 특성을 보였습니다. 또한, 전 세계적으로 효성화학㈜이 독점 생산하는 폴리케톤을 활용한 이번 신소재는 순수한 EVOH에 비해 가격경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 전망하고 있습니다.
KIST-효성화학㈜ 공동연구진은 이번 폴리케톤 기반 패키징 신소재가 지금까지 학계 및 산업계에서 발표되지 않은 매우 독특한 기체차단 특성 및 기계적 물성을 보이는 것을 확인했습니다. KIST 곽순종 박사는 "폴리케톤의 우수한 화학적, 기계적 특성과 EVOH의 높은 기체차단성을 결합시켜 최상의 시너지 효과를 얻은 결과이다"라고 밝혔다. 공동 연구진은 식품포장 뿐 아니라 화장품, 의약품 포장재 및 자동차 연료탱크, 연료파이프, 진공 단열 패널, 매립지의 침출수 포장막(geomembrane) 등 광범위한 분야에 적용 가능하여 사회· 경제적으로 큰 파급효과를 일으킬 것으로 기대하고 있습니다.
KIST 곽순종 박사는 "저렴하면서도 식품을 보다 장시간 안전하게 보존할 수 있는 우수한 물성의 식품포장재 기술은 앞으로 다가올 전 세계적 식량 문제에 대해 효과적으로 대응할 수 있는 강력한 무기가 될 것으로 전망한다"라고 이번 개발의 의의를 밝혔습니다.
효성화학㈜ 조성민 폴리케톤 사업단장은 "이 기술에 대한 파일롯 단계의 실험 검증은 이미 마친 상태이며, 현재는 식품저장성 평가 및 양산 공정 테스트와 같은 제품 생산의 마지막 검증 단계를 밟고 있어 사업화에 매우 근접해 있다"라고 밝혔습니다.
