polymer란 무엇인가?

 

 

 

Polymer Engineering 입문

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polymer란 무엇인가?

 

polymer(중합체)란 무엇인가?

간단히 말하면 거대한 분자라는 뜻이다.

폴리머를 다른 말로 macromolecule(고분자)이라고 하는데,

macro(큰)와 molecule(분자)의 합성어이다.

폴리머는 분자의 크기가 매우 클 뿐만 아니라 같은 부분이 반복된 구조를 갖고 있다.

폴리머는 poly(많은)와 mer(분자)의 합성어로서 반대말은 monomer(단량체)이다. 모노머들이 반복적으로 연결되는 반응을 polymerization(중합)이라고 하고 그 결과물로 생긴 큰 분자를 폴리머라고 한다.

 

 

 

 

원래 인간이 폴리머라는 것을 만들 줄 몰랐을 때 자연계에서 수지를 채취하여 사용하였다.

이 수지라는 것은 열을 가하거나 solvent(용매)에 녹여서 무르게도, 액체 같이 만들 수 있는 독특한 성격이 있다.

이 성질을 plasticity(가소성)이라고 하며, 이 단어에서 plastic(플라스틱), thermoplasticity(열가소성)이라는 용어가 탄생했다. 원래 플라스틱이란 말은 plasticity를 가진 물질이란 뜻이다.

소성	외력을 가해서 만든 형태가 외력을 제거해도 유지되는 성질
가소성	그런 소성이 가역적으로 이루어지는 성질
열가소성	그런 가소성이 열에 의하여 이루어지는 성질

 

 

 

폴리머는 우리 생활에 너무 많이 관계되어 있고 폴리머가 없는 세상은 상상도 할 수 없다.

 

 

사실 우리 주위에는 폴리머가 아닌 것이 오히려 찾기 어려울 정도로 폴리머가 많고 우리 몸자체도 폴리머이다.

그래서 금속이나 세라믹보다는 플라스틱을 만질 때 더 촉감이 좋고 친근감을 느끼는 것이다.

 

 

 

요즘 환경이 매우 중요한 이슈가 되는데 자연은 거의 천연 폴리머로 되어 있다고 볼 수 있다.

나무, 풀, 짐승, 벌레, 세균 등 유기 물질은 모두 폴리머이다.

우리가 음식을 먹고 소화하고 우리 몸이 자라는 것 모두가 폴리머 반응이다.

그러므로 자연을 이해하고 보존하고 회복하는 일도 폴리머 기술이라고 할 수 있다.

 

 

그런데 이렇게 중요한 폴리머를 알기 위해 고도의 화학 지식이 꼭 필요한 것은 아니다.

폴리머는 손으로 만질 수 있고 느낄 수 있는 것이다.

그림으로 설명하기도 더 쉽다.

어려운 화학은 멀리 보내 버리고 폴리머가 어떤 성질이 있나, 그리고 어떻게 이용하면 좋을까를 생각해 보자.

 

 

 

 

 

폴리머는 위와 같은 구조적 특성 때문에 다른 재료와는 다른 물성을 갖는다.

현대 과학 기술의 발전 역사를 보면 옛날에 금속이나 세라믹으로 만들던 것을 점차 플라스틱으로 대체해 가는 과정이라고 말할 수 있을 정도이다. 그러면 왜 그런 방향으로 발전하는 것일까?

 

 

전통 재료라고 하면 돌, 흙, 유리 등의 세라믹과 금, 은, 구리, bronze(청동), 쇠 등의 금속과, 종이, 나무, 가죽 등의 천연 폴리머 재료 등으로 구분할 수 있다. 신소재도 폴리머, 세라믹, 금속으로 나눌 수 있다.

옛날 세라믹 재료나 금속 재료로 만들었던 상품의 재료를 플라스틱으로 대체한 경우는 한도 없이 많다. 대부분의 유리병도 이제 플라스틱 병으로 대체되었고, 휴대용 녹음기의 부품은 플라스틱 기어와 부품으로 대체되어 가볍고 견고하다. 옛날에는 벽돌과 시멘트나 나무만으로 집을 지었으나 이제는 플라스틱 건축재가 없으면 안될 지경이 되었다.

 

 

 

 

 

왜 이렇게 모든 재료 중에 플라스틱을 많이 쓰게 되었을까?

 

 

 

플라스틱은 다음과 같은 장점들이 있기 때문이다.

→값이 싸다(cheap).

→가볍다(light).

→물이 묻지 않고 썩거나 녹슬지 않는다.

→투명하고 광택이 있으며 coloring(착색)이 자유로워 아름다운 외관으로 만들기 쉽다.

 

 

 

이런 장점은 다른 재료에서 볼 수 없는 것이 대부분이다.

그렇기 때문에 모든 재료 중에 가장 많은 사랑을 받는 것이다.

그러나 플라스틱이 장점만을 가진 것은 아니다.

 

 

 

 

 

▶플라스틱이 가진 단점 중 가장 중요한 점은 다음 세가지이다.

 

첫째, 열에 약하다.

플라스틱 그릇을 불 위에 그대로 놓을 수는 없다.

그러나 바로 열에 약한 점 때문에 대량생산이 가능하여 값이 싸졌기 때문에 이 단점은 그대로 장점이기도 하다.

물론 열에 상당히 강한 특수한 폴리머도 많이 개발되어 있다.

 

둘째, 잘 썩지 않기 때문에 버려지거나 매립하였을 때 환경을 오염시킨다.

그러나 사실은 바로 이 썩지 않는다는 점 때문에 플라스틱을 식품 포장에 많이 쓰게 되었으므로 장점이기도 하다.

더구나 지금은 쓰레기를 태우거나 매립하지 못하는 시대가 되었다.

이젠 모든 쓰레기는 재활용해야 한다. 플라스틱은 재활용하기에 어느 재료보다 유리하다.

 

셋째, 불에 잘 타며, 타면서 유독 기체가 생성되는 경우도 있다.

플라스틱의 원료도 화석연료인 석유이기 때문에 주성분이 탄소와 수소라서 불에 잘 타며 그래서 연료로도 쓸 수 있을 만큼 caloric value(발열량)가 높다. 또 플라스틱을 가공할 때 여러가지 additives(첨가제)를 넣기 때문에 탈 때 여러 가지 기체가 배출된다. 그러나 이런 단점도 flame retardant(난연제)라든가 새로운 기술을 사용하여 많이 개선되고 있다.