생분해성 섬유 소재는 사용 후 적절한 조건에서 자연 분해 과정을 거쳐 이산화탄소(CO2), 물, 그리고 퇴비화 또는 혐기적 처리를 통해 순환 가능한 물질로 환원될 수 있는 섬유를 의미한다^[3]. 이러한 소재의 활용은 탄소 순환을 활성화하고 순환 경제 체계에 기여하며, 폐기물 문제를 해결하고 전 지구적 탄소 배출량 저감 및 기후 변화 완화에 중요한 역할을 할 것으로 기대된다^[3].

일반적인 비분해성 석유계 소재로 제조된 섬유(V-PET)는 최종 폐기물 처리 과정에서 생분해성이 거의 없거나 매우 낮으며, 재활용 또한 기술적·경제적 제약으로 인해 실질적으로 어려운 것으로 확인되었다^[3]. 따라서 생분해성으로 개질된 섬유 소재의 개발 및 도입은 석유계 소재로부터 발생하는 순환 불가능성 문제를 극복하기 위한 중요한 대안으로 주목받고 있다^[3].

재생 가능한 자원 기반의 생분해성 섬유 소재는 지속 가능한 개발, 재활용, 환경 친화성 측면에서 섬유 소재 과학 및 공학 분야의 핵심 연구 주제로 부상하고 있다^[4].

• 폴리젖산(PLA) 및 폴리부틸렌석시네이트(PBS): 지방족 폴리에스테르 공중합체로 구성되는 생분해성 수지의 성장이 가장 현저하며, 이들은 토양 매립 후 미생물에 의해 분해되어 물과 이산화탄소로 환원된다. PLA 수지는 섬유 물성이 폴리에스터나 나일론에 근접하여 단일 재료 섬유로 다수를 점하고 있다.
• Bio-based PET: 국내 H사에서 제조된 생분해성 PET 계열 섬유가 연구에 활용되며, 분자량 10,000 이상의 고분자 섬유 및 원사 형태로 제공된다^[3]. 이 소재는 비분해성 소재의 약점인 물성 확보의 어려움을 Bio-based 공중합 기술로 극복하려는 시도가 이루어지고 있다^[3].
• 복합섬유: PLA/PBS 복합섬유는 비교적 결정화가 느린 비결정 부분이 많은 PBS와 복합되어 빠른 속도로 분해가 가능하다. 특히 섬유 제품은 시트나 필름과 달리 표면적이 크기 때문에 미생물에 의한 분해 또는 토양 중 가수분해에 기여하는 면적이 커 분해 속도가 촉진되는 이점이 있다.

생분해성 섬유는 미생물에 의해 분해되어 물과 이산화탄소로 환원되며, 호기성 퇴비화 과정에서 분해될 수 있다^[3]. 또한 혐기적 환경에서도 분해될 수 있으며, 폐기물 처리 과정에서 발생하는 바이오가스(메탄 등)를 에너지원으로 회수하여 재사용할 가능성도 시사되었다^[3].

생분해성 평가는 다음과 같은 시험법을 통해 이루어진다.

• ISO 21701 시험법: 장시간 평가가 필요한 시료를 항온 항습 조건을 통해 가수분해를 촉진한 후 생분해 평가를 수행하여 기존 방법에 비해 평가 시간을 단축할 수 있다^[3].
• ASTM D 5511 시험법: 혐기 분해조를 모사한 환경에서 평가 시료가 분해되어 발생하는 가스양을 측정하여 생분해도를 평가한다^[3].

실험 결과, Bio-based로 개질된 생분해성 소재는 호기성 조건에서 약 60%의 분해율을 나타냈으며, 혐기 조건에서도 시험 기간 동안 PLA와 유사한 수준, PBAT보다 높은 수준의 분해 경향을 보였다^[3].

생분해성 섬유 소재의 상용화를 위해서는 몇 가지 기술적 과제를 극복해야 한다. 현재 높은 생산 비용, 불충분한 성능 안정성, 그리고 분해 속도 제어의 어려움이 주요 병목 현상으로 분석된다^[4]. 특히 일반적인 생분해성 소재는 물성 확보가 쉽지 않아 비분해성 소재로 만들어진 의류에 비해 약점을 가질 수 있다^[3].

복합섬유 제조 시에는 융점이 상이한 수지를 사용할 경우 섬유 간 유착(융착)이 발생하는 문제가 있다. 이는 섬유 가공 시 방사성이나 연신성뿐만 아니라, 부직포 가공 시 개섬성이나 분산성 불량의 원인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 심(core) 성분에는 반결정화 시간이 짧고 결정 고화 속도가 빠른 수지를, 초(sheath) 성분에는 섬유의 촉감이 유연하고 섬유 제조 시 연전성을 유지하기 위해 비교적 결정화 속도가 늦은 수지를 선정하는 방안이 검토되고 있다.

미래 발전 방향으로는 친환경 합성, 기능성 개질, 복합 재료 설계, 그리고 지능형 응용이 제시된다^[4]. 또한 항균, 방염, 자외선 저항, 전도성, 초소수성 등 미래의 다양한 요구를 충족시킬 수 있는 바이오 섬유 개발 노력이 지속되고 있다^[5].

생분해성 섬유 소재는 의류, 홈 텍스타일, 의료, 산업 분야 등 광범위한 영역에서 응용 가능성을 가진다^[4].

• 생활용품: 펄프나 레이온 등 천연 소재의 접착제로 활용되어 키친 페이퍼나 웨트 디쉬와 같은 혼합 부직포 제품에 10～40% 정도 함유되어 강도와 성형성을 보강하는 목적으로 사용된다.
• 농업 및 원예: 농업, 원예 자재, 축산 자재로의 확장이 가능하며, 흙 속의 미생물과 가축의 배설물에 의한 분해 효과로 생분해가 가능하고 제품의 내구성을 제어할 수 있어 유망한 시장으로 평가된다.
• 기타: 필름이나 시트 형태로도 일부 용도가 확대되고 있으며, 생분해성 수지의 성형품은 섬유 외에 사출, 블로, 발포 성형품 등 다양하게 응용될 수 있다.