고령화에 접어들면서 인공장기에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 인공피부부터 인공연골, 인공뼈 등 다양한 바이오 인공장기가 개발되고 있지요. 인공장기에서 가장 중요한 것은 바로 ‘소재’인데요. 인체 내에서 거부반응 없이 반영구적으로 사용할 수 있어야 하기 때문입니다. 그 중에서도 ‘폴리에틸렌(polyethylene)’은 인공 관절 소재로 많이 사용되고 있습니다. 그럼, 보통 플라스틱 병이나 장난감으로 사용되는 것으로 알려진 폴리에틸렌이 인공관절재료로 어떻게 사용되는지 알아보도록 하겠습니다.
범용 플라스틱 소재, #폴리에틸렌
▲출처: 한화케미칼 공식홈페이지 http://hcc.hanwha.co.kr/ko/
폴리에틸렌(Polyethylene, PE)은 열가소성 플라스틱으로 생활 속에서 가장 많이 사용하는 플라스틱 소재입니다. 폴리에틸렌은 고분자 밀도에 따라 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 나뉘는데요, 여러 분야에서 다양하게 사용하고 있어 범용 플라스틱이라고 부릅니다. LDPE는 유연한 소재로 비닐이나 포장용 필름에 HDPE는 단단한 소재로 장난감이나 화장품병, 파이프 등에 주로 사용되고 있습니다.
의료용 #초고분자량 폴리에틸렌(UHMW-PE)
▲출처: MISIS National University of Science and Technology
관절부위는 신체의 움직임에 따라 인장, 압축, 비틀림 등이 작용돼 적절한 강도와 탄성, 유연성이 요구되는 부위입니다. 따라서 인공관절은 내마모성, 내부식성, 인장강도 등이 우수하고 인체에 무해한 재질이어야 합니다.
인공관절에는 폴리에틸렌, 그 중에서도 ‘초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE: ultra-high molecular weight polyethylene)’이 사용되는데요. 일반 폴리에틸렌과 달리 슈퍼 엔지니어링 플라스틱으로 분류되는 고성능 소재인데요. 일반 폴리에틸렌의 분자량은 2만에서 30만 정도지만, 초고분자량 폴리에틸렌은 100만에서 700만까지 높습니다. 이 초고분자량이라는 특징 때문에 저온 환경에도 잘 견디고, 내마모성이 뛰어나며 가볍고 견고해 인공뼈와 보철물의 재료로 사용되고 있습니다.
방탄재질로 사용될 만큼 뛰어난 #내충격성!
▲출처: aeromat plastics
초고분자량 폴리에틸렌은 여행가방이나 자동차 소재로 사용되는 ‘폴리카보네이트’를 뛰어넘는 내충격성을 가지고 있을 만큼 충격에 강한 소재입니다. 또한 내마모성이 뛰어나며, 흡수율이 낮아 물이 통하지 않아 방수가 가능합니다. 충격에 강하고 소음을 흡수해 방탄재질로 사용되기도 합니다. 내약품성이 우수하고, 완전히 무해한 소재로 식품에 닿아도 안전하며 식품위생법상 인체에 무해한 것으로 인정받았습니다.
초고분자량 폴리에틸렌의 #다양한 용도
▲출처: www.sukoptfe.com
초고분자량 폴리에틸렌은 철이나 스테인레스만큼 내충격성과 내마모성이 뛰어나, 밸브나 콘베이어벨트의 레일, 연삭연마용 원판 등에 사용되거나, 물이나 오일, 화학약품 필터, 식품 포장할 때 사용되는 기계, 액화가스나 극저온용 부품 등에 사용되기도 합니다. 또한 고강도 섬유 제품인 방탄복, 헬멧, 장갑, 낚시줄에도 초고분자량 폴리에틸렌이 사용됩니다.
우리의 일상 생활 속 편리함뿐만 아니라 건강까지 책임지고 있는 폴리에틸렌은 한화케미칼이 생산하는 주요 제품이기도 한데요. 국내 최초로 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)과 LLDPE를 생산했으며, 국내 최대 LDPE와 LLDPE 생산설비를 보유하고 있습니다. 흔히 플라스틱의 소재로만 알려졌던 폴리에틸렌이 인공관절의 수명을 늘리는데 까지 기여한 지금, 한화케미칼도 다양한 석유화학제품으로 우리의 삶의 질을 향상시키기 위한 제품을 연구하고 개발하는 데 더욱 노력하겠습니다.
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