생분해성 플라스틱은 기존 플라스틱과 어떤 구조 차이가 있습니까?

Question

안녕하세요~ 플라스틱은 우리가 일상생활에서 많이 사용하는 물품이지만 환경오염 때문에

요즘은 생분해 플라스틱을 권장하고 있는데요...

김지호 · Accepted Answer

안녕하세요.생분해성 플라스틱과 기존 플라스틱의 가장 큰 차이는 미생물이 분해할 수 있는 화학 결합을 가지고 있는가에 있는데요, 즉분자 구조 수준에서 가수분해되기 쉬운 결합이 포함되어 있는지가 핵심적인 구조적 차이입니다.일반적인 플라스틱, 예를 들어 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌은 탄소-탄소 단일결합으로만 이루어진 긴 사슬 구조를 가지며 이 결합은 매우 안정하고 물이나 미생물 효소에 의해 거의 공격받지 않습니다. 또한 소수성이 강해 물이 잘 스며들지 않기 때문에, 자연환경에서 수십 년 이상 형태를 유지하게 됩니다. 즉, 구조적으로 분해되기 어렵게 설계된 고분자입니다. 반면 생분해성 플라스틱은 고분자 사슬 안에 에스터 결합, 아마이드 결합 같은 비교적 반응성이 높은 결합을 포함합니다. 대표적인 예가 Polylactic acid(PLA)인데요 PLA는 젖산이 반복적으로 연결된 고분자이며, 사슬 사이에 에스터 결합이 존재합니다. 이 에스터 결합은 물과 반응하여 가수분해될 수 있고, 이후 미생물 효소에 의해 더 작은 분자로 분해됩니다. 최종적으로는 이산화탄소와 물 또는 메탄 등으로 전환될 수 있습니다.구조적으로 정리해 보면 기존 플라스틱은 주로 비극성 탄화수소 사슬로 구성되어 매우 안정합니다. 반면 생분해성 플라스틱은 사슬 내에 가수분해 가능한 극성 결합을 포함하며 생분해성 플라스틱은 상대적으로 물이 침투하기 쉬운 구조이거나, 미생물 효소가 인식할 수 있는 배열을 가집니다. 다만 생분해성이 항상 자연 환경 어디서나 빠르게 사라진다는 의미는 아닌데요 많은 생분해성 플라스틱은 산업용 퇴비화 조건에서 잘 분해되도록 설계되어 있습니다. 다만 일반 토양이나 바다에서는 분해 속도가 상당히 느릴 수 있습니다. 감사합니다.

이충흔 · Answer

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.생분해성 플라스틱은 겉으로 보기에는 일반 플라스틱과 크게 다르지 않지만, 분자 구조에서 결정적인 차이가 있습니다.  일반 플라스틱은 주로 탄소-탄소 결합(C–C)으로 이루어진 긴 고분자 사슬을 가지고 있습니다. 이 결합은 매우 안정적이고 화학적으로 잘 끊어지지 않기 때문에, 자연 상태에서 미생물이나 효소가 쉽게 공격할 수 없습니다. 그 결과 수백 년 동안 환경에 잔존하며 분해되지 않는 문제가 생깁니다.  반면, 생분해성 플라스틱은 고분자 사슬 안에 에스터 결합(C–O–C=O)이나 하이드록시기(-OH) 같은 기능기를 포함하고 있습니다. 이러한 결합은 물이나 효소에 의해 가수분해가 가능하기 때문에, 미생물이 분해 효소를 통해 사슬을 끊어낼 수 있습니다. 결국 이들은 물, 이산화탄소, 바이오매스 등으로 자연스럽게 전환될 수 있습니다.  즉, 일반 플라스틱은 지나치게 안정적인 구조라 자연 분해가 거의 불가능한 반면, 생분해성 플라스틱은 의도적으로 ‘약한 고리’를 포함해 미생물이 쉽게 분해할 수 있도록 설계된 구조라는 점이 가장 큰 차이라고 할 수 있습니다.