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화장품 원료 국내 기술 개발 연이어 성공, 속도 빨라진다

세바식산·바닐락산·나노이산화티타늄 등 국내 기술 개발

김태일 기자   |   neo@beautynury.com     기자가 쓴 다른기사 보기
입력시간 : 2020-01-17 05:30       최종수정: 2020-01-17 08:20
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지난해 12월 태경SBC가 무기계 자외선 차단 원료인 ‘나노이산화티타늄’(TiO2)의 국산화에 성공 한 것을 시작으로 버려지는 PET를 재활용해 화장품 및 의약품에 사용되는 바닐락산 등을 만드는 기술이 개발됐다.

올해도 플라스틱과 화학재료의 원료 소재인 세바식산(HOOC-(CH₂)₈-COOH)을 대량 생산하는 기술 개발을 시작으로 원료 개발에 대한 열기가 더욱 뜨거워 질 것으로 보인다.

미생물화학공정으로 세바식산 생산

세바식산(HOOC-(CH2)8-COOH)은 가소제, 윤활제, 화장품 및 플라스틱의 생산을 포함해 다양한 산업에 응용되는 물질로 현재 피마자유(castor oil)를 고온의 열분해(pyrolysis) 공정을 통해 생산되고 있다. 
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하지만, 이러한 화학공정은, 고온의 합성공정을 수반하며 이러한 과정에서 상당한 양의 황산을 소비해 심각한 환경오염을 일으킬 수 있는 황산나트륨을 함유한 폐수를 방출 하는 등의 문제점이 존재한다. 

연구팀은 미생물 균주(효모 캔디다 트로피칼리스) 유전자 조작을 통하여, ω-산화 반응에 관여하는 유전자들을 증폭시킴으로써 식물 유래의 지방산 원료로부터의 세바식산 생산 능력을 향상시켰다. 

또한 배양 공정에 관여하는 온도, pH, 용존산소량, 원료의 투입 속도 등의 조건들을 최적화 하여 세바식산을 세계 최고 수준으로 생산(98.3 g/L의 농도와 98%의 생산 수율) 했다.

연구팀은 실험실 규모에서 구축한 세바식산 생산 공정을 파일롯 규모(50L 배양기)에서도 성공적으로 재현함으로써 본 연구 결과의 산업적 적용 가능성을 확인하였다.
 
또한 본 연구팀은 국내 기업인 애경 유화(주), (주)롯데케미칼, 스몰랩과의 산·연 협동 연구를 통해 바이오공정을 통하여 생산된 세바식산을 고순도로 분리 및 정제 하였으며, 중합 공정을 통해 바이오나일론 610(nylon 610)을 성공적으로 합성했다.
 
연구 책임자인 안정오 박사는 “이번 연구성과는 재생 가능한 바이오자원 유래의 세바식산 생산공정을 통해, 기존의 화학적 생산방법을 대체 가능하다는 것을 보여준 것”이라며, “또한 국내기업들과의 협업을 통해 세바식산을 나일론610으로 성공적으로 합성한 것은 산·연 간 공동 연구가 국내 바이오 산업화기술 경쟁력 강화로 이어지는 좋은 사례가 될 것으로 기대한다.”고 밝혔다.

버려지는 플라스틱 자원으로

버려지는 플라스틱을 재활용해 단순 재가공이 아닌 전혀 다른 성질의 재료로 변신 의약품과 화장품 원료로 만드는 기술도 지난해 12월 개발됐다. 
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한국화학연구원은 지난달 24일 김희택·주정찬·차현길 박사팀, 고려대 김경헌 교수팀, 이화여대 박시재 교수팀이 공동으로 PET를 의약품과 플라스틱 원료 등으로 전환하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

페트병의 주성분인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 화학적으로 분해하고, 생물학적으로 전환해 유용한 소재로 바꾸는 기술이다.

공동 연구진은 물을 이용해 PET를 단위 분자로 친환경적으로 분해한 뒤, 미생물을 이용해 유용한 소재들로 전환하는 전략을 설계했다. 

먼저, PET를 마이크로웨이브 반응기에서 230℃ 조건으로 물과 반응시켜 테레프탈산과 에틸렌글리콜로 화학적으로 분해했다. 수율은 99.9%에 달했다.

이어 미생물을 이용해 테레프탈산과 에틸렌글리콜을 유용한 소재로 전환하는 데 성공했다. 테레프탈산을 갈산(92.5%), 카테콜(90.1%), 피로갈롤(20.8%), 뮤콘산(85.4%), 바닐락산(29.4%)으로, 에틸렌글리콜을 글라이콜산(98.6%)으로 전환했다.

갈산과 뮤콘산, 바닐락산, 피로갈롤, 글라이콜산 등은 화장품 및 의약품, 플라스틱 원료, 방향 성분에 사용되는 물질이다. 

기존 방식은 기계적 방법과 화학적 방법으로 이뤄져 기계적 파쇄·세척·건조와 같은 기계적 처리와 열처리를 통해 PET 섬유를 회수해 새로운 PET 제품을 만드는 형태로 가공 중 섬유의 길이가 짧아지는 품질 저하가 일어나는 문제가 발생한다.

또 화학적 방법은 PET 섬유를 분해하고 단량체를 회수해 재중합해 활용하는 방식으로, 재활용 비용이 높은 탓에 경제성이 떨어지는 문제점이 있었다.

한국화학연구원 김희택 박사는 "기존에 폐기물로 취급됐던 폐플라스틱의 원료화 및 소재화 기술의 실마리를 제공한 것"으로 "향후 PET를 포함한 폐플라스틱 자원화 및 소재화 기술 개발이 이번 연구개발을 바탕으로 활발히 진행될 것으로 기대한다"고 설명했다.

기능성 화장품 원료 나노이산화티타늄 국산화 성공

에스비씨는 올해부터 썬크림 등 기능성 화장품 핵심 원료인 나노이산화티타늄을 연간 240톤 규모로 국내 최초 생산에 나선다. 

단가를 획기적으로 낮추는 새로운 독자기술 개발로 일본에서 수입하던 제품을 대체 할 수 있는 계기가 마련됐다.

이산화티타늄은 기능성 화장품이나 유기발광다이오드(OLED)와 적층세라믹콘덴서(MLCC) 등 첨단 전자 제품에 쓰이는 필수 소재다.
   
에스비씨는 올해 미국 식품의약국(FDA)과 유럽 화장품원료협회(EFfCI) 인증에 도전할 예정이다. 글로벌 시장 조사기관 유로모니터 등에 따르면 글로벌이 아닌 국내 자외선 차단기능 제품의 시장 규모만 따져도 4조원 수준이다.

 
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