Reporting Date: October. 25, 2024
범용 플라스틱의 종류와 특징을 전반적으로 다루고자 한다.
목차02 폴리스티렌(PS)
03 발포 폴리스티렌(EPS)
04 폴리에틸렌(PE)
05 폴리프로필렌(PP)07 폴리카보네이트(PC)
08 폴리 메타아크릴산 메틸(PMMA)
09 에폭시(Epoxy)
10 멜라민(Melamine)
11 바이오 플라스틱(Bio Plastic)
범용 플라스틱
(Universal Plastic)
다양한 용도로 사용될 수 있는 플라스틱.
01 폴리염화비닐
(Polyvinyl Chloride, PVC)
가장 먼저 개발된 소재로,
19세기에 우연히 합성된 물질이다.
이 소재가 개발되기 전에는 베이클라이트가 사용되었다.
1872년,
독일의 화학자 하인리히 알트
(Heinrich Adolf Gustav Meyer)
그는 vinyl chloride라는 화합물을 합성하는 실험을 진행했다.
이 실험에서 그는 불완전한 반응을 통해 물질이 변하는 모습을 관찰했는데,
이 변형된 물질이 바로 PVC였다.
당시 알트는 PVC의 성질을 제대로 이해하지 못했으며,
발견 당시에는 물질이 단단하거나 견고하지 않았기 때문에,
그는 이 물질에 대해 실험을 계속 진행하지 않았다.
1912년,
독일의 화학자 프리드리히 윌헬름
(Polyvinyl Chloride)
그는 PVC를 가열하고 압력을 가함으로써,
경화되고 단단한 형태로 변하는 성질을 발견하게 되었다.
그 덕분에 PVC는 다양한 산업에서 활용될 수 있는 소재로 발전하게 되었다.
이 소재는 대량 생산이 어려웠으며, 제작 과정에서
여러 개의 틀을 사용하고 오븐에서 경화시키는 절차가 필요했다.
그러나 값이 저렴하고 충격에 강하며, 열과 바람에 잘 견디는
특성 덕분에 플라스틱은 다양한 용도로 널리 사용되었다.
특히 급변하는 환경에서도 우수한 내구성을 보이는 특성으로
실외 부품에 적합한 플라스틱 소재로 자리 잡았다.
1927년부터 대량 생산이 시작된 경질 PVC는
내구성과 내후성이 뛰어나, 실외 부품에 활용되는 대표적인 소재가 되었다.
활용
많은 강의실이나 상업 건물에서 볼 수 있는
하얀색 유리 창틀 은 PVC 창틀로 만들어진 경우가 많다.
단열성이 뛰어나 에너지 효율을 높일 수 있으며,
유지 보수가 쉬우므로 실내외 모두에서 인기가 높다.
이러한 특성 덕분에 건축 자재뿐만 아니라
배관, 지붕 커버 등에도 널리 사용되고 있다.
PVC의 문제점
1. 환경적 문제
염소(Cl)를 포함하고 있어
연소 시 염화수소(HCl) 가스가 발생한다.
이 가스는 유독하며, 대기 중에 방출되면 환경에 악영향을 미칠 수 있다.
염화수소가 물과 반응하면 염산이 형성되어 부식성 물질이 될 수 있다.
또한, PVC를 소각하는 과정에서
다이옥신(Dioxin)이 생성될 위험이 있다.
이는 매우 유독한 화학물질 그룹을 지칭하는 용어로,
주로 폴리염화디벤조-파라-다이옥신(PCDDs) 계열의 화합물을 의미한다.
다양한 산업 공정과 화학 반응에서 생성되는 부산물로,
자연적으로는 화재나 화산 활동에서도 소량 생성될 수 있다.
이러한 이유로, PVC 폐기물은 신중하게 처리해야 하며,
일부 지역에서는 PVC 사용을 제한하거나 금지하고 있다.
재활용 문제
PVC는 재활용이 어렵고, 재활용 과정에서의
분리 및 정제 작업이 복잡하여 비용이 많이 든다.
2. 물리적 문제
기본적으로 단단한 재질로 유연성이 부족하다.
이를 개선하기 위해 가소제를 첨가하여 유연성을 높인 연질 PVC는
전선 피복, 바닥재, 페스티벌 천막, 포장 필름 등 다양한 용도로 활용된다.
그러나 가소제의 종류에 따라 인체에 유해할 가능성이 있으며,
특히 저가의 가소제를 사용할 경우 내구성과 안전성 문제가 발생할 수 있다.
프탈레이트 (Phthalate)
소재의 유연성을 증가시키기 위해 첨가되는 물질 중 하나.
이것은 환경 호르몬으로,
인체 내에서 호르몬 작용을 방해하고 교란시킬 수 있다.
이러한 이유로, 이것이 포함된 제품은 어린이 물품에서 사용이 금지되어 있으며,
특히, 장난감이나 아기용품에 사용되지 않도록 엄격히 규제된다.
비프탈레이트 플라스티사이저
(Non-Phthalate Plasticizer
또는 Phthalate-Free Plasticizer)
가장 널리 사용되는 플라스티사이저는 프탈레이트 계열이지만,
비프탈레이트 플라스티사이저는 프탈레이트의 대체 물질로 개발되어,
상대적으로 안전성이 높다고 평가받는다.
프탈레이트와 같은 역할을 하면서도 독성 및 환경적 영향을 최소화한 대체 물질로,
시트르산 에스테르, 아디프산 에스테르, 고분자 플라스티사이저 등이 있다.
납 (Lead, Pb)
내구성을 높이기 위해 일부 제품에는 납이 첨가되기도 한다.
예를 들어, 농구공에 납 성분이 포함될 수 있다.
따라서 농구공과 같은 납 성분이 포함된 제품을
만진 뒤에는 반드시 손을 씻어야 하며,
특히 어린이들이 이러한 제품을 입에 대거나
제품에서 떨어진 이물질을 섭취하지 않도록 주의해야 한다.
3. PVC 비닐
탕수육 같은 뜨거운 음식을 포장할 때 사용하는 비닐은
고온에서 유해 물질이 나올 수 있으므로, 주의해야 한다.
또한, 재활용이 어려우므로, 종량제 봉투에 버려야 한다.
반면, 가정용 비닐은 주로 폴리에틸렌(PE)으로 만들어지며,
상대적으로 안전하고 환경적 영향이 적다.
4. 친환경 가소제
최근에는 ECO 가소제를 사용하여 인체에 무해하고
친환경적인 대체제를 찾는 노력이 진행 중이다.
이러한 친환경 가소제는 환경에 덜 해롭고,
건강에 대한 위험성이 낮아 어린이 용품과 식품 포장재에 적합하다.
02 폴리스티렌
(Polystyrene, PS)
무색투명하여 색상을 입히기 쉽고,
가공성이 우수한 소재.
1839년,
독일의 화학자 하인리히 하이만
(Heinrich Heinrich)
그는 스티렌(styrene)이라 불리는 유기 화합물을 사용하여
폴리머의 첫 번째 형태를 만들었으나, 당시에는 실용적 용도로 사용되지는 않았다.
이것은 벤젠(Benzene)과 에틸렌(Ethylene)을 반응시켜 생성되는 화합물로,
물질 그 자체로는 액체이지만, 일정 조건에서 고체 형태로 중합될 수 있다.
폴리머화 (Polymerization)
스티렌 분자가 중합 반응을 거쳐 폴리머 형태로 변환되는 과정이다.
이때 생성된 폴리스티렌은 원래의 스티렌과 비교하여
물리적 성질이 크게 달라지게 된다.
상업적 생산
1930년대 후반에 IG Farben사는 스티렌을 중합하여
투명하고 단단하며 가공하기 쉬운 플라스틱을 생산했다.
이 물질은 특히 포장재나 일회용 용기와 같은 소비재의 제조에 적합하였고,
그 결과 폴리스티렌이 전 세계적으로 사용되는 주요 플라스틱이 되었다.
70 ~ 90℃의 비교적 낮은 온도에서 부드러워지는 특징(연화)을 가지고 있어,
요거트 통, 카세트테이프 필름, 요구르트 용기, 빨대, 1회용 용기 뚜껑 등
다양한 용기에 자주 사용된다.
그러나 내구도가 낮아 충격에 약한 단점이 있다.
03 발포 폴리스티렌
(Expanded Polystyrene, EPS)
1954년,
미국의 화학 회사 Dow Chemical(현재 Dow Inc.)
이곳에서 발포제로 폴리스티렌을 50배 팽창시켜 98%의
빈공간을 가진 초경량 소재를 개발했다.
이 소재는 주로 스티로폼(Styrofoam) 으로 알려져 있으며,
탁월한 단열성과 충격 흡수 특성 덕분에 주로
완충제, 단열재, 흡음재로 사용된다.
활용
이 소재는 경량화와 단열 성능을 높이는 데 유용한 특성을 가지고 있어,
Japan Dome House와 같은 구조물에 사용된다.
일부 건축물에서는 20배 정도 팽창된 EPS가 사용되며,
특히 모듈형 건축물이나 동그란 형태의 구조물에 적합하다.
EPS의 팽창 정도를 조절할 수 있어,
다양한 건축적 요구에 맞는 특성을 제공한다.
04 폴리에틸렌
(Polyethylene, PE)
1933년,
영국의 화학자인 해롤드 스튜어트와
프레드릭 K. 고드리치 연구팀에 의해 처음 합성되었다.
(Harold Stuart, Frederick K. Godfrey)
이들은 고압 합성법을 통해 폴리에틸렌을 처음 만들었고,
이는 당시에는 상대적으로 중요한 기술로 여겨지지 않았다.
그러나 1939년,
독일의 화학자 하인리히 웬셀이
(Heinrich Wenzel)
이를 상용화하려는 작업을 본격적으로 시작했으며,
이를 통해 폴리에틸렌은 여러 산업에서 빠르게 채택될 수 있었다.
이 소재는 합성 플라스틱의 대표적인 제품 중 하나로,
특성상 부드럽고 유연한 소재이다.
1941년,
미국의 듀폰사와 몬산토 등의 대기업들이
(DuPont, Monsanto)
대량 생산 기술을 개발하여 폴리에틸렌을
플라스틱 시장에서 주요 소재로 자리 잡게 되었다.
특히 플라스틱의 혁신적 증가에 크게 기여했으며,
이는 PVC보다 저렴한 가격과 다양한 용도로 인해 더욱 각광을 받았다.
두 가지 주요 형태로 생산된다.
1. 저밀도 폴리에틸렌
(Low-Density Polyethylene, LDPE)
0.94 g/cm³ 미만의 소재.
부드럽고 유연한 특성을 가지고 있으며,
주로 가정용 비닐봉지와 식품 포장재에 사용된다.
이 소재는 뛰어난 가공성과 유연성, 가벼움, 투명성을 자랑하지만,
내구성은 상대적으로 낮다.
2. 고밀도 폴리에틸렌
(High-Density Polyethylene, HDPE)
0.94 g/cm³ 이상의 소재.
뛰어난 강도와 내구성을 자랑한다.
이 소재는 반투명하며 질기고 내약품성이 뛰어나,
약품 통, 용기, 파이프 등 다양한 분야에서 널리 사용된다.
두 가지 형태 모두 비교적 쉽게 재활용이 가능한 특성도 가지고 있어
지속 가능한 플라스틱 대체재로 자리 잡았다.
05 폴리프로필렌
(Polypropylene, PP)
1953년,
이탈리아의 화학자 고르디오니와
루이지 보르기 교수에 의해 개발되었다.
(Giorgio Natta, Luigi Borghi)
이후 1959년부터 본격적으로 상업 생산이 시작되었다.
비교적 안전한 플라스틱으로,
연소 시 유해가스를 발생시키지 않는 것이 큰 장점이다.
약 170°C 정도에서 연화가 시작되며,
그 온도 이하에서는 형태가 잘 유지된다.
반투명하고 견고하며 내약품성이 뛰어난 특성을 가져
음식물 쓰레기통, 약품통, 음식 식기 등 다양한 용도로 널리 사용된다.
06 폴리에틸렌 테레프탈레이트
(Polyethylene Terephthalate, PET)
1941년,
영국의 화학자 존 렉스 윈필드와
제임스 테넌트 딕슨에 의해 처음 합성되었다.
(John Rex Whinfield, James Tennant Dickson)
1973년,
듀폰사의 화학자 나다니엘 와이어스
(Nathaniel Wyeth)
그는 PET를 이용한 병 제조 기술을 개발했다.
1977년,
미국의 허쉬(Hershey) 사가
PET병을 채택하여 음료를 담기 시작했다.
기체 차단 능력 우수
외부 기체의 침투를 막아주므로,
음료수 병(콜라)과 같은 용도로 적합하다.
화약 및 약품 보관 부적합
화학적 안정성이 낮아 화약이나
강한 약품을 담기에는 적합하지 않다.
복잡한 내부 구조
재질의 내부 구조가 복잡하여 재활용이 어려운 복합재료는
대신 물리적인 형태를 변경하여 다른 용도로 활용하는
새활용(Upcycling)이 주로 이루어진다.
PET의 정보
밀도 차이
페트병(PET)의 밀도는 약 1.38 g/cm³로
물보다 무겁기 때문에 공기가 없으면 가라앉는다.
반면 뚜껑 소재로 주로 사용되는 폴리프로필렌(PP)의 밀도는
약 0.9 g/cm³로 물보다 가벼워 물에 뜬다.
이 원리를 이용해 물리적으로 분리하는 방법이 일반적이다.
뚜껑 닫아서 배출하기
페트병은 최대한 압축한 후 뚜껑을 닫아야 하며,
이를 통해 이물질 유입을 방지하고 분리 공정이 원활해질 수 있다.
접착제로 붙은 상표
일부 페트병은 재활용을 고려해 접착제를
사용하지 않거나 쉽게 제거 가능한 상표를 사용한다.
접착제로 붙어 있어 쉽게 제거되지 않는 상표는
굳이 제거하지 않고 그대로 배출해도 무방하다.
페트병 재활용
분리된 페트병은 잘게 부숴 PET 칩으로 만들어지며,
이를 활용해 섬유(폴리에스터 실), 충전재, 직물 등으로 재활용된다.
참고로, 다양한 종류의 플라스틱을 일일이 구별하기 어렵기 때문에,
'플라스틱'이라는 하나의 카테고리로 묶어서 배출하는 것이다.
페트병 색상
무색일수록 재활용이 용이하다.
색상이 섞이면 재활용 후 소재 활용도가 낮아져,
검은색이나 어두운 색으로 한정된다.
과거에는 다양한 색상의 페트병이 있었지만,
현재는 재활용성을 높이기 위해 무색 PET를 선호하는 추세이다.
테트라팩(Tetra Pak)
종이처럼 보이지만 실제로는
종이, 플라스틱, 알루미늄 층이 복합된 다층 포장재이다.
테트라팩 전용 인증 마크가 있는 제품은
재활용에 유리한 소재로 만들어졌을 가능성이 높다.
07 폴리카보네이트
(Polycarbonate, PC)
1956년,
독일의 화학 회사인 바이엘(Bayer AG)에서
유리를 대체하기 위해 개발된 플라스틱 소재.
뛰어난 투명성과 내구성을 자랑하며,
유리보다 가볍고 충격 저항성이 높아 다양한 산업에서 활용된다.
대표적으로 자동차 부품, 건축 자재, 전자기기,
그리고 보호 헬멧과 같은 안전 장비에 사용된다.
이는 얇고 가벼우면서도 충격에 강하고,
투명도가 높아 시야 확보에도 유리하기 때문이다.
강화유리보다 150배 강해 잘 깨지지 않아서
고강도, 고탄성이 요구될 때 유리 대체용으로 사용된다.
단점
다른 플라스틱에 비해 가격이 비싸며,
재질이 두꺼워질수록 투명도가 떨어지는 경향이 있다.
연소 시 유독가스를 배출할 수 있어, 안전한 소각이 어렵다.
뜨거운 물이나 기름과 접촉할 경우, 비스페놀 A(BPA)라는
환경호르몬이 검출될 수 있어 식품 용기로는 적합하지 않다.
활용
1969년: 닐 암스트롱의 달 착륙 우주복 헬멧 소재로 사용되어,
충격에 강하고 시야를 확보하는 역할을 했다.
1998년: Apple사가 출시한 iMac G3 컴퓨터의 투명 본체에 사용되어,
독특한 디자인과 내구성을 동시에 제공했다.
2008년: 베이징 올림픽의 선양 경기장에서는 투명한 지붕 소재로
폴리카보네이트가 사용되어, 가볍고 튼튼한 구조물로 시공되었다.
08 폴리 메타아크릴산 메틸
(Poly Methyl MethAcrylate) 또는 (아크릴, Acrylic)
투명도가 높은 열가소성 플라스틱.
흔히 '아크릴 유리'라고 부르기도 한다.
1928년,
독일의 화학자 오토 뢴트겐(Otto Röhm)
그는 메타크릴산을 폴리머화하는 연구를 진행하면서
아크릴의 기반 물질인 PMMA를 개발했다.
그는 "뢰흐름과 하스(Röhm & Haas)"라는
회사를 설립하고 상업화에 주력했다.
1933년,
이 회사는 PMMA를 상업적으로 생산할 수 있는 공정을 개발하고,
이를 "플렉시글라스(Plexiglas)"라는 이름으로 상표 등록했다.
이는 투명하고 가벼운 소재로 특히 2차 세계대전 당시
항공기의 캐노피와 잠수함의 관찰창 등에 사용되었다.
비슷한 시기에, 듀폰은 독자적으로 PMMA를 개발하여
"루사이트(Lucite)"라는 이름으로 생산을 시작했다.
이 역시 상업적으로 매우 성공하여
아크릴 산업의 주요 브랜드로 자리 잡았다.
유리보다 가볍고 뛰어난 투명도를 자랑하며, 열가소성이 높다.
가격이 저렴하고, 내후성과 내충격성이 우수하다.
또한, 연소 시 유독가스를 발생시키지 않으며, 환경호르몬을 포함하지 않아
안전하게 사용 가능하며, 환경에 미치는 영향도 적다.
유리와 유사한 수준의 투명도를 가지고 있어,
높은 투명도가 요구되는 곳에서 유리 대체용으로 사용한다.
특히, 수족관의 유리 대체용으로 자주 사용되는데,
이는 큰 규모의 수조를 안전하게 유지할 수 있기 때문이다.
폴리카보네이트(PC)에 비해 강도와 탄성은 다소 떨어지는 특징이 있다.
따라서, 고강도와 고탄성이 필요한 용도에서는 적합하지 않을 수 있다.
09 에폭시
(Epoxy)
1946년경부터 상용화된 열경화성 수지.
가열하면 신속하게 경화되어 작업 시간이 단축되며,
경화된 후 매우 단단하져 강한 충격과 하중을 견딜 수 있다.
또한, 물과 날씨 변화에 잘 견디며, 외부 환경에 대한 저항력이 높다.
주로 선박용 및 방수 도료, 보호 코팅 및 접착재,
토목 건축용 바닥재, LED 봉지 소재 등으로 다양한 분야에서 사용된다.
1. 소음의 원인
주차장 바닥과 타이어가 마찰하여 발생하는
소음의 주된 원인은 바닥이 에폭시로 코팅되어 있기 때문이다.
이 소음은 바닥 공사(코팅 처리)가
완료된 지 얼마 안 되었을 때 더욱 크게 나타난다.
만약 소음이 들리지 않는다면,
바닥이 마모되어 코팅이 다 닳은 상태일 수 있으며,
이 경우, 콘크리트와의 마찰로 인해 가루가 날릴 수 있다.
2. 개구리 장갑
장갑의 개발자는 전 쇼트트랙 선수
김기훈(金琪焄)과 이준호(李準鎬)이다.
선수 시절 장갑에 에폭시 액을 붙인 것이 시초였으며,
그 과정에서 개구리 장갑을 고안했다고 알려져 있다.
이 장갑은 마찰력을 높여주고, 코너링 시
손목의 유연성을 유지하며 안정성을 증가시키는 특징이 있다.
당시 규정상 장갑에 추가적인 부착물에 대한 제한이 없었으며,
코너링 시에 기존 장갑의 안정성이 부족해 이를 개선하고자 했다.
이후 장갑은 특허를 받지 않은 채 제작되어,
규제 없이 자유롭게 사용될 수 있었다.
10 멜라민
(Melamine)
1936년 독일에서 발명된 도기 느낌의 열경화성 수지.
멜라민(Melamine)과 포름알데히드(Formaldehyde)를 합성하여 제조되었으며,
이 소재는, 멜라민 수지(Melamine Resin)라고 불리기도 한다.
주로 식기, 특히 고기집에서 사용하는
하얀색 플라스틱 그릇 에 널리 사용된다.
가격이 저렴하고 무색 투명하며, 착색이 가능하다.
이 그릇은 가벼우면서도 내구성이 높아 일상적인 사용에 적합하다.
1. 온도 제한
110도 이상의 뜨거운 음식을 담는 데는 적합하지 않다.
고온 환경에서 멜라민이 변형되거나
유해 물질이 방출될 가능성이 있으므로,
오븐이나 전자레인지와 같은 고온 조리기구에서는
사용을 피하는 것이 바람직하다.
2. 자외선 소독 불가
멜라민 소재는 자외선 소독이
불가능하여 위생 관리에 주의해야 한다.
오랜시간 할 경우, 너무 딱딱해져 쉽게 부스러지거나 갈라질 수 있다.
제품에 따라서 다를 수 있으나 보통 3시간 이내를 권장한다.
11 바이오 플라스틱
(Bio plastics)
분해가 잘 되지 않는 전통적인 플라스틱 문제를 해결하기 위해 개발된 소재.
바이오플라스틱은 크게 두 가지 유형으로 나뉜다.
1. 천연 물계 바이오플라스틱
(Biomass Plastic)
녹말에 옥수수나 감자 전분을 혼합하여 제조한 바이오플라스틱으로,
제조 비용이 낮고 탄소 배출을 추가로 유발하지 않는다.
일반적으로 강도가 낮아 단단하지 않지만,
높은 유연성과 생분해성을 지닌다.
이 바이오플라스틱은 미생물에 의해 자연적으로 분해되므로,
환경에 미치는 부정적인 영향을 최소화할 수 있다.
2. 생분해성 바이오플라스틱
(Biodegradable Plastic)
특정 미생물이 선호하는 첨가제를 혼합하여 제작된 플라스틱으로,
약 50°C 이상의 환경에서 유해물질 방출 없이 1 ~ 2년 내에 완전히 분해된다.
천연물계 바이오플라스틱에 비해 강도가 높고 단단하며,
사용 후 분해 과정에서 미세플라스틱 생성을 억제한다.
이러한 특성 덕분에 다양한 생활용품과
어업에 사용되는 바닷그물 등에 활용되고 있다.
다만, 가격이 다소 높은 점이 단점으로 지적된다.