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플라스틱으로 만든 첫 제품은 당구공이였다?! 우리가 몰랐던 플라스틱 이야기!
쉽게 이해하는 화학용어 4 #폴리머와 #모노머
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플라스틱으로 만든 첫 제품은 당구공이였다?! 우리가 몰랐던 플라스틱 이야기!
2016. 3. 15. 11:00
우리 일상생활에서 흔하게 발견할 수 있는 플라스틱! 여러분은 플라스틱에 대해서 얼마나 알고 계신가요? 1950년대와 1960년대에 플라스틱이 유행하기 시작했습니다. 그 이후 많은 우여곡절을 겪었지만, 지금도 우리 문명의 일부로서 지속적으로 사용되고 있습니다. 과거 생활에 가장 많이 사용되는 재료에 따라 그 시대를 나눴는데요, 돌이 많이 사용됐던 석기시대를 시작으로 청동기 시대, 철기 시대를 거쳐 지금까지 왔습니다. 그럼 오늘날은 어떤 시대라고 불러야 할까요? 혹자들은 합성수지, 즉 플라스틱의 시대라고도 부른다고 합니다.
우리가 너무 익숙해져서 인지하지 못하고 있을지 모르지만, 우리는 플라스틱이 제공하는 편리함 속에서 하루를 보내고 있습니다. 아침에 일어나서 하루 일과를 마치고, 집으로 돌아와 저녁에 잠들고 다시 일어날 때까지 이렇게 반복되는 일상에 하루종일 플라스틱과 하루를 함께하고 있다고 해도 과언이 아닐 겁니다. 시계, 칫솔, 신발, 가방, 옷 등 우리가 익숙하게 만지고 사용하는 대부분의 것들에는 플라스틱이 포함되어있습니다. 그러나 이렇게 자주 사용하는 플라스틱에 대해서 우리는 잘 알지 못하고 있습니다. 그래서 오늘은 플라스틱에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
▲ 열가소성 플라스틱과 열경화성 플라스틱의 구조(출처: http://www.exceliteplas.net/)
플라스틱은 고분자 유기물질로서 천연물질이나 저분자 물질을 중합하여 만든 것을 말합니다. 플라스틱의 합성은 유기화학의 일부이며, 주요성분은 CHONS로 탄소(C), 수소(H), 산소(O), 질소(N), 황(S)입니다. 플라스틱은 일반적으로 크게 두 그룹으로 구별하는데, 합성방법과 역학적인 성질에 따라 나누게 됩니다. 하나는 고분자로서 가열에 의해서 유동성을 가지게 되어 성형이 되는 열가소성 플라스틱(thermoplastic)이며, 이름에서 알 수 있듯이 열이 가해지면 변형이 되는 성질을 지니고 있습니다. 나머지 하나는 저분자로 형 속에서 가열, 가압되는 동안 유동성을 가지고 화학반응에 의해 고분자화되어 가열해도 유동성을 가지지 않는 열경화성 플라스틱(thermoset plastic)입니다. 열경화성 플라스틱은 열가소성 플라스틱에 비해 강도와 내열성이 강한 것이 특징입니다.
1869년 미국의 존 하이엇이 당구공의 주재료였던 상아를 대체할 수 있는 물질을 찾던 중 셀룰로오스에 질산과 황산의 혼합물을 넣어 니트로셀룰로오스를 개발하게 되었습니다. 이 새로운 물질은 열을 가하면 어떤 모양으로도 만들 수 있는데, 가해진 열이 식으면 상아처럼 단단하고 탄력이 있었습니다. 오늘날 당구공은 주로 페놀폼알데하이드 수지로 만들어집니다. 합성수지를 원료로 한 최초의 플라스틱은 1906년 미국인 리오 베이클랜드가 발명하였습니다. 단단하고 절연성이 있으며 부식되지 않아 각종 전자제품에 사용되었습니다. 또한 1933년에는 가장 대중적으로 사용되는 플라스틱 폴리에틸렌(PE)이 발견되었습니다. 처음에 폴리에틸렌이 발견되었을 때는 실용성이 없다고 판단되어 사용되지 않았지만, 추후에 재발견되면서 지금까지 널리 사용되고 있습니다. 폴리에틸렌은 일생 속에서 쉽게 발견할 수 있는데, 포장용 비닐봉지, 플라스틱 음료수병, 전선용 피복 재료 등이 대부분 폴리에틸렌으로 만들어져 있기 때문입니다.
지구상에 존재하고 있는 플라스틱을 일일이 나열하려고 하면 헤아릴 수가 없을 정도로 많다고 합니다. 하지만 우리가 자주 사용하고 있으면서, 꼭 알아두어야 할 플라스틱을 선정하는 것은 어렵지 않습니다.
▲ ABS로 만들어진 레고(출처: https://en.wikipedia.org/)
ABS라는 단어를 들어보셨나요? 대부분 ABS라고 하면 자동차와 관련이 있다고 생각하실 텐데요. 플라스틱에서 말하는 ABS는 플라스틱의 한 종류입니다. 좀 더 쉽게 이해하려면, 레고를 떠올리시면 됩니다. ABS는 모르지만, 레고는 모두들 알고 계실 거에요. 바로 레고가 ABS를 사용해서 만든 제품입니다. ABS는 공중합체로서 3개의 단위체인 아크릴로나이트릴, 1,3부타디엔, 스티렌으로 구성된다고 합니다. ABS는 비결정성 열가소성 플라스틱에 속하지만, 단위체들의 결합 형태와 중합체 사슬의 상호작용으로 인해 열경화성 플라스틱에 뒤지지 않는 내구성과 강도를 지니고 있다고 합니다. 이런 이유로 아무리 오래 가지고 놀아도 레고가 망가지지 않는 것입니다. ABS는 레고뿐만 아니라, 휴대전화, 컴퓨터, 모니터, 청소기, 라디오, 헤어드라이어 등 각종 전자제품에 사용되고 있습니다.
▲ LDPE로 만든 빵 봉지(출처: http://www.usbox.com/)
▲ HDPE로 만든 저장탱크(출처: http://www.tanoplastics.com/)
폴리에틸렌은 우리가 가장 많이 들어보기도 했고, 가장 많이 생산되는 플라스틱이라고 합니다. 시중에서 판매되는 플라스틱의 1/3을 차지한다고 하니 얼마나 많은 곳에 폴리에틸렌이 사용되고 있는지 상상이 되시지요? 이렇게 폴리에틸렌이 우리 주변에서 자주 사용되는 이유는 음식의 맛과 향에 아무런 영향을 주지 않으며, 가공이 쉽고 투명하고 재활용도 가능해 친환경적이기 때문입니다. 폴리에틸렌은 에틸렌의 중합반응으로 생성되는데요, 반응 조건에 따라 HDPE와 LDPE로 구분됩니다. LDPE는 저밀도 폴리에틸렌으로 폴리에틸렌의 밀도가 낮은 것이며, 반대로 HDPE는 고밀도 폴리에틸렌으로 폴리에틸렌의 밀도가 높은 것을 의미합니다.
플라스틱 종류 중 우리가 자주 사용하는 단어 중 하나는 바로 PET입니다. 음료수병을 대신해서 사용되면서 PET병이라는 단어는 일상생활 속에서 심심치 않게 듣게 되는 단어입니다. 그러나 PET는 음료수병으로만 사용되는 것은 아니라, 포일이나 섬유 등에도 사용된다고 합니다. PET는 폴리에틸렌테레프탈레이트의 약자로 축합중합으로 생성됩니다. 단위체는 테레프탈산과 에틸렌글리콜로 두 단위체는 분자의 양쪽에 각각 하나의 작용기, 즉 2개씩의 작용기를 지니고 있습니다. 이 두 작용기가 반응할 때 물이 빠져나가는데, 물 같은 저분자 물질의 추출이 축합중합의 본질이라고 합니다.
PVC 또한 PET만큼 우리가 자주 듣는 플라스틱 중 하나입니다. PVC가 널리 알려진 이유는 첨가되는 물질 때문이라고 합니다. 원래 경질인 PVC는 가소제를 첨가하면 연질 PVC로 변한다고 합니다. PVC의 단위체는 염화비닐인데, 이 단위체들이 이중결합하며 라디칼 중합반응 또는 이온 중합반응으로 서로 결합한다고 합니다. PVC는 고분자 사슬 간의 인력으로 PE보다 훨씬 강하고 딱딱해지는데, 기술적 제한으로 인해 가소제를 투입하여 연한 플라스틱으로 사용한다고 합니다. 이런 성질로 인해 PVC를 경질 PVC와 연질 PVC로 구분합니다. 연질 PVC는 그 활용도가 높은데, 전선, 호스, 장판, 포일, 양탄자 등 다양한 용도로 활용이 가능합니다. 또한 경질 PVC는 파이프, 블라인드, 약 포장재로 사용된다고 합니다.
지금까지 플라스틱에 대해서 알아보았는데요, 플라스틱은 우리가 알고 있는 것보다 훨씬 더 다양하면 그 종류만큼 다양한 성질과 기능을 가지고 있습니다. 1970년대와 1980년대에 플라스틱은 환경에 해롭고 보기 흉하며, 건강에 안 좋다는 인식으로 많은 비난을 받았습니다. 특히 비닐봉지는 지구상에서 사라져야 할 물질로 평가를 받기도 했습니다. 그러나 플라스틱의 다양한 재활용방안으로 인해 친환경 소재로 다시 떠오르고 있습니다. 또한 바이오테크 시대에 발맞춰 바이오 플라스틱도 등장하면서 플라스틱의 성장은 지속적으로 이뤄지고 있습니다. 여러분도 우리의 생활을 편리하게 해주는 플라스틱의 지속적인 성장 지켜봐 주세요.
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