합성수지에 대하여

안녕하세요 다비맘 유꽃입니다.

포장재질 구조평가를 진행하려면 포장을 이루고 있는 재질에 대해서 알아야 하는데요

처음에 플라스틱, 종이 정도는 알았는데 합성수지가 플라스틱인도 모르고 뭐지? 하고 어려워했던 기억이 나네요

 

그래서 오늘은 합성수지에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

합성수지란

1. 합성수지

송진, 옻나무 진, 고무, 캐슈 등 천연수지(resin)를 흉내 내어 만든 고분자 화합물의 일종입니다.

플라스틱이라고도 부르며, 천연수지에 대응하여 만들어진 말이 합성수지입니다.

열가소성수지와 열경화성 수지로 크게 나뉩니다. 아세틸셀룰로오스, 셀룰로이드와 같은 천연 고분자 물질을 원료로 하여 화학적 처리에 의해 얻어지는 수지를 반합성 수지라고 합니다.

또, 유색석일람표 72번에 플라스틱이 기재되어 있습니다.

보석을 감별하려면 플라스틱의 성질을 알아야 하기 때문에 있는 것이지 보석이어서 기재되어 있는 게 아닙니다.

플라스틱 같은 인조 물질은 광물이 아닙니다.

*광물(mineral) : 천연으로 나며, 질이 고르고 화학적 조성이 일정한 물질을 말하며 석탄 같은 유기질도 있고, 대부분 결정체 상태의 무기질이며, 상온에서 고체이지만 가스나 수은처럼 기체나 액체인 것도 있습니다.

은, 금, 철 등 약 3800종류 이상이 알려져 있습니다.

 

2. 물성

염산, 황산, 질산에는 절대 녹지 않고, 금을 녹이는 왕수와 유리까지 녹이는 불산에도 끄떡없습니다. 마법산이나 카보레인산, 플루오린안틴몬산 같은 초강산도 견디는 물질이 플라스틱입니다.

강산이나 강염기에도 매우 강하지만 유기용매에는 취약한 물질입니다. 플라스틱은 아세톤이나 시너 등의 유기용매에 매우 취약하며 잘 녹아버립니다.

내산성이 좋은데 비해 내열성이 좋지 못한 물질이기도 합니다. 일상에서 널리 쓰이는 PP와 PE는 100℃를 넘어서면 서서히 변형이 오기 시작합니다. 

 

3. 역사

타르 분별 종류물의 인덴, 쿠마론 성분을 종합하여 쿠마론 인덴 수지가 1890년 처음 만들어졌습니다. 그 겉모양, 성질이 그전부터 알려진 천연수지와 흡사하며 용도로 접착제, 염료로 매우 비슷하므로 여기에 인조 수지라는 이름이 붙여졌습니다.

1907년 미국의 L.Bakeland가 페놀 수지를, 1912년 미국 General Electric Co. 에 의해 알키드 수지가 각각 만들어졌는데 모두 천연수지와 비슷하였으므로 거기에 대비하여 합성수지의 이름이 확립되었습니다.

천연수지는 모두 저분자 화합물임에 비해, 합성수지가 고분자 화합물이라는 것은 1930년대가 되어 명백히 밝혀졌습니다.

 

4. 성질

4.1 장점

- 가볍고 튼튼해서 타기 어렵습니다.

- 내약품성 내후성이 좋습니다.

- 효율 좋고 성형 가공을 할 수 있습니다.

- 외관이 곱고 자유롭게 착색할 수 있습니다.

- 가격 변동이 적습니다.

- 전기, 열의 절연성이 좋습니다.

 

4.2 단점

- 열에 의한 팽창 변화가 심합니다.

- 성형 시 및 그 뒤 수축하여 치수 안정성이 좋지 않습니다.

- 성형 가공 조건에 따라 성능이 변화합니다.

- 충격 강도가 비교적 약합니다.

- 고온에서 변형하거나 분해하여 실용 온도범위가 좁습니다.

- 중량 단위에서는 고가입니다.

 

5. 종류 및 용도

가공이 쉽고 값이 싸서 대부분의 일상용품에 빠지지 않고 쓰입니다. 총기 같은 물건에도 많이 들어가는 편입니다.

 

6. 열가소성 수지

- 플리스티렌(PS) : 스티렌을 단량체로써 중합시켜 합성하는 고분자입니다. 컵라면 용기부터 시작해 가전제품의 외장 등 다양한 용도로 사용됩니다.

- 아크릴 : 가공이 쉽고 가격이 저렴하며 내후성이 강해 환경의 영향을 적게 받으나 흠집이 잘 생기고 깨지기 쉽습니다. 투명성, 내마모성이 우수하며 주로 내부가 보여야 하는 제품이 많이 사용됩니다.

- 폴리프로필렌(PP) : PE 대비 투명성과 표면광택, 탄성계수, 인장강도, 내열성, 내약품성 등이 좋지만 내충격성과 부드러움 등(LDPE)은 떨어집니다. 방진마스크의 핵심재료인 부직포, MB필터의 원료이기도 합니다.

- ABS : 아크릴로 나이트릴(Acrylonitrile), 뷰타다이엔(Butadiene), 스타이렌(Styrene)의 약자로 3가지 중 스타이렌이 주원료입니다. 폴리스티렌과 HIPS의 단점을 보완하기 위해 만들어졌습니다.

- 폴리아세탈(POM) : 결정성이 높고, 굽힘강도 등 기계적 특성이 우수하여 가장 금속에 가까운 성질을 갖고 있으며 금속 기계 부품대신 사용됩니다.

- 폴리에틸렌(PE) : 산소의 이동을 막는데 매우 뛰어나며 식품 포장 등에 사용할 경우 산소 노출로 인한 산화를 억제할 수 있습니다.

- 폴리염화비닐(PVC) : 일상생활에서 비닐이라 부루며 PVC는 평소에는 무척 안정적이지만 소각 시 독성가스와 환경호르몬이 대량으로 발생하므로 반드시 분리수거를 해야 하는 품목입니다.

- 폴리카보네이트(PC) : 대표적인 엔지니어링 플라스틱이며 절연성, 내충격성, 가공성 등 기계적 성질이 우수하여 각종 기계, 전기 제품에 많이 사용됩니다.

- 나일론 : 열가소성의 비단 비슷한 질감을 가진 소재로 배낭처럼 튼튼하고 질긴 제품에 주로 사용합니다.

- 폴리카프로락톤(PCL) : 녹는점이 낮은 편인 고분자로 보통 지퍼백이나 플라스틱 통에 알갱이 형식으로 들어있습니다.

- 폴리비닐알코올(PVA) : 수용성 합성고분자로, 물과 접촉하면 녹는 성질이 있어 식품포장재, 변기세정제 포장재, 종이첨가제 등 여러 가지 용도로 사용됩니다.

- 중합젖산(PLA) : 주로 사탕수수와 옥수수 등의 식물로 만드는 생분해성 수지입니다. 성형수술 시 인체에 삽입하는 부품을 만들 때 널리 사용되며 고급형 티백의 재료로도 쓰입니다.

- 폴리에스테르 : 화학 구조에 따라 열경화성 플라스틱일 수 있으나, 일반적으로 열가소성인 경우가 많습니다. 자연적으로도 많이 존재하며, 인공적인 폴리에스테르는 PET가 유명합니다. 물과 환경에 대한 저항력이 뛰어나 필름이나 병재료로 활용됩니다.

- PET : 흔히 페트병이라고 부르는 플라스틱 병의 대명사로 알려진 재료입니다.

- PBT : 열가소성 수지 중에는 녹는점이 높은 편으로, 고열에 노출되기 쉬운 주방용품 등에 이용됩니다. 

- 테플론 : 내열성과 내 마찰성이 있다고 알려진 물질 가운데 가장 마찰력이 적은 물질이며 내부식성으로 인해 웬만한 약품에는 꿈쩍도 하지 않으며 내열성도 높습니다. 테플론 가공이 된 프라이팬은 플루오린으로 인해 물질이 잘 달라붙지 않기 때문에 잘 눌어붙지 않고, 물이나 더러움을 씻어내기도 수월합니다.

 

7. 열경화성수지

열을 가해도 오히려 단단해지거나 타버리는 종류로 재활용이 불가능하진 않으나, 열가소성 수지보다는 까다롭습니다.

경화 반응 전에는 액상 혹은 젤 형태로 있다가 경화 반응 후 딱딱해지는 특징을 가지고 있습니다.

- 베이클라이트 : 페놀과 포름알데하이드를 축합 하여 만든 합성수지로 단단하고 잘 녹지 않으며 내약품성이 있고 전기가 통하지 않아 절연체로도 쓰입니다.

- 에폭시 : 비스페놀 A와 에피클로로히드린을 중합하여 제조하는 물질로 대표적인 열경화성 수지입니다. 접착제, 코팅, 페인트 용제, 전자회로 기판 등의 용도로 널리 쓰입니다.

- 멜라민 수지 : 플라스틱 중에서는 비교적 안정적인 재질로 주걱, 냄비받침, 물병, 유아용 식기 등 열을 직접적으로 받아야 하는 플라스틱에 사용됩니다.

 

 

 

 

 

* 참고문서

- 화학대사전

- 나무위키