▲출처: www.curbed.com
플라스틱은 생활필수품에서부터 가전제품, 스마트 기기, 자동차 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있지요. 이렇게 활용분야가 넓은 건 성형과 주조가 가능해 원하는 모양과 컬러로 쉽게 변형이 가능한 특징 때문입니다. 그런데 이 플라스틱이 단단해야 할 자동차 차체와 엔진룸까지도 점령하기 시작했습니다.
튼튼하면서도 열과 진동에 강해야 할 자동차 소재로 플라스틱을 사용할 수 있는 건 바로 ‘열경화성 플라스틱’ 덕분입니다. 자동차 무게를 줄여주어 연비를 향상시키는 데 기여하고 있는 열경화성 플라스틱은 과연 어떤 플라스틱일까요?
열가소성 플라스틱과 #열경화성 플라스틱
플라스틱은 본래 한번 성형한 제품도 열을 다시 가하면 재성형이 가능한 소재입니다. 일상 생활에서 우리가 자주 사용하는 페트병이나 플라스틱 장난감, 세제 용기 등은 바로 열을 가하면 다시 녹는 성질을 가지고 있는 ‘열가소성 플라스틱(thermoplastic)’입니다. PVC, PE, PP, PS, PET 등이 바로 열가소성 플라스틱에 해당됩니다.
▲출처: wonderopolis.org
하지만 한번 성형하면 다시 가열해도 모양이 변하지 않는 플라스틱도 있습니다. 바로 ‘열경화성 플라스틱(thermosetting resin)’인데요, 한번 굳으면 다시 열을 가해도 녹지 않습니다. 접착제 등의 실리콘 수지, 건물 방수 도료 등의 에폭시 수지, 폴리에스테르 수지 등이 해당됩니다.
열가소성 플라스틱은 열을 가해 녹이거나 부드럽게 만든 후 형틀을 이용해 제품을 만드는 방식이며, 열경화성 플라스틱은 수지에 경화제를 첨가해 경화가 일어나고 있는 과정 중에 형틀을 이용해 제품을 만들어냅니다.
단단하고 #열에 강하다
▲(a)아크릴, 나일론, PVC 등 열가소성 플라스틱 (b)폴리에틸렌
(c)고무 및 탄성중합체 d)열경화성 플라스틱 (출처: slidesplayer)
열경화성 플라스틱은 구성하는 단량체 결합이 삼차원의 입체적인 그물 구조를 가지고 있어 입체 폴리머 또는 가교 폴리머라고 합니다. 일반적인 사슬형 고분자와 달리 기존 사슬 사이에 추가적인 결합이 형성돼 그물망 구조를 갖게 되는데요, 이로 인해 분자의 전체 크기가 커져 분자량이 매우 높아지게 됩니다. 따라서 기존의 고분자보다 훨씬 높은 녹는점과 탄성을 갖게 됩니다. 열에 강하고 단단하기 때문에 내열 및 내화학 제품에 주로 사용됩니다.
강화 열경화성 플라스틱 #SMC
▲출처: todosobrelasfibrassinteticas.blogspot.com
열경화성 수지에 유리나 섬유 등 강화재를 추가해 다양한 강화 플라스틱을 만들 수 있는데요. ‘섬유 강화 플라스틱(FRP)’, ‘탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)’ 등이 바로 ‘강화 열경화성 플라스틱(SMC)’ 입니다.
SMC는 최근 금속만큼 단단하고 강하지만 무게가 가벼워 자동차 경량화 소재로 각광받고 있는데요. 자동차 부품과 전기자동차의 배터리 소재로 사용되면서, 자동차 무게를 획기적으로 줄여주는 친환경 자동차 소재로 이용되고 있습니다.
열경화성 플라스틱도 #재활용한다
▲IBM에서 개발한 고분자의 합성법 및 분자구조(출처: www.nerac.com)
열경화성 플라스틱은 자동차와 전자제품 등에 사용되어 우리 생활에 꼭 필요한 소재인데요. 한편으로는 재활용이 불가능하다는 단점을 지니고 있었습니다. 하지만 열경화성 플라스틱도 재활용이 가능한 기술이 나오기 시작했습니다.
2015년 IBM은 재사용이 가능한 열경화성 플라스틱을 발표해 놀라게 했는데요. 아민과 포름알데히드 사이의 탈수반응(Dehydration)을 통해 열경화성 고분자를 만드는 방식입니다. 이 고분자를 HDCN(Hemiaminal Dynamic Covalent Networks)이라 정의 하는데요, 고분자가 HDCN에 열을 가해 추가적인 탈수반응을 진행해 만든 열경화성 플라스틱은 산성용액에서 쉽게 분해된다는 사실! 이로써 열경화성 플라스틱이라 해도 산성용액에 넣으면 쉽게 분해해 다시 재활용이 가능하도록 한 것입니다. 이 기술은 세계경제포럼에서 2015 뜨는 10대 기술로 선정된 바 있습니다.
환경을 생각한 전기자동차를 만드는 소재인 동시에, 재활용까지 고려한 기술을 연구 중인 ‘열경화성 플라스틱’. 우리 생활을 더욱 편리하게 하면서도 환경을 생각하는 ‘지속가능한 플라스틱’을 위해 학계와 산업계가 힘을 합해 연구를 계속하고 있는데요. 한화케미칼도 지속가능한 미래를 위한 화학기술을 개발하는데 더욱 노력하도록 하겠습니다.
