과학자들은 오랫동안 목재를 사용하여 헬멧, 배터리, 심지어 스포츠카까지 만들 수 있었습니다. 이제는 거의 모든 사람들이 매일 만지고 있지만 관심을 두는 사람이 거의 없는 감열지에 주목하고 있습니다. 이러한 변화는 환경 및 건강상의 위험을 조용히 크게 줄일 것으로 예상됩니다.
감열지는 슈퍼마켓 영수증, 식당 청구서, 영화표, 탑승권 등 각종 지폐 및 영수증의 기본 소재입니다. 종이 표면에 특수 화학 코팅 처리가 되어 있어 잉크가 필요 없이 열을 가하면 발색이 가능한 것이 특징입니다. 정보를 장기간 보존할 수 있을 뿐만 아니라 대규모, 저비용 생산을 촉진합니다. 그러나 이 코팅에는 일반적으로 비스페놀 A(BPA) 또는 비스페놀 S(BPS)와 같은 독성 화학 물질이 포함되어 있습니다. 감열지를 일반 폐지로 재활용하면 이러한 독이 물과 토양으로 퍼집니다. 오랫동안 영수증을 자주 접촉한 사람들에게서도 관련 성분이 검출됐다. 환경 및 건강상의 위험은 무시할 수 없습니다.
대체소재 개발은 쉽지 않다. 새로운 감열지는 가열 시 발색이 가능하고 쉽게 퇴색되지 않으며 가격이 저렴하고 환경 친화적인 다양한 특성을 가져야 합니다. 스위스 EPFL(Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) 연구팀은 최근 새로운 솔루션을 제안했습니다. 즉, 목재에 리그닌을 식물당에서 추출한 증감제와 결합하여 감열지용 기능성 코팅을 준비함으로써 기존 감열 인쇄 공정을 변경하지 않고도 독성을 크게 줄일 수 있다는 것입니다.
리그닌은 목재 섬유를 함께 묶어주는 목재에서 자연적으로 발견되는 "접착제"이지만 종이 및 목재 산업에서 폐기물로 폐기되는 경우가 많습니다. 연구자들은 리그닌 자체가 발색제로 작용할 수 있는 화학 그룹을 포함하고 있음을 발견했습니다. 작동 메커니즘은 기존 영수증 및 지폐의 색상 현상 시스템과 유사하며, 가열하면 색상이 변할 수 있습니다. 문제는 처리되지 않은 리그닌은 구조가 복잡하고 색상이 어두워 밝은 배경을 요구하는 종이 코팅으로는 적합하지 않다는 점이다.
이를 위해 연구팀은 리그닌을 가공하는 '순차적 알데히드 분별법'이라는 방법을 사용해 색상이 더 옅고 고분자로 사용하기에 더 적합한 구조의 리그닌 소재를 얻었다. 그런 다음 그들은 이 리그닌 중합체를 식물 설탕에서 추출한 증감제와 결합하여 열전사 인쇄에 필요한 고온에서 더욱 활성화되도록 했습니다. 그런 다음 두 가지를 얇은 코팅으로 혼합하여 종이 표면에 적용하여 궁극적으로 표준 열전사 프린터에 직접 사용할 수 있는 새로운 유형의 종이를 완성했습니다.
테스트 결과에 따르면 이 리그닌 기반 코팅은 지속 가능하고 내구성이 뛰어납니다. 코팅은 몇 달 동안 직사광선에 노출된 후에도 안정성을 유지하며 인쇄된 단어는 1년 동안 보관한 후에도 여전히 읽을 수 있습니다. 독성면에서 리그닌 코팅은 완전히 무해하지는 않지만 BPA에 비해 독성 수준이 2~4배 낮은 반면, 설탕 기반 감작제는 독성을 나타내지 않아 전반적인 위험이 크게 감소합니다.
현재 바이오 기반 감열지는 기존 영수증만큼 대비가 좋지 않다는 단점이 있습니다. 이는 인쇄된 용지의 흑백 대비가 약하여 가독성에 영향을 미친다는 의미입니다. 연구팀은 화질을 개선하고 산업적 생산을 달성하기 위해 계속해서 공식과 프로세스를 최적화해야 합니다. 관련 연구 논문이 "Science Advances"에 게재되었습니다. 연구원들은 기술이 성숙해짐에 따라 목재 산업 폐기물을 활용하여 보다 안전한 감열지를 제조하는 이 방법이 청구서, 영수증 등 일상적인 운반 수단에 널리 사용될 것으로 예상하고 있으며, 사용자 습관을 바꾸지 않고도 독성 화학 물질의 배출과 노출을 크게 줄일 수 있을 것으로 믿고 있습니다.