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우리는 과연 플라스틱을 제대로 알고 있을까?

9월 12 업데이트됨

플라스틱은 정확히 무엇일까?

플라스틱은 열과 압력을 이용해서 쉽게 원하는 모양으로 가공할 수 있는 고분자 화합물이다. 플라스틱의 종류에는 여러 가지가 있고, 열을 가해서 재가공이 가능한지에 관한 여부에 따라서 열가소성수지와 열경화성수지로 구분할 수 있다. 많은 플라스틱이 크게 높지 않은 온도에서 녹거나 분해된다. 플라스틱은 장점이 많은 화학 물질이다. 밀도가 작아서 가벼운 제품을 만들기 쉬우며, 여러 화학 약품을 견딜 수 있고 잘 녹슬지 않는다. 투명성 있는 제품을 만들기도 쉬우며 착색이 자유롭다. 가공성도 좋아서 복잡한 구조를 가진 제품을 가진 제품을 만들기 쉽고, 단열재로도 사용하기 좋다.


플라스틱은 원래 상아의 대체재를 개발하기 위해서 만들어졌다. 최초의 플라스틱 당구공은 서로 부딪혔을 때 큰 소리를 내며 약간의 폭발을 일으켜서 상용화되지 못했다. 또한, 플라스틱이 영화 산업을 만든 1등 공신이라고 말할 수 있다. 최초의 영화 필름은 종이로 제작됐는데, 그 종이는 셀룰로이드의 힘과 가단성을 활용하여 만들어졌다. 셀룰로이드로 가연성 플라스틱을 만든 후에 빛의 정도에 따라 다른 모양을 만들어낼 수 있는 화학 물질을 바른 것이 필름의 기원이라고 볼 수 있다. 폴리에틸렌은 2차 세계대전에서 공중 레이더를 위한 전선, 영국의 보급선 등에 활용되었다. 플라스틱이 전쟁의 결과에 큰 영향을 미쳤다고 이야기하는 사람도 있다. 축음기의 저장 수명과 내구성을 올려준 요인도 플라스틱이었다. 플라스틱으로 비닐, 파이프, 병 등을 만들면서 병원도 더 위생적으로 변했다. 일회용 제품이 등장하고 발전하게 된 것도 플라스틱 덕분이다.


플라스틱은 종이와 유사한 공통점을 가진다. 재활용을 거듭할 때마다 품질이 나빠지는 특징이 공통점이다. 이러한 특성을 가지는 이유는 플라스틱을 구성하는 고분자들의 종류가 일정하지 않기 때문이다. 이 점을 이용해서 분자의 종류를 같게 만들어 여러 번 재사용해도 본래의 성질이 유지되는 플라스틱을 개발했다. 재활용이 가능하지 않은 플라스틱도 존재한다. 이런 플라스틱들은 바다로 떠밀려가 많은 문제를 일으킨다. 해양으로 유입된 플라스틱들이 발생시키는 문제점들과 해결책 등에 대한 정보는 2020년 봄 호에 있는 미세플라스틱과 관련된 기사에 상세하게 적혀있다.


플라스틱의 종류에는 무엇이 있을까?
폴리에틸렌?

다음으로 플라스틱의 종류와 특성에 대해서 자세히 살펴보자. 먼저, 폴리에틸렌을 살펴보자. 폴리에틸렌은 열가소성 플라스틱으로 가볍고 유연하다. 각종 용기나 포장용 필름, 섬유 등에 사용된다. 페트병 소재로 우유나 과일 주스, 식용유, 마요네즈 등의 용기로 사용되고 있다. 또한, 고밀도 폴리에틸렌은 전자레인지 사용이 가능하다. 폴리에틸렌은 다시 4가지로 분류할 수 있다. 고압법 폴리에틸렌, 중압법 폴리에틸렌, 저압법 폴리에틸렌, 기상법 폴리에틸렌으로 나눌 수 있다.


고압법 폴리에틸렌은 정제한 에틸렌 가스에 소량의 산소나 과산화물을 첨가하고 2000 기압, 200도의 환경에 노출 시켜서 만든다. 역사적으로 가장 오래된 에틸렌의 중합법이며, 중합 장치에는 중합 열을 제거하는 연구가 필요하고 전화율을 억제할 필요가 있다.


중압법 폴리에틸렌은 분자량을 넓은 범위에서 조절할 수 있다. 저압법 폴리에틸렌은 중압법에 의해, 생성된 것과 유사하여 중저압법 폴리에틸렌이라고도 불린다. 기상법 폴리에틸렌은 가스로 촉매를 분사하고 부유시켜, 반응조에서 에틸렌을 중합하고 중저압에서 저밀도의 폴리에틸렌을 합성하는 방법이다. 기본의 중압은 대부분 수천 기압에서 이루어졌는데, 기상법은 수십 기압에서 중압이 일어나기 때문에 획기적이다. 또한, 기존의 고압법에 비하여 설비비나 에너지 소비량이 저하된다는 점도 큰 장점이다.


저밀도 폴리에틸렌은 방수성과 내구성, 투명성이 우수하다. 주로 포장용 비닐이나 지퍼백으로 사용된다. 고밀도 폴리에틸렌은 단단한 플라스틱 용기나 페트병 뚜껑, 고온 가열 살균된 식품 포장재 등으로 사용되고 있다.


폴리프로필렌?

폴리프로필렌은 폴리에틸렌과 같이 석유에서 얻어진 프로필렌을 중합시킨 물질이다. 앞서 이야기했던 저압법 폴리에틸렌과 같은 방법으로 만들어진다. 탄소와 수소로만 이루어진 안정된 폴리프로필렌은 환경단체에서 환경호르몬으로부터 자유롭고, 재활용이 가능하여 미래의 자원으로 이야기한 적도 있었다. 폴리에틸렌 분자 사슬의 탄소에 메틸기가 2개의 1개꼴로 붙은 형태를 가지고 있다. 폴리프로필렌 필름은 폴리에틸렌 필름보다 투명도가 높다는 장점이 있다. 비중이 작아 가벼우며, 용해 온도도 높아서 응용 가능한 범위가 넓다. 끓는 물이나 전자레인지에 사용이 가능하여 즉석밥 및 도시락 등 식품용 용기로도 다양하게 활용되고 있다. 하지만, 착색하기 힘들고 열이나 빛에 약하다는 단점이 있다.


폴리에틸렌과 폴리프로필렌

폴리프로필렌은 탄소와 산소만으로 구성되어 인체에 유해한 원료가 없다. 완전 연소 특성이 있어서 연소 시에 다이옥신과 같은 유해물질이 발생하지 않는다. 고온에서도 환경호르몬이 발생하지 않으면서 내구성이 강하고 가벼워서 젖병 소재로도 사용된다. 이러한 특징들 때문에 폴리프로필렌은 안전하고 친환경적은 소재로 이야기된다.


폴리에틸렌은 맛이 없고 냄새도 없는 특징이 있다. 고밀도 폴리에틸렌은 화학성분의 배출이 없으며 환경호르몬도 검출되지 않는다. 내충격성, 내열성, 내한성, 내약품성, 방습성 등의 특징을 가지고 있다. 전자레인지에 넣어도 안정하여 식품 용기로도 사용되고 우유병과 영유아 장난감으로도 사용되고 있다.


폴리에틸렌과 폴리프로필렌 모두 분리배출을 통해서 100% 재활용이 가능한 친환경 소재이다.


다른 플라스틱은?

폴리스타이렌은 폴리스티렌이나 폴리스티롤이라고도 불린다. 열가소성 플라스틱의 하나로 가볍고 맛이나 냄새가 없다는 특징이 있다. 생활용품이나 장난감, 전기 절연체, 포장재 등에 사용되고 있다. 취성이 있어서 단독으로 사용하는 경우는 거의 없다. 다른 중합체와 혼합하여 사용하는 경우가 많은 플라스틱이다.


폴리에틸렌 테레프탈레이트는 투명도가 높고 단열성이 좋은 플라스틱이다. 열가소성 플라스틱이고 폴리스타이렌과 같이 가볍고 맛과 냄새가 없다. 흔히들 페트라고 이야기한다. 시중에서 유통되는 플라스틱 음료수병의 대부분은 차지하고 있는 플라스틱이다. 우리가 흔히 말하는 페트병은 폴리에틸렌 테레프탈레이트로 만든 병을 이야기한다.


폴리아미드는 아미드 결합이 연결된 중합체를 총칭하는 단어다. 기모의 원단을 만들 때도 사용되며 스타킹의 대표적인 원료, 나일론도 폴리아미드에 속한다. 폴리에스터는 내구성이 강하지만 흡습성이 없다. 열에 약하며, 주름이 잘 생기지 않고 모양도 잘 변하지 않는다. 폴리에스터 섬유는 2가 알코올과 디카르복시산이 탈수, 축합하여 에스테르 결합을 만들어 연결한 사슬 모양 중합체를 부르는 명칭이다. 내열성이 다른 섬유보다 뛰어나서 용매에 잘 녹지 않고 탄성이 크다. 탄성이 큰 덕분에 주름이 잘 생기지 않고 형태가 잘 망가지지 않는다.


폴리염화 비닐은 열가소성 플라스틱의 하나로 강하고, 색을 내기 쉽다. 잘 마모되지 않지만, 열에는 약한 특징이 있다. 폴리우레탄은 열경화성 수지가 아니다. 하지만, 열경화성 수지와 유사한 3차원 구조를 가지는 플라스틱이다. 질기고 화학 약품에 잘 견딘다. 주로 합성섬유나 페인트에 사용된다. 합성섬유는 속옷이나 양말, 수영복에 자주 사용된다.


폴리카보네이트는 색깔이 없고 투명한 열가소성 플라스틱 중합체의 일종이다. 내열성과 내충격성, 투명성이 좋아서 상품을 만들 때 자주 사용된다. 다양한 IT 제품에 사용되고 있으며 광저장매체 소재에도 사용되고 있다. 다양한 범위에서 활용되어 고기능성 플라스틱이라고 부를만한 플라스틱이다. 충격에 견딜 수 있는 내충격성은 일반적인 유리의 250배 이상일 정도로 내충격성이 뛰어나다. 자외선에 강하다는 특징도 있다. 플라스틱 나사로도 사용되고 있다. 하지만, 고습도 환경에서 가수 분해한다는 단점이 있고 인장 강도 이상의 힘이 가해지면 백화 현상이 발생하여 투명도가 저하된다. 폴리염화비닐리텐은 열가소성 플라스틱이다. 투명하고 질긴 특징이 있고 식품 포장에 주로 사용된다.


우리가 일상생활에서 자주 사용한 플라스틱의 종류와 역사를 제대로 안다면 플라스틱의 분리배출의 필요성 등에 관해서 더 제대로 이해할 수 있을 것이다.


참고자료

[1] 한화토탈 공식 블로그/전자레인지에 가열해도 안전한 플라스틱, PE와 PP

[2] 위키백과/플라스틱

[3] BBC NEWS 코리아/플라스틱: 영화, 음악, 병원을 있게 한 플라스틱의 역사

[4] 위키백과/폴리에틸렌

[5] 위키백과/폴리프로필렌


첨부 이미지 출처

[1] http://plasticstimes.co.kr/news/view.html?section=2&category=185&no=836

[2] https://skinnonews.com/archives/48279

[3] https://blog.hyosung.com/4641

KOSMOS CHEMISTRY 지식더하기

작성자│송민우

발행호│2020년 여름호

키워드#플라스틱 #polymer #재료



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