"폴리-A"의 두 판 사이의 차이

개발 과제의 배경

PVA는 플라스틱 산업, 의류나 산업용 섬유, 의료용 재료에 이르기까지 여러 방면에 널리 이용되고 있지만, 수용성이면서도 생물학적 분해가 쉽지 않기 때문에 환경오염을 일으킬 수 있다. PVA에 DNA를 혼합한다면 기존 PVA보다 분해가 잘되는 재료를 만들 수 있다. 하지만 DNA 비율이 높아질수록 분해는 잘 되지만 플라스틱의 성질을 유지하기 어렵기 때문에 적절한 비율을 찾는 것이 중요하다. DNA 혼합 비율에 따른 장력과 분해속도와 분해정도를 비교한다면 적절한 PVA/DNA blend 비율을 찾을 수 있을 것이다. 이러한 과제를 통해 기존 PVA보다 생분해성이 높은 재료를 만들 수 있을 것이다.

개발 과제의 목표 및 내용

관련 기술의 현황

관련 기술의 현황 및 분석(State of art)

• 전 세계적인 기술현황

◇ Preparation and characterisation of poly(vinyl) alcohol (PVA)/starch (ST)/halloysite nanotube (HNT) nanocomposite films as renewable materials

- 폴리 비닐 알코올 (PVA)은 우수한 기계적 및 열적 특성뿐만 아니라 우수한 투명성 및 산소 투과에 대한 내성을 가진 합성 수용성 생체 고분자이다. 그럼에도 불구하고 토양과 같은 일부 환경에서는 분해율이 낮고 PVA의 반복 단위에 수산기가 존재하기 때문에 상대적으로 높은 비용과 열악한 내수성을 가지고 있다. PVA와 전분 (ST)을 혼합하면 생분해성이 크게 향상되고 비용이 절감된다. ST는 토양 및 퇴비에서 완전히 생분해성 폴리머로, 무독성이며 상대적으로 저렴한 기능을 가진 식물의 예비 저장소로 풍부하다. 가소화된 PVA/ST 블렌드는 1980년대부터 잘 활용되어 왔다. 이러한 blend는 생물 의학 공학 및 재료 포장과 같은 수많은 응용 분야에서 사용되는 광범위한 재료 시스템에 속한다. 글리세롤 (GL)은 가까운 용해도 매개 변수로 인해 PVA / ST 블렌드와 혼합된 가장 인기있는 가소제 중 하나이다. 가소화된 PVA/ST 블렌드의 많은 수산기로 인해 약한 내수성을 가지게 되는데 이러한 단점을 극복하기 위해서는 기계적 및 열적 특성뿐만 아니라 장벽 특성을 향상시키기 위해 적용 가능한 나노 필러와 이러한 블렌드를 강화하는 것이 필수적이다.

◇ Preparation of bioplastic consisting of salmon milt DNA

- 바다를 오염시키는 미세 플라스틱은 전 세계적으로 심각한 문제이다. 자연에서 분해되는 biopolymer로 구성된 bioplastic이 보고되었지만 salmon milt와 같은 DNA 핵산으로만 이루어진 bioplastic은 보고된적 없다. DNA 플라스틱을 만들기 위해 DNA pellet을 formaldehyde (HCHO) 용액에 담그고 가열하여 제조하였다. 그 결과 HCHO 20% 이상의 농도에서 수용성 DNA 플라스틱이 만들어졌고 특히 25% HCHO 처리된 DNA 플라스틱은 물에 녹지 않고 열적으로 안정하며 기계적 특성이 매우 우수한 것으로 나타났다. 또한, DNA 플라스틱은 뉴클레아제 함유 수용액에서 생분해성 특성을 나타내었고 생분해성 안정성은 HCHO 농도에 의해 조절될 수 있어 salmon milt DNA가 생분해성 플라스틱이 될 가능성을 보여주었다.

◇ Sustainable Bioplastic Made from Biomass DNA and Ionomers

- 플라스틱은 현대 생활에서 중요한 역할을 하며 현재 플라스틱 재활용의 개발은 매우 까다롭다. 이러한 딜레마를 완화하기 위한 한 가지 옵션은 전체 재료 수명 주기 동안 환경과 호환되는 새로운 지속 가능한 바이오 플라스틱을 개발하는 것이다. 우리는 DNA 플라스틱이라고 불리는 천연 DNA와 바이오 매스 유래 이오노머로 만든 지속 가능한 바이오 플라스틱을 보고한다. 지속 가능성은 DNA 플라스틱의 생산, 사용 및 수명 종료 옵션의 모든 측면을 포함한다. 게다가, DNA 플라스틱은 플라스틱 컵과 같은 임의의 디자인 제품을 형성하기 위해 "아쿠아 용접"될 수 있다. 이 연구는 바이오 기반 하이드로 겔을 바이오 플라스틱으로 변환하는 솔루션을 제공하고 지속 가능한 재료의 개발을 발전시킬 DNA 플라스틱의 폐쇄 루프 재활용을 보여준다.

• 특허조사

 폴리비닐알코올 및 셀룰로오스계 고분자를 혼합한 분해도가 조절된 혼합 생분해성 고분자 필름 및 이의 제조방법
-특허번호 : 1020100125565(1020120064368) -출원일 : 10.12.09 -등록일 : 12.09.14 -출원 기관명 : 주식회사 에코백
본 발명은 폴리비닐알코올(PVA) 및 셀룰로오스계 고분자를 포함하고 상기 폴리비닐알코올(PVA)과 상기 셀룰로오스계고분자의 혼합비율을 조절하여 분해도를 조절할 수 있는 고분자 필름으로서, 상기 고분자 필름은 식물보호제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분해도가 조절된 혼합 생분해성 고분자 필름을 제공한다. 상기 분해도가 조절된 혼합 생분해성 고분자 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 수거가 필요없는 농업용 멀칭 필름을 제공한다.

 BIODEGRADABLE PLASTIC
-특허번호 : IB2019/050991(2019/155398) -출원일 : 19.02.07 -등록일 : 19.08.15 -출원 기관명 : SPOOR&FISHER
본 발명은 생분해성 플라스틱과 바이오 기반 고분자와 농업 부산물 재생 가능 자원 기반으로부터 생분해성 플라스틱을 제조하는 방법에 관한 것이다. 생분해성 플라스틱은 PBS(polybutylene succinate); 및 적어도 하나의 다른 바이오 기반 고분자를 포함하거나 포함하는 고분자 블렌드를 멜트 블렌딩하는 공정으로 제조된다. 상기 다른 바이오계 고분자는 PBAT(polybutylene adipate co-terephthalate) 또는 PLA(polylactic acid) 또는 PHB(polyhydroxy butyrate) 또는 수정될 수 있는 열가소성 전분 등의 biopolyester일 수 있다.

• 특허전략

◇ 기술 분야

- 본 과제에서의 발명은 DNA와 PVA의 혼합에 따른 분해성 정도와 물리적 특성에 관한 것이다.

◇ 배경 기술

- 폴리 비닐 알코올 (PVA)은 우수한 기계적 및 열적 특성뿐만 아니라 우수한 투명성 및 산소 투과에 대한 내성을 가진 합성 수용성 생체 고분자이다. 그럼에도 불구하고 토양과 같은 일부 환경에서는 분해율이 낮고 PVA의 반복 단위에 수산기가 존재하여 상대적으로 높은 비용과 열악한 내수성을 가지고 있다. PVA와 전분 (ST)을 혼합하면 생분해성이 크게 향상되고 비용이 절감된다. 가소화된 PVA/ST 블렌드의 많은 수산기는 약한 내수성을 제공한다. 이러한 단점을 극복하기 위해서는 기계적 및 열적 특성뿐만 아니라 장벽 특성을 향상시키기 위해 적용 가능한 나노 필러와 이러한 블렌드를 강화하는 것이 필수적이다.

◇ 해결하려는 과제

- 현재 여러 분야에서 사용되고 있는 PVA의 사용량은 증가하는 추세이다. 하지만 PVA 성분은 수용성이면서도 생물학적 분해가 쉽지 않기 때문에 환경오염의 중요한 원인 물질이 될 수 있다. 따라서 PVA에 DNA를 혼합하여 PVA의 함량을 낮추면서도 플라스틱의 성질을 갖는 혼합비율을 찾는 것이 본 과제이다.

◇ 과제의 해결 수단

- PVA에 셀룰로오스계 고분자를 첨가하여 생분해성을 높일 수 있다. 이때 셀룰로오스계 고분자 대신 DNA를 사용하여 PVA/DNA blend film을 만든다. DNA를 여러 비율로 첨가하고 DNase Ⅰ 효소로 분해하여 분해성을 측정한다. 또한, DNA 비율에 따른 PVA DNA 필름의 물리적 특성을 측정하여 플라스틱의 형태가 유지되면서 분해성이 증가하는 특정 비율을 찾는다.

◇ 발명의 효과

- 이전까지는 PVA에 녹말을 첨가하거나 DNA만을 이용하여 bioplastic을 만들어 생분해성을 증가하는 방향으로 연구가 진행됐지만 본 연구에서는 DNA와 PVA을 혼합하여 필름의 분해성을 높이고 플라스틱의 물리적 특성을 유지하여 환경오염을 줄일 수 있다.

시장상황에 대한 분석

• 경쟁제품 조사 비교

내용

• 마케팅 전략 제시

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

◇ PVA/DNA blend 비율에 따라 분해성 정도와 플라스틱 물리적 성질의 유지 정도를 조절할 수 있다.

◇ PVA 뿐만 아니라 다른 바이오 기반 고분자에도 DNA를 blend시켜 다양한 바이오 플라스틱 재료 제작을 기대할 수 있다.

◇ 제시된 바이오플라스틱 처리공정을 기반으로 더 효율적인 효소 및 처리공정 개발을 기대할 수 있다.

경제적, 사회적 기대 및 파급효과

◇ PVA를 적게 사용하더라도 DNA와 blend 하면서 플라스틱의 형태를 유지할 수 있다. 결과적으로 PVA 사용 감소로 인해 환경오염이 적게 발생될 것을 기대할 수 있다.

◇ 자연환경에서 분해되지 않는 석유 기반 바이오플라스틱도 생분해하기 위한 공정 제시함으로써 매립 후 반영구적으로 남게 되는 플라스틱 및 미세플라스틱의 최소화를 기대할 수 있다.

기술개발 일정 및 추진체계

개발 일정

구성원 및 추진체계

◇ 김경아 - PVA/DNA blend 염색
          - PVA/DNA blend film의 stress와 strain 측정, 정리 및 분석
          - nanodrop을 이용한 DNA 순도 측정 결과 정리 및 분석
◇ 구대원 - PVA/DNA blend film 제작,  
          - PVA/DNA blend film 분해속도 측정과 시간에 따른 DNA 농도 추출 및 측정
          - PVA/DNA blend film의 농도 계산 및 분석
◇ 최지영 - film 염색을 위한 염색 방법 분석
          - 시간에 따른 DNA 농도 추출 및 nanodrop을 이용한 DNA 순도 측정
          - PVA/DNA blend film stress와 strain 분석
◇ 김준성 - PVA/DNA blend film 분해속도 측정 및 DNA 농도 측정
◇ Ally Alya Mohammed - film 제작
                      - 관련 논문 조사

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

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상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

관련사업비 내역서

내용

완료작품의 평가

향후계획

내용

특허 출원 내용