생분해 플라스틱의 화학적 원리는 무엇인가요?

Question

자연 상태에서 수백 년간 썩지 않는 기존 플라스틱의 대안으로, 미생물이나 물에 의해 분해되는 PLA(폴리락트산) 같은 생분해성 플라스틱이 각광받고 있습니다. 생분해 플라스틱의 화학적 원리는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

기존의 플라스틱은 자연 상태에서 수백 년간 썩지 않기 때문에 심각한 환경 오염 문제에 직면해 있습니다. 그래서 그 대안으로 PLA(폴리락트산) 같은 생분해성 플라스틱이 각광을 받고 있는데요. 그 화학적 원리에 대해 설명해 드릴게요.

기존 석유계 플라스틱은 탄소와 탄소가 강한 단일 결합으로만 빽빽하게 연결되어 있어 전하의 편중이 없는 무극성이며 매우 안정적이어서, 물 분자가 틈타지 못하고 미생물이 분해할 수 있는 효소도 존재하지 않습니다. 반면, PLA 등 생분해성 플라스틱은 탄소 사슬 중간중간에 산소 원자가 껴 있는 에스테르 결합으로 연결된 폴리에스테르 계열로 전기음성도 차이로 인해 극성을 띠므로, 물 분자가 접근하기 쉬우며 화학적으로 쉽게 끊어지는 약점을 가지고 있습니다.

그 분해 원리를 보면, 물이 PLA의 에스테르 결합을 공격하면 물 분자가 결합 부위에 끼어들면서 거대한 PLA 고분자 사슬을 짧은 올리고머 및 단량체인 젖산으로 쪼개고, 쪼개진 젖산 분자는 미생물이 세포 내로 흡수하기에 딱 좋은 크기가 됩니다. 미생물이 젖산을 먹고 호흡을 거치고 나면, 최종 부산물로 물과 이산화탄소만 남고 완전히 없어지게 됩니다.

Answer 2

안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.

생분해성 플라스틱은 분자 사슬내에 미생물에 의해 분해될 수 있는 화학결합을 가지고 있는 물질을 말합니다.

기존의 플라스틱인 PE 와 PP 의 경우는 탄소와 탄소간의 결합으로 주로 이어져 있는데 이는 매우 안정적이라 자연계의 미생물이 효소를 통해 분해를 할 수가 없습니다.

하지만 생분해성 플라스틱인 PLA 와 같은 물질들은 탄소 결합 사이에 산소나 질소가 결합된 형태를 띄고 있습니다. C-O 형태의 에스테르 결합을 가지고 있어 이부분은 C-C 결합보다 강도가 약하여 물이나 효소에 의해 분해가 될 수 있습니다.

하지만 어떠한 환경에서도 PLA 생분해 플라스틱이 분해가 일어나는 것이 아니고 온도 55도 이상 습도 80% 이상 유지되는 특정 미생물하에서만 분해가 되기 때문에 일반 토양에서도 쉽게 분해가 되는 PHA 같은 새로운 소재의 개발이 진행되고 있습니다.

그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다:)