플라스틱은 어떻게 만들어지는가?

PLASTIC : 폴리에틸렌의 화학식은 (C2H4)nH2입니다. 폴리에틸렌은 에틸렌 분자(C2H4)가 수없이 길게 연결되어 만들어진 고분자입니다.

 

플라스틱은 석유, 천연 가스, 석탄과 같은 화석 연료에서 추출한 탄화수소로 만들어집니다. 정제과정을 거쳐 나프타로 분리되고 나프타는 분해 공정을 거쳐 에틸렌, 프로필렌, 벤젠과 같은 단량체로 분해된 다음, 열과 압력을 가해 중합 반응을 일으켜 고분자 물질인 플라스틱으로 만들어집니다. 플라스틱은 그 특성에 따라 열가소성 플라스틱과 열경화성 플라스틱으로 나눌 수 있습니다. 열가소성 플라스틱은 가열하면 녹아서 다시 변형될 수 있는 반면, 열경화성 플라스틱은 가열하면 굳어져서 다시는 변형될 수 없습니다.

플라스틱은 그 사용 용도에 따라 다양한 형태로 만들어집니다. 압출 성형, 사출 성형, 압착 성형, 중공 성형, 섬유 성형과 같은 다양한 성형 방법을 사용하여 플라스틱 제품을 만듭니다. 플라스틱은 자동차, 전자 제품, 가구, 건설 자재, 포장재, 일회용품 등 다양한 제품에 사용됩니다.

플라스틱의 최초 발명자는 레오 베이클랜드입니다. 베이클랜드는 1907년에 석유에서 추출한 벤젠과 포름알데히드를 반응시켜 최초의 플라스틱이나 합성고무인 베이클라이트를 만들었습니다. 베이클라이트는 가볍고, 저렴하고, 내구성이 뛰어나 다양한 용도로 사용될 수 있었습니다. 플라스틱의 발명은 우리 삶의 많은 부분을 변화시켰습니다. 

플라스틱을 상용화 하는데는 당구공 재료 때문이라고 합니다. 당구공은 처음에는 상아로 만들어졌지만, 상아는 희귀하고 비싼 재료이기 때문에, 인공 재료를 찾는 노력이 계속되었습니다. 1869년, 미국의 발명가 존 하이엇은 셀룰로이드를 사용하여 당구공을 만들었습니다. 셀룰로이드는 나무의 섬유질에서 추출한 재료로, 상아와 비슷한 성질을 가지고 있습니다. 하이엇의 당구공은 상아보다 저렴하고, 상아와 같은 성능을 가지고 있었기 때문에, 당구공의 재료로 널리 사용되기 시작했습니다. 그러나 상아만큼 강하진 못했고 공끼리 부딪쳤을때 폭발이 일어났던 적이 있었다고 합니다. 이후 베이클랜드의 베이클라이트가 상아를 대신해서 사용되었고 살뤽사가 만든 아라미스 당구공이 세계 당구공의 80%를 차지하고 있습니다. 플라스틱 제품이지만 제조 방법은 기밀이라고 하네요. 

 

국제표준화기구(ISO)는 플라스틱 분리수거와 재활용률을 높이기 위해 그 종류를 7가지로 나누고 있습니다.

1. 페트(PET : 폴리에틸렌 테레프탈레이트) : 음료수병, 의류, 섬유, 가방, 자동차 부품 등에 사용되며 재활용이 가능합니다. 많이 사용되는 만큼 회수후 재활용을 늘릴 수 있는 플라스틱입니다. 
2. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) : 밀도가 높고 내충격성이 우수합니다. 드럼통, 쓰레기봉투, 가방, 파이프 등에 사용됩니다. 재활용이 가능하므로 분리수거후 재활용할 수 있습니다. 
3. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) : 비닐봉투, 랩, 장난감, 플라스틱 컵 등에 사용됩니다. 재활용이 가능하므로 분리수거후 재활용할 수 있습니다.
4. 폴리프로필렌(PP) : 자동차 부품, 식품 용기, 가방, 장난감 등에 사용됩니다. 고분자 플라스틱의 일종입니다. PP는 폴리에틸렌의 일종으로, 내열성이 우수하고 가볍고 가공성이 우수하여 자동차 부품, 식품 용기, 가방, 장난감 등에 사용됩니다. PP는 재활용이 가능한 플라스틱으로, 분리수거를 통해 재활용할 수 있습니다.
5. 폴리스티렌(PS) : 컵, 숟가락, 접시, 폼(foam) 등에 사용됩니다. 폴리스티렌의 약자로, 고분자 플라스틱의 일종입니다. PS는 스티렌을 단량체로 사용하여 제조되며, 가볍고 투명하며 내충격성이 우수합니다. PS는 다음과 같은 분야에서 사용됩니다.
6. 폴리염화비닐(PVC) : 배관, 장난감, 가구, 의류 등에 사용됩니다. 고분자 플라스틱의 일종입니다. PVC는 염화비닐 단량체를 중합하여 제조되며, 내열성이 우수하고 가공성이 우수합니다. PVC는 다음과 같은 분야에서 사용됩니다.
7.ABS 수지(Acrylonitrile Butadiene Styrene)는 아크릴로나이트릴, 뷰타디엔, 스타이렌의 세 가지 원료로 만들어진 열가소성 플라스틱입니다. ABS 수지는 가공성이 뛰어나고 내충격성,내절연성이 우수하여 다양한 분야에서 사용됩니다. 

8. 기타 : 플라스틱의 일종이지만, 위의 7가지 종류에 속하지 않는 것들은 기타로 분류됩니다.

 

 

재활용이 어려운 열경화성 수지종류는 아래와 같습니다. 

 

열경화성 수지는 열을 가하면 화학 반응이 일어나 가교 결합이 형성되어 고체로 굳어지는 플라스틱입니다. 열경화성 수지는 한 번 굳어지면 다시 녹지 않으며, 내열성이 우수하고 기계적 강도가 높습니다. 열경화성 수지는 다음과 같은 종류가 있습니다. 재활용이 어려운 성분이라 최대한 분류과정에서 걸러져야 하는 불편이 있습니다. 

페놀 수지 : 페놀과 포름알데히드를 반응시켜 만든 열경화성 수지. 내열성이 우수하고 기계적 강도가 높으며, 난연성, 내수성, 내약품성 등이 우수하며 자동차부품이나 건축자제,페인트,군사장비등에도 사용됩니다.
요소 수지 : 요소와 포름알데히드를 반응시켜 만든 수지. 가볍고 강도가 높으며 내열성이 우수합니다. 가벼워서 항공기와 전기제품,자동차에서 사용됩니다.

멜라민 수지 : 멜라민과 포름알데히드를 축중합시켜 얻는 수지. 멜라민 수지는 주로 접시, 식판, 컵 등 식기류 제조에 사용됩니다. 멜라민 수지는 견고하고 잘 깨지지 않으면서 도자기와 비슷하게 표면이 부드럽고 광택이 있으며, 내구성이 뛰어나고 가격이 저렴하며 세척이 잘 되고 착색이 잘 되지 않습니다. 다만, 열경화성수지이기 때문에 열에 직접 또는 반복적으로 노출되면 금이 가거나 균열이 생길 수 있습니다.

에폭시 수지 : 에폭시 수지 (epoxy resin)는 에피클로로히드린과 비스페놀 A를 중합하여 만든 열경화성 수지입니다. 에폭시 수지는 에폭시기를 가지고 있어, 아민류, 산무수물류, 금속산염류 등과 반응하여 그물 모양의 고분자 구조를 형성합니다. 이 그물 모양의 구조는 에폭시 수지의 뛰어난 물성의 원인이 됩니다. 접착제,도료,코팅제등에 사용됩니다. 

폴리에스테르 수지  (polyester resin)는 산과 알코올의 축합 반응에 의해 얻어지는 열경화성 수지입니다. 폴리에스테르 수지는 다양한 원료로 제조할 수 있으며, 그 특성은 원료에 따라 달라집니다. 일반적으로 폴리에스테르 수지는 내수성, 내약품성, 내열성, 기계적 강도가 우수하여 다양한 분야에 사용됩니다. 대표적인 용도는 다음과 같습니다.

FRP (Fiber Reinforced Plastic): 폴리에스테르 수지는 유리섬유, 탄소섬유와 같은 보강재와 함께 사용되어 복합재료인 FRP를 제조합니다. FRP는 가볍고 강도가 높아 다양한 분야에서 사용됩니다.

도료: 폴리에스테르 수지는 도료의 원료로 사용됩니다. 폴리에스테르 수지 도료는 내수성, 내약품성, 내열성이 우수하여 다양한 용도로 사용됩니다.
코팅: 폴리에스테르 수지는 코팅의 원료로 사용됩니다. 폴리에스테르 수지 코팅은 내수성, 내약품성, 내열성이 우수하여 다양한 용도로 사용됩니다.
접착제: 폴리에스테르 수지는 접착제의 원료로 사용됩니다. 

 

 

폴리우레탄 수지 : 폴리우레탄 수지 (polyurethane resin)는 이소시아네이트와 폴리올의 반응에 의해 얻어지는 열경화성 수지입니다. 폴리우레탄 수지는 다양한 원료로 제조할 수 있으며, 그 특성은 원료에 따라 달라집니다. 일반적으로 폴리우레탄 수지는 내수성, 내약품성, 내열성, 기계적 강도가 우수하여 다양한 분야에 사용됩니다. 대표적인 용도는 다음과 같습니다.

접착제: 폴리우레탄 수지는 금속, 플라스틱, 목재, 유리 등 다양한 재료에 접착할 수 있습니다.
도료: 폴리우레탄 수지는 내수성, 내약품성, 내열성이 우수하여 도료로 사용됩니다.
코팅: 폴리우레탄 수지는 내수성, 내약품성, 내열성이 우수하여 코팅제로 사용됩니다.
탄성체: 폴리우레탄 수지는 탄성이 우수하여 쿠션, 신발, 가구 등 다양한 분야에서 사용됩니다.
폼: 폴리우레탄 수지는 폼을 만들 수 있어 단열재, 방음재, 쿠션재 등 다양한 분야에서 사용됩니다.

 

폴리카보네이트 수지 :  폴리카보네이트(PC)는 비스페놀 A와 포스젠을 중축합하여 얻어지는 열가소성 수지입니다. 폴리카보네이트는 내열성, 내충격성, 내후성, 투명성이 우수하여 다양한 분야에 사용됩니다. 대표적인 용도는 다음과 같습니다.
광학 부품: 폴리카보네이트는 투명성이 우수하여 자동차의 헤드램프, 안경, 카메라 렌즈, 디스플레이 등 다양한 광학 부품에 사용됩니다.
기계 부품: 폴리카보네이트는 내충격성이 우수하여 자동차의 범퍼, 외장재, 전자 제품의 케이스 등 다양한 기계 부품에 사용됩니다.
포장재: 폴리카보네이트는 내열성과 내후성이 우수하여 식품, 의약품, 화장품 등 다양한 포장재에 사용됩니다.
건설 자재: 폴리카보네이트는 가볍고 내구성이 우수하여 건축 자재, 가구, 사무용품 등 다양한 분야에서 사용됩니다.

 

폴리아미드 수지 : 폴리아미드 수지(PA)는 나일론으로도 알려져 있으며, 엔지니어링 플라스틱의 일종으로 기계적 성질 특히 내충격성이 우수한 결정성 플라스틱입니다. 폴리아미드산 아미드 결합〔-CO-NH-〕의 반복으로 주쇄를 구성하는 선상고분자 물질입니다. 내마찰, 내마모성, 내약품성, 내유성등도 우수하며, 녹는점이 높고 흡수성이 우수한 것도 특징입니다. 수분을 흡수하며, 기계적 강도는 저하하나, 유연성, 내충격성은 증가한다. 특히 저온충격에 강하여 겨울철 스포츠 용품류에 많이 적용됩니다.

폴리아미드 수지는 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

강인한 EP로서 내충격성, 착색성이 뛰어나다.
표면경도가 크고 마찰계수가 작은 자기윤활성 수지이다.
전기특성과 저온특성이 뛰어나고 자기소화성이 있다.
내약품성이 뛰어나고 기름에 강하다.
흡수에 의한 다소의 치수변화가 있으며 물성도 변화한다.
나일론 12등은 흡수성이 적고 유리강화그레이드로 흡수영향이 적다

 

폴리이미드 수지 : 엔지니어링 플라스틱의 일종으로, 내열성, 내화학성, 전기절연성이 우수한 고분자 재료입니다. 폴리이미드 수지는 1962년 미국의 DuPont 사에 의해 처음 개발되었으며, 현재는 다양한 산업 분야에서 사용되고 있습니다.

폴리이미드 수지의 특징은 다음과 같습니다.
내열성이 우수하여 400°C 이상의 고온에서도 사용이 가능합니다.
내화학성이 우수하여 산, 알칼리, 유기용제 등에 대한 내성이 뛰어납니다.
전기절연성이 우수하여 고전압에서의 사용이 가능합니다.
가볍고 강도가 우수하여 경량화 및 고강도화가 가능합니다.
유연성이 우수하여 다양한 형태의 가공이 가능합니다.

 

폴리벤즈아미드 수지 : 폴리벤즈아미드 수지(PBA)는 엔지니어링 플라스틱의 일종으로, 내열성, 내화학성, 전기절연성, 내마모성이 우수한 고분자 재료입니다. 폴리벤즈아미드 수지는 1980년대 일본의 Toray Industries 사에 의해 처음 개발되었으며, 현재는 다양한 산업 분야에서 사용되고 있습니다.

폴리벤즈아미드 수지의 특징은 다음과 같습니다.

내열성이 우수하여 300°C 이상의 고온에서도 사용이 가능합니다.
내화학성이 우수하여 산, 알칼리, 유기용제 등에 대한 내성이 뛰어납니다.
전기절연성이 우수하여 고전압에서의 사용이 가능합니다.
가볍고 강도가 우수하여 경량화 및 고강도화가 가능합니다.
내마모성이 우수하여 마모에 강합니다.
열경화성 수지는 자동차 부품, 항공기 부품, 전기 기기, 가전제품, 건축 자재, 섬유, 접착제, 페인트, 코팅재 등 다양한 분야에서 사용됩니다.

 

다양한 플라스틱이 존재하고 재활용이 가능한 제품과 불가능한 제품이 혼재하여 분류의 어려움이 있기 때문에 인간이 만든 제품중 가장 골치아픈 제품이 되었습니다. 도시 유전이라고 하여 위의 플라스틱을 새 플라스틱 원료로 만들고 플라스틱에서 오일을 추출하기도 하는데 그 비용만도 만만치않게 들어갑니다. 인류와 자연이 살아가려면 플라스틱의 제조를 최소화하여야 하는 것이 당면과제이므로 재활용과 생산량 감소만이 답이 될 수 있습니다. 

 

2023.05.25 - [ISSUE KEYWORD] - 생수병 미세플라스틱 1ml 에 1억개 검출

생수병 미세플라스틱 1ml 에 1억개 검출