플라스틱의 역사와 종류 4

우리의 일상생활에서 필요한 생활용품은 물론 자동차, 가전, 의료용품, 옷, 신발 등 생활 속 거의 모든 곳에 다양한 형태로 플라스틱이 사용됩니다. 플라스틱의 역사와 발전되어 온 과정을 이어서 알아보겠습니다.

폴리우레탄

폴리우레탄( Polyurethane:PU)은

월리스 흄 캐러더스(Wallace Hume Carothers)가 듀퐁(Dupont)사에서 폴리에스테르와 나일론 합성을 실험하던 시기에,

독일의 화학자인 오토 바이어(Otto Bayer)는 같은 화학적 원리를 사용하되 이소시아네이트(Isocyanate)라는 성분을 도입해 나중에 폴리우레탄이 될 물질을 만드는 다른 유형의 반응을 연구하고 있었습니다.

오토 바이어는 독일의 염료 복합기업인 이게르 파벤(IG Farben)에 입사하여 1931년에 이소시아네이트 작용기와 관련된 화학적 반응을 연구하던 중 나일론 66을 만드는 데 사용되는 모노머 가운데 하나인 헥사메틸렌 디아민(Hexamethylene Diamine)과 헥사메틸렌 디이소시아네이트(Hexamethylene Diisocyanate) 사이의 반응을 개발하는 데 성공했습니다.

오늘날 폴리우레탄으로 통칭되는 물질들 중 최초의 물질을 형성하는 데 성공한 것입니다. 이 기술은 1937년에 특허를 받았습니다.

1년 후 오토 바이어의 팀원이었던 하인리히 라인케(Heinrich Rdinke)는 현재 기술보다 더 일반적인 폴리우레탄 합성을 위한 대체 경로를 개발했습니다. 

 

두 개 이상의 이소시아네이트 기를 가진 단량체(폴리이소시아아네이트)와 두 개 이상의 알코올 기를 가진 단량체(폴리올)를 섞어주면 이소시아네이트 기와 알코올기가 첨가 반응을 일으키면서 폴리우레탄이 형성됩니다. 이 반응은 기본적으로 자발적인 반응이지만 상온에서 아주 빠른 속도로 일어나지 않는 경우가 많아 특정 촉매를 넣어 반응을 촉진시킵니다.

촉매로는 유기주석 화합물, 3차 아민 화합물 등이 주로 쓰입니다.

 

폴리우레탄의 특성은 신축성이 크고 탄성회복이 우수하며, 가볍고 강하고 튼튼하며, 가느다란 실로 만들 수 있습니다. 또한 강력히 좋고 약품에도 강하여 세탁이 자유롭습니다.

신발 밑창, 건축 패널, 완충제, 인공심장 판막, 전기 장비 등에 사용됩니다. 

 

에폭시

1939년 이게르 파벤(IG Farben)사는 폴리에폭사이드 또는 에폭시에 대한 특허를 출원했습니다. 

 

1909년 러시아의 N.Prileschajaw가 올레핀 옥사이드형 에폭시(Epoxy)를 발견한 후,

1934년 Paul Schlack에 의해 에폭사이드와 아민의 축합으로 특허를 받았습니다.

1938년 스위스의 화학자 피에르 카스탄(Pirre Castan. 1899~1985)이 틀니 수선용 물질을 연구하던 중 비스페놀-A와 에피클로로히드린을 낮은 융점에서 반응시켜 호박 물질을 생성하여 특허를 제출하고,

1940년 스위스 특허 No.21116을 얻은 일종의 열경화성 합성수비로써 상업적으로는 1949년 스위스 무역견본 박람회에서 CIBA사가 "아란다이트(Araldite)"라는 상품명으로 소개된 것이 시초입니다.

그 후 1946년  Devoe&Raynolds Comlany사에서 일하는 미국의 실반 그린리(Sylvan Greenlee)는 비스페놀-A와 에피클로로히드린에서 카스탄의 호박 물질보다 더 높은 분자량을 가진 에폭시 수지를 특허로 등록했습니다.

 

이후 Devove&Raynolds company, Shell Chemical, Ciba사 등 여러 회사들이 연구를 거듭하여의  오늘날에 와서는 금속접착의 최고 물질로 인정받고 있습니다.

 

즉, 에폭시 수지는 일반적으로 분자 내에 에폭시기를 2개 이상 가지고 있으며 경화제를 첨가하여 상온 또는 가열상태에서 가교 결합을 형성하고 경화되는 열경화성 플라스틱 종류입니다. 

에폭시 수지는 표면을 강력하게 접착시키고, 물, 열 등 모든 것에 저항성이 있어서 보호 코팅 분야에 가장 널리 사용되고 있습니다.

금속 코팅, 전자. 전기 부품. LED, 고압 전기 절연체, 페인트 브러시, 섬유 강화 플라스틱 재료, 구종용 및 기타 용토의 접착제를 포함한 광범위한 분야에 사용됩니다.

 

폴리에틸렌 테레프탈레이트(PPETE 또는 PET)

1941년 영국의 Calico Printer's Association사에서 일하는 두 화학자  Rex Whinfield와  James Dickson이 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETE 또는 PET)를 개발했으며, 이는 전후 시대에 합성섬유로 사용되었습니다.

폴리에스터, 데이크론, 테릴렌 등의 이름을 가지고 있습니다.

PET는 다른 저가형 플라스틱보다 가스 투과성이 낮고, 강하고 내마모성이 뛰어납니다.

음료수 병, 기계 부품, 식품 트레이, 녹음테이프 필름으로 사용됩니다.

 

폴리카보네이트(Polycarbonate:PC)

1953년  독일의 바이에르(Bayer)사에서 처음 개발하였고 렉산(Lexan) 아라고도 합니다.

폴리카보네이트는 탄산염을 중합하여 만든 수지로 비스페놀-A와 포스젠의 연쇄 구조로 이루어진 무색  투명한 무정형 열가소성 플라스틱 중합체입니다. 

폴리카보네이트는 일반유리의 250배, 강화유리의  150배, 아크릴의 30배 이강 강도가 높고, 투명하고 충격에 대단히 강하기 때문에 보통 판유리의 대체재로 사용됩니다.  또한 휴대폰과 노트북, 모니터 등 IT제품의 외장재, CD, DVD 등 광저장매체의 원료에 사용되는 고기능성 플라스틱입니다.

또한 열에 의해 변형되기 시작하는 연화온도가 140~150℃ 로 높고, 전기절연성이 뛰어나 전자제품의 자재로도 사용됩니다.

하지만 알칼리성 물질에 닿으면 녹거나 균열이 생기며, 자외선에 취약하여 야외에 적용할 경우 원료단계에서 자외선 안정제를 혼합하거나 완제품에 필름을 코팅하는 작업이 필요합니다.

 

 

플라스틱의 역사와 종류 (5)로 이어집니다. 

 

(*한국민족문화백과사전, 위키피디아, 나무위키, 네이버 지식백과  등에서 자료를 조합하여 작성하였습니다.)