플라스틱이란 무엇인가요?

사람들은 거의 매일 플라스틱을 접하고 있는데, 그렇다면 플라스틱이란 무엇일까요?

플라스틱은 합성 수지를 주성분으로 하는 고분자 화합물입니다. 필요에 따라 가소성을 향상시키는 가소제, 노화를 방지하는 노화 방지제 등 특수 목적의 첨가제가 추가되기도 합니다.

고분자의 상대적 분자량은 매우 크지만, 구성 성분은 복잡하지 않으며 구조 또한 일정한 규칙을 가지고 있습니다. 플라스틱은 작은 분자들의 중합을 통해 만들어지는데, 예를 들어 폴리에틸렌 플라스틱은 에틸렌 분자를 중합하여 제조됩니다.

폴리에틸렌 플라스틱을 특정 온도 범위까지 가열하면 연화되기 시작하여 흐르는 액체 상태로 녹습니다. 녹은 폴리에틸렌 플라스틱은 냉각되면 다시 고체로 변하고, 가열하면 다시 액체로 녹는데, 이러한 현상을 열가소성이라고 합니다. 폴리에틸렌, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌은 모두 열가소성 플라스틱입니다. 반면, 제조 과정에서 가열할 때만 부드러워져 특정 형태로 성형할 수 있고, 가공 및 성형 후에는 열을 가해도 녹지 않는 열경화성 플라스틱도 있는데, 페놀 수지가 그 예입니다.

왜 이러한 현상이 발생하는 것일까요? 이는 열가소성 플라스틱이 긴 사슬 모양의 선형 구조를 가지고 있기 때문입니다. 예를 들어, 폴리에틸렌과 폴리염화비닐의 긴 사슬은 C-C 결합으로 연결되어 있으며, 이 긴 사슬들은 분자 간 힘에 의해 결합되어 있습니다. 가열하면 이 긴 사슬들이 더 빠르게 진동하면서 사슬 간의 분자 간 힘이 약해지고, 사슬 사이에서 미끄러짐이 발생하여 플라스틱이 액체로 녹게 됩니다. 냉각되면 긴 사슬이 포함한 에너지가 감소하고 거리가 가까워지며 상호 인력이 증가하여 다시 딱딱하게 굳어집니다.

열경화성 플라스틱도 형성 초기에는 긴 사슬 형태를 띠고 있어 가열하면 부드러워지고 특정 형태로 성형할 수 있습니다. 그러나 열경화성 플라스틱을 더 가열하면 사슬 사이에 공유 결합이 형성되어 가교 결합이 일어나고, 입체적인 망상 구조를 형성하며 경화 및 성형됩니다. 이후 다시 가열해도 사슬 분자의 미끄러짐이 제한되어 녹지 않습니다.

플라스틱의 종류는 매우 다양하며 용도 또한 다릅니다. 예를 들어, 폴리에틸렌은 우수한 전기 절연성, 내화학성, 내한성, 무독성을 가지고 있습니다. 필름으로 만들어 식품 및 의약품 포장재, 일상용품, 절연 재료, 파이프 등으로 사용됩니다. 폴리염화비닐은 전기 절연 성능이 우수하고 내화학성, 내유기용제성, 내마모성이 뛰어나지만, 열 안정성과 통기성이 낮고 추우면 딱딱해지는 성질이 있어 필름, 호스, 일상용품, 파이프, 절연 재료 등으로 만들어집니다. 단, 필름은 식품 포장에 사용할 수 없습니다. 폴리프로필렌은 기계적 강도, 전기 절연성, 내화학성이 우수하고 가벼우며 무독성이지만, 내유성이 낮고 저온에서 깨지기 쉬우며 노화되기 쉽습니다. 필름, 일상용품, 파이프, 포장재 등으로 만들어집니다. 폴리스티렌은 전기 절연성, 투광성, 내화학성이 우수하고 무독성이며 상온에서는 단단하고 잘 깨지지만 고온에서는 부드러워지고 내유성이 낮습니다. 고주파 절연 재료, TV, 레이더 부품, 의료용 위생 용품으로 만들 수 있으며, 충격 방지, 방습, 방음, 포장 완충재 등을 위한 발포 플라스틱으로도 제조됩니다. 요소-포름알데히드 수지는 절연성, 내열성, 방수성이 좋고 착색이 쉬워 전기 장비, 자동차 부품, 일상용품 등을 만드는 데 사용됩니다. 테트라플루오로에틸렌은 저온 및 고온에 강하고 내화학성, 내용제성, 전기 절연성이 뛰어나지만 가공이 어렵다는 특징이 있습니다.