최근 친환경 포장재로써 재활용성과 생분해성이 우수한 종이에 대한 수요가 증가하고 있으며, 종이에 차단(barrier) 특성을 부여하기 위해 표면 가공에 사용되는 난분해성 석유계 고분자의 대체재로 생분해성 고분자인 poly(3-hydroxybutyrate) (PHB)의 적용이 검토되고 있다. 그러나 기존의 범용 고분자 대비 높은 생산 비용과 부족한 물성으로 인해 상용화에 어려움이 따르며, 이를 개선하기 위해 다른 고분자와의 혼합을 통한 고분자 블렌드(polymer blend) 제조와 나노 크기의 충전제를 활용한 나노 복합체 제조에 관한 연구들이 진행 중이다.
본 연구에서는 PHB의 물성 향상을 위한 고분자 블렌드 제조에 셀룰로오스 유도체인 ethyl cellulose (EC)를 사용하였으며, 제조된 PHB/EC 블렌드를 종이의 코팅제로 적용하여 두 고분자의 혼합 비율에 따른 코팅지의 특성을 평가하였다. 또한 PHB/EC 블렌드 코팅제의 충전제로써 nanoclay를 첨가하여 nanoclay의 충전 함량이 코팅지의 물성 변화에 미치는 영향을 확인하였다.
PHB/EC 블렌드는 물리적으로 혼합된 형태를 보이며 EC의 비율이 증가함에 따라 PHB의 열안정성은 다소 낮아졌으나 결정화도 또한 감소하여 경화 과정에서 발생하는 체적 수축이 감소하였다. 특히 50:50의 혼합 비율로 제조된 PHB/EC 블렌드를 종이에 코팅할 시 PHB 보다 공극의 크기가 감소 된 연속적인 코팅층을 형성하여 가장 우수한 차단 특성을 나타냈다. PHB/EC 블렌드는 PHB와 비교 시 원지와 우수한 상용성을 보였으며 기계적 특성의 경우 EC의 비율이 증가함에 따라 인장강도가 향상되었으나 신장률의 변화는 미미하였다. 이와 같이 코팅지의 물성은 원지 자체의 특성이 크게 기인하며 원지의 평활도와 밀도가 높고 코팅 평량이 높을수록 우수한 커버리지를 나타내며 큰 폭으로 향상되었다.
유기화 처리에 의해 PHB/EC 블렌드와의 상용성이 개선된 nanoclay는 코팅층 내에서 균일한 분산성을 보였다. 이에 따라 코팅지의 차단 특성이 향상되었으며, 기계적 특성은 연성 거동을 나타내 인장강도는 감소하고 신장률은 증가하는 경향을 보였다. Nanoclay를 25% 수준으로 고충전 될 시에는 nanoclay 입자 간 응집이 발생하여 차단 특성의 향상이 둔화되고 신장률이 감소하는 결과를 나타냈다.
이러한 결과들을 토대로 종이의 코팅제로 PHB를 적용할 경우 EC의 혼합이 포장용지로써 요구되는 차단 특성의 향상에 효과적임을 확인하였으며, PHB/EC 블렌드의 충전제로써 nanoclay를 적용했을 때 포장용지 제조 시 추가적인 물성 향상과 경제성 확보에 기여할 것으로 판단하였다.