스타이로폼

스타이로폼(styrofoam)은 닫힌 셀을 가지고 압출된 폴리스타이렌 발포체(closed-cell extruded polystyrene foam: XPS)의 상품명이고 주로 건축용 단열 용도를 위해 생산된다. 스타이로폼이란 명칭은 다우 케미컬사(Dow Chemical Company)가 소유하고 있다.

미국과 캐나다에서 스타이로폼은 압출된 폴리스타이렌 발포체만을 의미하지 않고 주형 성형과정을 거쳐 발포된 폴리스타이렌 발포체(expanded polystyrene: EPS)를 의미하며 일회용 커피 컵, 냉장 상자, 포장용 완충재로 사용되고 백색의 발포용 폴리스타이렌 비드(bead)를 사용하여 발포 성형시켜 얻어진다. 압출 발포 제품인 폴리스타이렌폼(XPS)과 주형 발포 제품인 폴리스타이렌 발포체(EPS)는 가공 방법이 다르더라도 일반적으로 같은 의미로 사용되고 있다.(그림 1)

그림1. 주형 성형된 폴리스타이렌 발포체(EPS) (출처: 대한화학회)

폴리스타이렌 발포체는 공예 분야에도 사용되며 폴리스타이렌 발포체를 절단할 때 발생하는 소리와 불규칙한 표면으로 식별이 된다. 또한, 사이아노아크릴레이트(cyanoacrylate)와 같은 유기 용매와 스프레이 페인트의 추진제(propellant) 및 용제에 약간 용해된다.

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1947년 다우 케미컬사의 연구자들은 발포된 폴리스타이렌을 제조할 수 있는 방법을 개발하였다. 스웨덴 발명가인 문터스(Carl Georg Munters)가 처음 사용하였던 방법을 다우케미컬사의 메킨타이어(Ray McIntire)가 재발견하였다. 다우케미컬사는 문터스의 특허를 사용할 수 있는 권리를 획득하여 수분에 저항력을 가지고 닫힌 셀 구조를 가지는 압출 발포된 폴리스타이렌 발포체(XPS)를 대량으로 생산하게 되었다.

폴리스타이렌 발포체는 다양한 용도로 사용된다. 다우케미컬사는 단열 외장 및 파이프 단열재의 종류를 포함하여 스티로폼 건축 자재를 생산하고 있다. 단열재용으로 요구되는 스타이로폼(XPS)의 R값은 인치 당 5이다.

폴리스타이렌 발포체는 98%가 공기로 구성되어서 가볍고 물에 뜬다. 폴리스타이렌 발포체는 고유의 단열성과 부력으로 인해 미국 연안 경비대에 의해 6인용 구명 뗏목으로서의 사용이 채택되었다.

폴리스타이렌 발포체는 다양한 목적에 사용된다. 건물의 단열재 및 파이프의 단열재와 같은 건축 자재로 사용되기도 하고 꽃집 종사자들과 공예가들에게 구조 유지용 및 단열용 폴리스타이렌 발포체가 공급되었는데, 건축용은 눈에 잘 띄는 파란색 폴리스타이렌 발포체가 공급되었고 공예가들에게는 흰색과 초록색의 폴리스타이렌 발포체가 공급되었다. 폴리스타이렌 발포체는 도로 및 구조물의 하부에 사용되었는데 이는 동결과 해동으로 인한 토양의 훼손을 방지하기 위함이었다.

미국 환경청(Environmental Protection Agency: EPA)과 국제 암 연구 기관은 폴리스타이렌 발포체를 가능한 발암 물질로 간주하고 있다. 미국 국가 표준국 화재 연구 센터는 팽창된 폴리스티렌 발포체의 연소 중에 방출되는 57가지의 화학 부산물을 발견했다. 2015년 7월 1일, 뉴욕시는 일회용 폴리스타이렌 발포체의 판매, 소지 및 유통을 금지하려는 미국 최대의 도시가 되었다. 샌프란시스코에서는 2017년 1월 1일부터 폴리스타이렌 발포체를 가장 엄격하게 규제하는 조치를 승인하였다. 샌프란시스코시 환경부는 규정된 온도로 의약품을 운송하는 것과 같은 특정 용도를 예외로 하였다.

2015년에 과학자들은 검은 딱정벌레의 유충 형태인 식사 벌레(mealworm)가 폴리스타이렌 발포체를 건강하게 섭취할 수 있음을 발견하였다. 약 100마리의 식사 벌레는 하루에 폴리스타이렌 발포체를 34~39 mg 사이에서 소비할 수 있다. 이러한 식사 벌레의 배설물은 작물 토양으로 사용하기에 안전하다는 것이 판명되었다. 모든 플라스틱이 그렇듯 폴리스타이렌 발포체의 처리는 항상 문제가 되어 왔는데, 이 미생물의 활용기술이 활성화된다면 플라스틱의 신기원을 열 수 있을 것으로 기대되고 있다.

폴리스타이렌 발포체는 체적의 98%가 공기이고 나머지 2%가 수지인 자원 절약형 소재이다. 다량의 작은 공기층으로 구성되어 있고 물을 거의 흡수하지 않으며, 세균이나 곰팡이에 손상되지 않아 포장에 많이 사용되며, 아이스박스, 장난감, 부표 등에도 사용된다. 발포우레탄 단열재의 재활용은 불가능한 데 비해 폴리스타이렌 발포체는 열과 압력을 가해 쉽게 잉곳(ingot)을 만든 후 액자 틀, 타일이나 문틀 제작의 원료가 되어 자원 재활용성이 매우 높고 환경 문제도 거의 없다. 그러나 성형 후 발생하는 비틀림 현상(warpage) 때문에 재활용은 감소하고 있다. 폴리스타이렌 발포체의 최대 단점인 가연성으로 인해 더욱 우수한 난연성을 가지는 발포우레탄이 건축용 단열재 시장을 잠식하고 있다.