본문내용
1. 열가소성 수지
1.1. 폴리에틸렌(PE)
1.1.1. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)
저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 고압의 에틸렌 조건에서 자유라디칼 중합법으로 제조되는 제품이다. 높은 가지화도에 따른 사슬간의 쌓임 정도가 낮아 밀도가 낮다. 인장강도가 낮지만 연성이 강화된 재료이다. 이러한 특성으로 인해 비닐 포장재로서 널리 사용된다.
LDPE는 결정성 열가소성플라스틱으로 그 자체는 투명 그레이드로는 이용될 수 없다. 유백색으로 소프트왁스상의 감촉을 가지며 분자고리의 분기를 가지고 있기 때문에 결정화도의 수준은 낮다. 이 재료는 물보다도 작은 밀도(0.92g/㎠)를 가지며 강인하지만 인장강도는 그다지 강하지 않다. 그러나 넓은 온도범위에 걸쳐 내화학성과 전기절연성은 뛰어나다.
LDPE의 주요 특성은 다음과 같다. 첫째, 비중은 0.92~0.93으로 결정화도가 낮아 60%이다. 둘째, 필름은 투명하고 강도는 HDPE보다 작다. 셋째, 충격에 강하고 내한성이 양호하다. 넷째, 내수성 및 내약품성이 뛰어나고 필름은 수증기, 공기 등을 통과하지 않는다.
이처럼 LDPE는 가볍고 유연하며, 공업용재료로부터 일용 잡화까지, 생활 구석구석에 사용되는 범용 플라스틱 병, 포장재, 전기절연체로 많이 사용된다.
1.1.2. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)
고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 결정성이 높은 열가소성 수지이다. 폴리에틸렌 중 밀도가 가장 높은 종류로, 밀도 범위는 0.941~0.965 g/cm³이다. 주요 특징으로는 강성이 있으며 투명성이 있는 편이다. 또한 내화학성, 내열성, 내한성, 내전압성 등이 우수하다. 내구성이 강해 화학공업, 전기공업, 건축자재, 포장재, 합성수지 등 다양한 분야에서 이용되고 있다.
HDPE는 직선 사슬구조를 가지고 있어 LDPE보다 결정화도가 높다. 이에 따라 고밀도, 고강도, 높은 열변형온도 등의 물성이 우수하다. 반면 LDPE에 비해 충격강도가 낮은 편이다. HDPE는 주로 저압중합법인 필립스법이나 치클러-나타 촉매법으로 제조된다. 일반적인 성형가공 방법으로는 사출성형, 압출성형, 블로우성형 등이 있다.
HDPE의 주요 용도로는 파이프, 용기, 통, 탱크, 밸브, 피팅 등이 있다. 화학공정용 장비, 물류 및 유통용기, 수도용 배관 등에 사용된다. 또한 합성수지 첨가제, 전기 및 전자부품, 자동차부품 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 내화학성과 전기절연성이 우수하여 화학공정용 설비 부품이나 절연재에도 활용된다. 특히 내부식성이 뛰어나 음수관, 가스관, 화학공장 배관 등에 널리 사용되고 있다.
HDPE는 재활용이 용이하고 저렴한 가격으로 대량생산이 가능하여 향후에도 다양한 분야에서 지속적으로 활용될 것으로 전망된다. 플라스틱 포장재, 산업용 부품 등 HDPE의 활용이 계속 늘어나면서 관련 기술 개발과 수요 증가가 예상된다.
1.2. 폴리프로필렌(PP)
폴리프로필렌(PP)은 석유에서 얻어진 프로필렌을 지글러-나타 촉매로 중합시킨 것으로, 저압법 폴리에틸렌과 같은 방법으로 만들어진다. 폴리프로필렌 필름은 폴리에틸렌 필름보다 투명도가 높고, 약간 경질이다. 성형용으로 많이 사용되며 병, 용기 등이 만들어진다. 비중은 0.92로 현재 있는 플라스틱 중에 가장 가볍고, 용해 온도도 135~160도로 높다. 그러나 착색하기 힘든 것과 열이나 빛에 조금 약하다는 것이 결점이다.
폴리프로필렌의 구조와 성질을 보면, 화학구조는 메틸기(CH3)가 주 사슬에 연결된 구조이다. 용융점은 165∼177℃로 비교적 높은 편이다. 밀도가 낮고(0.90 g/cm3) 화학적으로 내습내열성이 우수하다. 또한 표면경도가 좋고 형태 안정성이 우수하며 가격이 저렴한 편이다. 그러나 충격강도가 낮고 저온에서 취성이 있는 단점이 있다.
폴리프로필렌은 다양한 용도로 사용된다. 가정용품, 전기기구 부품, 실험용기, 각종 형태의 병, 포장용 필름 등으로 이용된다. 특히 자동차 내외장재, 가전제품 부품, 식품용기 등 산업전반에 걸쳐 광범위하게 이용되고 있다. 폴리프로필렌은 다른 폴리머에 비해 상대적으로 저렴한 편이며, 기계적 강도와 내열성이 우수하여 공업적으로나 일상생활에서 널리 쓰이는 범용 플라스틱 소재이다.
최근에는 폴리프로필렌에 무기질 충전제를 혼합하여 물성을 개선한 복합재료가 개발되고 있다. 유리섬유나 탄소섬유, 운모 등을 첨가하여 강도와 내열성을 높인 PP 복합재료가 자동차부품, 가전제품, 산업기계 분야에서 많이 사용되고 있다. 또한 폴리프로필렌은 생분해성을 갖는 바이오플라스틱과의 블렌딩을 통해 환경친화적인 소재로 개발되고 있다.
종합하면, 폴리프로필렌은 가볍고 기계적 성질이 우수하며 열과 화학 저항성이 뛰어나 다양한 산업 분야에 활용되는 대표적인 열가소성 수지이다. 최근에는 물성 향상과 환경친화성 제고를 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
1.3. 폴리스티렌(PS)
폴리스티렌(PS)은 가볍고, 취약하며, 투명하고, 무취, 무미의 플라스틱이다. 결정성 PS와 고무성 충격저항 PS의 두 가지 유형이 있으며, 이들은 혼성 중합체 제조에 활용된다. 예를 들어 폴리스티렌 요구르트 용기가 대표적인 혼성 중합체 제품이다.
폴리스티렌의 화학구조는 벤젠고리에 에틸렌기가 결합된 형태이다. 녹는점 범위는 150~243°C 정도이다. 폴리스티렌은 우수한 형태 안정성과 낮은 성형 수축을 가지고 있지만, 풍화에 취약하고 유기 용매에 화학적으로 침식되기 쉽다. 또한 우수한 전기절연성을 지니고 있다.
폴리스티렌은 자동차 내부 부품, 전기기구의 틀, 다이얼과 노브, 가정용품 등 다양한 용도로 사용된다. 특히 내충격성과 가공성이 우수하여 플라스틱 제품 생산에 널리 이용된다.
한편, 최근에는 폴리스티렌을 강화하거나 개질하여 물성을 향상시킨 새로운 유형의 스티렌계 고분자 재료들이 개발되고 있다. 예를 들어 내열성과 내충격성이 개선된 변성 폴리스티렌(HIPS)과 자기 소화성이 있는 폴리머 등이 개발되고 있다.
또한 환경 문제에 대응하기 위해 재활용이 용이하고 생분해성이 높은 대안 소재들도 연구되고 있다. 이러한 노력들을 통해 폴리스티렌 및 그 유도체는 지속적으로 발전하며 다양한 산업 분야에서 응용되고 있다.
1.4. 폴리염화비닐(PVC)
폴리염화비닐(PVC)은 강하고 색을 내기 쉬우며, 단단하거나 유연하고, 잘 마모되지 않으나 열에는 약한 열가소성 수지이다. 인조 가죽, 레코드판, 포장재, 파이프, 전기절연체, 바닥재 등에 사용된다.
PVC는 첨가제 혼합으로 다양한 물리적, 화학적 성질의 화합물을 제조할 수 있다. 가소제, 열안정제, 윤활제, 첨가제, 착색제 등을 첨가하여 용도에 맞는 물성을 가지도록 설계할 수 있다. 특히 가소제를 첨가하여 연질 PVC를 제조하면 가구, 자동차 내부 장식, 실내벽지, 비옷, 구두, 커튼 등에 사용할 수 있다.
PVC는 수산화칼슘, 산화아연, 유기주석화합물 등의 열안정제를 첨가하여 가공 중 열적 피해를 방지하고 수명을 연장할 수 있다. 윤활제로는 왁스, 지방질 에스터, 금속성 비누 등을 활용한다. 첨가제로 충전제를 사용하여 가격을 낮출 수 있으며, 착색제를 사용하여 다양한 색상과 불투명성, 내탈색성을 부여할 수 있다.
PVC는 경질 PVC와 가소성 PVC로 구분된다. 경질 PVC는 파이프, 창틀, 낙수 홈, 실내 장식품 등 건축용으로, 가소성 PVC는 고무, 직물 대용으로 가구, 자동차 내부 장식, 실내벽지, 비옷, 구두, 커튼, 정원용 호스, 냉동기 가스켓, 전기기구 부품, 가정용품 등에 사용된다.
PVC는 내수성 및 내약품성이 뛰어나고 내화학성과 화학적 저항성이 우수하며, 뛰어난 단열효과와 내식성, 내연성이 있다는 특성 때문에 다양한 산업 분야에서 널리 활용되고 있다.
1.5. 폴리아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS)
ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌)는 ABS수지라고도 불리며, 열가소성 수지의 한 종류이다. ABS는 아크릴로니트릴(A), 부타디엔(B), 스티렌(S)을 공중합하여 만든 열가소성 수지이다.
ABS는 가공하기 쉽고 내충격성이 크며 내열성도 우수한 편이다. 일반적으로 반투명 또는 불투명의 착색으로 이용되며 표면이 매우 광택이 있다. ABS는 표면의 마찰상처나 표면손상에 저항성을 가지고 있으나 내후성이 좋지 않다는 단점이 있다. 그러나 고충격성 폴리스티렌(HIPS)에 비해서는 내열성과 충격강도가 뛰어나다.
ABS수지의 밀도는 약 1.05g/cm3 정도이지만 중충격성, 자기소화성, 유리섬유 함유 여부 등 제품 등급에 따라 변화한다. ABS는 아크릴로니트릴(A), 부타디엔(B), 스티렌(S)의 3가지 단량체를 공중합하여 만든 열가소성 수지이다.
ABS수지는 자동기기 렌즈, 흙받이, 유리지지판, 전기기구 노브, 혼합용기, 의료용 주사기와 혈액 흡출기, 건축용 안정유리, 가정용 컵과 찻잔 등 다양한 용도로 사용된다. 또한 전기도관, 간판, 전기기기 부품 등 전기 전자 분야에도 널리 활용되고 있다.
1.6. 폴리아크릴레이트(PMMA)
폴리아크릴레이트(PMMA)는 내풍화성, 투명성, 견고함, 충격저항성이 우수한 열가소성 수...
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