[자율주제탐구] 우유로 만든 바이오 플라스틱 실험

공학 일반 자율주제탐구보고서

주제	우유로 만든 생분해성 바이오 플라스틱의 원리와 실험

 

1. 발표 주제와 이유

산업화 이후 지속되었던 기존의 석유 기반 플라스틱은 분해되지 않아 환경 오염의 주범으로 지적되고 있습니다. 이에 비해 자연에서 분해되는 바이오 플라스틱은 지속 가능한 대안으로 주목받고 있습니다. 특히, 우유의 단백질 성분인 카제인을 이용해 플라스틱을 만드는 방법은 간단한 실험으로 구현이 가능하며, 공학적 원리와 환경 문제 해결을 함께 탐구할 수 있다는 점에서 주제를 선정했습니다.

또한, 최근 화장품 산업에서는 친환경 패키징, 생분해성 원료, 자연 유래 성분의 수요가 증가하고 있어, 바이오 플라스틱의 개발은 지속 가능하고 환경 친화적인 화장품 용기 및 포장재 개발에 가능성을 제시합니다. 따라서 이 주제는 미래 산업과 밀접한 관련이 있는 실용적인 공학 탐구라고 생각했습니다.

2. 교과서 속 내용 정리

공학 일반 교과서에서는 4단원의 재료 공학 단원에서 다양한 소재의 특성과 용도, 재활용 문제를 다룹니다. 특히, 플라스틱은 고분자 물질로 그 구조와 종류에 따라 성질이 달라집니다.

천연자원을 이용한 새로운 재료 개발을 통해 석유 의존을 줄이기 위한 대체 소재 개발이 미래 기술의 핵심 과제로 제시됩니다. 그리고 지속 가능성과 친환경성을 갖춘 공학 기술의 발전은 환경 문제를 해결하기 위한 방향으로 발전해야 하며, 생분해성 소재 개발은 그 대표적인 사례입니다.

3. 탐구 방법

실험 준비물 : 우유, 식초(또는 레몬즙), 체, 종이 타월, 비커, 전자레인지

실험 과정 요약

1. 우유를 데워서 따뜻하게 만든다.

2. 식초를 넣어 교반하면 카제인이 응고되어 침전된다.

3. 체로 걸러내고 남은 고형물을 키친타월로 눌러 수분을 제거한다.

4. 원하는 모양으로 만들고 말려서 굳힌다.

4. 탐구 내용

⓵ 원리 설명

우유에는 단백질의 일종인 카제인(casein)이 포함되어 있습니다. 여기에 산성 물질(식초나 레몬즙)을 넣으면 산-염기 반응이 일어나며, 카세인이 응고되어 고형물로 분리됩니다. 이 고형물은 건조되면 단단한 고분자 성질을 갖게 되며, 이는 플라스틱처럼 사용할 수 있습니다.

⓶ 생분해 가능성

이 바이오 플라스틱은 천연 단백질로 만들어져 미생물에 의해 분해될 수 있으므로 환경 친화적입니다. 다만, 내구성은 기존 플라스틱보다 약해 일회성 제품이나 교육용 실험에 적합합니다.

⓷ 실험 후 관찰

실험 후 얻은 고형물은 굳으면 단단해지며, 버튼이나 장식품 형태로 가공할 수 있습니다. 건조 후 수일이 지나면 플라스틱처럼 느껴지지만, 물에 넣거나 힘을 주면 쉽게 부서지는 성질도 확인할 수 있습니다.

5. 배운 점(결론)

공학은 일상 속 소재와 자연의 원리를 이용해 새로운 재료를 개발하는 과정임을 이해하게 되었습니다. 간단한 실험을 통해 고분자 형성 원리를 직접 체험할 수 있었고, 플라스틱 문제 해결을 위한 다양한 시도를 공학적으로 접근할 수 있다는 점에서 흥미로웠습니다. 특히 화장품 산업에서의 친환경 요구 증가와 함께, 바이오 플라스틱은 지속 가능한 포장재, 1회용 용기, 시트 마스크 패드 등으로의 적용 가능성이 높아지고 있습니다. 이 실험은 단순한 과학 탐구를 넘어 실제 산업 현장에서도 응용될 수 있다는 가능성을 보여주었다는 점에서 의미 있었습니다. 최근 심각해지는 다양한 환경 문제를 해결하기 위해서는 친환경성과 실용성을 동시에 갖춘 재료 개발이 중요함을 느낄 수 있었습니다.

참고 논문

카제인을 이용한 천연 플라스틱 합성.pdf

0.53MB

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