13. 고분자 소개 - 폴리락틱 애씨드(Polylactic Acid, PLA)

 

 

폴리락틱 애씨드(Polylactic Acid, PLA)

 

 

① 폴리락틱 애씨드(Polylactic Acid, PLA)란? 

 

폴리락틱 애씨드(Polylactic Acid, PLA)는 생분해성 고분자 중 하나로, 재생 가능한 식물성 원료에서 추출한 락틱 애씨드를 중합하여 만들어지는 고분자입니다. PLA는 주로 옥수수나 사탕수수와 같은 식물성 원료에서 추출한 포도당을 발효시켜 얻은 락틱 애씨드를 원료로 사용하여 생산됩니다.

PLA는 환경 친화적이고 지속 가능한 소재로 각광받고 있습니다.

첫째, PLA는 생분해성 소재로서 자연에서 분해되어 환경에 미치는 영향이 적습니다. PLA 제품은 적절한 조건에서 분해되어 이산화탄소와 물로 분해될 수 있으며, 잘 관리된 쓰레기 처리 시설에서도 처리가 가능합니다. 이는 일회용 플라스틱 사용량 감소 및 폐기물 처리에 대한 문제를 해결하는데 도움을 줍니다.

둘째, PLA는 재생 가능한 식물성 원료를 기반으로 제조되므로 석유 기반 플라스틱과 비교하여 환경 영향을 크게 줄일 수 있습니다. 식물성 원료의 사용은 탄소 배출량을 감소시키고 재생 가능한 에너지를 활용함으로써 지속 가능한 개념에 부합합니다. PLA는 다양한 용도로 활용됩니다. 포장재, 일회용 컵 및 식기, 플라스틱 필름, 섬유 및 섬유 제품, 의료용품, 3D 프린팅 등 다양한 분야에서 사용됩니다. PLA는 가볍고 투명하며 강도가 높아 탁월한 형태 안정성을 가지고 있습니다. 또한, PLA는 색상을 추가하기 쉽고 인쇄 가능성이 높아 디자인적인 자유도가 높습니다.

하지만 PLA는 몇 가지 제한사항도 가지고 있습니다. 예를 들어, PLA는 일부 환경에서 열에 의해 손상될 수 있고, 비교적 낮은 열 내구성을 가지고 있어 일부 응용 분야에서는 적합하지 않을 수 있습니다. 또한, PLA 생산에는 락틱 애씨드를 얻기 위한 옥수수나 사탕수수산물과 같은 식물성 원료의 사용이 필요하며, 이는 일부 식량 생산에 영향을 줄 수 있습니다.

PLA는 점점 더 많은 관심과 연구가 진행되고 있으며, 개선된 특성과 더 넓은 용도로의 확대가 기대됩니다. 추가적인 연구와 기술 발전으로 PLA의 열성 및 기계적 특성 개선, 재생산 공정의 효율화 등이 이루어질 것으로 예상됩니다. 이는 환경 보호와 지속 가능한 소재 개발에 기여할 수 있는 중요한 요소입니다. 

 

 

 

② PLA의 특성

 

- 생분해성: PLA는 자연에서 분해되어 환경에 미치는 영향을 최소화합니다. 적절한 조건에서 분해되어 이산화탄소와 물로 분해될 수 있으며, 잘 관리된 쓰레기 처리 시설에서도 처리가 가능합니다. 이는 일회용 플라스틱 사용량 감소 및 폐기물 처리에 대한 문제를 해결하는데 도움을 줍니다.

- 재생 가능성: PLA는 재생 가능한 식물성 원료를 기반으로 제조됩니다. 식물성 원료의 사용은 탄소 배출량을 감소시키고 재생 가능한 에너지를 활용함으로써 지속 가능한 개념에 부합합니다. 이는 환경 친화적인 소재로 인식되는 이유 중 하나입니다.

- 투명성: PLA는 높은 투명성을 가지고 있어 시각적인 투명도가 요구되는 제품에 적합합니다. 이는 포장재, 필름 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있습니다.

- 강도와 경도: PLA는 충분한 강도와 경도를 가지고 있어 제품의 내구성을 보장합니다. 이는 특히 포장재 및 제품의 형태 안정성이 요구되는 경우에 유용합니다.

- 가공성: PLA는 다양한 가공 방법에 적합하며, 주형 주입 성형, 압출 성형, 캐스팅 등 다양한 가공 공정을 통해 다양한 형태의 제품을 만들 수 있습니다. 또한, PLA는 색상을 추가하기 쉽고 인쇄 가능성이 높아 디자인적인 자유도가 높습니다.

- 식품 등급 인증: PLA는 식품 접촉 가능한 제품에 사용되는 식품 등급 인증을 받을 수 있습니다. 이는 식품 포장재나 식기류와 같은 식품 관련 제품에 적합하다는 것을 의미합니다. PLA는 이러한 특성들로 인해 포장재, 일회용 플라스틱 제품, 섬유, 의료용품, 3D 프린팅 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다.

 

 

 

③ PLA의 가공 방법

 

폴리락틱 애씨드(PLA)의 가공 방법은 주로 열 가공 공정을 통해 이루어집니다. 주요한 가공 방법으로는 주형 주입 성형, 압출 성형, 박판 형성 등이 있습니다.

- 주형 주입 성형: 주형 주입 성형은 PLA를 액상 상태로 주형에 주입하고, 열과 압력을 가해 형상을 만드는 공정입니다. PLA 펠릿(입자)을 용융 상태로 가열한 후, 주형 내부로 주입하고 냉각하여 형상을 고정시킵니다. 이 방법은 복잡한 형상의 제품을 생산하는 데 유용합니다.

- 압출 성형: 압출 성형은 PLA를 펠릿 형태로 공급하여 압출기를 통해 용융 상태로 만들고, 금형을 통해 원하는 형상의 플라스틱 필름이나 시트를 만드는 공정입니다. 열과 압력을 조절하여 PLA를 필요한 두께와 폭으로 형성합니다. 압출 성형은 포장 필름, 의료용품 포장재 등 다양한 제품을 생산하는 데에 사용됩니다.

- 박판 형성: 박판 형성은 PLA 필름을 특정한 패턴이나 형태로 가공하는 방법입니다. 열을 가하여 PLA 필름을 연화시킨 후, 주형이나 프레스를 사용하여 필요한 형상으로 압력을 가하여 형성합니다. 박판 형성은 컵, 용기, 트레이 등의 형태를 가진 제품을 생산하는 데에 사용됩니다.

 

PLA는 가공성이 뛰어나기 때문에 다양한 가공 방법에 적용될 수 있습니다. 열 가공을 통해 형태를 만들고, 필요한 경우에는 절단, 성형, 접착 등의 후가공 작업을 통해 최종 제품을 완성할 수 있습니다.