열경화성, 열가소성 고분자의 종류

오늘은 화학공학에서 빼놓을 수 없는 고분자에 대해서 알아보려고 해요. 

 

고분자의 다른 이름은 플라스틱으로 부를 수 있을 정도로 많은 양의 고분자가 우리 실생활 속에서 플라스틱으로 만들어져 있어요. 

 

고분자에도 많은 종류가 있지만 오늘은 대표적인 열경화성 고분자와 열가소성 고분자에 대해서 알아보겠습니다.

 

열경화성 고분자

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열경화성 고분자의 사전적인 뜻은 그물구조의 고분자로 가교된 정도가 높아서 사슬의 움직임이 크게 제한되어서 딱딱하다. 뭐 어쩌고 저쩌고 어렵게 나와있네요. 쉽게 말하자면 구조적으로 단단해서 열을 가하더라도 녹지 않고 오히려 딱딱해지는 플라스틱을 말합니다. 그래서 열경화성 고분자라고 하는 거예요. 이런 고분자들은 한 번 만들어지면 쉽게 변형이 일어나지 않아 안정성이 좋다고 합니다. 

 

 

대표적인 열경화성 고분자에 대해서 살펴볼게요.

• 에폭시 : 둘 이상의 에폭사이드 작용기를 말단으로 가지는 고분자이다. 아민이나 카 복실산 무수물을 한 분자에 다량 포함하는 경화제와 혼합하면 빠르게 가교 반응이 발생하여, 단단한 열경화성 물질로 변화한다. 특히 금속 재료와 접착성이 우수하다. 내열성, 전기절연성 등 경화 후 물성이 우수하여 광택 코팅, 접착, 도료 등에 사용한다.

위에 사진처럼 흔히 건물에 붙어있는 간판 같은 구조물을 이런 에폭시 소재로 만든다고 해요. 또 무언가를 붙일 때 사용하는 순간접착제의 재료도 에폭시입니다.

 

• 페놀수지 : 페놀류와 알데하이드로부터 얻어지는 수지이다. 산성 촉매를 사용하는 노볼락과 알칼리성 촉매를 사용하는 레졸로 구별된다. 두 가지 모두 분자량은 작다. 접착제로서 각종 합판에 내수성을 주고 타이어 제조에서 고무와 섬유의 접착제로 사용된다.

에폭시와 마찬가지로 성형재료나 전자제품에 많이 들어가는 소재입니다. 

 

• 멜라민수지 : 멜라민과 포름알데하이드를 반응시켜 만드는 열경화성 수지. 열, 산, 용제에 대하여 강하고 전기적 성질도 뛰어나다. 무색투명하여 착색에 용이하다. 식기, 잡화, 전기 기기 등의 성형재료로 쓰인다.

멜라민 수지를 우리 실생활에서 가장 쉽게 볼 수 있는 게 바로 그릇입니다. 이런 플라스틱 그릇은 거의 멜라민 수지로 만들어집니다. 가격도 저렴하고 잘 깨지지 않아서 많이 사용하는 재료입니다. 한동안 이런 식기 구들이 발암물질을 유발한다고 해서 논란이 되었던 적도 있었죠. 사용하실 때 열이 닿지 않게 사용하도록 주의하셔야 해요!!

 

 

열가소성 고분자

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열가소성 고분자는 열경화성 고분자와 반대로 열에 쉽게 변하는 플라스틱입니다. 온도를 올리면 액체처럼 녹았다가 온도를 다시 낮추면 다시 고체로 돌아오죠. 이런 성질 때문에 열가소성 고분자는 재활용이 가능해요. 그래서 플라스틱을 재활용하시더라도 원료를 보시고 재활용하셔야 합니다. 

 

• 아크릴 : 아세톤, 시안산, 메틸알코올을 원료로 만든 methacrylic acid methyl ester의 중합체이다. 무색투명하며 빛 특히 자외선이 보통 유리보다도 잘 투과한다. 옥외에 노출시켜도 변색하지 않고 내약품성도 좋으며, 전기 절연성 내수성이 모두 양호하다. 150℃이상에서 압축성형을 할 수 있다.

아크릴은 내구성이 좋기 때문에 간판으로도 많이 쓰이고, 물감으로도 쓰이죠. 또 아크릴이 의류소재로 쓰이는 거 알고 계셨나요? 가디건이나 니트의 원료로 아크릴 소재가 널리 쓰인다고 합니다. 

 

• 나일론 : 지방족 또는 semi aromatic polyamide를 기반으로 하는 합성 고분자. 비단 같은 느낌을 주는 소재로써 용융 상태로 가공하여 섬유나 필름, 여러 가지 형태의 제품으로 만들 수 있다.

 

• 폴리프로필렌(PP) : 탄소 3개로 이루어진 propylene 단량체가 사슬 성장 중합하여 얻어지는 고분자 소재이다. 포장, 섬유, 필름, 자동차 부품, 보관 용기 등 넓은 용도로 쓰인다. 폴리에틸렌에 이어 2번째로 많이 생산되는 고분자 재료이다.

폴리프로필렌은 포장로도 많이 쓰지만 요즘 코로나 때문에 필수품이 되어버린 마스크의 재료도 바로 폴리프로필렌입니다.

 

•  pvc : 에틸렌에서 하나의 수소 원자가 염소로 치환된 vinyl chloride의 중합체이다. 우수한 내구성, 가공성, 발색성을 가진다. 순수한 PVC는 잘 부서지며 낮은 용해도를 가진다. 하지만 가소제와 같은 첨가제와 혼합하여 가공성을 높을 수 있다. 단단한 파이프 소재부터 유연한 전선 피복, 인조 가죽 등 넓은 범위의 용도로 쓰인다.

 

•  PE : 에틸렌을 단량체로 중합하여 얻는 고분자이다. 중합 방법에 따라 여러 종류의 폴리에틸렌이 생기는데, 밀도에 따라 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 구별된다. 각종 용기, 포장용 필름, 섬유, 파이프, 도료 등에 사용된

폴리에틸렌은 비닐봉지, 비닐장갑, 포장지 등 정말 다양한 분야에 쓰이고 있습니다. 제품의 원료를 한 번 보시면 거의 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌일 거예요.

 

오늘은 고분자의 종류에 대해서 알아봤습니다. 플라스틱은 우리 생활에서 없어서는 안 될 존재가 되었지만 동시에 처리가 어려워 골칫거리로 남아 있어요. 요즘 분해가 가능한 플라스틱이 많이 나와있지만 아직 적용하기에는 어려움이 있는 거 같습니다. 얼른 플라스틱 문제를 해결해줄 기술이 개발되었으면 좋겠네요.