1. 연구 배경 및 필요성

현대 플라스틱 산업은 다채로운 색을 구현하기 위해 다양한 염료와 안료를 사용해왔다. 그러나 이들 색소는 대개 석유화학 기반이며, 환경에 축적되거나 생태계에 침출될 수 있는 잠재적 위험성을 지닌다. 더불어, 색소 혼입은 플라스틱의 분리 및 재활용 공정을 복잡하게 만들어 지속가능성 확보에 장애가 되어왔다. 이러한 문제의식에서 출발한 본 연구는 화학 색소 없이도 생생한 색을 구현하며 재활용성과 생분해성을 모두 갖춘 신소재 개발을 목표로 한다.

  1. 소재 구성과 구조적 원리

연구진은 Hydroxypropyl Cellulose (HPC)라는 식물 유래 셀룰로오스 유도체에 주목했다. 여기에 구연산(citric acid)과 오징어 먹물 분말, 그리고 물을 혼합한 후 공기 중에서 건조시키는 과정을 통해 플라스틱 유사 필름을 제작하였다.
이 소재의 특징은 색상이 염료나 안료로부터 기인하지 않고, 나노 스케일에서의 정렬된 구조에 의해 생성되는 ‘구조색(structural color)’에서 비롯된다는 점이다. 이는 자연계에서 공작새의 깃털, 나비의 날개 등이 색을 내는 방식과 유사하다.

  1. 기능적 특성 및 기계적 성능

개발된 소재는 다음과 같은 기능적 특성을 지닌다:

  • 선명하고 다양한 색상 구현: 파랑, 초록, 주황, 빨강 등 다양한 색을 재현하며, 염료의 퇴색이나 침출 위험이 없다.
  • 기계적 강도: 기존 석유기반 플라스틱과 동등하거나 그 이상의 인장 강도와 유연성을 보유.
  • 재가공 가능성: 수용성 특성 덕분에 사용 후 물에 용해하여 재건조함으로써 3D 프린팅, 접기, 성형 등으로 반복 재사용 가능.
  • 생분해성: 셀룰로오스를 기반으로 하여 자연 분해가 가능하며, 생물학적 안전성이 입증된 소재만을 활용함.

  1. 실험 적용 및 활용 가능성

연구진은 이 구조색 플라스틱을 활용하여 다양한 실험을 진행하였다. 탱그램 퍼즐, 종이접기 백조, 3D 프린팅 조각 등 시각적·기능적 응용이 모두 가능하였으며, 반복 재성형 후에도 색상과 기계적 특성이 유지됨을 확인하였다. 특히 수용성 기반 재활용성은 기존 플라스틱과 가장 뚜렷하게 구별되는 장점으로 평가된다.

  1. 지속가능한 디자인을 위한 의의

이 연구는 단순한 소재 개발을 넘어, 플라스틱 디자인 및 색채 구현 방식의 패러다임 전환을 제시한다. ‘색’을 화학물질이 아닌 구조에 의한 물리적 현상으로 구현함으로써, 환경 오염 없이 시각적 다양성을 확보하는 새로운 접근이 가능해진다. 동시에, 재활용성, 생분해성, 기능성을 통합한 소재로서, 친환경 산업디자인, 지속가능 포장재, 교육용 제품 등 다양한 분야에 폭넓게 적용될 수 있다.

출처 : phys.org

Xu Ma et al. (2025). Edible Structurally Colored Plastics. ACS Nano. DOI: 10.1021/acsnano.5c05346