당신은 주제를 찾고 있습니까 “플라스틱 구조 – 8 플라스틱 바로알기 (2)“? 다음 카테고리의 웹사이트 https://you.maxfit.vn 에서 귀하의 모든 질문에 답변해 드립니다: https://you.maxfit.vn/blog/. 바로 아래에서 답을 찾을 수 있습니다. 작성자 나샘 이(가) 작성한 기사에는 조회수 22,549회 및 좋아요 337개 개의 좋아요가 있습니다.
플라스틱은 주로 석유에서 추출한 합성 화학물질로, 탄화수소(수소 및 탄소 원자 고리)로 구성되어있어요. 대부분의 플라스틱은 폴리머, 즉기본 분자인 단위체가 중합되어 만들어진 긴 모양의 분자들로 이루어져 있습니다. 이러한 분자 구조는 플라스틱의 내구성을 높이죠.
플라스틱 구조 주제에 대한 동영상 보기
여기에서 이 주제에 대한 비디오를 시청하십시오. 주의 깊게 살펴보고 읽고 있는 내용에 대한 피드백을 제공하세요!
d여기에서 8 플라스틱 바로알기 (2) – 플라스틱 구조 주제에 대한 세부정보를 참조하세요
블로그 keepins.blog.me
저번에 이어 플라스틱 바로알기 두번째 시간입니다! 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐 등이 중합되기 전 어떤 모습이었는지, 또 중합 과정에서 분자들이 어떻게 합쳐지는지 간단하게 알아볼거에요. 에틸렌(에텐)의 이중결합이 어떻게 이루어지는지 알면 에틸렌에서부터 나온 플라스틱들도 한층 더 쉽게 이해할 수 있겠죠?
플라스틱 구조 주제에 대한 자세한 내용은 여기를 참조하세요.
플라스틱(plastics ) | 과학문화포털 사이언스올
〔분류〕 플라스틱은 고분자 화합물의 분자구조에 따라 열가소성 수지와 열경화성 수지로 분류된다〈표1〉. ① 열가소성 수지 : 열가소성 플라스틱 …
Source: www.scienceall.com
Date Published: 5/6/2022
View: 673
플라스틱 분자 구조 – p^%s~*i
가장 간단한 구조를 이루고 있는 플라스틱 중의 하나가 폴리에틸렌이다. 에틸렌은 2개의 탄소 원자와 4개의 수소 원자로 이루어진 분자이다.
Source: peject.tistory.com
Date Published: 11/10/2022
View: 1984
정보명 플라스틱의 특성 및 종류 주요내용 1. 플라스틱 제조 및 …
하고 있어서 분자구조는 [C2H3Cl]n으로 조성되어 있으며 분자량은 62.5n이. 된다. 폴리염화비닐리덴(PVDC)의 경우에도 PE의 2개 수소 대신에 2개의 염소가. 자리하고 …
Source: kprc21482.cafe24.com
Date Published: 1/21/2021
View: 5494
플라스틱 – 나무위키:대문
열 경화성 수지의 주된 사용처는 접착제와 다른 구조성 재료와 혼합되거나 스며들게 만들어 쓰는 복합 소재다. 흔히 말하는 에폭시 접착제는 에폭시 수지 …
Source: namu.wiki
Date Published: 8/17/2021
View: 5023
주제와 관련된 이미지 플라스틱 구조
주제와 관련된 더 많은 사진을 참조하십시오 8 플라스틱 바로알기 (2). 댓글에서 더 많은 관련 이미지를 보거나 필요한 경우 더 많은 관련 기사를 볼 수 있습니다.
주제에 대한 기사 평가 플라스틱 구조
- Author: 나샘
- Views: 조회수 22,549회
- Likes: 좋아요 337개
- Date Published: 2014. 12. 20.
- Video Url link: https://www.youtube.com/watch?v=pTBcwGsfj_M
플라스틱(plastics )
가온(加溫)함으로써 끈적끈적하게 유동화(流動化)된 상태의 고체로부터 소정의 모양으로 성형할 수 있는 유기(有機) 고분자 물질 중 천연수지 및 합성수지의 총칭. 보통 플라스틱이라고 하면 합성수지 및 그 성형물을 가리킨다.
필름 · 도료(塗料) · 접착제도 그 사용 형태상 플라스틱으로 간주된다.
플라스틱이란 가소성(可塑性) 재료란 뜻이며, 그리스어 plastos(형성되다)에서 유래한다.
합성고분자 물질은 아니지만, 니트로셀룰로오스를 장뇌(camphor)로 가소화(可塑化)한 셀룰로이드가 플라스틱의 선구이다.
셀룰로이드는 1868년 미국의 하이어트 형제가 발명했다.
합성고분자로서의 플라스틱은 1907년 미국의 L. H. 베이클랜드가 페놀수지의 발명 특허를 신청한 데서 비롯된다.
이어 21년에 요소 수지, 39년에 멜라민 수지 등의 열경화성수지가 발명되었으며, 제2차 세계대전 후에는 주로 불포화 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지 등의 공업적 생산으로 이어졌다.
또한 열가소성 수지는 아크릴 수지(27년)에 이어 폴리염화비닐 · 폴리스티렌이 생산되고, 고압법의 폴리에틸렌 등의 공업적 생산이 뒤따랐다.
50년대에 치글러-나타형 촉매(觸媒)가 발명되어, 저압법 폴리에틸렌, 입체 규칙성 폴리프로필렌의 공업적 생산이 시작되었다.
현재 폴리염화비닐 · 폴리스티렌 · 폴리프로필렌 · 폴리에틸렌이 4대 플라스틱으로, 세계 생산량의 60% 이상을 차지하고 있다.
30년대 후반부터 폴리아미드(나일론)나 플루오르 수지도 만들어지고, 각각 특이한 성질을 이용, 당시는 주로 군수용으로 쓰였다.
제2차 세계대전 후에 개발된 폴리카보네이트나 폴리아세탈 수지는 일반 플라스틱에 비해 튼튼하고 내열성 · 내구성이 뛰어나 금속 재료를 대신해 기계 구성 요소로서 쓰여 왔으며, 특히 이들을 엔지니어링 플라스틱이라고 한다.
합성섬유나 고무는 플라스틱과 약간 성질이 다르고, 각각 특징을 갖고 있으므로, 복합하여 내충격성 · 강직성 · 내용(耐用)온도를 현저하게 개선하는 복합화 기술이 플라스틱의 재료로서의 용도를 확대했다.
또한 ABS수지에 의한 합성목재나 섬유강화 플라스틱(FRP)으로도 이용되고 있는데, 소형 선박의 선체나 골프 클럽 샤프트, 라켓, 낚싯대 등이 그 사용 예이다.
발포체(發泡體)로서 폴리우레탄이나 폴리스티렌도 각종 용도에 응용되고 있다.
플라스틱은 원유가 1배럴에 1달러 28센트였던 70년경까지의 십여 년 동안에 이를 원료로 하여 크게 발전해 왔다.
일반적으로 성형이 쉽고 가볍고 부식하지도 않으며 내수성이나 전기절연성이 뛰어나고, 착색도 가능하나 금속에 비해 내열성이 부족하고 탄성률이 작은 것이 결점인데, 이것을 개량해 나가는 한 방법이 복합화이다.
〔분류〕 플라스틱은 고분자 화합물의 분자구조에 따라 열가소성 수지와 열경화성 수지로 분류된다〈표1〉.
① 열가소성 수지 : 열가소성 플라스틱이라고도 하며, 선상(線狀)구조의 고분자 집합인데, 이것을 가열해 나가면 [그림 1]처럼 분자의 열운동이 왕성해져 분자의 얽힘이 풀림으로써 고체의 중합체(폴리머)가 부드러워지고 끈적끈적한 액체가 된다.
즉, 열분해가 일어나기 직전까지 가열, 액체 상태에서 틀 속으로 밀어 넣어 냉각해서 성형한다.
선상 중합체는 그것을 용해하는 적당한 용매를 가하면 [그림 2]처럼 서로 얽힌 중합체 분자가 풀려 고분자의 둘레에 용매 분자가 배위(配位)하고, 용매에 녹는 상태가 된다.
이와 같은 열가소성의 선상 중합체에는 폴리염화비닐 · 폴리스티렌 · 폴리에틸렌 등이 있다.
보통의 폴리스티렌 · 폴리메타크릴산메틸 · 폴리카보네이트 등은 비결정성이며, 무정형(無定形) 고분자라고도 한다.
폴리염화비닐은 가는 결정 부분을 포함하지만, 전체로서는 무정형 중합체에 가까운 성질을 보인다.
무정형 중합체는 유리전이온도를 경계로 저온측에서는 무르고 딱딱한 유리상태를 나타내고, 고온측에서는 부드러운 고무모양의 성질을 나타내므로, 실용면에서는 사용 온도가 중요하다.
결정성 중합체는 고분자 물질이기 때문에 부분적으로밖에 결정하지 않으며, 용융상태에서 냉각하여 성형하는 경우의 결정화(結晶化)에서는, 처음에 석출한 결정핵에서 방사상으로 접은 결정으로 성장, 큰 구결정(球結晶)을 형성하면 자연 광선의 파장에 대해 불투명이 된다.
폴리에틸렌병이 불투명한 것은 그 때문이다.
결정성 중합체를 잡아 늘여 고도로 배향(配向)시키면 다발모양의 미결정(微結晶)이 생성되며, 이를 열처리해서 결정화를 진행시키면 고강도의 내열성이 좋은 중합체가 되어 합성섬유나 연신(延伸)필름으로 이용된다.
중합체의 결정화도(結晶化度)는 X선에 의해 간단히 구할 수 있다.
② 열경화성 수지 : 열경화성 플라스틱이라고도 하는 고분자 물질인데, 그것을 구성하는 단량체(모노머)의 결합이 3차원의 입체적인 구조를 가진 것이다.
3차원 중합체 또는 가교(架橋) 중합체라고도 부른다.
3차원 입체구조로 만들어진 것은 서로의 분자가 굳은 결합으로 가교화(架橋化)되어 있기 때문에 가열해도 액체가 되지 않는다.
더욱 강하게 가열하면 중합체의 열분해가 일어난다.
어떤 용매에도 녹지 않으며, 어떤 종류의 용매에서는 팽윤(膨潤)한다.
열경화성 수지의 성형은 분자량이 작은 단위체나, 다소 고분자가 되어 있지만 아직 선상구조여서 가열에 의해 용융할 정도의 부분중합체를 틀 속에 넣고, 가열한 틀의 내부에서 화학반응을 시켜, 가교화를 완성해 불용불융성의 3차원 그물구조를 형성시킨다.
열경화성 수지는 반응할 수 있는 작용기(作用基)를 3개 이상 가진 다작용성(多作用性) 구조 단위를 가진 물질을 출발 물질로 하고 있다.
경화물 물성을 지배하는 것으로 가교 밀도가 있으며, 이 밀도가 높을수록 단단해지고 내열성도 상승하지만, 깨지기 쉽게 된다.
일반적으로 다량의 충전제(filler)나 보강제를 혼합해 기계적 강도, 내열성, 전기특성 등을 개량하거나, 종이나 직포(織布) 혹은 유리 매트 등에 단위체 내지 부분중합체의 저점성도(低粘性度)의 형태로 함침(含浸)시키고, 가압 · 가열에 의해 적층판(積層板 ; laminate)의 형태로 한 이용법도 널리 쓰인다.
도료 · 접착제 등도 시공할 때는 저점성도 · 이용성(易溶性)의 특징을 살려 완성시 3차원 구조를 갖게 하는 용법으로서 다량으로 사용되고 있다.
성형법도 가열에 의해 성형과 가교화가 동시에 또는 연속해서 일어나므로, 열가소성의 것과 다른 성형법이 채용되는 경우가 많다.
〔일반적인 제조법〕정유공장에서 화학용으로 보내지는 원료 가운데 나프타(조제(粗製) 가솔린)가 가장 중요한데, 이것을 분해하면 에틸렌 · 프로필렌 · 부텐 · 부타디엔과 같은 올레핀과 벤젠 · 톨루엔 · 크실렌 등의 방향족 탄화수소가 얻어진다.
나프타보다 끓는점이 훨씬 높은 중질(重質) 경유와 정유소 가스가 나프타에 이어지고, 천연가스도 이용되고 있다.
이들의 합성가스(수소와 일산화탄소)는 암모니아 · 메탄올(메틸알코올) · 포르말린의 원료이다.
나프타 분해에 의해 얻어진 기본원료를 조합하여 플라스틱 원료의 단위체를 제조해 나간다.
유기합성 화학상 가장 중요한 것은 에틸렌과 벤젠이다.
[그림 3]은 단위체에서 중합체로, 다시 이것을 성형하여 플라스틱의 성형품을 만드는 전공정(前工程)까지의 제조공정례이다.〔성형 가공〕플라스틱의 성형용 소재의 형태는 ① 액체(단위체 · 용액 · 부분중합체 등) ② 분말, 플레이크, 펠리칩 등 ③ 유탁액(乳濁液 ; 에멀션 · 라텍스등) ④ 페이스트 등인데, 액체인 것은 틀에 부어 중합을 완결시키며, 천이나 종이 등에 함침(含侵)시켜 건조하여 가압 · 가열하에 성형한다.
분말상의 것은 대부분 펠릿(pellet)의 형태로 이용한다.
펠릿이란 플라스틱에 착색제 · 층전제 등을 섞어 가름한 막대 모양으로 성형한 것을 짧게 절단한 것인데, 지름 또는 한 변이 2~3cm의 원기둥 또는 각기둥 모양의 것이다.
유탁액이나 페이스트 수지 등은 각각 적합한 성형 가공법이 있다.
성형 가공은 소재의 전처리(前處理), 1차 성형 가공과 2차 성형 가공으로 나눌 수 있다.
전처리란 중합체와 첨가제의 혼합 · 혼련(混練) · 건조 · 분쇄 등의 처리이고, 1차 성형 가공은〈표 2〉에서와 같은 성형 가공법을 의미한다.
2차 성형 가공이란 1차에서 만들어진 성형품을 후가공(後加工)해 부가가치를 높이는 가공으로서 접착 · 인쇄 · 도장(塗裝) · 메탈라이징(도금을 포함한 표면 가공) 등이다.
〔구조와 성질〕 ① 분자량과 분자량 분포 : 합성된 플라스틱의 분자는 단일한 분자량 성분으로는 성립되지 않으며, 분자량이 다른 동족체(同族體)의 혼합물이다.
이것은 중합체의 합성법이 통계적인 규칙에 따르기 때문이며, 그 분자량은 평균 분자량이다.
평균이란 여러 가지 크기의 분자량이 분포하고 있음을 의미하며, 예를 들면 [그림 4]와 같다.
다분산성(多分散性)이 넓은 폭인 것일수록 비(非)결정성이며 가소성(可塑性)을 나타낸다.
어느 정도의 결정성을 가지며 분자량이 큰 플라스틱은 강인하지만, 그 정도를 지나면 성형성이 나빠지고 실용에 부적합하다.
② 화학구조 및 입체구조와 결정성 : 플라스틱의 화학구조와 성질의 관계는 실제의 제품에는 여러 가지 첨가제가 사용되고 있으므로 논의하기 어렵다.
예컨대 〈표 3〉처럼, 구성하고 있는 원자단의 종류가 플라스틱의 성질에 미치는 효과가 나타난다.
화학구조와 함께 중요한 요인은 플라스틱 구성 분자 사슬의 입체구조와 결정성(結晶性)이다.
결정화는 플라스틱의 역학적 성질의 온도 특성 등과 관계가 있다.
무정형의 것은 T 를 넘으면 탄성률은 3~4자리나 저하하여 유리상태에서 고무상태로 변하는 데 대해 결정성의 것은 비교적 높은 탄성률을 유지하고 있다.
중합체의 결정은 긴 분자 사슬의 일부분이 정해진 형태를 취해 규칙적으로 배열한 것이며, 폴리에틸렌에서는 저압법(低壓法)으로 만들어진 것만이 주(主)사슬 결합이 트랜스형 배치이고 한 방향으로 뻗은 평면 지그재그 상태를 취한다.
이와 비슷한 결정형은 나일론이나 폴리에틸렌테레프탈산(테토론) 등이 있다.
CH =CHR라는 비닐 단위체를 중합시키면 머리와 꼬리가 결합한 중합체가 된다[그림 5].
이 중합체의 탄소-탄소 결합은 109.28˚의 각도를 가지므로 [그림 6]과 같은 배치가 된다.
치환기(置換基) R가 [그림 6]과 같은 3종류의 다른 공간 배치를 취할 수 있는 가능성을 갖고 있다.
이 탄소-탄소 결합의 위를 사람이 걷는다고 하자. (a)에서는 걸어가는 사람이 항상 위쪽에서 치환기 R를 발견하고, (b)에서는 아래위 번갈아가며 R를 발견하며, (c)에서는 위와 아래에서 발견하는 비율은 불규칙적이지만 전체로서 절반씩인 경우이다.
(a)의 입체 배치를 가진 중합체를 아이소택틱 중합체(isotactic polymer), (b)를 신디오택틱중합체(syndiotactic polymer), (c)를 어택틱 중합체(atactic polymer)라고 명명한다.
(a)와 (b)의 규칙적인 배열을 입체규칙성이라고 하는데, 그 때문에 고분자 결정성을 가진다.
규칙성이 없는 어택틱 중합체는 결정화하기 어렵다.
그러나 폴리비닐알코올은 예외적으로 어택틱 인데도 결정화한다.
입체규칙성을 만들기 위한 조건은 특수한 촉매나 중합 조건을 필요로 하며, 보통의 조건에서는 어택틱 중합체가 생성된다.
열경화성 수지에서는 분자구조가 불규칙적이며, 가교나 분지(分枝) 때문에 분자사슬의 열운동이 속박되고 결정화되지도 않는다.
이 경우의 기계적 강도를 지배하는 인자나 유리전이온도 등을 지배하는 인자는 가교 밀도이다.
〈표 4〉를 보면 플라스틱의 구조인자가 그 성질에 어떻게 영향을 주는지 알 수 있다.
③ 기계적 성질 : 플라스틱을 포함한 고분자 물질을 재료로서 이용할 때는 그 기계적 성질의 평가가 필요하다.
여러 가지 고분자 물질, 예컨대 폴리스티렌 · 폴리에틸렌 · 천연고무의 3종류의 인장(引張) 시험을 실시했을 때, 잡아당기는 힘(응력)과 그에 의해 생기는 변형과의 관계는 [그림 7]과 같다.
시료(試料)인 막대(단면적 1m )에 힘을 가해 잡아당기면 [그림]과 같은 곡선이 얻어진다.
폴리스티렌은 결정성이고 강직하므로 조금만 늘어나도 절단된다.
폴리에틸렌은 처음에는 응력에 비례해 변형되지만, 항복점을 지나면 약간의 외력(外力)의 변화로 변형량이 큰 상태, 즉 폴리에틸렌 분자가 그 막대의 내부에서 당기는 방향으로 유동하고, 분자의 재배열이 일어난다.
천연고무는 근소한 외력의 변화로 심하게 늘어난다.
이른바 고무 탄성으로 힘을 제거하면 본래의 길이로 돌아가는데, 더욱 잡아당기면 분자가 재배열해 결정화되고 마지막에 끊어진다.
열경화성 수지의 기계적 성질은 폴리스티렌에 가까운 형상을 보이지만, 파괴 강도는 더 큰 값을 나타내는데, 이는 분자 내에 가교구조를 갖고 있기 때문이다.
기계적 성질을 평가하는 편의적인 방법은 테스트 피스를 만들어 인장시험을 실시해 [그림 7]의 (a)와 같은 응력-변형량 곡선을 얻는다.
그 곡선의 모양이나 사선을 그은 면적의 대소로 [그림 7]의 (b)와 같은 성질이 평가된다.
최근에는 [그림 8]과 같이 가운데가 잘록한 테스트 피스를 만들고, 구멍이 뚫린 데를 좌우로 벌려 잘록한 데서부터 파괴되어 가는 에너지 G 을 측정한다.
〈표 5〉는 각종 플라스틱의 경도(硬度)를 나타낸 것이고, 〈표 6〉은 마찰계수를 나타낸 것이다.
금속과 대비한 플라스틱의 특징은 녹이 슬지 않고 가벼운 점인데, 결점은 탄성률(플라스틱에 가한 힘을 변형량으로 나눈 값으로, 응력의 종류에 의해 여러 가지 탄성률이 있으며, 플라스틱의 물성값으로서 대표적인 것)이 작고 내열성이 부족한 점이다.
〔열적(熱的) 성질〕 플라스틱의 연화점(軟化點)이나 열분해 온도는 성형 가공 때의 중요한 정보이다.
플라스틱 제품을 사용할 때는 장기적으로 연속 사용시의 내열(耐熱)온도, 반복 내열온도나 열에 의해 변형되는 온도(열변형 온도) 등의 데이터를 알 필요가 있다.
〈표 8〉은 일반적인 플라스틱의 사용가능 온도를 나타낸 것이다.
내열성은 그 구조에 따라 다르며, 열가소성 수지에서는 플라스틱을 구성하는 원자의 종류와 그들의 결합수(結合手)의 강약, 분자량의 대소, 그리고 열경화성 수지에서는 가교 밀도 등이 관계된다.
열가소성 수지의 선팽창계수는 금속의 약 10배로 1×10 /K 정도이다.
이 큰 수치는 공학적인 이용에서 결점이 되는 경우가 많지만, 복합화함으로써 금속과 비슷한 정도의 수치로 개선할 수 있다.
플라스틱은 일반적으로 열을 전달하기가 어렵다.
열전도율은 금속재료의 1/100 정도이다.
단열재(斷熱材)로서 쓰이는 것은 발포(發泡) 플라스틱인데, 열전도율은 더욱 작다.
① 전기적 성질 : 플라스틱은 절연체로서 쓰인다.
또한 그 필름 등을 고주파 유전(誘電) 가열에 의해 융착(融着)시키고, 표면에서의 정전기 발생에 의한 오염 등과 관계되는 체적 비(比)저항, 절연강도, 유전율(誘電率) 등의 값이 측정되고 있다.
② 내후성(耐候性)과 내광성(耐光性) : 옥외에서의 사용 수명을 좌우하는 것은 주로 자외선에 의한 광열화(光劣化)이다.
이에 대해 안정제의 첨가나 무기질 충전제의 혼합 등 방법이 쓰인다.
플라스틱에 빛, 특히 단파장인 자외선을 쬐면 그 에너지가 흡수되어 광분해(光分解)가 일어나는 수가 있으므로, 광안정제를 첨가하여 성형하는 예가 많다.
③ 난연성 : 탄소가 주성분인 플라스틱은 연소한다.
난연제(難燃劑)나, 분자구조 중 연소시 비활성기체를 방출, 공기를 차단시키는 원소를 도입하여, 급격한 연소를 억제하는 것이 난연화(難燃化) 대책이다.
〈표 10〉은 각종 플라스틱의 산소지수이다.
산소지수란 그 재료를 연소시키기 위해 필요한 최소 산소량으로, (100×산소)/(산소+질소)로 나타내며 숫자가 작은 것이 연소되기 쉽다.
〔플라스틱 폐기물의 처리〕생산량 증대와 함께 사용 후 폐기 문제가 심각하게 대두되고 있다.
본래 플라스틱은 ① 미생물에 의해 분해되지 않고 ② 공기 속 또는 수중에서도 안정하며, 분해되거나 용해되지 않고(수용성 플라스틱은 예외) ③ 연소시키면 발열량이 크고 고열을 내며 다량의 공기를 필요로 하거나 유해 가스나 검은 연기를 내는 것이 있고 완전히 연소하지 않는 것도 있으며 ④ 쓰레기 중에서 플라스틱만을 선별, 분해하는 일이 어렵다는 문제점을 안고 있다.
현시점에서는 가정에서의 플라스틱 폐기물은 쓰레기 처리장에서 처리되고 있으며, 다량의 플라스틱 폐기물에 대해서는 전용의 처리장에서 처리된다.
농업용의 폴리염화비닐 필름 폐기물처럼 동일품질의 것이 다량으로 폐기될 경우에는 다른 용도로의 재생 이용도 이루어지고 있다.
〔앞으로의 전망〕3대 소재로 일컬어지는 금속 · 세라믹스 · 고분자 재료 가운데 플라스틱은 여러 가지 특성을 가지며, 석유를 원료로 하므로 값싸게 대량 생산되고 있다.
플라스틱에 화학 반응을 이용하여 전기전도성 · 감광성 · 분리성 · 에너지 변환성 · 생체적합성 등 여러 가지 기능을 갖게 한 기능성 플라스틱(functional plastics)이 특수 재료로서 그 가치를 더하고 있다.
또 하나의 발전은 복합화이다.
2종류 이상의 이질 · 이형(異形)의 소재를 여러 가지 방법으로 조화시켜 소재 홑원소물질(單體)로서는 갖지 못하는 뛰어난 성질을 가질 수 있도록 하는 것이다.
보통 플라스틱은 섬유로 강화하는 경우가 많으며, 이를 섬유강화 플라스틱이라고 하는데, 입자 분말로 강화하는 예도 있다.
플라스틱(Plastic)이란 무엇인가?
플라스틱(Plastic)이란 무엇인가?
플라스틱 정의 및 구성
플라스틱은 인공적 또는 반인공적으로 합성된 유기 폴리머(Organic Polymer)를 지칭하는 재료입니다. 유기 폴리머이기 때문에 (다른 원소도 존재하지만) 플라스틱에는 항상 탄소와 수소가 포함되어 있습니다. 대부분의 산업용 플라스틱은 석유화학 기반의 원료물질을 이용해 만들어집니다.
열가소성 수지와 열경화성 수지는 서로 다른 두 가지 유형의 플라스틱입니다. “플라스틱”을 뜻하는 “Plastic”이라는 단어는 ‘가소성’을 의미합니다. 여기서 가소성은 재료에 힘이 가해졌을때 파손없이 변형되는 성질을 의미하는 것으로 ‘플라스틱’이라는 물질은 열과 압력을 통해 원하는 모양으로 성형을 할 수 있는 화합물이라는 것을 알 수 있습니다.
플라스틱을 만드는 데 사용되는 폴리머는 거의 항상 착색제, 가소제, 안정제, 충전제 및 강화제와 같은 첨가제와 혼합되어 사용됩니다. 이러한 다양한 첨가제는 생산비용뿐만 아니라 플라스틱의 화학적 조성, 화학적 특성 및 기계적 특성에 영향을 줍니다.
열경화성(thermoset) 수지와 열가소성(thermoplastic) 수지
열경화성 수지는 완성된 형태로 고형화(solidify)되지만 열가소성 수지는 재가열을 통해 다른 형태로 성형이 가능한 수지입니다. 열경화성 수지는 비정질이며 무한한 분자량을 갖는 것으로 간주됩니다. 하지만 일부 열가소성 수지는 부분적으로 결정질 구조를 가지기도 하며 분자량(Molecular weight)은 적게는 20,000부터 많게는 500,000에 이르기도 합니다.
플라스틱의 제품의 예
플라스틱은 화학 성분과 구조에 따라 구분할 수 있지만 그 이름이 매우 복잡한 경우가 많습니다. 따라서 대부분의 상용 플라스틱은 그 소재의 화학 성분의 이니셜(두문자어)로 명명합니다. 아래의 이름은 가장 널리 알려진 플라스틱 재료의 전체 이름과 화학구조입니다.
PET : 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate)
HDPE or LDPE : 고밀도 폴리에틸렌 (high density polyethylene) 또는 저밀도(low density) 폴리에틸렌
PVC : 폴리 염화 비닐 (polypolyvinyl chloride)
PP : 폴리 프로필렌 (polypropylene)
PS : 폴리스티렌 (polystyrene)
플라스틱과 폴리머의 차이는?
엄밀히 말하면 모든 플라스틱은 폴리머이지만 모든 폴리머가 플라스틱인 것은 아닙니다. 즉 플라스틱은 석유화학 물질을 기반으로 만들어진 폴리머의 한 종류 이며 폴리머는 플라스틱의 상위개념입니다. 플라스틱을 구성하는 폴리머는 모노머라고하는 단량체의 사슬로 구성되는 물질입니다. 한 동류의 동일한 단량체가 중합(Polymerization)되면 단일 중합체를 형성합니다. 하지만 둘 이상의 서로 다른 단량체가 중합되면 공중합체를 형성합니다. 중합체 또는 공중합체는 모두 분지(가지, branch)가 존재할 수 있습니다.
플라스틱의 일반적인 특성
플라스틱의 물리적, 화학적 특성은 폴리머를 구성하는 단위 화학물질(단량체 또는 모노머, monomer)의 조성과 배열, 공정 조건에 따라 다르게 나타나지만 대체적으로는 아래와 같은 특성을 가지는 경우가 많습니다.
플라스틱은 일반적으로 상온에서 고체입니다. 원자 및 폴리머 사슬의 배열에 따라 비정질이거나 결정질일 수 있습니다.
플라스틱은 일반적으로 전기 전도도가 매우 나쁜 절연체이며 열 전도도 또한 매우 낮습니다.
폴리스티렌과 같은 유리질 폴리머로 구성된 플라스틱은 뻣뻣한 경향이 있지만 얇게 가공하면 유연성이 있는 필름으로 사용이 가능합니다.
거의 모든 플라스틱은 외부에서 응력이 가해지면 응력이 제거 된 후에도 원래 상태로 회복되지 않는 영구적인 변화를 보입니다.
플라스틱은 다른 재료에 비해 상대적으로 내구성이 떨어지며 분해 속도가 느립니다.
순수한 플라스틱은 일반적으로 물에 녹지 않으며 독성이 없습니다.
플라스틱의 가공을 위해 첨가하는 물질(가소제)에는 독성이 있으며 환경에 문제를 일으킬 수 있습니다.
플라스틱은 항상 딱딱하기만 할까? – [생활 속 과학 이야기 2]
안녕하세요~ 지난번 물 이야기에 이어, 오늘도 생활 속에서 찾아볼 수 있는 과학 이야기를 해 보려고 합니다. 먼저 오늘의 주제를 소개하기 전 몇 가지 예시를 들어 드릴게요.
1. 껌을 씹으면 말랑말랑 해지는데, 도중에 차가운 음료를 마시면 딱딱해진다
2. 다림질로 옷의 주름을 펴준다
3. 생수병에 뜨거운 물을 넣으면 찌그러지면서 모양의 변형이 일어난다
이것들 간에 공통점을 찾으셨나요? 껌, 옷, 생수병.. 주변에서 너무나 쉽게 찾아볼 수 있는 것들이지요. 우리가 일상생활에서 사용하는 제품 중 상당수가 고분자 물질이라는 사실 알고 계신가요? 이제부터 고분자의 구조와 성질, 그 중에서도 온도와 관련된 특성에 대해 이야기 해 보려고 합니다.
01
고분자란?
먼저 고분자가 무엇인지부터 알아야겠죠? 고분자(高分子)란, 말 그대로 분자량이 큰 물질을 이야기 합니다. 분자량이라는 것은 쉽게 말해서 분자의 무게단위라고 생각하면 되는데요, 지난 시간에 다루었던 물의 경우 18 입니다. 고분자의 경우 대략 10,000 이상의 분자량이라고 정의하니, 엄청나게 분자량이 크다는 것을 알 수 있겠죠?
자연에 존재하는 대표적인 천연 고분자는 생체 내의 단백질, 탄수화물의 일종인 녹말과 셀룰로스, 그리고 천연고무 등이 있어요. 하지만 일반적으로 고분자라고 부를 때는 합성 고분자를 의미하는 경우가 많습니다. 그 중 가장 대표적인 것이 플라스틱이라고 불리는 합성 수지예요. 나무, 돌, 유리, 금속 등의 천연재료 대비 가벼운 무게, 저렴한 가격, 우수한 강도와 가공성 등의 장점이 있어 일상제품의 원료로 널리 쓰이고 있지요.
02
합성 고분자의 구조
합성 고분자는 대부분 단량체라고 부르는 일정한 단위가 반복되는 구조를 가지고 있어요. 반복되는 단량체가 적으면 수백에서부터 많으면 수천~수만개에 이르기 때문에 긴 사슬 형태를 가지게 되는데, 단량체의 구조나 사슬의 형태에 의해 나타나는 특성이 다르게 되지요. 가장 단순한 형태의 고분자는 에틸렌(ethylene) 단량체가 반복되는 구조의 폴리에틸렌(polyethylene)인데요, 폴리(poly-)는 수가 많다는 뜻의 접두사이기 때문에 이것이 단어의 앞에 붙어 있으면 고분자라고 생각하면 될 거예요.
이전 시간에 물은 간단한 구조식으로 H 2 O 라고 쓴다고 알려드렸었는데요, 고분자의 경우 다 나열할 수 없기 때문에, 반복되는 단량체의 구조를 써주고 반복된다는 뜻의 n 을 붙여줌으로써 나타낼 수 있답니다. 위 그림에 에틸렌과 폴리에틸렌의 분자 구조 예시가 있어요.
이렇게 길게 만들어진 사슬은 많은 경우 직선 형태로 존재하는 것이 아니라 일정한 규칙으로 배열하여 결정을 이루게 됩니다. 전체가 다 결정으로 존재하기는 매우 어렵기 때문에 일부분은 결정으로, 나머지 부분은 무질서한 상태로 존재해요. 이 결정/비결정 구조는 단량체의 종류에 의해서 크게 달라지고, 이런 것들이 고분자의 특성에 영향을 미치게 됩니다.
03
고분자의 열적 특성과 결정/비결정 구조
고분자의 구조에 대해 알아보았으니 이번에는 고분자의 열적 특성을 살펴볼까요? 일반적으로 물질의 상태는 고체, 액체, 기체로 나뉜다는 것을 알고 계실 거예요. 고체는 분자들이 움직이지 못하는 채로 단단하게 갇혀 있는 상태, 액체는 어느 정도 자유로운 움직임을 보여 흐를 수 있는 상태, 기체는 분자 사이가 완전히 떨어진 상태 라고 생각할 수 있어요.
그런데 고분자는 워낙 분자량이 크다 보니 움직이는 것이 쉽지 않겠죠~! 거의 모든 고분자가 상온에서 고체 상태로 존재하고, 열을 가해서 액체상태 까지는 만들 수 있지만 기체상태로는 존재할 수가 없습니다. 주변의 플라스틱 물질들을 떠올려 보면 다 고체상태인 것을 쉽게 알 수 있을 거예요.
고분자의 녹는 점 이상으로 열을 가해주게 되면 고분자 사슬의 움직임이 커지게 되어 결정이 풀리게 되고 사슬 간 간격이 멀어지면서 원래의 정돈된 구조를 잃고 유동성(흐름)이 생기게 되는 것이지요. 고분자의 종류에 따라 녹는점은 다 다르게 나타납니다. 고분자를 원하는 모양으로 만들 때는 액체상태가 훨씬 다루기 쉽기 때문에 이렇게 열을 가해서 녹인 다음 성형을 하는 경우가 많아요.
그런데 아까 고분자는 결정과 비결정 부분으로 나뉜다고 이야기 했었죠? 녹는점은 결정 부분에 관련된 성질 이예요. 비결정 부분과 관련된 고분자의 독특한 성질이 있는데, 바로 유리전이온도 (glass transition temperature) 입니다. 유리전이온도 아래에서는 분자들이 조금도 움직이지 못하는 상태이지만, 유리전이온도 이상으로 올라가면 비결정 부분이 조금씩 움직일 수 있게 됩니다. 이것을 고무상태 (rubbery state) 라고 해요. 여기서 주의할 점은, 유리전이온도 이상에서의 움직임은 자유롭게 돌아다닌다는 의미가 아니라 작은 범위라는 점입니다. 상태의 변형을 가져오는 용융(녹는 것)과는 다른 개념이예요. 유리전이온도에서 더 온도가 올라가 녹는점을 지나면 비로소 결정들이 녹아 자유로운 움직임을 갖게 되지요.
04
고분자의 유리전이온도(glass transition temperature)
고분자 종류별로 유리전이온도가 높고 낮게 나타나는 것은 단량체의 구조로부터 발생하는 차이입니다. 단량체에 무거운 곁가지들이 붙어 있다면 움직이는데 더 많은 에너지가 필요하기 때문에 유리전이온도가 높고, 비교적 움직임이 자유로운 형태의 단량체는 유리전이온도가 낮게 나타나지요. 가장 단순한 형태의 고분자인 폴리에틸렌의 경우 유리전이온도가 -120℃ 인데, 폴리에틸렌에 곁가지 하나가 붙은 폴리프로필렌의 유리전이온도는 -10℃ 로 크게 차이가 나는 것을 알 수 있습니다. 더 큰 구조의 가지가 붙어 있는 폴리스티렌의 경우 유리전이온도가 100℃ 까지 높아지게 되고요.
그렇다면 유리전이온도가 왜 중요할까요? 유리전이온도 이하에서는 고분자의 움직임이 완전히 봉쇄되어 마치 유리와 같은 상태가 됩니다. 아주 단단하기 때문에 충격을 받았을 때 잘 깨질 수 있다는 뜻이죠. 그렇기 때문에 고분자를 사용하는 용도와 더불어 환경이 어떤 조건이냐를 잘 따져 알맞은 고분자를 선택해 주어야 합니다. 아주 추운 곳에서 액체를 보관하려는 용도로 사용하는 용기에 유리전이온도가 높은 고분자를 사용한다면 쉽게 깨질 수 있으니까요.
이제 다시 처음으로 돌아가서 살펴본 예제들이 유리전이온도와 무슨 관계가 있는지 하나씩 살펴 볼게요. 껌도 고분자의 일종인데, 유리전이온도가 입안의 온도와 유사하여 입에 넣고 씹으면 말랑말랑 해지는 거예요. 차가운 물을 마시면 유리전이온도 아래로 내려가기 때문에 껌이 단단해지는 것이고요. 섬유도 고분자 물질인데, 다림질로 온도를 가해주면 고분자가 움직일 수 있게 됩니다. 이 때 다리미의 무게로 눌러주어 주름이 없어진 형태로 고정을 시켜주는 거죠. 마지막으로 생수병은 유리전이온도가 76℃ 정도인 PET 소재로 만들어지기 때문에 뜨거운 물을 붓게 되면 원래의 모양을 잃고 변형을 일으키게 되는 것이랍니다.
우리 생활에 늘 함께하는 고분자 이야기, 어떠셨나요? 다음에도 재밌는 주제로 찾아올게요~
(글: 한화토탈 한예은 과장)
생활 속 과학 이야기 시리즈 더보기
물은 어떻게 생겼을까? – [생활 속 과학 이야기 1]
종합 케미칼 & 에너지 리더,
한화토탈에 대해 더 알고 싶다면?
플라스틱 분자 구조
반응형
플라스틱은 인공적으로 만들어진 일종의 고분자이다. 천연 상태의 고분자로는 단백질이나 송진 등의 수지가 있다. 고분자는 분자가 연결되어 큰 분자로 되어 있다. 그중에서 끈처럼 길게 이어져 있는 것이 플라스틱이다.
1. 일반적인 분자의 구조
우리가 흔히 알고 있는 물이나 이산화탄소 등이 분자 형태로 이루어져 있다. 이 중에서 물은 수소와 산소가 결합된 분자인데, 여기서 수소와 산소는 각각 원자이다. 따라서 분자는 원자로 구성되어 있다는 것을 알 수 있다. 원자들이 결합돼서 분자를 구성할 때 연결 구조가 안정되어 있다.
또 하나의 분자인 이산화탄소의 경우, 1개의 탄소원자와 2개의 산소 원자가 결합되어 있는 구조로, 이들 원자 역시 안정된 결합구조로 이루어져 있다.
2. 플라스틱의 분자 구조
가장 간단한 구조를 이루고 있는 플라스틱 중의 하나가 폴리에틸렌이다. 에틸렌은 2개의 탄소 원자와 4개의 수소 원자로 이루어진 분자이다. 4개의 탄소 원자 중에서 2개의 탄소 원자가 수소 원자와 결합되어 있고, 나머지 2개의 탄소원자는 이들끼리 2중으로 연결되어 있다. 이렇게 2중으로 연결된 것 중에서 하나의 연결 구조를 분리시키면 하나의 탄소에 연결 고리가 생기고 이 연결 고리들을 서로 결합시키면 인접한 에틸렌을 연결할 수 있다. 이렇게 연속적으로 에틸렌을 결합시킨 것이 폴리에틸렌(PE)이다.
반응형
키워드에 대한 정보 플라스틱 구조
다음은 Bing에서 플라스틱 구조 주제에 대한 검색 결과입니다. 필요한 경우 더 읽을 수 있습니다.
이 기사는 인터넷의 다양한 출처에서 편집되었습니다. 이 기사가 유용했기를 바랍니다. 이 기사가 유용하다고 생각되면 공유하십시오. 매우 감사합니다!
사람들이 주제에 대해 자주 검색하는 키워드 8 플라스틱 바로알기 (2)
- 탄소화합물
- 탄화수소
- 플라스틱
- 폴리에틸렌
- 에틸렌
- 벤젠
- 프로필렌
- 폴리프로필렌
- 고분자
- 화합물
- 열가소성 플라스틱
8 #플라스틱 #바로알기 #(2)
YouTube에서 플라스틱 구조 주제의 다른 동영상 보기
주제에 대한 기사를 시청해 주셔서 감사합니다 8 플라스틱 바로알기 (2) | 플라스틱 구조, 이 기사가 유용하다고 생각되면 공유하십시오, 매우 감사합니다.