플라스틱

플라스틱은 열 또는 압력에 의하여 성형할 수 있는 유기물 기반 고분자 물질 및 그 혼합물을 이르는 용어이다. 우리가 일상생활에 널리 사용하는 필름, 합성섬유, 병, 튜브, 장난감에서 고내열, 고강도 재료에 이르기까지 다양한 용도로 사용된다. 플라스틱의 어원은 그리스어의 plastikos와 라틴어의 plasticus에서 유래하였으며, 이는 '성형할 수 있는, 거푸집으로 조형이 가능한'이라는 의미이다. 합성수지(resin)라는 용어와 흔히 혼용되어 사용한다.

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1907년 레오 배클랜드(Leo Baekeland)는 최초의 상업 용도의 페놀계 수지 배이크라이트(Bakelite)를 개발하였으며, 플라스틱이라는 용어를 처음 사용하였다. 페놀과 폼알데하이드를 혼합하여 단단하고, 가벼우며 가공이 쉬운 재료를 저렴하게 생산하여, 플라스틱 시대를 열었다. 석유 화학의 발전과 함께 다양한 합성 고분자들이 개발되었으며, 편리한 가공성, 낮은 가격, 내수성, 내산화성 등을 가지어서 금속, 석재, 나무, 가죽, 유리 등의 고전적인 재료를 빠르게 대체하였다.

베이크라이트 (출처: 대한화학회)

열을 가하면 녹지 않고, 타서 가루가 되거나 기체를 발생시키는, 즉 분해가 일어나는 플라스틱이다. 일반적으로 고분자 사슬 간의 촘촘한 가교를 통하여 네트워크 고분자를 생성하여 제조한다. 단단하며, 내열성이 강한 용도에 활용한다. 열경화성 플라스틱은 열 또는 압력을 통한 재료의 재가공이 어려워 재활용되지 않는다.

멜라민 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지 등이 대표적인 열경화성 플라스틱이다.

열을 가하면 녹고, 다시 냉각시키면 고체상태로 돌아가는 플라스틱 재료이다. 고분자 사슬 간 상호작용이 약하여 고온에서 이동이 자유로운 유체로서 성격을 가진다. 한번 사용 후에 다른 모양으로 재가공이 가능하여 재활용될 수 있다.

폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 폴리카보네이트 등이 대표적인 열가소성 플라스틱이다.

포장재, 식품 용기, 저장 용기, 섬유, 장난감, 일회용품 등 특수 성질을 요구하지 않는 일상생활 제품에 사용되는 플라스틱 제품군이다. 생산 가격이 낮으며, 생산량이 매우 많다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스타이렌, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리(아크릴로나이트릴-뷰타다이엔-스타이렌) 등이 대표적인 범용 플라스틱 제품들이다.

내열성과 강도가 뛰어난 플라스틱 군을 이르는 용어이다. 일반적으로 100도 이상의 유리 전이 온도를 가지는 플라스틱 제품들이 이에 속한다. 150도 이상의 유리 전이 온도를 가지는 플라스틱 재료는 슈퍼 엔지니어링 플라스틱으로 따로 구분하기도 한다. 내마모성, 내한성, 내약품성, 전기 절연성 등 우수한 성질을 나타내며, 전기·전자 제품, 자동차, 항공기 등에서 금속을 대체하는 용도로서 널리 사용된다. 5대 엔지니어링 플라스틱으로 폴리아마이드, 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리페닐렌에터가 있다.

고분자 사슬이 규칙적인 배열을 하여 결정성 배열을 가지는 결정성 플라스틱과 불규칙한 배열 때문에 비정질 구조로만 이루어진 비결정성 플라스틱으로 구분한다. 결정성 플라스틱은 일반적으로 결정 구조와 비정질 구조를 동시에 가지며, 가공 조건에 따라 그 비율의 조절이 가능하며, 물성에 영향을 미친다. 결정성 플라스틱은 불투명하며, 내열성, 내용제성(내화학성), 내마모성이 우수하지만, 치수 안정성(dimensional stability)이 낮고 깨지기 쉽다. 이에 반하여, 비결정성 플라스틱은 투명하고, 높은 강도 및 치수 안정성을 가진다. 하지만 내화학성, 내마모성이 떨어지는 단점을 가진다. 대표적인 결정성 플라스틱은 폴리아마이드, 폴리에스터, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌이며, 비결정성 플라스틱은 폴리스타이렌, 폴리카보네이트, 폴리염화비닐 등이 있다.

플라스틱의 분류 (출처: 대한화학회)

대부분의 플라스틱은 폐기 후 자연 분해에 오랜 시간이 소요된다. 다시 가열하여 재가공할 수 있는 열가소성 플라스틱 제품은 분리수거를 통하여 회수되어 재활용한다. 국내에서는 페트(PET)/HDPE/LDPE/PP/PS/PVC/기타 제품군으로 구분하여 재활용 시스템을 운영하고 있다.

플라스틱 분리배출 구분 표기 (출처: 한국환경공단)