플라스틱의 정의와 특성에 따른 구분, (열가소성 플라스틱 / 열경화성 플라스틱)에 대해 알아봅시다
플라스틱의 정의와 분류
플라스틱(Plastic)은 열과 압력을 가해 원하는 형태로 성형할 수 있는 고분자화합물입니다. 고무, 송진, 등 천연 수지(resin)를 흉내내어 만든 물질로 합성 수지라고 부르기도 합니다.
플라스틱은 내산성과 내염기성이 상당히 뛰어난 물질입니다. 강철도 녹이는 염산, 황산, 질산에도 녹지 않고 수산화나트륨도 견딜 수 있죠. 또한 플라스틱은 (금속 보다는 떨어지지만) 뛰어난 내구성을 가지고 있습니다. 유리나 목재보다 튼튼하고 오랜 시간이 지나도 쉽게 부식되지 않아서 자동차, 식료품, 반도체, 생필품, 건설 등 사실상 모든 산업군에서 플라스틱을 사용하고 있습니다. 하지만 유기용매에 대해서는 취약하여 아세톤이나 시너 등은 플라스틱을 녹일 수 있으며 내열성도 좋지 못해 100℃ 수준의 열을 가하게 되면 변형이 발생하기 시작합니다. 사용자의 주의가 필요한 부분이죠.
플라스틱은 목재나 다른 원재료를 대체 할 수 있어 환경 보호에 기여 하였으나, 잘 썩지 않는 성질과 연소 시 유해 물질이 발생하는 특징 때문에 환경 파괴의 원인이 되기도 합니다. 이러한 이유로 오늘날에는 플라스틱의 재활용 또는 대체제를 찾으려는 시도가 적극적으로 이뤄지고 있습니다.
플라스틱은 일반적으로 열을 가했을 때 보이는 재료의 반응에 따라 크게 열가소성 플라스틱과 열경화성 플라스틱으로 구분 할 수 있습니다. 열을 가하여 녹인 뒤 다시 냉각 하면 열경화성 플라스틱은 딱딱하게 굳는 경화 현상이 발생하여 다시 열을 가해도 형태가 변하지 않는 반면, 열가소성 플라스틱은 가소성을 띄게 되어 다시 열을 가하면 녹기 때문에 소성 변형이 가능하죠.
열가소성 플라스틱 (Thermo Plastic)
열가소성 플라스틱은 열을 가하면 녹고, 온도를 충분히 낮추면 고체 상태로 돌아가는 고분자 화합물입니다. 대부분의 열가소성 플라스틱은 높은 분자량을 가지고 있으며, 가열 및 냉각 과정에서 화학적 특성이 바뀌지 않고 오로지 물리적인 형태만 변화 하죠. 또한 냉각 이후에 다시 열을 가하면 액체가 됩니다. 이러한 특징 덕분에 사출, 압축, 압출 등 여러 가공 방법에 의해 성형물을 제작 하는 데 사용됩니다.
열가소성 플라스틱은 석유를 몇 단계의 화학 반응 과정을 거쳐 생산합니다. 원유를 가열하여 온도 특성에 따라 에틸렌, 프로틸렌, 부틸렌 등의 물질을 나누어 뽑아내고 분자 간 결합 및 첨가제 등을 섞어 합성수지 원료를 만들어 내죠. 이 합성수지 원료가 사출과 같은 성형 공정을 거치게 되면 우리가 흔히 볼 수 있는 플라스틱 제품이 탄생합니다.
대표적인 열가소성 플라스틱으로는 폴리에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 폴리프로필렌 등이 있으며 각각의 특성과 용도에 따라 일상생활 및 산업용으로 사용되고 있습니다.
열경화성 플라스틱 (Thermosetting plastic)
열가소성 플라스틱과는 달리 열경화성 플라스틱은 열을 가하면 우선은 녹지만, 굳는 과정에서 분자 구조가 경화하여 재가열을 하더라도 다시 액체가 되지 않습니다. 비교적 저분자량이며 재가열해도 연화하지 않는다는 특성 때문에 재활용이 상당히 까다롭고 (과거에는 불가능했으나 최근 열경화성 플라스틱의 재활용 기술이 개발되고 있음) 사출 등의 공정을 통해 제품 제작이 불가능하다는 단점이 있으나 성형 후 경도가 높아 기계적, 전기적 성질이 뛰어나기 때문에 공업, 식기, 건설, 자동차 등에서 다양하게 사용되고 있습니다.
열경화성 플라스틱은 열을 가하기 전에는 액체 상태나 모양 변형이 가능한 수지(resin)입니다. 여기에 열과 압력 또는 촉매제를 섞으면 경화가 시작되는데, 완전히 굳기 전에 형틀을 이용해 제품을 제작합니다. 실리콘 수지와 같은 접착제, 건물 방수 도료 등의 에폭시 수지 등에서 자주 사용되고 있으며 열에 강하고 단단하다는 특징 덕분에 자동차 경량화 소재, 특히 전기차 배터리 소재에서 각광받고 있습니다.
대표적인 열경화성 플라스틱은 폴리에스테르, 페놀, 우레아, 폴리우레탄, 알키드, 멜라민, 에폭시, 규소 등이 있습니다.
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