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스티로폼 – 나무위키:대문
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안 쓰이는 곳 없는 팔방미인 스티로폼 – LG케미토피아
열가소성 수지인 폴리스타이렌을 발포해 만드는 EPS는 다량의 공기층을 함유해 단열, 완충, 방수, 방음 등 다양한 기능을 갖고 있는데요. LG화학은 ‘ …
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- Author: 햇살가득 전원주택
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- Date Published: 2020. 1. 19.
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‘스티로폼’의 원래 이름은 따로 있다?
스티로폼 [사진제공 : 이미지투데이]
특허출원 : 발포폴리스티렌 (US665188A) 연도 : 1941년 국가 : 미국 지역 : 미시간 주 미들랜드(Midland) 이름 : Ray McIntire (Dow Chemical Company)
겨울에는 단열재, 여름에는 아이스박스로 사용되며, 최근 늘어난 택배물량에 포장재로도 흔하게 볼 수 있는 ‘스티로폼’. 그런데 우리가 알고 있는 이 단어는 회사의 브랜드명이다. 마치 스테이플러의 상표명 ‘Hotchkiss’가 고유명사화 된 것처럼 말이다. 오늘 IP백과사전에서는 ‘비닐’이나 ‘고무’만큼이나 현대인의 생활에 큰 영향을 끼친 소재 ‘스티로폼’ 아니고 ‘발포폴리스티렌’을 소개한다.
우선 용어부터 정리해보자. 우리가 흔히 알고 있는 스티로폼(Styrofoam) 혹은 스티로폴(독일어: Styropor)은 최초로 해당 소재를 개발한 Dow Chemical Company에서 만든 브랜드명이다. 스티로폼의 정확한 명칭은 바로 ‘발포폴리스티렌(Expanded Polystyrene)’이다. 영어권에서는 이를 줄여 EPS라고 부르기도 한다.
스티로폼 [사진제공 : 이미지투데이]
그렇다면 발포폴리스티렌은 어떻게 만들어진 걸까? 이를 알아보기 위해서 우선 폴리스티렌에 대해 설명해야 한다. 1839년 독일의 약종상 Eduard Simon은 천연 수지에서 폴리스티렌 물질을 분리하는데 성공했다.
그러나 그는 자신이 무엇을 발견한 지 몰랐고, 이를 옆에서 지켜본 화학자 Hermann Staudinger는 플라스틱 중합체 폴리스티렌의 발견을 세상에 알렸다. 훗날 1922년 고분자 이론을 발표한 그는 1953년이 되어 노벨화학상을 수상했다.
스티로폼 [사진제공 : 이미지투데이]
다시 돌아와서 1861년 독일에서는 Hermann Staudinger를 포함한 여러 과학자들이 화학물질을 개발해 상업화한 기업 Badische Anilin & Soda-Fabrik(BASF)을 창립했다. 이후 그들이 발명한 폴리스티렌은 더 이상 과학 분야가 아닌 상업 분야에 본격적으로 사용되기 시작한다.
폴리스티렌(PS)은 가볍고 냄새와 맛이 없으며 굴절률이 높아 가공하기 좋은 플라스틱 소재였다. 다양한 활용 범위로 유럽을 넘어 미국에도 전파되었는데, 유일한 단점이 너무 쉽게 부서진다는 점이었다. 그 누구도 이 문제를 개선할 수 없던 찰나.
미국 과학자 ‘Ray McIntire’ [사진제공 : Wikipedia]
미국의 한 과학자가 문제점을 개선한 ‘발포폴리스티렌’을 발견했다. 2차 세계대전 당시 고무의 수요가 급격히 늘어나자, 이를 대체할 소재가 필요해졌는데, 미국 화학회사 연구원이었던 Ray McIntire는 고무처럼 전기나 열을 전달하지 못 하는 소재 즉, 절연체를 만드는 연구에 몰두하게 되었다.
그는 기존의 폴리스티렌에 우연히 펜테인, 뷰테인 등의 탄화수소가스를 주입했는데, 엄청난 기포와 함께 부풀어버린 폴리스티렌을 발견했다. 이는 바로 일반 폴리스티렌보다 30배 가볍고, 잘 부숴지지 않으며, 수많은 공기 방울로 이뤄져 있는 ‘발포폴리스티렌(Expanded Polystyrene)’의 발명이었다.
스티로폼 [사진제공 : Wikipedia]
전쟁이 끝나고 폴리스티렌을 수입해 가공하던 Dow Chemical Company는 과학자 Ray McIntire를 회사의 과학자로 영입하는데 성공. 그의 설계에 따라 오늘날 우리가 흔히 부르는 ‘스티로폼(Styrofoam)’이라는 발포폴리스티렌(EPS) 브랜드를 만들었다.
발포폴리스티렌의 장점은 가볍고, 단열과 방음 그리고 내수성과 완충성이 우수하다는 점이다. 또한 세균이나 곰팡이가 번식할 수 없어 아이스박스 등 신선 식품을 운반하는 용도에도 적합하다. 이런 특징으로 포장재는 물론 건축자재로도 많이 사용된다.
스티로폼 [사진제공 : 이미지투데이]
무엇보다 가장 큰 장점은 100% 재활용이 가능하다는 점이다. 생성과정에서 프레온가스와 같은 오존층을 파괴하는 염소 원자가 없어 친환경적이고, 강도가 단단해 재활용할 수 있어 쓰레기 배출량도 줄일 수 있다. 또한 발포폴리스티렌을 자세히 보면 수많은 방울이 밀집되어 있는 것을 확인할 수 있는데, 이는 거의 98% 공기로 이뤄져 있다.
최근에는 발포폴리스티렌을 이용한 전시회도 열리는 등 다양하게 가치가 재생산되고 있다. 우리에게 ‘스티로폼’으로 잘 알려진 발포폴리스티렌의 유래와 장점. 물론 재활용이 가능하더라도 비닐과 같이 쉽게 썩지 않는 소재는 계속해서 생산한다면 궁극적으로 지구촌 환경에 유해할 수 있다. 과연 발포폴리스티렌이 21세기를 지나 22세기까지 친환경 소재로 인정받을 수 있을지 귀추가 주목된다.
안 쓰이는 곳 없는 팔방미인 스티로폼
지난 주부터 갑작스러운 한파와 폭설에 전국이 들썩입니다. 특히 제주도는 이례적인 폭설로 비행기가 며칠이나 결항되며 때 아닌 공항 난민이 생기기도 했는데요. 추운 날씨에도 공항을 떠나지 못하는 여행객을 위해 맨 바닥의 한기를 피할 수 있도록 스티로폼이 제공됐다는 뉴스가 눈에 띄네요. 단열재부터 방음, 화구 용품까지 아는 만큼 쓸 데 많은 스티로폼의 이야기, 함께 만나 볼까요?
우연히 발명한 신소재, 발포폴리스티렌
우리가 흔히 ‘스티로폼’이라고 부르는 제품의 정식 명칭은 발포폴리스티렌(Expanded Polystyrene, EPS)입니다. 폴리스티렌 수지에 공기층이 가미된 것이죠. 원래 폴리스티렌(Polystyrene, PS)은 가볍고 냄새와 맛이 없으며 굴절률이 높아 가공하기 좋은 플라스틱 소재로 널리 쓰였습니다. 그 활용 범위에는 단열재도 포함되었는데, 잘 부서지는 단점이 있었다고 해요. 하지만 누구도 개선할 방법을 찾지 못했죠.
2차세계대전 당시 고무의 수요가 늘자 미국 화학회사의 연구원이었던 레이 맥킨타이어(Ray McIntire)는 절연체로 쓸 수 있는 고무 대용품 발명에 몰두했습니다. 그는 우연히 PS에 탄화수소가스를 주입해 부풀렸고, 그 결과 많은 기포를 가진 폴리스티렌, 즉 ‘발포폴리스티렌’이라는 소재를 발명했죠. 흔히 부르는 ‘스티로폼’ 혹은 ‘스티로폴’이라는 명칭은 EPS를 생산하는 회사에서 붙인 상품명이 널리 알려진 것입니다. 우리가 스테이플러를 ‘호치케스’라고 부르는 것 처럼요.
단열재에서 인공눈까지, EPS의 능력을 보여줘!
하얗고, 가볍고, 크다! EPS를 처음 보게 되면 느끼는 감상입니다. 실제 그 부피의 98%가 공기이고 나머지 2%만이 수지로 이루어진 EPS는 자원을 매우 절약할 수 있는 소재이기도 하죠. 두터운 공기층이 촘촘하게 들어찬 EPS의 주 활용 분야는 단열재입니다. 건물 벽면의 내장재나 일회용 아이스박스 소재가 EPS인 것 역시 뛰어난 단열성 덕분이랍니다.
하지만 그 장점이 단열성 하나만은 아니랍니다. 내수성, 방음성, 완충성도 우수해서 부서지기 쉬운 제품이나 식재료·수산물의 포장용기, 녹음실의 방음재, 파이프의 보호재 등 그 쓰임이 넓습니다. 게다가 가공이 쉽고 재활용성도 높아 무대장치나 인공눈 등 아름다움이 필요한 곳에서도 톡톡히 제 몫을 하고 있죠.
우리 생활 가까이에서 만나는 EPS
EPS는 건축 현장이나 포장재 외에도 우리 생활 속 곳곳에 존재하고 있습니다. 실내 인테리어에 자주 쓰이는 ‘우드락’, 여러 매장에서 제품 홍보를 위해 매대에 부착하는 POP 사인물, 아마추어도 쉽게 따라 할 수 있는 폼아트 소품까지, EPS의 활용 범위는 그야말로 무궁무진한데요. 건축 내외장재로 쓰이며 자주 문제가 되었던 가연성 또한 불연 EPS가 개발됨에 따라 더욱 안전하게 사용할 수 있게 되었답니다.
우연한 계기로 발명되어 우리 생활에 많은 도움을 주고 있는 EPS. 여러분의 주변에는 어떤 EPS 소재의 제품이 쓰이고 있나요? 지금 한 번 찾아보세요!
단열재 폴리스티렌(polystyrene foam) 발포체의 역사
[에너지단열경제]이재철 기자스티로폼으로 우리에게 익숙한 발포폴리스티렌은 다우케미컬사의 제품 이름이다.
비드라는 알갱이를 발포시켜 가격이 저렴하면서 단열 효과가 좋은 발포폴리스티렌(expanded polystyrene: EPS)이 정식 명칭이다.
발포형단열재, 폴리스티렌 발포체로도 불린다.
EPS와 마찬가지로 비드를 사용하지만 압출법으로 제품이 생산되는 압출폴리스티렌(closed-cell extruded polystyrene foam: XPS)이 있다.
두 제품 다 폴리스티렌을 사용한다는 공통점이 있지만 가장 차이가 나는 특성은 내수성이다.
XPS는 물에 강해 습기나 물이 있는 곳에 시공을 한다.
미국과 캐나다에서 스티로폼은 일회용 커피 컵, 냉장 상자, 포장용 완충재로 사용되고 이 때 사용되는 제품은 백색의 발포용 폴리스티렌 비드(bead)를 사용하여 발포 성형시킨 것이다.
폴리스티렌 발포체는 공예 분야에도 사용되며 폴리스티렌 발포체를 절단할 때 발생하는 소리와 불규칙한 표면으로 식별이 된다.
발포폴리스티렌은 1947년 다우 케미컬사가 제조할 수 있는 방법을 개발하였다.
스웨덴 발명가인 문터스(Carl Georg Munters)가 처음 사용하였던 방법을 다우케미컬사의 메킨타이어(Ray McIntire)가 재발견하였다.
다우케미컬사는 문터스의 특허를 사용할 수 있는 권리를 획득하여 수분에 저항력을 가지고 닫힌 셀 구조를 가지는 압출 발포된 폴리스티렌 발포체(XPS)를 대량으로 생산하게 되었다.
현재 폴리스티렌 발포체는 다양한 용도로 사용된다.
다우케미컬사는 단열 외장 및 파이프 단열재의 종류를 포함하여 스티로폼 건축 자재를 생산하고 있다.
폴리스티렌 발포체는 98%가 공기로 구성되어서 가볍고 물에 뜬다.
고유의 단열성과 부력으로 인해 미국 연안 경비대에 의해 6인용 구명 뗏목으로서의 사용이 채택되었다.
이외에도 다양하게 사용된다.
건물의 단열재 및 파이프의 단열재와 같은 건축 자재로 사용되기도 하고 꽃집 종사자들과 공예가들에게 구조 유지용 및 단열용으로 쓰인다.
건축용은 눈에 잘 띄는 파란색 폴리스티렌 발포체가 공급되었고 공예가들에게는 흰색과 초록색의 제품이 공급되었다.
폴리스티렌 발포체는 도로 및 구조물의 하부에도 사용되었는데 이는 동결과 해동으로 인한 토양의 훼손을 방지하기 위함이었다.
한편 폴리스티렌 발포체를 먹는 유충이 발견돼 주목을 받고 있다.
지난 2015년 과학자들은 검은 딱정벌레의 유충 형태인 식사 벌레(mealworm)가 폴리스티렌 발포체를 건강하게 섭취할 수 있음을 발견하였다.
약 100마리의 식사 벌레는 하루에 폴리스티렌 발포체를 34~39 mg 사이에서 소비할 수 있다.
이러한 식사 벌레의 배설물은 작물 토양으로 사용하기에 안전하다는 것이 판명되었다.
모든 플라스틱이 그렇듯 폴리스티렌 발포체의 처리는 항상 문제가 되어 왔는데, 이 미생물의 활용기술이 활성화된다면 플라스틱의 신기원을 열 수 있을 것으로 기대되고 있다.
폴리스티렌 발포체는 체적의 98%가 공기이고 나머지 2%가 수지인 자원 절약형 소재이다.
다량의 작은 공기층으로 구성되어 있고 물을 거의 흡수하지 않으며, 세균이나 곰팡이에 손상되지 않아 포장에 많이 사용되며, 아이스박스, 장난감, 부표 등에도 사용된다.
발포우레탄 단열재의 재활용은 불가능한 데 비해 폴리스티렌 발포체는 열과 압력을 가해 쉽게 주형에 흘려 넣어 굳힌 잉곳(ingot)을 만든 후 액자 틀, 타일이나 문틀 제작의 원료가 되어 자원 재활용성이 매우 높고 환경 문제도 거의 없다.
다만 성형 후 발생하는 비틀림 현상(warpage)이 약점으로 지적되고 있다.
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