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생분해성플라스틱

2002. 12

- 2 -

머 리 말

세기는 정보통신기술이 주도하는 정보화 사회 노인인구가 전체 구성인구의 상당비율을21 ,

차지하는 고령화 사회 환경문제가 경제활동의 주요 제약으로 등장하는 친환경 중심의 사회,

입니다 이러한 환경변화에 대응하기 위해 사회 변화의 트랜드에 걸맞는 국가적 차원의 새.

로운 적응전략이 필요한 시점에 와 있습니다.

현재 우리나라 산업은 생산공정 분야에서의 국제경쟁력은 확보하였으나 기초연구 제품개, . ㆍ

발 마케팅 분야의 경쟁력은 상대적으로 취약한 실정입니다 이는 년대의 자본투입 주도. 90ㆍ

형 발전전략에 기인하고 있습니다 그 결과 년 년간의 경제(investment-driven) . , 1990 ~2001

성장은 생산성 향상보다 자본투입에 지나치게 의존하는 비효율적인 경제구조를 갖게 되었습

니다.

우리나라는 외환위기를 통해 투입주도형 성장전략은 한계에 이르렀음을 이미 경험한 바 있

습니다 따라서 세기 지식정보화시대에서는 투입주도형이 아닌 혁신주도형 전략을 통한. , 21

경제성장이 절실히 요구됩니다 국내외 전문연구기관들은 이러한 문제들을 해소할 수 있을.

것으로 기대하는 미래전략산업으로 등을 제시하고 있습니다 그러나 이IT BT NT ET . ,ㆍ ㆍ ㆍ

들 산업분야의 기술들은 기반기술의 특성을 갖고 있으며 기술연구의 영역이 광범위하고 선,

진국의 기술선점 분야도 다수 존재합니다 따라서 우리나라도 비교우위가 있고 산업화 기. , ,

회가 있는 분야를 선정하여 선택과 집중의 원칙에 의한 개발을 유도할 필요가 있습니다 한.

국과학기술정보연구원 은 핵심정보분석을 통한 국가 전략 산업 고도화 지원체제 구(KISTI) 「

축사업 을 통해 세기 우리나라의 국가전략산업으로 육성해야 할 등의, 21 IT BT NT ET」 ㆍ ㆍ ㆍ

산업분야를 중심으로 개 기술을 선정하였습니다 이들은 분야의 텔레메틱스 무선20 . IT ,「 」 「

인터넷 디지털 분야의 유전자치료, PDP , TV , BT Bio Chip , , Biosensor ,」 「 」 「 」 「 」「 」「 」

바이오농약 분야의 나일론계 나노콤포지트 고온초전도체 광촉, NT , , MEMS ,「 」 「 」「 」「 」「

매 탄소나노튜브 그리고 기타분야의 영상의료기기 레이저가공기 로봇 등, , , ,」 「 」 「 」「 」「 」

입니다 이 기술들은 향후 외형적인 시장규모뿐만 아니라 타산업분야에의 파급력면에서도.

매우 중요한 분야로 예상되고 있습니다.

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본 보고서는 향후 전략산업으로 등장할 유망기술들의 기술분석과 산업분석 및 사업성 평가

로 구성되어 있으며 기술개발동향 특허동향 주요 국가들의 기술수준분석 기술예측 및 로, , , ,

드맵 산업분석 시장분석 및 예측 사업매력도 평가 등을 주요 연구내용으로 하였습니다, , , .

이를 통해 연구개발단계에서 부터 사업화를 염두에 두고 있는 이해관계자들의 요구를 폭넓

게 수렴하고자 하였습니다.

끝으로 본 보고서를 집필한 연구원들의 노고에 감사하며 수록된 내용은 연구자 개인의 의,

견으로서 한국과학기술정보연구원의 공식의견이 아님을 밝혀두고자 합니다, .

년 월2002 12

한국과학기술정보연구원

원 장 조 영 화

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목 차< >

제 장 서 론1

제 장 기술분석2

제 절 생분해성 플라스틱의 개요1

생분해성 플라스틱의 정의1.

생분해성 플라스틱 개발의 역사2.

생분해성 플라스틱의 종류3.

가 생분해성 플라스틱.

천연고분자계(1)

미생물생산 고분자(2)

가( ) PHB(poly-hydroxy butyric acid)

나 미생물생산 바이오폴리머( )

다( ) Hyaluronic acid

고분자(3) Biochemical

나 생붕괴성 플라스틱.

생분해성 플라스틱의 산업화 현황4.

가 생분해성 고분자.

나 생붕괴성 플라스틱.

분해성 평가방법5.

가 생분해성 플라스틱.

나 생붕괴성 플라스틱.

제 절 생분해성 플라스틱의 응용 분야2

응용분야 창출의 메카니즘1.

주요 응용분야2.

가 퇴비화 봉투.

나 포장완충재.

다 일회용품.

라 의료용 생체흡수성 고분자.

- 5 -

제 절 기술 개발 동향3

생분해성 플라스틱의 실용화1.

참여기업 동향2.

기술개발동향3.

가 해외 동향.

생분해성 플라스틱의 기능성 강화(1)

생산설비의 증설 등의 생산기술을 통한 가격 경쟁력 확보(2)

생분해성 플라스틱 제품과 관련된 인프라 정비(3)

나 국내 동향.

의료용 생체흡수성 고분자4.

가. Polyesters

(1) Lactide & Glycolide Copolymers

의 다른 공중합체(2) Lactic acid

(3) Polycaprolactones

(4) PHB : Poly-( -hyroxybutyrate)β

(5) Polycarbonateso

기타(6) Polyester

나 계 의 연구동향. Polyamide biomaterials

다 기타재료.

제 절 특허동향4

기술특허정보 분석1.

가 정보분석의. DB

나 분석의 범위 및 방법.

특허출원동향분석2.

가 연도별 출원건수 및 누적건수 추이.

나 전체 특허의 출원인 국적별 분포.

다 해외의 연도별 특허출원동향.

일 본(1)

미 국(2)

유 럽(3)

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라 출원인별 건수 동향.

마 기술분류별 분포 및 건수추이. IPC

바 기술발전 추이.

사 국내의 특허출원동향.

자 국내특허의 국제특허분류 별 출원비율 동향. (IPC)

차 국내 주요 특허의 분석.

제 절 기술수준분석5

생붕괴성 플라스틱1.

생분해성 플라스틱2.

제 절 기술예측 및 로드맵6

생붕괴성 플라스틱1.

생분해성 플라스틱2.

제 장 시장분석 및 사업매력도 평가3

제 절 개 요1

제 절 시장분석2

산업특징1.

가 산업구조.

나 산업위치.

다 수요산업.

시장 기회 위협요인2. ,

가 기회요인.

나 위협요인.

생산자분석3.

가 생산업체.

나 국내업체.

시장동향4.

가 세계시장.

나 국내시장.

시 장 예 측5.

가 세계시장.

- 7 -

나 국내시장.

제 절 사업매력도 평가3

사업매력도 평가 기준1.

사업매력도 평가2.

핵심 성공요인3.

가 법적 제도적 지원. ㆍ

나 공정개선을 통한 코스트다운.

다 용도확대에 따른 요구 물성의 실현.

제 장 결 론4

참고문헌< >

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표 목 차< >

표 분해성 플라스틱의 용도 및 적용수지< 2-1>

표 분해성 플라스틱의 분해형태별 장단점< 2-2>

표 의 적용분야 및 용도< 2-3> PHB

표 의료용으로 응용이 되는 고분자의 대표적인 예< 2-4> biochemical

표 각국의 연구 및 생산기술 현황< 2-5> PHB

표 생붕괴성 플라스틱의 생산기술 현황< 2-6>

표 비분해성 플라스틱 사용규제에 관한 각국 동향< 2-7>

표 생분해성 플라스틱의 사용분야 및 제품< 2-8>

표 여러 가지 생체흡수성 고분자의 물리적 기계적 특성< 2-9> ,

표 특허분석에 이용된 데이터베이스< 2-9>

표 분해성 고분자 관련 한국공개특허< 2-10> LIST

표 생분해성 플라스틱의 기술예측 및 로드맵< 2-11>

표 국가별 비분해성 플라스틱 사용규제 현황< 3-1>

표 일본에서 실용화되고 있는 생분해성 플라스틱 년 월 기준< 3-2> (2001 12 )

표 미국의 생분해성 플라스틱 업체 현황< 3-3>

표 미국의 생분해성 플라스틱 관련 주요개발업체 현황< 3-4>

표 유럽의 생분해성 플라스틱 주요 개발업체< 3-5>

표 국내 생분해성 플라스틱 개발업체 현황< 3-6>

표 일본의 생분해성 플라스틱의 시장 추이< 3-7>

표 우리나라 포장폐기물의 발생추이< 3-8>

표 생분해성 플라스틱 잠재 시장규모 추정< 3-9>

표 세계 생분해성 플라스틱 시장전망< 3-10>

표 우리나라 생분해성 플라스틱시장 전망< 3-11>

표 분석 평가표< 3-12> BMO

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그 림 목 차< >

그림 생분해성 플라스틱의 순환과정< 1-1>

그림 생붕괴성 플라스틱과 생분해성 플라스틱의 분해과정< 2-1>

그림 와 의 합성방법< 2-2> PLA PLGA

그림 분해성 고분자의 연도별 특허출원 동향< 2-3>

그림 생분해성 고분자의 연도별 누적출원 동향< 2-4>

그림 전체 특허의 출원인 국적별 분포< 2-5>

그림 미국 유럽 일본의 생분해성 고분자의 연도별 누적출원 동향< 2-6> , ,

그림 출원인별 특허출원건수 동향< 2-7>

그림 기술분류별 특허출원건수 분포< 2-8> IPC

그림 상위 기술의 연도별 출원건수 추이< 2-9> IPC

그림 출원인수에 따른 특허출원수의 연도별 동향< 2-10>

그림 국내의 연도별 특허출원 동향< 2-11>

그림 국내출원특허의 기술분류별 분포< 2-12> IPC

그림 생분해성 플라스틱의 사업매력도 평가< 3-1>

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제 장 서 론1

플라스틱은 세기의 걸작 발명품중의 하나로 꼽힐 만큼 산업계는 물론 인류 생활 전반에20

커다란 기여를 해왔다 플라스틱은 뛰어난 물성과 함께 값싸고 가벼운 특성으로 인하여 천.

연소재의 한계와 제약으로부터 벗어날 수 있었고 플라스틱을 중심으로 다양한 고분자물질이

개발되어 현대과학 문명을 구축해 왔다고 할 수 있다 플라스틱은 강하고 가볍고 질기며. , , ,

또한 쉽게 분해되지 않는다는 점이 특성이 있으며 이러한 성질로 인해 산업용 소재에서부터

일회용 재료에 이르기까지 다양하게 사용되고 있다 그 동안 많은 사람들이 합성수지의 강.

인성 및 내구성을 더욱 향상시키기 위해 연구해 왔고 이러한 노력은 지금도 계속되고 있,

다 그러나 날로 심각해지는 플라스틱폐기물에 의한 환경오염 예를 들어 맹독성 다이옥신. , ,

의 검출 환경호르몬의 누출 등으로 인해 친환경 플라스틱에 대한 사회적인 요구뿐만 아니,

라 비분해성 플라스틱 사용에 대한 각국의 법률적인 규제의 기준도 점점 더 강화되고 있다.

플라스틱을 비롯한 각종 고형 폐기물에 의한 환경오염 문제를 해결하기 위해 그 동안 매립,

소각 및 재활용이라는 방법을 주로 활용해 왔다 플라스틱은 유리나 금속 나무 등 다른 소, . ,

재에 비해 재활용률이 현저히 낮아 지금까지는 주로 매립이나 소각에 처리를 의존하고 있

다 국가별로 차이는 있으나 전체 매립량 중 플라스틱이 차지하는 비중은 부피 기준으로.

에 달하는 것으로 추정되고 있다 대부분의 국가에서 매립지가 포화상태에 근접하30~50% .

고 있는 상황에서 분해되지도 않는 폐플라스틱의 비중이 이처럼 높은 것은 매립지의 포화를

부채질한다는 점에서 눈총의 대상이 될 수밖에 없다 소각역시 근본적인 대안은 되지 못하.

는 것으로 평가받고 있다 일반 쓰레기에서 플라스틱을 일일이 분류하는 것도 쉽지 않은 일.

이지만 다이옥신 등 소각시 발생하는 유해가스가 차 오염을 유발할 수 있다는 지적이다2 .

이렇듯 재활용은 물론 소각을 통한 폐기물 처리로는 환경오염 문제를 완전히 해결할 수가

없으므로 이들 방법과 더불어 플라스틱 자체가 분해 가능한 생분해성 플라스틱의 사용 필요

성이 더욱 대두되고 있다 즉 사용중에는 플라스틱이 안정하게 그 기능 및 구조를 유지하. ,

지만 일단 폐기 후에는 미생물에 의해 물과 이산화탄소 등으로 쉽게 분해되어 환경에 유해

한 잔류물을 남기지 않는다면 이는 폐플라스틱에 대한 환경 문제를 효과적으로 극복할 수,

있는 하나의 방안이 된다는 점 때문이다.

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플라스틱의 폐기처리에 따른 환경문제 때문에 이태리에서는 쇼핑백 플라스틱제 병에 생분,

해성을 의무화하고 있고 미국에서도 이와 관련한 주법안 및 조례안 등이 통과 혹은 심의되,

고 있는 등 선진 각국에서는 비분해성 플라스틱 사용규제 및 생분해성 플라스틱 사용의무화

규정이 강화되고 있으며 우리나라도 선진국 추세에 발맞추어 쓰레기 종량제 봉투 제조 시,

생분해성 소재함량 이상 의무화를 추진하고 있다 환경규제의 강화와 기술 발전에 따라30% .

장기적으로 생분해성 플라스틱은 회용 제품 포장용기 등을 중심으로 기존 플라스틱을 빠1 ,

르게 대체해 나갈 전망이다.

그림 생분해성 플라스틱의 순환과정< 1-1>

생분해성 플라스틱은 지구 온난화 방지를 위한 기후변화협약 후 메스컴의 환경에 관련된 보

도가 증가하면서 일반의 지구환경에 대한 관심이 높아지고 있고 환경에 좋은 것이라면 다,

소 비싸더라도 사용하려는 움직임 나타나고 있어 현재의 범용 플라스틱을 대체하면서 그 시

장 규모가 비약적으로 성장될 것으로 예상된다.

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생분해성 플라스틱은 년 기준으로 세계의 시장규모는 물량으로는 만톤 금액으로2001 , 20

억달러에 이를 것으로 추정되고 있으며 국내시장의 경우에는 년의 경우 물량으로는10 2001

톤 금액으로 억원에 이를 것으로 추정되고 있다 향후 까지 생분해성 플라스2,100 , 126 . 2010

틱 시장은 연평균 이상의 고성장을 지속하여 년에 가서는 세계시장이 물량으로는20% 2010

만톤 금액으로는 약 억달러에 이를 전망이며 국내시장은 년에 물량으로는107 54 2010

톤 금액으로는 약 억원의 시장규모를 기록할 것으로 전망되고 있다10,836 650 .

이와 같이 고성장이 기대되는 생분해성 플라스틱 산업을 수출산업으로 육성하기 위해서는,

수천억원대의 방식의 국내 휴대폰 시장을 조성하여 세계적인 휴대폰 수출국가가 될CDMA

수 있었던 것처럼 생분해성 플라스틱의 연구개발을 활성화할 수 있도록 식품 포장용지나,

쇼핑백 등에 생분해성 플라스틱의 사용 의무화와 같은 관계부처의 계속적인 정책적 지원이

필요한 실정이고 앞으로 비분해성 플라스틱의 사용규제 및 생분해성 플라스틱의 사용 의무

화가 점차 강화될 전망이다.

이와 같은 배경 하에서 한국과학기술정보연구원 은 핵심정보분석을 통한 국가 전(KISTI) 「

략 산업 고도화 지원체계 구축사업 을 통해 생분해성 플라스틱 을 국가전략산업, 21C」 「 」

으로 육성해야 할 산업 및 기술중의 하나로 선정하고 기술분석 산업분석 평가를 수, , , BMO

행하였다.

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제 장 기술분석2

제 절 생분해성 플라스틱의 개요1

생분해성 플라스틱의 정의1.

생분해성 플라스틱 의 정의를 규정하기 위하여 먼저보다 광의의 개(biodegradable plastics)

념인 분해성 플라스틱 의 정의를 보도록 한다(degradable plastics) .

생분해성 플라스틱과 분해성 플라스틱이란 용어는 종종 혼용되어 사용되는 경우가 많은데

엄밀한 의미에서는 생분해 라는 개념과 분해 라는 개념은 분명(biodegradation) (degradation)

히 구별된다 미국 및 유럽의 표준화기구에서 정의한 개념에 따르면 분해란 빛 열 수분. ‘ , ,

등의 특정한 환경조건하에서 시간이 경과함에 따라 화학적 구조에 변화가 발생해 기존 재료

가 지닌 성질이 상실되는 것을 말한다 반면 생분해는 생물학적 활동 특히 미생물의 활동’ . ‘ ,

에 의해 재료의 화학적 구조가 변화하는 것을 말한다 이에 따라 생분해성 플라스틱은 분’ .

해성 플라스틱의 일부로 이해할 수 있다.

분해성 플라스틱은 미국 에 의하면ASTM(American Society for Testing and Materials)

특정 환경 조건에서 일정기간 동안에 화학적 구조가 상당히 변화되어 그 성질 변화를 표준“

시험방법으로 측정할 수 있는 플라스틱 을 말하며 광분해성 생붕괴성 생분해성 플라스틱” , ,

으로 나눌 수 있다.

광분해성 플라스틱이란 광산화 또는 케톤 광분해 등의 형태로 빛에 의해 분해되는( )光酸化

플라스틱을 말한다 그러나 광분해성 플라스틱은 빛에 의해 분해되므로 빛이 차단된 땅속에.

매립되었을 때 분해가 되지 않는 단점이 있다.

생붕괴성 플라스틱이란 비분해성의 일반적인 범용수지 등 에 전분 같은 생분해(PE, PP, PS )

성 물질을 일정량 첨가하여 제조한 부분 분해성 플라스틱으로 국내에서의 경우 생분해성 플

라스틱과의 혼동을 피하기 위해 생붕괴성 플라스틱 이란 용어를 사용하여 별도로 구분하고“ ”

있다.

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생분해성 플라스틱이란 일반적으로 플라스틱 자체가 박테리아 조류 곰팡이와 같은, ( ),藻類

자연계에 존재하는 미생물에 의해 물과 이산화탄소 또는 물과 메탄가스로 완전히 분해되는

플라스틱을 말한다.

현재 일부에서는 분해성 플라스틱의 개념을 그대로 차용하여 생분해성 플라스틱의 범주를

광분해성 생붕괴성 생분해성 플라스틱 모두 포함하여 언급하기도 한다 그러나 본고에서는, , .

생분해성 플라스틱의 개념인 생 이란 용어에 주목하여“ ( , bio-)”生 자연계에서 박테리아 등“

의 유기물에 의해 그 물리적 화학적 구조가 면화되는 소위 썩는 플라스틱”ㆍ 에 초점을 맞추

어 분석하고자 한다 즉 본 보고서에서는 생분해성 플라스틱의 범주를 생분해성 플라스틱. ,

과 생붕괴성 플라스틱의 두 가지로 한정하여 분석한다 물론 수술용 봉합사와 조직공학용.

등 의료용으로 사용되는 생체흡수성 고분자는 인체 내에서 그 화학적 결합이 파괴Scaffold

되어 분자량이 감소하는 것이므로 생분해성 플라스틱에 포함한다.

생분해성 플라스틱 개발의 역사2.

생분해성 플라스틱은 기존에 사용중인 비분해성 플라스틱의 폐기물 처리문제 해결을 위한

대안의 하나로 년대 후반부터 등장하기 시작했다 생분해성 플라스틱의 기본개념은 근1980 .

본적으로 지속 가능한 순환형 재료생산 시스템 구축에 있다 즉 생분해성 플라스틱이 실용. ,

화되면 자연계에 거의 무한대로 존재하는 생물유기자원 을 이용하여 생산이 이루(biomass)

어지고 사용후에는 물과 이산화탄소로 분해되어 다시 생물유기자원의 원료로 이용됨으로써

플라스틱에 의한 환경문제와 자원부족문제가 상당 부분 해결될 수 있다는 것이 전문가들의

주장이다.

폴리에틸렌과 같은 기존의 비분해성 플라스틱에 전분과 같은 생분해성 플라스틱을 블랜드

하여 제조하는 과거의 일반적인 분해성 플라스틱 생붕괴성 플라스틱 이 세대 제품(blend) ( ) 1

이라면 생분해성 플라스틱은 세대 제품에 해당한다고 말할 수 있다 이는 생분해성 플라, 2 .

스틱이 원료면에서부터 주로천연의 식물자원을 사용하여 기존의 석유계 플라스틱과 확연히

구분될 뿐만 아니라 자연계 내에서 미생물에 의해 물과 이산화탄소만으로 완전 분해되는,

청정성을 지니고 있기 때문이다 최근의 세계적인 추세도 생분해성 플라스틱이 주류를 이루.

고 있는 상황이다.

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생분해성 플라스틱의 종류3.

일반적으로 미생물의 활동에 의해 재료의 화학적 구조가 변화하여 썩거나 분해되는 고분자

를 생분해성 고분자 또는 생분해성 플라스틱 이라고 한다 현재 국제적으로도 용어정의“ ” “ ” .

나 분해도 평가방법 등이 통일되지 않는 가운데 각 개별국가에서는 독자적으로 분해성 플라

스틱에 대한 연구개발과 산업화가 추진되고 있다 미국 등에서는 에 전분을 혼합시킨 생. PE

붕괴성 플라스틱도 생분해성 고분자에 포함시키고 있으며 또한 일부에서는 광분해성 플라,

스틱도 생분해성 고분자로 분류하는 경우도 있으나 본 보고서에서는 제외한다.

그림 생붕괴성 플라스틱과 생분해성 플라스틱의 분해과정< 2-1>

생분해성 수지를 분해되는 정도에 따라 분류하면 기계적 성질을 잃고 물리적으로 제품의,

와해가 일어나는 수준인 생붕괴성 플라스틱과 그 성형제품의 물리적 와해뿐만 아니라 고분

자의 주쇄 절단에 의한 분자량 감소가 일어나는 생분해성 수지로 나눌 수 있다.

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표 분해성 플라스틱의 용도 및 적용수지< 2-1>

구 분 내 용 적 용 수 지

생분해성

플라스틱

식품 및 화학제품 첨가제 의학용- ,

재료 분해성 포장재 대체용, , PP

봉합사 방출조절성 의약용재료- ,

의료용-

계 다당류계- PHB ,

등- PCL, PLA, PG

다당류계 계 계- , Chitin , Oil

생붕괴성

플라스틱

- Disposable diaper liners, Trash

bag, Shopping bag, Mulch Film

과 각종 범용수지- PCL blend

전분- PE+

- PE+PCL

자료 한국기술정보컨설팅: , 1991

표 분해성 플라스틱의 분해형태별 장단점< 2-2>

구 분 장 점 단 점

생분해성

플라스틱완전분해

고가 물성저하- ,

범용제품 사용곤란-

생붕괴성

플라스틱가격저렴 범용화, (PE, PP)

장기간에 걸쳐 분해 단기간에는 붕괴만 일- (

어남)

또한 생분해성 제조방법에 따라 분류하면 통상의 합성 플라스틱 생산에이용하는 방법과 같

은 화학합성계 미생물의 발효생산에 의한 미생물생산계 식물의 광합성 작용에 의한 식물, ,

생산계 또한 이들 각각의 조합으로 이루어진 복합형으로 나눌 수 있다, .

가 생분해성 플라스틱.

현재 생분해성플라스틱의 재료를 형성하고 있는 것은 미생물이 생산하는 미생biopolymer,

물이 생산하는 와 같은 을 합성원료로 사용한 합성고분자 그리고 천lactic acid biochemical ,

연화합물을 원료로 한 천연고분자계의 생분해성고분자 등이 있다.

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천연고분자계(1)

천연고분자를 원료로 한 생분해성 고분자는 및 저cellulose, hemicellulose, pectin, lignin

장 탄수화물인 전분 등 식물에서 유래하는 것과 새우 게 등의 껍질을 포함한 질을 기, chitin

초로 한 동물 유래의 것들이 있다 이들 중 전분은 생분해도가 가장 우수하고 가격이 저렴. ,

하며 자원이 풍부하고 공급이 용이하며 무독성 등의 특성으로 인해 주원료로 부각되어 있, , ,

다 근래에는 플라스틱 가공에 적합한 물성을 보유할 수 있도록 전분의 물리적 화학적 변. ㆍ

성기술이 다양화되어 생분해성 필름으로의 용도는 물론 다른 생분해성 고분자와 혼합하여

사용하거나 전분만으로 생분해성 용기나 완충용 발포체를 제조할 수 있어 향후 생분해성,

플라스틱의 주원료로 활용가치가 더울 높아질 것으로 기대된다.

천연고분자를 이용한 생분해성 플라스틱 제품을 제조하는 예를 하나 들자면 미세한,

섬유 을 가수분해하여 얻은 의 초산수용액과 제 성분을 일정비율cellulose , chitin chitosan 3

로 혼합하여 얻어진 고점성 물질을 평판에 유연하게 건조 또는 열처리하면 반투명한, sheet

가 얻어진다 이 의 인장강도는 제조조건에 따라 다소 차이가 있지만 약. sheet , 1,000kg/㎠

이고 습윤상태에서도 충분한 강도를 갖는다, .

그러나 천연고분자를 이용하여 제조된 생분해성 플라스틱은 분해성은 뛰어나나 품질이 균일

하지 않은 단점이 있다.

미생물생산 고분자(2)

미생물생산 고분자는 미생물이 만들어내는 생고분자 바이오폴리머 를 활용하여 플라스틱과( )

같은 기능을 갖는 물질을 만드는 것으로써 바이오폴리머는, poly-hydrolybutyrate(PHB),

등의 및 고분자와 과 같은PHB, PHV polyalkanoates intracellular pullulan

인 고분자로 나눌 수 있다polysaccharides extracellular .

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가( ) PHB(poly-hydroxy butyric acid)

는 족의 일종인 천연 폴리에스터로서PHB poly-hydroxyalkanoate(PHA)

가 직선상으로 연결된 단일 중합체이며 매우 다양한 세균들이D-3-hydroxy-butyric acid ,

세포 내에 합성하는 에너지 저장물로서 나 과 같은 생물학적 기능을 가진starch glycogen

다.

표 의 적용분야 및 용도< 2-3> PHB

응용분야 특성 용도

Biomedica

l

분야

공기 수분 자외선에 대한, ,

안정성 인체무독성 생체, ,

조직과 융화성

수술용 봉합사 수술용 솜 접골이음쇄 가, , ,

제,

유화제 회용 의료기 부인위생용품, 1 , ,

인공장기 인공신장 인공폐( , ),

생체고분자막 혈장 체액 등의 여과와 투석( , ),

인공피부

의약품,

식품,

화장품

서 방 성 ( c o n t r o l l e d

release),

무독성 다공성 기체차단, ,

효과 압전성 자외선차단, ,

효과

약품방출 속도 조절 식품포장용 필름, ,

특수포장제 압력감지장치 합성향료 호르, , ,

몬,

항생제 의약품 등에 광학이성체 이용, ,

다이어트 식품 포만감 용( ), sun screen

류cream

공업용

와 물리적PE PP ,ㆍ

화학적 기계적 유사성 생, ,

물 분해성

대체용 대체용PE , PP

나 미생물생산 바이오폴리머( )

미생물의 세포 밖으로 배출되는 점액성의 바이오폴리머인 가extracellular polysaccharides

이에 속하며 대표적 예로는 그리고, xanthan gum, alginate, pullulan, curdlan, dextran

등을 들 수 있다levan .

다( ) Hyaluronic acid

- 19 -

는 및 이 상호 결합된 직쇄Hyaluronic acid(HA) D-glucuronic acid N-acetyl glucosamine

상의 무색투명한 고점도 의 일종이다 의 분자량은 원료와 제조공법에polysaccharides . HA

따라 수만에서 수백만에 이르며 저분자량 물질은 화장품용으로 고분자량 물질은 의약품용, ,

으로 쓰인다 특히 일본의 화학 제약 화장품 및 식품관련의 여개 회사들은 이미 년대. , , 10 80

초에 이 분야를 본격적으로 연구하여 년 이후부터 를 세계적으로 공급하고 있는 실정85 HA

이다.

고분자(3) Biochemical

고분자란 발효기술에 의해 낮은 가격으로 제조된 아미노산 당 폴리에스터 등Biochemical , ,

의 원료를 고분자합성기술로 만들어진 미생물에 의하여 분해되는 고분자물질을 말한다 이.

고분자는 미생물생산고분자가 갖고 있는 기술적 어려운 점을 보완할 수 있어 기능의 조절이

용이하고 풍부한 변화를 부여할 수 있어 이상적인 생분해성 고분자로 평가되고 있다 이런.

고분자로는 polycaprolactone(PCL), polyglycolic acid(PGA), polylactic acid(PLA),

등 많은 종류가 개발되었으며 이들 대부분은polyorthoester, phosphagene, polypeptide

가격이 상당히 고가이기 때문에 의료용 재료 등 고부가가치 제품에 한하여 이용되고 있다.

그러나 옥수수전분을 발효하여 젖산을 생산하고 이를 중합하여 생산하는 는 대량생산PLA

이 가능하므로 장기적으로는 범용플라스틱을 대체할 수 있을 것으로 기대된다.

나 생붕괴성 플라스틱.

일반적으로 생붕괴성 플라스틱은 전분과 같은 자연적으로 분해되는 고분자물질을

및 등과 같은 플라스틱에 섞어서polyethylene(PE), polypropylene(PP) polystyrene(PS)

만들어지는 것으로써 여기에 분해가속제로서 각종 첨가제를 넣어 분해를 촉진시켜 주는 것,

으로 알려졌다 이와 같은 방법으로 만들어지는 생붕괴성 플라스틱은 현재 미국과 이탈리아.

에서 활발히 연구 개발되고 있으며 그 산업적 활용도 다른 분해성 플라스틱에 비하여 신속,

히 진행되고 있으며 국내에서도 대학연구기관과 민간기업이 협동체계를 이루어 연구중에 있

다.

- 20 -

표 의료용으로 응용이 되는 고분자의 대표적인 예< 2-4> biochemical

고분자Biochemical 용 도

Polylactic acid(PLA)

Polyglycolic acid(PGA)

임상사용이 가장 먼저 승인된 합성생분해성 고분자수술용

봉합사 정형의과용 이식재료 혈관, dug delivery system, ,

이식재료로 사용 조사중

Polycaprolactone(PCL)

나 보다 매우 느린 생분해속도를 나타내는 폴리에PGA PLA

스터필름이나 포말형태로 인공피부로 사용됨 이식재료나,

피임제로서 제 상 임상시험이 완료된 상태1

Polydioxanone흡수 가능한 결찰용 클립으로서 Absolokk이라는 상품명으

로 판매되고 있음

Polyanhydrides

을 위해 특별히 고안된 표면부식 고Drug delivery system

분자 현재 뇌암 등의 치료를 위한 이식용, delivery system

으로서의 제 상 임상시험 진행중3

Polycyanoacrylates 로 사용됨Bio-adhesive

Polyorthoester 을 위해 개발되어 탐색중인 고분자Drug delivery system

Poly(γ-ethylglutamate)분해되는 봉합재료와 를 위해 조사중 합성drug delivery ,

에 기초하고 있음poly(amino acid)

Pseudo-poly(aminoacid

s)

일반적인 의 기본골격에 결합poly(amino acid) non-amino

을 끼워 넣음으로써 얻어진 고분자군 및, serine

으로부터 나온 와 으로부hydroxyproline polyester tyrosine

터 나온 가 보고 고강도의 정형외과용polyiminocarbonate ,

이식재료 및 면역활성 보조제로의, drug delivery system

응용이 제안되었음

이와 같이 전분을 충전한 생붕괴성 플라스틱은 완전한 분해성을 갖는 것은 아니지만 미국,

캐나다 등지의 대학연구기관이나 민간기업에서는 사회적 필요와 정부 및 지방자치단체의 법

적 규제에 대한 대응책으로서 연구개발과 산업화를 가속화시켜 쓰레기주머니나 쇼핑백 이외

의 각종 일회용 제품에도 그 실용화를 확산시키고자 하고 있다 그러나 정확한 분해시기의.

제어방법과 차 잔유물의 유무에 대한 논란이 지속되고 있어 향후 이 분야에 대한 분해도2

평가방법이나 용어정의가 국제적으로 통일되어야 할 것이며 아울러 현재의 생산가격을 더,

낮출 수 있어야만 그 용도 개발은 물론 실용화를 앞당길 수 있을 것이다.

- 21 -

생분해성 플라스틱의 산업화 현황4.

가 생분해성 고분자.

생분해성 고분자 중에서 현재 산업적으로 생산되어 활용되고 있는 것으로는 extracellular

물질인 그리고 물질인 등을 들 수pullulan, xanthan, alginate, dextran intracellular PHB

있다 이중 생분해성 고분자로서 응용에 가장 많이 주목받고 있는 것은 이다. PHB .

표 각국의 연구 및 생산기술 현황< 2-5> PHB

국 명 업체 및 연구기관 연구 및 생산기술

영 국

- Imperial

Chemical

Industries (ICI)

최초로 를 상품화시킨 업체- PHB

포도당을 원료로 의 축적- cell mass 70 %

규모로 순도 생- 1,000 metric ton/yr 95% PHB

산

와 의 공중합체 시- 3-HB 3-HV ‘PHBV(Biopol)’

판

미 국

- Cargill-Dow

- MIT

- James Madison

Univ.

사- W. R. Grace

의 양산화 설비로 일반 범용플라스틱의- PLA 2~3

배 수준의 가격으로 판매가능.

에 비하여 초기단계로 광합성세균을 이용- ICI

의 획득40% PHB

합성 을 대장균에 하여 이- PHB gene cloning 80%

상의 획득PHB

상업성 타진을 위한 시험생산 연구중-

일 본

- Mitsubishi

Rayon

동경대-

나고야 대학-

오사카 대학-

- ICI Japan

새로운 균주이용 의 축적- 74% PHB

값싼 이용한 공중합체생산- 4-butanediol

이용한 고농도발효법 성공- Methanol PHB

과- Methanol NH3 이용 생산+ 136g/ PHB (66%ℓ

PHB)

의 실용화를 위한 작업착수- Biopol

오스트리아

- BtF

(biotechnologis

che Forschungs

gesellschaft)

에서 변종분리- Alcaligenes lactus

의 까지 축적- cell mass 80% PHB

탄소원 순도 의- ; sucrose, 99% PHB

생산500kg/week

한 국 주 고려합섬- ( )

을 기질로 유가 배양하여- Fructose syrup cell

의 까지 축적mass 78% PHB

개발 및 응용에 관한 연구- Completer

- 22 -

나 생붕괴성 플라스틱.

국내의 경우 대학 연구팀과 민간기업이 공동으로 전분과 기존의 플라스틱원료를 혼합하여

개월 안에 분해가 되는 썩는 플라스틱을 개발한 바 있고 또한 외국의 전분함유1~6

계 생붕괴성 플라스틱인 을 상품포장용 필름으로 가공하여 백화점 등polyethylene Ecostar

에 공급하기도 하였다.

표 생붕괴성 플라스틱의 생산기술 현황< 2-6>

업 체 명 생 산 현 황

St Lawrence社

캐나다( )

옥수수전분 표면처리 수분 을 에 첨가- (silane , 1%) PE

스위스 사와 공동개발 시판- Roxx Ecostar-plus M/B

옥수수전분 함유된 시판- Ecostar M/B

ADM

미국( )

년 영국의 으로부터 특허권 획득- 1970 Griffin

무처리전분 자동산화제 첨가한 판매- , M/B Poly-Grade

Ampacet

미국( )

사로부터 특허권 획득- ADM

전분 함유된 전분 및 유기금속- M/B Poly-Grade ,Ⅱ

가 첨가된 생 광분해성플라스틱인 판매Complex - Poly-Grade Ⅲ

Agri-Tec社

미국( )

로부터 특허권 획득- USDA

에 의 화 된 전분을 혼합한분해성 수- PE, EAA 40-60% gelatin

지

Warner-Lambert社

미국( )

형성도중 발견된 거의 전분으로 구성된 완전 분해성- capsule

플라스틱 개발

전분과 물로 높은 압력하에서 에 의해 성형- injection moulding

의 생산 의료용 을- ‘Novon’ 100 million lb/yr , gelatin capsule

대체하여 사용

Novamont社

이태리( )

옥수수전분과 산화형태의 합성고분자가 혼합-

과 비슷하여- Thermoplastic injection moulding, film blowing,

및 이 가능extrusion thermoforming

의학적이고 외과적 용도 건조식품용 필- , packaging container,

름 등 분야에 판매

톤 년 생산- ‘Mater-Bi’ 5000 /

Ferruzzi社

이태리( )

전분관련물질 혼합하여 만든 생붕괴성 플라스틱 생산- 50%

성질이 우수하여 여러 분야에서 응용가능- Mechanical

- 23 -

분해성 명가방법5.

현재 분해성 플라스틱의 생분해도에 대한 국제표준기구 의 국제기준은 없다ISO( ) . ISO 846

은 플라스틱에 대한 미생물의 활동을 다루고 있으나 이는 나 에 대한 저항성fungi bacteria

을 테스트하는 것으로 엄밀한 의미에서 분해성 플라스틱의 분해도를 시험하는 것은 아니다.

고분자 화합물의 분해도 평가방법은 환경조건에 따라 그 결과가 크게 다를 수 있으며 그 간

의 평가 방법들은 자연환경에서의 분해과정을 조절 가능한 실험실 규모로 모사하여 자연계

에서의 분해성 환경 친화성을 예측하려는 연구가 주를 이루고 있다/ .

가 생분해성 플라스틱.

현재까지 이용되고 있는 생분해성 플라스틱의 분해성 평가방법으로는 미생물 효소 그리고,

토양 수중 공기중 포함 에 의한 분해성 평가방법이 있다 미생물에 의한 분해성 평가방법은( , ) .

오래 전부터 플라스틱재료의 곰팡이 저항성 시험에 널리 이용되어온 방법으로 fungi,

등의 을 이용하여 플라스틱을 분해시킬 때 중량감actinomycetes, bacillus microorganism

소 현미경관찰 분자량감소 그리고 물성 저하 등을 분석하여 평가하며 화학구조가 다른 여, , ,

러 가지 플라스틱 재료의 분해성을 일차적으로 탐색하여 조사하는데 적합한 방법이다.

이에 해당하는 방법은 일본의 곰팡이저항시험 각종 화학물질에 대한 활JIS Z 2911( ), MITI(

성오니의 분해능시험 와 미국의 곰팡이저항시험 또는) ASTM G 21-70( ), MIL-STD-810B

곰팡이저항시험 등이 있다 효소에 의한 분해성 평가방법은 그리고D( ) . amylase, cellulase

등 가수분해 효소의 작용결과 플라스틱의 일부가 저분자화하여 반응액 중으로 용protease

출되어 나오는 것을 정량하는 방법이며 분해성 플라스틱의 개발을 위한 분자설계에 적합한,

방법으로 평가되고 있고 토양에 의한 평가방법은 실제로 자연환경에서의 분해성을 중시한,

평가방법으로 구미에서 주로 이용되고 있다 그러나 이 방법은 야외토양 중 매몰시험 바다, . ,

속 침지시험 그리고 일정한 토양을 혼합하여 항온실에서 유지하는 시험법 등이 개발되, pot

고 있으나 평가하는 시간이 매우 길고 재현성이 낮으며 또 분해생성물의 정량성을 평가할, , ,

수 없기 때문에 정확한 분해기구 규명에는 적합하지 않다.

- 24 -

나 생붕괴성 플라스틱.

생붕괴성 플라스틱의 분해도는 자연상태 하에서 플라스틱의 원료인 폴리머보다는 충전된 물

질 전분 등 이 분해되는 정도를 파악하게 되는데 사용방법으로는 충전된 전분이나 폴리카( ) ,

프로락톤 함량을 여러 실험장치를 이용하여 직접 정성적 정량적으로 분석하는 방법(PCL) ㆍ

이 있으며 생분해성 플라스틱과 같은 미생물학적인 방법이 적용될 수도 있다 플라스틱 내.

에 충전된 전분의 정량적 분석방법으로는 나TGA(Thermal Gravimetric Analyser)

를 사용하는 방법과 을 이용하여 전분특유의Spectrophotometer FT-IR carbohydrate peak

로부터 분석하는 방법 등이 있다.

제 절 생분해성 플라스틱의 응용 분야2

응용분야 창출의 메카니즘1.

플라스틱은 강하고 가볍고 질기며 또한 쉽게 분해되지 않는다는 점이 특성이 있으며 이러, , ,

한 성질로 인해 산업용 소재에서부터 일회용 재료에 이르기까지 다양하게 사용되고 있다.

플라스틱 소재는 현대인의 풍요로운 일상생활과 산업발달에 큰 공헌을 해온 반면에 각종 폐

비닐 등의 폐기 필름 폐기스티로폼 폐플라스틱 용기 등의 소각이나 매립에 따른 환경호르, ,

몬 누출 폐기물 소각장에서의 맹독성 다이옥신 유출 폐기물의 불완전 연소에 의한 대기오, ,

염 발생 등과 같은 심각한 환경오염의 원인으로 대두되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 사용시에는 일반 플라스틱처럼 간편하게 사용할 수 있고 사

용후에는 토양 중의 미생물에 의해 썩어서 분해되는 환경친화적이고 무해한 플라스틱인 생

분해성 플라스틱의 실용화 및 의무화에 대한 사회적 압력이 거세지고 있다.

- 25 -

이에 따라 독일 이태리 미국 등의 선진 각국에서는 쇼핑백 플라스틱 보틀의 생분해성 수, , ,

지 사용을 의무화하는 등의 생분해성 플라스틱의 실용화가 활발히 진행되고 있다.

표 비분해성 플라스틱 사용규제에 관한 각국 동향< 2-7>

구 분 내 용

미 국

총 개주 중 개주가 비분해성 플라스틱 사용 규제 또는 실시를51 31ㆍ

검토중

콜라 맥주용기로 분해성수지 붕괴성수지 사용 의무화 메릴랜드, (PE), (ㆍ

주 등 개주 뉴욕 등 개주는 지정 검토중9 , 3 )

플라스틱 식품포장에 과세 부과ㆍ

플라스틱을 소재별로 회수하는 쿼터제 도입ㆍ

등 플라스틱용기의 재활용의무화 검토중PS, PP, PVCㆍ

이태리

년부터 비분해성 쇼핑백에는 일정액 과세1989ㆍ

년 월부터 쇼핑백 전면사용금지1989 7 PVCㆍ

년 이후 쇼핑백에 생분해성 플라스틱사용 의무화1991ㆍ

플라스틱제 음료용기의 회수 의무화ㆍ

서 독

년 월부터 병 강제 제 실시 정부회수율 를 업1989 3 PET deposit ( 80%ㆍ

체에 요구)

특정지방 병 사용금지PVCㆍ

덴마크

포장 재료용 사용금지 검토PVCㆍ

일회용 플라스틱 음료용기 사용금지ㆍ

사용된 음료용기의 재사용금지ㆍ

스위스 병 스틸캔 알루미늄캔 사용금지 검토PVC , ,ㆍ

오스트리아포장용 재료로서 사용금지를 검토PVCㆍ

병 알루미늄 음료용기 사용금지 검토PET ,ㆍ

자료 한국환경과학연구협의회:

현재 생분해성 플라스틱의 소재기업 가공기업 수요자는 이미 기초적인 평가단계에서 예측, ,

되는 시장규모까지 어떻게 도달할 수 있는가에 대한 모색단계로 접어들었고 이중 생분해성,

플라스틱이 어떠한 위치에서 상품으로 개발될 수 있는지가 중요한 과제로 부각되고 있다.

- 26 -

이미 년에 개최된 환경국제회의는 많은 점은 시사하고 있다 이는1995 . “Role of

에서 나타난 것처럼 생분해성 플라스틱Biodegradable Materials in Waste Management”

의 폐기물처리 중에서 위치정립을 논의한 최초의 국제회의라는 점이다 또한 생분해성 플라.

스틱의 정립문제가 계획 없이 유럽 미국 일본의 환경의식 폐기물시스템 정부단체의 인, ,ㆍ ㆍ

식 등에서 의견차이를 보였다는 점이다 여기에 분해성 테스트방법 식별표시 로고 등에 대. , ,

한 국제적인 조화의 필요성에 대해 합의를 보았다는 점이다.

이점에 있어서는 이미 에서 작업이 진행되고 있고 일본도 분해성 평가 테스트방법에 관ISO

한 기술부회 및 환경 에 관한 기술부회 인 의 각부회에 적극“TC61” Labeling “TC207” ISO

적으로 참가하고 있다.

환경회의 중 생분해성 플라스틱 연구회를 중심으로 통산성의 협력 하에 일본 각 기업이 생

분해성 플라스틱 실용화촉진의 기초작성 노력에 높은 평가를 내리고 있다 또한 실용화 촉.

진을 위한 국제적 수준의 조직구성이 필요한 것으로 확인됐다.

대부분 유럽국가들은 국토가 협소하고 전통적인 환경의식의 고취 포장조례 등의 법규제 정,

비를 배경으로 플라스틱을 포함한 일반폐기물처리에 대한 감량화 재사용 리싸이클 유기비, , ,

료화가 균형을 이루고 있다 예를 들어 포장용기의 사용량 삭감 유리병 및 병 재사용. , PET ,

분리수거 후의 원료 리싸이클 또는 의 형태로 실시되고 있다 그 가운데, Thermal Recycle .

쓰레기는 시설로 처리해 얻은 퇴비를 농지에서 자원화하는 시스템이 자리를 잡고Compost

있다.

독일과 네덜란드에서는 모든 쓰레기를 처리할 수 있는 시설이 곧 갖춰질 것이라Compost

는 분석이다 생분해성 플라스틱은 시스템 중에서 중요한 의미를 가지고 있다. Compost .

미국은 일반폐기물의 약 가량이 매립 처리되고 있으며 낙엽과 잔디 같은 것들은90% ,

로 처리하도록 법제화하고 있는데 이는 유럽과 마찬가지로 화에 대한 생Compost , Compost

분해성 플라스틱의 중요성이 부각되고 있는 요인이다 그러나 매립처리시 토지를 충분히 확.

보해야 하는 문제와 비싼 비용때문에 시장성장은 다소 시간이 걸릴 것으로 전망된다 한편. ,

일본에서는 유리병 금속 종이처럼 재사용 및 리싸이클 시스템이 우선적으로 확립되어 있, ,

는 분야도 있지만 플라스틱의 재이용은 향후 경비가 이뤄질 것으로 전망된다 처리. Compost

설비에 대해서도 가축분뇨의 시설은 전국에 곳이 설치되어 있지만 쓰레기Compost 1700

시설은 아직 여 곳에 그치고 있다Compost 30 .

- 27 -

이번 환경회의는 일본에서도 를 하기 위한 조직구성의 필요성이 논의되었으며 일Compost ,

반폐기물의 약 는 소각처리 는 매립되고 있는데 이러한 상황에서 생분해성 플라스70% , 25%

틱의 역할을 지방자치제 수준에서 행하고 있는 폐기물처리 시스템에 적용하기는 무리가 따

르고 있다 그러나 향후 소각시설부족 매립지 고갈 폐기물 처리비용 증가 법규제 및. , , ,

의 경비를 배경으로 생분해성을 살린 폐기물처리 용도가 확대될 전망이다Infrastructure .

이번 회의에서 전분계 미생물생산계 화학합성계로 분류되는 다양한 생분해성 플라스틱에, ,

대한 발표가 있었고 각각의 특징을 살린 용도의 가능성이 소개됐다 지방족 폴리에스터 특, .

히 폴리유산은 원료자체의 우위성 사용 시 종합적인 고특성 사용후 분해성 경제적 우위성, , ,

때문에 주목을 받고 있는 재료다.

전문가들은 생분해성 플라스틱의 종류에 따라 다소 차이가 있기는 하나 성형가공성 등 일반

적 기능면에서는 실용화에 근접하고 있다는 평가를 내리고 있다 문제는 가격으로 아직까지.

범용 플라스틱제품의 배 이상 높은 수준을 보이고 있다 배 정도의 가격이라면 사용할10 . 2

용의가 있다는 수요업체의 입장과는 상당히 거리가 있는 실정이다.

이러한 상황에서 미국 사는 의 양산화 설비 준공과 함께 기존 범용수지의Cargill-Dow PLA

배에 불과한 가격으로 년경에 판매가 가능하다는 발표를 했다 만일 이 발표가 실2~3 2003 . ,

제로 실현된다면 생분해성 플라스틱은 보다 빠른 속도로 범용 플라스틱을 대체하여 생분해

성 플라스틱 시장은 폭발적으로 확대될 것으로 전망된다.

주요 응용분야2.

가 퇴비화 봉투.

- 28 -

세계적으로 쓰레기 봉투 시장은 대부분 종이나 가 사용되고 있어 퇴비화 봉투의 시LLDPE

장규모는 작은 편이다 그러나 미국 시장의 경우 향후 수년내에 만 톤 정도로 늘어. 5 5,000

날 정도로 가장 수요가 기대되는 용도이다 에서 전분과 을 블랜드하여 만든. Enpac PCL

가 상업화되었고 도 로 만든 제품을 시장에 내놓았다Mater-Bi , Cargill PLA .

표 생분해성 플라스틱의 사용문야 및 제품< 2-8>

분 야 개발제품

농림수산용 자재 농업용 필름 부직포 서방형 비료 육묘용상자 어망, , , ,

토목 건축 자재ㆍ 단열재 식생용 네트 공사용 보수 시트, , ( )保水

스포츠 레저용품ㆍ 골프 티 낚싯줄,

의약품 식품 화장품, ,

약품방출 속도 조절 식품포장용 필름 특수 포장제 압력감지, , ,

장치 합성향료 호르몬 항생제 의약품 등에 광학이성체 이용, , , , ,

다이어트 식품 포만감 용 류( ), sun screen cream

포장 용기식품포장용 필름 및 용기 기피물질 악취 독성 등 용기 코팅용, ( , ) ,

재료 포장용 완충재,

잡화 기타ㆍ 쓰레기봉투 문구 섬유 위생용품 기저귀 생리대, , , ( , )

자료 일본 화학경제 및 기타 자료를 재구성: KISTI

나 포장완충재.

미국의 포장완충재 시장은 년 톤 규모에서 전분기초 포장재는 톤으로1996 24,000 6,000

를 차지하였으나 폴리스티렌 에 비해 아직은 높은 가격 이다 전분의 기25% , (15$/ ) (19$/ ) .㎥ ㎥

술개발에 따라 가격이 하락하여 향후 수년 내에 톤 정도가 될 것으로 기대된다8,000 .

다 일회용품.

식품포장용기 일회용 접시 등의 일회용품의 경우 유럽에서는 다른 나라들과는 달리 생분해,

성 플라스틱이 비교적 많이 사용되고 있다 독일의 낙농업체인 은 로 제조한. Danone PLA

용기 를 년 기준으로 백만개 생산하였다 이 용기는 기존 컵의 배yogurt (Eco Cup) 1998 4 . 3

가격이지만 향후 가격은 상당히 떨어질 것으로 전망된다.

- 29 -

라 의료용 생체흡수성 고분자.

생체재료는 질병의 진단 치료 및 예방의 수단으로 생체조직에 직접 접촉하는 소재를 총칭, ,

하며 특히 손상되었거나 기능을 상실한 인체조직 및 기관을 대체하여 사용되는 인공장기 및

인공조직의 기본 재료이다 인공장기에는 인공심장 신장 심폐기 혈관 등이 있으며 인공조. , , , ,

직은 인공관절 인공뼈 인공피부 인공힘줄 등을 가리키며 치료용 제품에는 치과용 재료, , , ,

봉합사 고분자약제 등을 예로 들 수 있다 실제로 고분자 외에도 금속 세라믹 재료가 이용, . ,

되며 그 적용 범위는 매우 다양하다 이외에도 수많은 분야에서 생체재료가 이용되고 있으, .

며 현재까지 해결하지 못하거나 효율적으로 해결치 못하고 있는 분야에 더욱 발전된 재료가

끝없이 요구되고 있다.

이들 생체재료로서 요구되는 특성 중에서 필수 불가결한 특성은 생체적합성

이며 이와 아울러 기계적 물리적 성질 및 성형가공성이 그 사용목적 및(Biocompatibility) ,

용도에 따라서 요구된다.

또 약물방출용 제재 조직공학용 지지체 등에서 사용되는 생체흡수성 고분자의 경우 생체, , ,

내에서 분해되어 생체에 흡수된 후 땀 오줌 등의 대사 작용에 의해 체외로 배출된다는 점,

에서 생분해성 고분자가 사용되고 있다.

- 30 -

생분해성 재료는 생체 내에서 서서히 화학적 분해가 일어나면서 그 형태와 무게가 점차 소

멸되는 재료를 총칭하는 말이다 이들 재료는 크게 나누어 천연고분자 재료와 합성고분자.

재료로 나눌 수 있다 천연고분자 재료로는 콜라겐 젤라틴 키토산 하이아론산 등이 있으. , , ,

며 합성고분자 재료로는 poly lactic acid(PLA), polyglycolic acid(PGA),

등이 있다 년경poly(lactic-co-glycolic acid)(PLGA), poly( -caprolactone)(PCL) . 1960ε

와 가 생분해성 고분자로 합성되어졌으나 가공이 어렵고 사용중에 물성이 변하는PLA PGA ,

즉 분해성이 단점으로 부각되어 한동안 연구가 미진하였으나 생분해성이라는 점이 생체재,

료로서 여러 가지 기능성이 있음을 인지하게 되어 최근에는 이외에도 이와 비슷PLA, PGA

한 새로운 생분해성 고분자의 합성과 응용이 매우 활발하게 진행되고 있다 또한 이들 합성.

고분자는 천연 생분해성 고분자가 인위적으로 생분해 속도를 조절하기 어려운 것에 비하여

단량체의 조성을 조절함으로서 생분해 속도를 조절할 수 있는 장점이 있다 이들 생분해성.

고분자는 비분해성 고분자물질에 비하여 생체적합성이라는 면에 있어서 좀더 강화된 기준이

적용된다 치료시 이식된 이식물에서 용출되는 독성물질 미반응 단량체 개시제 촉매제 등. ( , , )

의 내재된 문제뿐만 아니라 이들 이식물들이 분해된 후 나오는 물질들과 인체내의 대사 작

용에 의해 방출되는 부산물의 독성에 대해서도 반드시 고려하여야만 한다.

여러 생분해성 고분자 중에서 주로 쓰이고 있는 생분해성 고분자들은 및PLA, PGA PLGA

공중합체가 널리 쓰이고 있다 이들은 생체 내에서 가수분해에 의하여 젖산과 글리콜산으로.

분해되어 생체내의 대사산물로 전화되고 결국에는 이산과 탄소와 물로써 체외로 배출되는

완전 생분해성이고 우수한 생체적합성을 지니고 있다 이들이 주로 사용되는 분야로는 봉합.

사 약물전달용 수송체 연골 뼈 및 여타 장기들의 재생에 쓰이는 세포 지지체 골절시 사, , , ,

용되는 보철판과 나사못 그리고 인대와 힘줄의 치료를 위한 재료에 응용되고 있다, .

그림 와 의 합성방법< 2-2> PLA PLGA

- 31 -

표 여러 가지 생체흡수성 고분자의 물리적 기계적 특성< 2-9> ,

aA 1:1 copolymer of sebacic acid (SA) and hexadecanedioic acid (HDA)bA 100:35:64 copolymer of 3.9-bis(ethylidene 2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5] undecan)

(DETOSU), trans-cyclohexane dimethanol(t-CDM) and 1.6-hexanediol (1,6-DH)CBPA : Bisphenol A; DTH : desaminotyrosyl-tyrosine hexyl ester.

* Tissue Engineering : Concepts and Applications, p78

- 32 -

제 절 기술 개발 동향3

생분해성 플라스틱의 실용화1.

생분해성 플라스틱은 현재 의료용 봉합사 퇴비용 쓰레기 봉투 등 일부 분야를 제외하고는,

거의 실용화가 이루어지지 않고 있다 이에 따라 생분해성 플라스틱이 전체 플라스틱시장에.

서 차지하는 비중은 미국 유럽 일본 등의 선진국에서도 정도의 수준에 머무르고 있, 0.1%

는 것으로 추정된다 실용화가 부진한 가장 큰 이유로는 크게 가격과 기능의 열세를 들 수.

있다 우선 생분해성 플라스틱은 제품별로 차이가 있으나 대량 생산되는 일반 플라스틱 소.

재에 비해 배 정도 비싼 수준이다 전문가들은 생분해성 플라스틱이 대량 생산될 경우5~10 .

가격이 떨어질 소지는 충분히 있으나 가격경쟁력을 확보하기는 여전히 역부족일 것으로 예

측한다.

기능상에 있어서도 생분해성 플라스틱은 아직까지 많은 문제점을 안고 있는 것으로 지적된

다 기계적 강도 등 일반적 기능은 물론이려니와 생분해도 자체가 주위 환경에 따라 들쑥날.

쑥이어서 소비자들의 신뢰를 얻지 못하고 있는 실정이다 생분해성 플라스틱 관련기업들은.

당초 생분해성을 강조하면 가격상의 프리미엄은 물론 기능상의 약점까지도 어느 정도는 보

완될 것으로 기대했었다 그러나 소비자들의 반응은 냉담하여 기능상 문제가 있는 제품은.

철저히 외면당하는 결과를 초래하였다 기업들은 생분해성 플라스틱이 실용화되기 위해서는.

소비자들이 용인할 수 있는 가격이되 기능면에서는 일반 플라스틱과 거의 대등한 수준을 확

보해야 할 것으로 지적하고 있다.

참여기업 동향2.

- 33 -

생분해성 플라스틱의 실용화가 기대에 미치지 못하면서 참여기업들도 고전하는 모습이 역력

하다 년대 후반 이후 많은 기업들이 생분해성 플라스틱 개발에 수억 달러를 투입하였. 1980

으나 아직까지 대량생산체제를 확립한 기업이 없는 실정이며 중도에서 포기하는 기업들이,

속출하고 있다 생분해성 플라스틱의 대명사로 불려져온 의 사례가 대표적이다. ‘Biopol’ .

년 제네카로부터 사업을 인수받은 몬산토는 최근 사업의 매각 의사를 선언한바1996 Biopol

있다 몬산토는 자사의 발효공법으로는 생산비용이 파운드당 달러가 필요하나 일반 플라스. 4

틱은 센트에 불과하다고 밝히고 있다 또한 동사가 생산비용을 센트 수준으로 낮40 . 60~80

추는 데에는 년이 소요될 것으로 예상되어 결국은 사업 포기를 선언한 것이다 이밖에5~7 .

의욕적으로 사업확대를 추진하던 워너램버트의 의 도Novon, ACX Technologies Chronopol

경쟁력 부족 또는 투자 유치 실패로 사업 포기를 결정한 것으로 알려지고 있다.

그러나 아직도 많은 기업들은 생분해성 플라스틱이 당장의 수익은 보장하지 못하나 미래의

성장분야로 부상할 것에 대비 적극적인 투자를 아끼지 않고 있다 바이오벤처 기업 등 신, .

규 참여기업들도 증가하는 추세이다.

기술개발동향3.

가 해외 동향.

생분해성 플라스틱의 기능성 강화(1)

다우케미칼 듀퐁 바이엘 바스프 등 선진기업들의 참여로 기술 개발이 급속히 진전되면서, , ,

생분해성 플라스틱의 기능은 일반 플라스틱에 빠르게 근접하고 있는 것으로 평가된다 이에.

따라 일부 업체들은 아예 생분해성보다 기능의 우수성을 내세워 시장을 공략하고 있는 상황

이다 듀퐁이 바이오벤처기업과 공동으로 개발을 추진중인 는 생분해성보다 뛰어난 기. 3GT

능을 강조하고 있다 옥수수 전분을 원료로 하는 이 제품은 기존 폴리에스터에 비해 뛰어난.

탄성과 형상기억력을 지녀 상품화될 경우 고가의 소재로 각광을 받을 전망이다.

- 34 -

기업들이 생분해성보다 기능을 강조하는 이유는 생분해성만으로는 소비자들을 만족시킬 수

없었다는 경험과 함께 생분해성이라는 특성이 선입견으로 작용해 용도 확대에 장애가 될 수

있다는 판단 때문으로 보인다 사실상 지금까지 생분해성 플라스틱은 의료용 제품 퇴비용. ,

봉투 등 생분해성이 절대적으로 요구되는 특정 용도에 수요가 한정되어 왔다 만일 생분해.

성 플라스틱의 이미지가 이대로 고착된다면 더 이상의 용도 확대가 어려울 것이며 이에 따,

라 수요 확대는 기대할 수 없다는 것이다 지난 년 생분해성 플라스틱의 사업화를 위. 1997

해 합작으로 설립된 다우 카길 폴리머스 는 자사 폴리유산계 제품(Dow Cargill Polymers)

의 사업계획을 설명하면서 의류 카펫 식품 포장 및 용기 등 일반 플라스틱과 다름없는 다, ,

목적 제품임을 강조하고 있으며 생분해성은 부가기능으로 설명하고 있다, .

생분해성 플라스틱이 기업들의 전략대로 니치마켓 위주에서 주류시장으로 성공적으로 진입

한다면 생분해성 플라스틱 시장은 그야말로 비약적으로 성장할 전망이다 기업들은 이미 생.

분해성 플라스틱의 용도 확대를 위해 기능 개선에 나서는 한편 생분해 정도 및 시기를 자유

자재로 조절할 수 있는 기술 개발에 나서고 있다 전문가들은 생분해성 플라스틱이 자동차. ,

전자 등 최대의 수요처로 침투하는 데에는 다소의 시간이 걸릴 것으로 보고 있다 그러나.

단기적으로 식품 포장 및 용기 분야는 생분해성 플라스틱의 적용 가능성이 상대적으로 높아

이 분야의 제품 개발이 활기를 띌 것으로 전망하고 있다 식품 포장 및 용기의 경우 현실적.

으로 수거에 의한 재활용이 어려운 반면 퇴비화가 진전될 경우 일반 음식쓰레기와 동시에

처리가 가능하다는 점이 장점으로 부각되고 있다.

생산설비의 증설 등의 생산기술을 통한 가격 경쟁력 확보(2)

생분해성 플라스틱의 시장 확대가 예상되면서 기업들의 신증설 계획도 잇따라 발표되고 있

다 다우 카길 폴리머스는 억 달러 이상을 투입하여 년 미국 현지에 연산 만톤 규. 3 2001 14

모의 폴리유산계 생분해성 플라스틱 플랜트를 건설했다 동사는 자사의 제품이 가격 및 기.

능에서 충분한 경쟁력을 확보할 수 있으며 이미 충분한 고객을 확보한 상태라고 밝히고 있,

다 다우 카길 폴리머스는 이번 플랜트 건설에 이어 장기적으로 세계 개 지역에 각각 수십. 4

만 톤 규모의 플랜트를 건설한다는 목표를 세워놓고 있다 이밖에 주로 파일럿 플랜트 가동.

에 머물던 다수의 기업들이 본격적인 상업화 설비 건설을 추진 또는 검토중이다 듀퐁 바. ,

스프 바이엘 등이 본격적인 시장 진출을 시도하고 있는 데 이어 일본에서도 미쓰이화학, ,

쇼와고분자 다이셀화학 등이 대규모 증설에 나서고 있는 상황이다 대형 기업들의 본격적, .

인 시장 진출로 향후 생분해성 플라스틱 시장에서의 가격 및 기능 경쟁이 더욱 치열하게 전

개될 것으로 보이며 이에 따라 생분해성 플라스틱의 대중화 시기도 앞당겨질 전망이다, .

- 35 -

생분해성 플라스틱 시장은 아직까지 도입 초기로 확고한 성장기반 구축을 위해서는 해결되

어야 할 과제가 많다 그 중에서도 전문가들이나 기업들은 건전한 시장 형성 및 발전을 위.

한 조치로 생분해성의 표준 정립이 가장 시급한 것으로 지적하고 있다 실제로 많은 기업들.

이 생분해성 제품임을 표방하고 있으나 제품의 제조방식이 워낙 다양한 데다 생분해성에 대

한 기준도 제각각이어서 전문가들은 물론 소비자들 사이에서도 생분해성 여부에 대한 논란

이 종종 발생하고 있다 이러한 논란은 생분해성 플라스틱에 대한 소비자들의 신뢰 저하로.

이어져 결국은 시장 전체에 악영향을 미칠 수밖에 없게 된다.

생분해성 플라스틱 제품과 관련된 인프라 정비(3)

이에 따라 선진국을 중심으로 생분해성 플라스틱 제품의 정확한 분류와 함께 검사기준 정

립 더 나아가 식별표시제도의 운영 등 인프라를 정비하기 위한 작업이 한창이다 국가별로, .

는 이미 유럽에서 퇴비화 가능 이라는 표시로 생분해성 플라스틱임을 알리‘ (Compostable)’

는 표시 제도가 시행중이며 미국도 금년 월부터 인증제도를 실시하고 있다 일본에서는, 4 .

생분해성플라스틱연구회라는 민간기관에 의해 금년 월부터 식별표시제도가 운영되고 있다6 .

이러한 인증제도 및 식별표시제도는 소비자는 물론 기업들의 신뢰도를 향상시켜 시장 성장

에 긍정적인 요인으로 작용할 전망이다.

이와 함께 환경안전성의 확보도 장기적으로 중요한 과제로 평가받고 있다 즉 생분해성 플.

라스틱의 제조과정으로부터 사용중 사용후 분해될 때까지 전생애에 걸쳐 환경에 미치는 영,

향을 면밀히 관찰 평가할 필요가 있다는 것이다 특히 최근에는 생분해성 플라스틱의 개발, .

에 있어서 미생물 효소의 이용이 활발해지고 유전자 수준까지 연구가 확대되고 있어 제품,

의 안전성 및 신뢰성 확보를 위해서라도 환경안전성 확보가 시급한 실정이다.

- 36 -

나 국내 동향.

우리나라에서도 생분해성 플라스틱과 관련된 연구는 년대 이후 화학 주 대상1990 LG , SK( ),

등 대기업 및 연구기관 벤처기업들을 중심으로 꾸준하게 이루어지고 있으나 시장규모가, ,

워낙 협소해 사업화는 활발하지 못한 실정이다 현재 국내 생분해성 플라스틱 시장규모는.

쓰레기 봉투 쇼핑백 등을 중심으로 톤 정도에 달하는 것으로 추정되며 완전 생분해성, 100 ,

보다는 가격이 저렴한 붕괴성 제품이 주류를 이루고 있는 실정이다 또한 생분해성에 대한.

평가기준 및 이를 공인할 인증제도가 확립되지 않아 일부에서는 불량제품이 유통될 가능성

을 지적하기도 한다.

국내 시장이 비록 초기 단계이기는 하지만 플라스틱 폐기물에 대한 규제강화가 예상되고 국

민들의 환경의식 수준이 높아짐에 따라 생분해성 플라스틱에 대한 수요는 지속적으로 증가

할 전망이다 이에 따라 시장의 건전한 성장과 함께 경쟁력 있는 국내 기업의 육성을 위한.

대책 마련이 필요한 시점이다 이를 위해서는 무엇보다 생분해성 플라스틱에 대한 정확한.

분류와 함께 이를 판단할 평가기준 정립이 시급하다 생분해성 플라스틱의 사용 유도를 위.

한 세제 지원과 정부 차원의 기술 개발 지원도 적극적으로 검토할 사항이다 기업들의 입장.

에서도 미래의 플라스틱 유망 기술로 떠오르고 있는 생분해성 플라스틱 분야에 대한 적극적

인 관심이 요구된다.

의료용 생체흡수성 고분자4.

본 항에서는 시장규모는 작지만 고부가가치의 바이오 관련 재료로서의 생분해성 고분자인

생체흡수성 고분자의 각 종류별 개요와 특징 및 개발동향 등을 간략하게 기술하였다.

가. Polyesters

(1) Lactide & Glycolide Copolymers

가 개요 및 합성법( )

와 는 기존에 에서 널리 사용되고 연구가 많이 진행된Linear lactide glycolide DDS

로서polymer steroid, anticancer agent, peptide and protein, antibiotics, anesthetics,

등의 에 사용되어 왔다vaccines delivery .

- 37 -

Polylactide Polyglycolide

중합방법은 일반적으로 방법 사용한다 온Linear lactide ring-opening melt polymerization (

도 등 이 방법을 사용하여 중합하면: 140-180 , catalyst: tin octoate or tin hexanoate ).℃

분자량 만 이상 얻을 수 있다 고순도 원료 사용시 그러나 나 의50 ( ). lactic acid glycolic acid

시 사용 에는 분자량 이하의 저분자량체가 중direct polycondensation (acid catalyst ) 3,000

합된다 를 중합하는 방법으로는 로 와. Branched lactide polymer branching agent lactide

을 사용한 중합법 보고되어 있다pentaerythritol .

나( ) Polymer properties

특성에 영향을 주는 로는Polymer factor comonomer composition, polymer architecture,

등이 있으며 의 의 주요요소 는molecular weight , crystallinity(polymer biodegradation )

의 에 의하여 변화된다 그리고 를 이용한 살균시polymer stereoregularity . gamma ray

의 분자량은 감소하며 빛에 쬐인 는 상온보관 중에도 계속 분자polymer 30-40% , polymer

량이 지속적으로 감소된다 이러한 분자량에 있어서의 쇠퇴는 의. polymer mechanical

및 에 영향을 미친다properities release rate .

용해도를 보면 이하의 를 가진 및 그 는50% glycolic acid content PLA copolymer

등과 같은 일반적인 용매에 용해chlorinated hydrocarbon, tetrahydrofuran, ethylacetate

된다 단 는 을 제외한 일반적인 용매에 녹지 않는다. , PGA hexafluoroisopropanol .

- 38 -

다( ) Biodegradation

의 주요 로는Polymer biodegradation factor molecular weight, polydispersity,

등이 있다 예를 들어 의crystallinity, mophology of polymer . polylactide biodegradation

에 영향을 미치는 로는factor chemical & configurational structure, Molecular weight &

distribution, fabrication conditions, site of implantation, physical factor, degradation

등 포함된다condition .

의 은 로 진행 된다 는Semicrystalline polymer degradation 2 phase . 1st phase

및 그 다음 이 되고 는amorphous regions crysalline region hydrolysis , 2nd phase ester

가 되어 가 없이 가 감소한다bond bulk hydrolysis weigh loss molecular weight .

의 다른 공중합체(2) Lactic acid

가( ) D, L-mandelic acid(MA)

와 와의 의 구조는 아래와 같다 중합방법은D, L-mandelic acid(MA) lactic acid copolymer .

와 의 직접 축합에 의해 합성한다D, L-mandelic acid(MA) lactic acid(LA) .

copoly(lactide-mandelate)

나( ) -hydroxy acid copolymer with lactic acidα

- 39 -

공중합체에서 각각의 성분비는 와 로 제조되는70 mol% LA 30 mol% D, L-hydroxy acids

것이 일반적이다 그 구조는 아래와 같다 중합방법은 촉매가 없이. . direct

하며 특성으로는 분자량polycondensation , 5,000, Tg 이고 를20-37 cylinder(2×10mm)℃

에 심은 결과 개월 후 가 분해되는 결과를 얻었다 의rats 15 60-70% . L-LA/DL-HBA

는 최소 주 동안 없이 을 갖고 분해된다copolymer 5 weight loss lag time .

에 적용한 테스트 결과를 보면 을 함DDS , luteinizing hormone-releasing hormone(LHRH)

유한 를 에 심어본 결과 주 동안 약물이 되었다polymer cylinder rats 15 release .

가 약리학적으로 가장 효과적인 결과를 얻었다Poly(L-LA/DL-HICA) .

(3) Polycaprolactones

가( ) PCLs(poly- -caprolactons) : homopolyme and random copolymersε

는 원래 에서 에 의하여 분해 되는 합성PCLs polymer enviromenent microorganism

로 개발되었다 그 구조 및 중합방법은 아래의 그림과 같다polymer . .

- 40 -

(A) Anionic:

(B) Cationic:

(C) Coordination:

위 그림의 각 시스템 별로 사용되는 촉매와 반응물을 살펴보면,

에서는Anionic reaction system tertiary amine, alkali metal alkoxides, carboxylates①

등의 촉매를 사용하며in tetrahydrofuran, toluene, benzene low molecular weight

와 를 얻을 수 있다hydroxy terminated oligomer polymer .

에서는Cationic reaction system protic acid, acylating agent, alkylating agent(FeCl② 3,

BF3, Et2 등의 촉매를 사용하며 분자량O, alkylsulfonate, trimethylsilyltriflate)

의 를 얻을 수 있다15,000-50,000 polymer .

에서는Coordination reaction system di-n-butyl zinc, stanneous octoate, alkoxides,③

등의 촉매를 사용하며 분자량 의 를 얻을halide of Al, Sn, Mg, Ti 15,000-50,000 polymer

수 있다.

나 의( ) PCLs(poly- -caprolactons) propertiesε

는Solubility chlorinated hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, cyclohexane,

에 용해되고 에는 녹지 않는2-nitropropane , aliphatic hydrocarbons, diethylether, alcohol

다.

- 41 -

유리 전이온도 는 의 가 높을수록 의 는 감소 정도이(Tg) -60 (lactide content copolymer Tg )℃

며 의 가 증가할수록 는 감소한다 분자량, polymer molecular weight crystallinity ( 5,000 :

분자량crystality=80%, 60,000 : crystality=45%).

다( ) Biodegradation

과 그 들은 와 같이 모두PCL copolymer lactic polymer in vitro, in vivo bulk hydrolysis

로 된다 이때 는 와 의 모양과 크기에 영향을degradation . degradation rate device additives

받는다.

(4) PHB : Poly-( -hyroxybutyrate)β

가 구 조( )

나 중합법( )

으로 중합한다Bacterial fermentation . 3HB(3-hydroxybutyrate),

는3HV(3-hydroxyvalerate) propionc acid or pentanoic acid + Alcaligenes eutrophus

로 는random copolymer 3HB-4HB 4-hydroxybutyric acid + butyric acid +

Alcaligenes eutrophus 로 중합한다.

다( ) Properities

고분자량 일정한 분자량 분포 그리고 약 의(>100,000), (narrow polydispersity), 50%

를 나타낸다 는 의 각 성분별 에 의존crystalinity . Melting point(Tm) polymer composition

한다.

- 42 -

(5) Polycarbonates

가( ) Polycarbonates homopolymer

구조 및 합성법은 위 그림과 같다 은 가 에. Biodegradation carbonate linkage hydrolysis

대한 불안정하므로 많은 연구가 진행되고 있다.

나( ) Copolymer of aliphatic carbonate & lactide

이 공중합체는 와 를 보여준다excellent biocompatibility mechanical properties .

와 의 의 구조를 아래에 나타내었다TMC(trimethylene carbonate) lactide block copolymer .

특징은 일반 유기용매에 녹고 평균 분자량이 약 이며 년 내에 완전히 분해된다, 90,000 1 .

기타(6) Polyester

가( ) Polyhydropyrans

피임용으로 개발되었다 로 부터 피임 및 항말라리아. Polymer matrix contracetive( ) steroid

의agent in vivo 및 in vitro 연구가 수행되고 있다release .

- 43 -

나( ) Poly-p-dioxanone

와 유사한 성질을 지니면서 소독 중 더 좋은 를 가진 관계로Polylactide irradiation stability

흡수성 봉합사에 있어서 의 대체물질로 사용중이다polylactide . Controlled drug delivery

을 위한 용으로 개발되지 않았다carrier .

나 계 의 연구동향. Polyamide biomaterials

특히 들은 를 만드는데 있어Amide-based polymer, natural protein biodegradable matrix

서 최근 많은 연구가 진행되었다 등의. Crosslinked collagen, gelatin, albumine

과 는 등에 사용되어져 왔다 다양한microcapsules microsphere drug delivery . amino acid

를 갖는 가 로서 현재 연구중에 있다polyamide copolymer drug carrier .

다 기타재료.

는 에 있어서 잠재력을 지닌 로Polyphosphate esters drug delivery biodegradable matrix

연구가 진행되어 왔다 합성방법 및 구조는 아래 그림과 같다. .

- 44 -

그외 에도 최초의 에 을polyorthoesters(Alzamer( polyorthoester), diketene acetal polyol

시킨 등addition polyorthoesterp, crosslinked polyorthoester ), polyphosphazeneze,

등이 있다polyanhydrides .

제 절 특허동향4

본 절에서는 분해성 고분자에 관해 조사된 문헌 및 특허정보를 중심으로 맵핑 을(Mapping)

행하여 미국과 일본은 약 여 년간 한국과 유럽은 약 여 년간의 기술흐름의 추이와 최, 25 , 20

근의 기술동향 출원인 분석을 통한 기술의 우위현황 및 기술의 주요 분포도 등을 국가 및,

기술분류별 등으로 세분화 체계화하여 다각적으로 분석함으로써 도식화된 그래프를 이용하ㆍ

여 문헌 및 특허의 동향을 분석하고 이를 통해 분해성 고분자의 기술개발 동향을 파악하고

자 한다.

기술특허정보 분석1.

가 정보분석의. DB

본 특허분석에 이용된 를 아래 표에 정리하였다 특히 본 보고서의 분석대상이 되는 특DB . ,

허는 미국의 경우는 등록분이고 미국을 제외한 국가는 출원분이다 아울러 특허출원은 조, . ,

기공개신청을 하지 않는 한 통상적으로 출원을 한 후 개월이 경과한 때에 일반에게 공개18

되므로 본 특허분석을 이해 조사된 년도 이후 특허 출원분은 당해연도의 전체적인 정, 2000

보를 반영하지 못하므로 특허분석에 있어서 크게 유의성을 가지지 못함을 밝혀둔다.

상기의 방법으로 조사된 분해성 고분자 관련 특허정보의 총 건의 검색결과를 도출하였369

으나 정확한 특허분석을 위하여 수차례에 걸친 스크리닝 및 기술분류를 실시하고 노이즈, ,

검색 키워드로 추출은 되었으나 검색의 결과가 내용과 동떨어진 것 을 제거 및 분류기준에( )

적합하지 않은 특허를 스크리닝하여 최종적으로 관련도가 높은 건을 추출하여 본 특허346

분석을 실시하였다.

- 45 -

표 특허분석에 이용된 데이터베이스< 2-9>

월 일 현재(2002. 9 30 )데이터

베이스내용 정보원

수록년도수록건수 검색어

갱신

주기

최종

갱신일

년2001

갱신건수시작 끝

KUPA한국

공개특허

한국

특허청

198

3현재 746,469 한글 월 회2

2001.11.

3086,140

USPA 미국특허미국

특허청

197

6현재

2,566,1

47영문 주간

2001.12.

18181,898

JEPA 일본특허일본

특허청

197

6현재

5,460,7

69영문 월간

2001.12.

08326,102

EUPA 유럽특허

유럽

특허청

국제

특허청

197

6현재

1,763,4

69영문 주간

2001.12.

27237,871

나 분석의 범위 및 방법.

분해성 고분자의 범위는 분자수준의 물리 화학적 자극에 의한 분해성능의 발현을 기준으로ㆍ

한 것으로 특히 복합기능성에 대한 특허조사는 시장 및 기술의 폭이 좁아 본 보고서에서는,

제외하였다.

분해성 고분자에 관한 특허정보 분석을 위하여 한국과학기술정보연구원

에서 제공하는 각 국의 특허정보데이터 베이스를 활용하였으며 특(http://www.kisti.re.kr) ,

허검색의 범위는 출원연도를 기준으로 년도부터 년도까지로 하였다 분석대상 국1980 2001 .

가는 한국 미국 일본 유럽으로 하고 검색결과에 표기된 기술분류는, , , , IPC(International

분류에 기초한 것이다Patent Classification) .

- 46 -

특허출원동향분석2.

가 연도별 출원건수 및 누적건수 추이.

분해성 고분자에 대한 전반적인 특허동향을 살펴보기 위하여 우선적으로 일본 미국 유럽, , ,

한국의 연도별 특허출원건수를 검토하여 전체적인 출원건수 추이를 조사하였다.

그림 에서 보는 바와 같이 년대 이후 분해성 고분자 관련 특허출원이 꾸준히< 2-3> , 1980

증가하여 온 가운데 년대 이후에 출원된 특허의 비율이 전체 특허건수의 의 높, 1990 78.9%

은 특허출원 비율을 나타내고 있다 따라서 분해성 고분자의 기술개발은 년대 초부터. 1990

연구가 전 세계적으로 활발히 진행되어 오늘에 이르고 있음을 확인할 수 있다.

또한 연도별 누적 건수추이를 보면 그림 참조 년에서 년까지 활발한 연구가(< 2-4> ), 90 96

진행되어 많은 기술특허가 출원되었고 년도에 약간의 정체기를 맞이하지만 이후로 현재, 96

까지 많은 관련 특허가 출원되고 있음을 확인할 수 있다.

그림 분해성 고분자의 연도별 특허출원 동향< 2-3>

- 47 -

그림 생분해성 고분자의 연도별 누적출원 동향< 2-4>

이러한 경향은 최근 약 년간의 환경에 세계 각 나라들의 관심의 고조와 산업전반에 걸쳐10

환경기술의 접목에 필수적인 친환경소재인 분해성 고분자의 다각적 연구결과로 해석될 수

있을 것이다.

나 전체 특허의 출원인 국적별 분포.

분해성 고분자 관련 세계특허출원현황을 출원인의 국적별 분포를 살펴보면 그림 과< 2-5>

같다.

전체 특허의 출원인을 국적별로 조사해 보면 출원인의 국적이 일본인 경우가 약 를 차, 58%

지함으로써 가장 높은 출원인 국적비율을 나타내고 있으며 그 뒤를 이어 미국국적의 출원,

인이 한국국적의 출원인이 독일국적의 출원인이 영국 및 프랑스 국적의 출28%, 5%, 3%,

원인이 각각 의 비율로 구성되어 있는 것으로 나타났다 이것은 분해성 고분자의 기술은1% .

일본과 미국국적의 출원인이 거의 이상을 차지하는 것으로 관련 분야의 기술을 이끌고80%

있는 것으로 파악되고 있다.

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그림 전체 특허의 출원인 국적별 분포< 2-5>

또한 한국이 약 를 차지하고 있는 것으로 나타났는데 선진국과의 격차는 큰 것으로 파5% ,

악되는 바 향후 지속적인 연구개발이 이루어져야 할 것으로 사료된다, .

다 해외의 연도별 특허출원동향.

그림 은 분해성 고분자의 일본 미국 유럽의 기술동향을 살펴 본 것으로 세 국가의< 2-6> , , ,

연도별 특허출원 건수 추이를 조사한 것이다.

세나라 모두 연도별 건수동향을 살펴보면 년도 초반부터 후반까지 초기의 연구개발이 진, 80

행되어 연 평균 건의 관련 특허가 출원되다가 년도에 접어들면서 급격히 증가하는 것3 , 90

으로 파악된다 특히 년도 초반부터 년까지 연 평균 건의 관련 특허가 출원된 것. 90 2000 11

으로 추정되는 바 약 배의 평균 증가량을 보이고 있어 전 세계적으로 활발한 연구개발이, 4

이 시기에 확산된 것으로 파악된다 특히 일본은 분해성 고분자 관한 기술을 선도하고 있는.

것으로 나타나 향후 분해성 고분자 분야에 관련 기술독점 및 기술심화가 일본 중심으로 편,

중될 수 있을 것으로 우려된다.

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그림 미국 유럽 일본의 생분해성 고분자의 연도별 누적출원 동향< 2-6> , ,

일 본(1)

분해성 고분자에 관한 일본의 특허출원동향을 살펴보면 그림 과 같이 년 중반에서, 2-6 1980

년도 후반까지는 분해성 고분자와 관련된 특허출원이 연 평균 건으로 출원되고 있으1980 4

며 이 후로 현재까지 꾸준한 증가 추세를 보인다 이것은 식품 의약 의료산업 등을 포함, . , ,

한 바이오기술 에 대한 관심의 고조에 따른 수요 및 기술개발의 필요성의(Biotechnology)

증대로 해석할 수 있을 것이다.

미 국(2)

분해성 고분자에 관한 미국의 특허출원동향을 살펴보면 일본과 유사한 특허출원동향을 보,

이고 있다 년 중반에서 년도 후반까지는 분해성 고분자와 관련된 특허출원이 연. 1980 1980

평균 건으로 출원되고 있으며 특히 년대 중반부터 년도까지 높은 출원건수3.2 , 1990 2000

추이를 보이고 있다 이것은 분해성 고분자에 대한 연도별 특허출원건수는 년도 초부. 1990

터 급격히 증가하고 있는 것은 전 세계적으로 환경 산업 에 대한 세계적인 관심의 부각으로( )

해석된다.

- 50 -

유 럽(3)

분해성 고분자에 관한 유럽의 특허출원동향은 년도 초반에 분해성 고분자관련 특허가1980

출원되고 있으나 년까지 현저한 출원건수는 보이고 있지 않고 있다가 년 초반 이, 89 , 1990

후부터 증가추세를 나타내며 분해성 고분자에 관한 연구개발이 활발히 진행되어 왔음을 주,

지할 수 있다 이것은 특히 환경선진국이라고 알려져 있는 독일 스위스 이태리 덴마크 등. , , ,

유럽의 여러 나라에서 국가적 차원에서 환경문제와 관련된 제도적 규제를 실시 또는 강화하

는 방안이 강구된 시기와 거의 일치하고 있고 있음을 알 수 있다 이태리 년 비분해. ( : 1989

성 쇼핑백에 일정액 과세제도 도입 동일년도 월부터 쇼핑백으로 전면사용 금지 독일, 7 , :

년 월부터 병 강제 제 실시 등1989 3 PET deposit )

라 출원인별 건수 동향.

출원인별 건수 추이를 조사하여 그림 에 제시하였다 상위 개의 출원인들에 대한 건2-7 . 11

수추이를 보면 일본 이 건으로 가장 많은 특허를 출원하였고 그 다Mitsubishi Chemical( ) 12 ,

음으로 일본 이 건으로 관련 특허를 보유하고 있는 것으로 나타났다Topan P. Co. Ltd.( ) 8 .

또한 일본 과 미국 그리고Dainippon P. Co. Ltd.( ) Dow Chemicals Cd.( ), H.

독일 이 각각 건의 특허를