글로벌 세계 대백과사전/기술·통신/재료기술/유기재료기술/플라스틱

플라스틱

플라스틱의 이용

plastics－利用

오늘날 우리 주변에는 문구·장난감·식기류 등은 물론 건축자재·자동차부품 등의 공업품에 이르기까지 다방면에 여러 가지의 플라스틱 제품이 사용되고 있다.

이들 물품은 가볍고 강하며 또한 아름다운 색채로 만들어져 우리들 생활에 불가결한 것으로 되어 있다. 이들 플라스틱은 고분자화합물(高分子和合物)의 대표적인 것으로서, 그 대부분은 석유나 석탄 등에서 얻어진 저분자화합물(低分子和合物)을 화학공장에서 중합(重合)하여 만든 것이다.

플라스틱이란 무엇인가, 어떠한 성질을 가지고 있는가, 또한 그 제조방법이나 용도는 어떠한가에 대해 말하여 보자.

플라스틱 성형

plastics 成型

플라스틱에 대하여 자세히 말하기 전에 우선 접시나 컵을 만드는 성형공장(成型工場)을 견학하자. 원료로서의 플라스틱은 수㎜각(角) 또는 입상(粒狀)의 칩(chip)이라고 불리는 작은 알맹이로서 공장에 실려 온다. 재료에 따라서는 애당초 화학공장에서 충전제(充塡劑)·안정제(安定劑)·염색제(染色劑) 등 플라스틱 성형품을 만드는 데에 필요한 재료를 함께 섞어 칩으로 만든 경우도 있으나 공장에서 배합하는 경우도 있다.

사출성형

射出成型

용도에 따라 착색·배합된 칩은 사출성형기(射出成型機)라고 불리는 기계로 성형된다. 사출성형기는 〔그림〕－2에 나타난 바와 같이 호퍼라고 하는 칩을 넣는 곳과 원료를 가열하여 녹이는 가열통(加熱筒), 녹인 플라스틱을 밀어내는 스크루, 목적한 형태로 성형하는 금형(金型)의 여러 부분으로 이루어져 있다. 우선 칩이 호퍼(hopper)에서 일정량씩 계량되어 가열통으로 보내진다. 여기에서 스크루로 밀리는 사이에 녹여진다. 녹인 플라스틱은 다음으로 사출노즐로부터 주형 속으로 사출된다. 주형은 애당초 냉각되어 있으므로 사출된 플라스틱은 곧 고화(固化)되어 자동적으로 성형품이 주형으로부터 튀겨져 나온다.

사출성형기는 이 조작을 자동적으로 반복하면서 계속 제품을 만들어 낸다. 이 방법으로 만들어지는 제품의 종류는 다양하며 접시·컵·양동이를 위시하여 텔레비전·라디오 부품 등 여러 가지가 만들어진다. 사출성형에 의한 제품에는 플라스틱 양동이의 밑을 보면 알 수 있듯이 플라스틱이 사출된 흔적이 있는 것이 특징이다.

압출성형

押出成型

비닐관(管)을 만드는 기계를 보자. 이 기계도 앞의 사출성형기와 유사하나 주형이 없으며, 튜브가 이어져 기계에서 나온다.

여기서는 호퍼(hopper)로부터 들어온 칩(chip)은 기계적으로 스크루(screw)로써 가열부(加熱部)에 보내져 다이(die)라고 불리는 금형(金型)에서 튜브 모양으로 밀려나온다. 중공(中空)이 되는 것은 다이의 중앙에 있는 맨드렐이라고 하는 부품이 녹은 플라스틱을 원통상(圓筒狀)으로 눌러퍼지게 하는 역할을 하기 때문이다. 이렇게 되어진 튜브는 바로 냉각되어 감겨지든가 또는 적당히 절단되어 제품화된다. 필름 등을 연속적으로 만드는 경우에도 같은 원리이다(〔그림〕－1).

인플레이션성형

inflation 成型

압출성형기(押出成型機)로 성형되어 녹여져 압출된 튜브의 중공부분(中空部分)에 공기를 불어 넣어 부풀리면 아직 부드러운 튜브는 얇게 늘어나 커다란 관(管)이 된다. 폴리에틸렌주머니나 사이트는 이렇게 하여 마치 풍선껌을 불어 부풀리는 것같이 튜브를 부풀려 냉각하여 연속적으로 감아 놓은 것이다. 이러한 성형방법을 인플레이션 성형이라 한다. 필름으로 하려면 잘라서 펴면 되고 봉지로 하려면 관을 적당한 길이로 잘라 밑을 붙이면 된다(〔그림〕－3).

중공성형

中空成型

압출성형기(押出成型機)에서 압출된 파이프로 필름을 만들 때와 같이 커다랗게 부풀리지 않고, 금형(金型)에 압착(押着)시키는 방법도 있다. 이 방법은 식품이나 화장품의 병과 같이 주둥이가 작고 내부가 넓은 것을 성형하는 데에 쓰인다(〔그림〕－4).

플라스틱의 특장

플라스틱의 특장

plastics－特長 목적에 맞는 여러 가지 형태의 물건을 만들려는 경우, 재료가 바위나 목재라면 자르든가 대패로 민다든가 하는 등의 대단한 수고가 든다. 그러나 플라스틱으로 만드는 경우는 단지 기계로 녹여 필요한 모양을 한 금형 속에 밀어 넣는 것만으로 목적한 것을 만들 수 있다. 이 지극히 편리한 물질은 어떻게 된 것일까. 학교의 공작에서 사용되는 찰흙이나 밀가루 반죽에 힘을 가하면 여러 모양으로 변형시킬 수가 있다. 또 힘을 제거해도 그 형태로 있다. 찰흙으로 여러 가지 형상을 만들든가 떡으로 꽃떡 같은 것을 만들 수 있는 것은, 힘을 가함에 따라 자유롭게 형태가 바뀌고 힘을 제거해도 변형한 채로의 상태를 유지한다는 성질을 이용한 것이다. 이러한 성질을 가소성(可塑性：plasticity)이라 하며 그러한 성질을 가진 물질을 플라스틱이라고 부른다. 폴리에틸렌이나 폴리염화비닐·폴리스티렌은 모두 이와 같은 성질을 가진 물질이다. 그러나 찰흙 같은 것과는 달라 상온(常溫)에서는 단단한 물체이지만 온도를 높여 녹이면 비로소 플라스틱한 성질이 나온다. 플라스틱 성형공장에서 하는 작업은 폴리에틸렌 등을 일단 녹여서 플라스틱한 성질을 갖게 하고, 원하는 형태를 가진 금형(金型)에 넣어 형태를 만들고, 냉각시켜서 원래의 단단한 고체로 환원시키는 조작을 하는 것이다. 냉각되어 완성된 제품은 이젠 플라스틱한 성질은 없으며 힘을 가해도 형태가 바뀌는 일도 없어 일용품으로 사용할 수 있게 된다. 이와 같이 고온(高溫)에서 플라스틱한 성질을 갖고 상온(常溫)에서는 고체로 되는 것을 열가소성 플라스틱(熱可塑性plastics)이라고 부른다. 플라스틱에는 '열경화성 플라스틱(熱可塑性plastics)'이라고 불리는 또 하나의 그룹이 있다. 이와 같은 플라스틱은 상온에서는 고운 분말이나 금형에 넣어 가열하면 반응이 일어나 금형과 같이 굳어 버려 일단 굳어지면 다시 한번 가열해도 변형하지 않는 성질의 것이다. 다음에 설명할 페놀수지나 요소수지·멜라민수지 등이 그것으로 전화기·식기 등에 널리 사용되고 있다.

열가소성 수지와 열변형

熱可塑性樹脂－熱變形

물질의 상태에는 고체·액체·기체가 있으며, 온도에 따라 이 세가지 상태로 변하게 된다. 고체는 분자의 상호 인력에 의해 분자가 가지런히 배열되어 있고 서로의 위치를 바꾸는 일이 없으며, 다만 그 위치를 중심으로 열운동(熱運動)하는(흔들리는) 상태이다. 그런데 온도가 높아지면 분자의 열운동이 커지고 물질의 분자가 서로의 위치를 변경하면서 이동할 수 있도록 되어 고체상태로부터 액체상태로 변화한다. 즉 어떤 형태의 용기에 넣어도 그 형태에 따라 변경하게 된다. 다시 온도를 높이면 분자의 열운동은 더욱 커지고 분자는 마침내 분자간의 끌어당기는 힘을 뿌리치고 뿔뿔이 흩어진다. 이것이 기체의 상태이다.

열가소성 수지 분자도 같은 운동을 나타내려고 하지만 고분자이기 때문에 그 나타내는 것이 저분자화합물의 경우와는 다소 차이가 있다. 기다란 쇠사슬과 같이 연결된 고분자는 상온(常溫) 근처에서는 실로 꿰어 놓은 염주알을 가지런히 뭉친 것같이 되어 있어, 분자의 사슬은 서로 그 위치를 바꾸는 일이 없다. 즉 완전한 고체의 상태이다. 이러한 상태일 때는 외부에서 힘을 가해도 분자와 분자의 상호 위치는 변하지 않고 오히려 분자간의 간격을 좁히는 것같이 되므로, 마치 작은 고무공을 가득 넣은 상자를 위에서 누르는 때와 같이 원래대로 돌아가려는 저항을 나타낸다.

그런데 온도를 높여 가면 저분자의 경우와 같이 완전히 유동화(流動化)하지는 않으나, 열운동으로 사슬의 각부분이 크게 흔들리게 된다. 이러한 사슬의 부분에서는 서로 당기는 힘이 약해지며, 이러한 상태일 때 외부에서 힘을 가하면 사슬과 사슬의 상대적인 위치가 점차 벗어나서 끝내는 그 형태도 변형되어 간다. 힘을 제거하면 그대로의 형태로 멈춰 있어 저분자의 액체와 같이 형태를 허무러뜨리게 되는 일은 없다. 즉 반고체(半固體), 반액체(半液體)의 상태이다. 다시 온도를 올리면 끝내는 완전한 액체로 되어 흘러내리게 된다.

이와 같이 쇠사슬 모양의 고분자는 저분자화합물과 달라 온도의 조건에 따라 반고체·반액체의 상태를 취할 수 있다. 이러한 상태의 성질을 점탄성(粘彈性)이라고 한다. 이 성질이 있기 때문에 성형(成型) 중에는 분자 자체에 변화를 수반하지 않고 있다. 이 때문에 재차 가열하면 또 물렁물렁해지고 형태의 변화가 일어난다. 플라스틱제의 컵에 뜨거운 물을 넣든가 부주의하여 뜨거운 것에 닿으면 컵의 형태가 일그러지는 것은 이 때문이다.

열경화성 수지에 대한 열의 작용

熱硬化性樹脂－熱－作用

분자가 쇠사슬 모양으로 얽혀 있는 것에 대해, 그물 모양으로 얽혀진 고분자에는 열을 가해도 분자의 각부분의 운동은 활발하지만, 분자 자체는 움직일 수가 없고 분자의 흐름이 일어나지 않으므로 변형하지 않는다. 이러한 구조를 가진 고분자가 열경화성 수지이다. 이 수지는 성형 전에는 대개 분자량이 약간 작은 분자로 되어 있고, 더욱이 각 분자는 그 자신에 반응하는 기(基)를 갖고 있다. 성형할 때 열을 가하면 각 반응기(反應基)가 서로 결합하여 3차원적인 고분자를 만든다. 그러므로 일단 성형된 것은 다시 가열하여도 변형하지 않는다.

열가소성 수지

폴리에틸렌

polyethylene

폴리에틸렌은 가장 많이 사용되는 플라스틱이다. 원료가 되는 에틸렌은 미국과 같이 석유자원이 풍부한 나라에서는 석유가스로서 유전에서 대량으로 얻어진다. 그러나 석유자원이 부족한 나라에서는 석유를 증류하여 얻어지는 나프타유분(naphtha 溜分)을 석유화학공장에서 가열·분해하여 만든다. 이렇게 하여 만들어진 에틸렌은 공장의 파이프를 통하여 인접한 중합공장(重合工場)으로 보내어져 중합되어 폴리에틸렌으로 된다.

에틸렌은 탄소－탄소의 2중결합을 가진 분자로서 그 중합에서는 2중결합 중 하나가 벌어져 이웃한 에틸렌분자와 차례로 결합하여 감으로써 고중합(高重合)의 폴리에틸렌으로 된다. 공업적(工業的)으로 중합하는 방법에는 다음 3종류가 있다.

⑴ 고압법 ― 에틸렌을 150∼300℃, 1,000∼1,500 기압으로 가압하여 중합시킨다.

⑵ 중압법 ― 산화크롬 등의 촉매(觸媒)를 사용하여 200∼300℃, 수백 기압으로 가압하여 중합시킨다.

⑶ 저압법 ― 3염화티탄－트리에틸알루미늄 촉매를 사용하여 저온·저압으로 중합시킨다.

이러한 방법으로 만들어진 폴리에틸렌은 각각 성질도 다르고, 고압법 폴리에틸렌·중압법 폴리에틸렌 등으로 불리며 용도에 따라서 사용한다. 필름이나 부드러운 시트에는 고압법 폴리에틸렌이, 병이나 단단한 용기, 또는 주물류(鑄物類)에는 중·저압법 폴리에틸렌이 적용되고 있다. 저온·저압으로 중압시키는 저압법에서는 에틸렌의 분자가 질서 정연히 연결되므로 가지갈림이 거의 없는 것이 된다. 한편 고온·고압에서는 에틸렌분자의 열운동이 활발하여, 이미 만들어진 중합체(polymer)의 측면에도 에틸렌이 부가하여 가지갈림이 많은 폴리에틸렌이 되고 만다(에틸렌 1,000개의 사슬에 20여개의 가지가 있다). 중압법 에틸렌은 저압법 폴리에틸렌과 같이 거의 직쇄상분자(直鎖狀分子)로 되어 있다.

가지갈림과 폴리에틸렌의 성질

－polyethylene－性質폴리에틸렌은 제조법에 따라 가지갈림의 정도가 달라, 그 성질에도 커다란 차이가 생긴다(〔그림〕－5). 가지갈림이 많은 고압법 폴리에틸렌은 털실 뭉치처럼 얽히는 부분이 많고 사슬의 집결 방법도 느슨하여지므로 비중도 적다. 얽히는 부분이 많으므로 얇게 늘일 수 있고 필름 모양으로 가공하는 데에 적합하다.

가지갈림이 적은 중·저압법 폴리에틸렌은 분자의 사슬이 똑바로 깨끗하게 늘어서기 쉽고 결정화(結晶化)하기 쉬우며 섬유로 만들기에 적합하다. 그리고 때로는 1개의 분자가 마치 차곡차곡 겹쳐 있는 것같이 늘어서서 두께 약 100Å의 얇은 판상(板狀)의 결정으로 되는 일도 있다. 이러한 결정을 판상결정(板狀結晶)이라고 부른다. 또 이 판상결정이 여러 개 모여서 구정(球晶)이라는 결정을 만든다. 결정화하기 쉬운 중·저압법 폴리에틸렌을 필름으로 늘여나가면, 그 장력(張力)으로 분자의 사슬이 인장방향(引張方向)으로 가지런히 늘어서서 결정화한다. 이 때문에 필름은 단단해짐과 동시에 인장방향과 직각인 쪽으로는 갈라지기 힘드나, 인장방향 즉 분자의 사슬이 늘어선 방향으로는 쉽게 찢어진다. 이는 분자의 사슬이 늘어선 방향에서는 분자와 분자를 떼어놓는 방향으로 필름이 잘라지지만, 옆쪽에서는 분자의 사슬을 자르든가 길게 얽혀져 있는 분자를 잡아 뽑는 것 같이 하지 않으면 안 되기 때문이다. 그 때문에 대개 필름으로는 사용하기 불편하나 폭을 좁게 자른 것은 끈으로서 강한 것이 될 수 있다. 현재 포장용 끈으로 널리 사용되고 있는 것은 이러한 폴리에틸렌이다.

또한 과자 따위의 반투명 포장용 필름처럼 어떤 쪽으로는 쉽게 찢어지나 그것과 직각인 방향으로는 잘 찢어지지 않는 것이 있다. 이것도 이 원리를 이용한 중압법 폴리에틸렌 필름이다.

스트레스크래킹

stresscracking

폴리에틸렌판(板) 2장을 구부려서 알코올 또는 뜨거운 물속에 담가 놓는다. 한장은 고압법 폴리에틸렌, 한장은 저압법 폴리에틸렌을 사용한 것이다. 이와 같이 판에 변형을 가한 상태로 액 속에 놓아 두면, 저압법 폴리에틸렌으로 된 판은 면도칼로 자른 듯이 갈라지는 경우가 있다. 이 현상을 스트레스크래킹이라고 한다.

이 현상도 결장화하기 쉬운 폴리에틸렌일수록 많이 일어난다. 알코올이나 뜨거운 물속에서 구부러져 있는 동안에 분자의 늘어섬이 조금씩 달라져 결정부분과 비결정부분이 조금씩 갈라진다. 그리하여 결국 접혀진 부분에서 갑자기 분자끼리 떨어져 갈라지는 것이다. 폴리에틸렌 양동이의 허리에 커다란 균열이 생기는 것도 이러한 현상이다.

폴리프로필렌

polypropylene

폴리프로필렌은 폴리에틸렌과 같이 석유에서 얻어진 프로필렌을 지글러(Zigler)－나타(Natta) 촉매로 중합시킨 것으로, 저압법 폴리에틸렌과 같은 방법으로 만들어진다. 폴리프로필렌은 폴리에틸렌분자 사슬의 탄소에 하나씩 걸러 메틸기(methy基－CH3)가 붙은 것이며, 규칙적으로 짧은 가지가 달린 형태를 하고 있다.

폴리프로필렌 필름은 폴리에틸렌 필름보다 투명도가 높고 약간 경질이다. 또 성형용으로도 많이 사용되며 병 용기 등이 만들어진다. 비중은 0.92로서 현재 있는 플라스틱 중에 가장 가벼우며, 용해 온도도 135∼160℃로 높고, 그 응용범위도 넓다. 그러나 착색하기 힘든 것과 열이나 빛에 조금 약하다는 것이 결점이다.

폴리프로필렌의 종류

polypropylene－種類

폴리에틸렌은 가지갈림이 많을수록 부드러우므로, 폴리프로필렌도 폴리에틸렌보다 더 부드러운 수지가 되는 것은 아닌가 하고 생각하는 사람도 있을 것이다. 그러나 폴리프로필렌은 폴리에틸렌보다 오히려 단단하다. 그 이유를 생각해 보면, 지금 폴리프로필렌의 분자 하나를 잡아늘여 탄소－탄소의 연결면을 〔그림〕－6과 같이 입체적으로 나타내 보면, 각각의 탄소에 붙어 있는 수소 및 메틸기(基)의 가지를 뻗는 방법에 여러 가지 형태가 있는 것을 알게 된다.

먼저 하나 건너의 탄소에 붙어 있는 메틸기(基)가 모두 한 방향으로만 나와 있는 것, 즉 이소탁틱(isotactic, ①)과 하나씩 건너서 방향을 바꾸고 있는 신디오탁틱(syndyotactic, ②), 또 그러한 규칙성이 없이 무질서하게 나와 있는 아탁틱(atactic, ③) 등이 있다.

①·②와 같이 규칙적으로 가지를 붙인 분자사슬(分子鎖)에서는 가지갈림이 분자사슬(分子鎖)이면서도 의외로 깨끗하고 규칙적인 입체적 배치를 보이고 있다. 두 개의 분자사슬(分子鎖)이 완전히 회전하며, 더욱이 이웃한 분자 사슬(分子鎖)과 가지런히 결정화한다. 즉 이소탁틱한 사슬은 〔그림〕－9와 같이, 또한 신디오탁틱한 사슬은 〔그림〕－7과 같이 위에서 보면 8자를 그린 것같이 늘어선다. 이 때문에 폴리프로필렌은 결정화하기 쉽게 되고 폴리에틸렌보다도 단단한 고분자체(高分子體)가 된다. 이와 같이 사슬에서 규칙적인 가지갈림을 한 것을 입체규칙성 고분자라고 부른다.

폴리염화비닐(PVC)

poly vinyl chloride

비닐이라는 명칭으로 가장 오래 전부터 애용되어 오던 플라스틱이다. 현재는 시트·핸드백·말랑말랑한 인형 등의 부드러운 것에서부터 물받이·수도관 등 단단한 것에 이르기까지 여러 가지가 만들어지고 있다.

폴리염화비닐은 에틸렌분자의 수소 하나를 염소로 치환한 비닐클로라이드라고 하는 분자를 중합시킨 것이다. 비닐클로라이드를 만드는 데는 카바이드에 물을 반응시켜 얻어지는 아세틸렌에 염화수소를 부가하여 만드는 방법과, 석유에서 얻어지는 에틸렌에 염소가스를 반응시켜 그 수소원자 하나를 염소로 치환(置換)시켜 제조하는 방법 등이 있다. 이렇게 하여 얻은 비닐클로라이드는 －10℃ 전후에서 기화(氣化)하는 저비점(低沸點)의 액체이다. 이것을 중합시키는 데는 벤조일퍼옥시드 같은 촉매와 함께 미세한 분산상태로 가압(加壓)·교반(攪拌)·가열하여 중합시킨다. 이 방법을 현타중합(suspension polymerization)이라고 한다. 또한 특수한 염화비닐에는 유화제(乳化劑)를 넣어 비닐클로라이드를 유화시켜 거기에 촉매를 가하여 중합시키는 유화중합법(emulsion polymerization)도 있다. 이렇게 된 폴리염화비닐은 흰 분말상(粉末狀)의 덩어리로 얻어진다.

폴리염화비닐의 분자사슬(分子鎖)은 폴리에틸렌분자 사슬의 탄소 하나 건너에 염소가 붙은 구조를 하고 있다. 이 염소 원소가 커다란 원자이며, 또 전자를 끌어 붙여 두는 강한 원자이기 때문에 폴리염화비닐의 사슬은 자유로이 움직이기 어렵게 된다. 이 때문에 염화비닐은 단단하고 부서지기 쉬운 물질이다. 폴리염화비닐을 실제로 사용할 때는 이것과 잘 섞이는 기름, 예를 들면 DOP(dioctyl phtalate), TCP(tricrazyl phosphate)와 같은 화합물을 혼합하여 가소성을 높인다. 또한 분해를 방지하기 위하여 안정제(安定劑)나 충전제(充塡劑)를 섞는다. 특히 연질(軟質)의 폴리염화비닐 수지인 경우에는 DOP, TCP 등의 가소제를 염화비닐의 반량 정도 사용한다. 이를테면 염화비닐과 가소제와의 용액상태(溶液狀態)이다. 이와 같이 다량으로 가소제가 들어간 폴리비닐은, 온도가 높아지면 너무 무르게 되기 쉽고 저온에서는 단단해지는 결점이 있다. 수도관이나 물받이를 만드는 경질(硬質) 폴리염화비닐은 가소제의 양을 조금 사용하고, 충전제로 탄산칼슘 같은 각종 무기물질을 많이 섞은 것이다. 이와 같이 그 성질은 다소 결점이 있으나 투명한 점, 착색하기 쉬운 점,가공하기 쉬운 점, 잘 타지 않고 또 값이 싼 점 등으로 보아 뛰어난 합성수지이다.

캘린더 가공

calender 加工

폴리염화비닐을 필름이나 시트로 가공하는 방법으로는 대개가 캘린더(압착롤러)가공법이 쓰여지고 있다. 먼저 원료수지·가소제(可塑劑)·안정제(安定劑)·안료를 정한 비율에 따라 혼합기로 균일하게 혼합한 후, 혼련기(混練機)로 충분힌 가열혼합한다.

다음에 워밍 롤(warming roll)로 두번째 가열·혼합한다. 이것을 대상(帶狀)으로 하여서 캘린더 롤(calender roll)로 소정의 두께·너비로 압연(壓延)한다. 목적에 따라 광택내기, 무늬내기 등의 롤을 거쳐 냉각드럼으로 냉각한 후 절단기로 자르는데, 0.08㎜에서 1㎜까지 두께의 제품을 만들 수 있다.

폴리염화비닐은 압축성형품(壓縮成型品)으로도 널리 사용될 뿐 아니라 전선이나 케이블의 피복용으로도 용도가 넓다. 피복전선은 엑스트루더(extruder)라고 하는 압축기를 사용, 용해된 수지 속에 동선을 넣어 만든다(〔그림〕－11). 이것은 고무피복에 비하여 잘 타지 않을 뿐 아니라 내후성(耐候性), 내산성(耐酸性)에 뛰어나서 사용량(使用量)이 해마다 급격히 증가해 가고 있다.

결정성 염화비닐

結晶性 vinyl chloride

폴리염화비닐의 특수한 것으로 결정성의 것이 있다. 이것은 염화비닐을 저온으로 중합시킨 것으로서, 가지갈림도 적고 분자 자신이 늘어서기 쉽게 되어 있다. 이와 같은 성질의 수지는 아세톤－이황화타소 혼합용제(二黃化炭素混合溶劑)로 녹이고, 작은 구멍으로 압출(壓出)하여 용제를 건조시켜 방사(紡絲)할 수 있다. 이렇게 만들어진 실은 분자가 적당히 결정화되어 있어 실로서 적당한 인장강도(引張强度)를 가졌으며, 값이 퍽 싼 편이므로 어망(漁網)·커튼 용(curtain 用)으로 쓰인다.

버스 손잡이 등에 피복한 염화비닐 튜브는 결정화(結晶化)하기 쉬운 폴리염화비닐을 시트로 잡아늘인 상태에서 냉각시켜 만든 것이다. 이것을 파이프에 씌워서 뜨거운 물을 끼얹으면 폴리염화비닐은 연화(軟化)하여 깨끗이 정렬해 있던 분자사슬(分子鎖)이 온도에 따라 흩어져 분자쇄가 오그라져 수축하므로 파이프(pipe)에 밀착(密着)하게 되는 것이다.

폴리스티렌

polystyrene

폴리스티렌은 굴절률이 높고 광택이 있는 투명한 플라스틱으로서 성형성(成型性)도 좋다.

또한 산이나 알칼리에 대해서도 강하며 전기적 성질에도 뛰어나기 때문에 널리 사용되고 있는 대표적인 플라스틱이다. 주로 컵·접시 등 가정용품이나

텔레비전·라디오·조명기구(照明器具) 등 전기기구(電氣機具) 부품에 사용되고 있다.

스티렌의 중합법

styrene－重合法

폴리스티렌의 원료인 스티렌은 벤젠과 에틸레으로 합성된다. 이것을 중합시켜 폴리스티렌으로 하기에는 보통 촉매없이 괴상중합(塊狀重合)이라 불리는 방법으로 한다.

이 방법은 〔그림〕－12와 같은 장치를 사용하여 반응기(反應器) 속에서 80°∼90℃로 중합시켜, 약 20∼50% 중합한 상태에서 스크루 컨베이어에 옮겨져 여기서 다시 100∼120℃로 가열되고, 다음으로 휘발분(揮發分) 제거장치에 옮겨진다. 미반응의 스티렌은 여기서 제거되고 중합한 폴리스티렌이 가는 구멍에서 압출(押出)되어 나온다. 또 하나의 중요한 방법은 염화비닐 중합 때와 마찬가지의 서스펜션(suspension)중합이 있다. 이 방법으로 중합된 폴리스티렌은 구슬 모양으로 되기 때문에 이 방법을 펄중합(pearl polymerization)이라고 부른다.

폴리스티렌은 현재 개발된 수지 중에서 가장 성형하기 쉬운 수지로서 사출성형기(射出成型機)로 만들 수 있는 것은 거의 모든 제품이 생산되고 있다. 압출성형(壓出成型)으로는 대부분 시트로 성형되고 있다. 이 시트에서는 진공 성형이라는 방법으로 또한 여러 가지 것이 성형되고 있다.

이 방법은 〔그림〕－13과 같이 진공 성형기 위에서 시트(sheet：材料板)를 가열 연화시킨 후 갑자기 진공으로 흡수하여 형(型)을 밀착시키는 것이다.

폴리스티렌은 전술한 바와 같이 많은 장점이 있으나 부서지는 결점이 있다. 이 결점을 보충하기 위하여 강화(强化) 폴리스티렌이라 하여 각종 물질과의 공중합물(共重合物)로 만든다. 다음에 말하는 AS수지·ABS수지라는 것이 그것이다. 폴리스티렌의 중요한 용도로서 스티로폼이 있다. 폴리스티렌의 중합시에 이미 부탄이나 펜탄과 같은 저비점(低沸點)의 탄화수소를 녹여 넣어 두고, 그 속에 작은 액포(液泡)를 잡아 넣는다(발포비이즈). 이 발포비이즈를 금형(金型)에 넣어 가압·가열하여 100℃ 가까이 되었을 때 압력을 제거하면 폴리스티렌에 용해되어 있던 저비점 탄화수소가 일시에 기화하여 연화되어 있는 폴리스티렌을 발포시킨다.

이와 같이 하여서 만들어진 폴리스티렌의 폼(스티로폼)은 단열제(斷熱劑)·충전제(充塡劑)·내쇼크제(耐 shock 劑)로서 건축이나 포장용으로 널리 쓰여지고 있다. 또한 이 발포비이즈를 압출성형기로 필름 모양으로 압출하여 롤러로 감은 것을 스티렌페이퍼라고 하여서 종이의 대용이 되는 외에 1회용 식기 따위로 가공하여 대량으로 사용되고 있다.

폴리아크릴산메틸·폴리메타크릴산메틸

polyacrylic acid methyl·Polymethcrylic acid methyl

폴리아크릴산메틸은 아크릴 수지 중의 대표이며, 폴리에틸렌 분자사슬(poly ethylene分子鎖)의 하나씩 있는 탄소에 에스테르기(基)가 붙은 것이다. 또 폴리메타크릴산메틸은 탄소 원자에 붙은 수소원자가 또다시 메틸기로 바뀌어 있는 구조를 하고 있다.

폴리아크릴산메틸은 페인트·래커·합성고무로 쓰이는 외에, 염화비닐·스티렌 등과 공중합(共重合)하여 성형재료로 쓰이고 있다. 한편 폴리메타크릴산메틸은 메타크릴수지의 대표적인 예로 단단하고 투명할 뿐만 아니라 가볍다는 이점이 있다. 유기(有機)유리로서 헬리콥터 등의 방풍유리에 쓰인다. 또 최근에는 상점 등의 투명문이나 자동차의 안전유리의 중간막으로도 이용되고 있다.

일반적인 사출성형품으로 선풍기의 날개, 조명기구의 커버 등에 쓰이고 있다. 특수한 용도로서 투명성이 좋고 가볍기 때문에 콘택트렌즈로서 이용된다. 곤충이나 물고기의 표본을 봉입한 투명한 플라스틱 장식품도 이 플라스틱을 이용한 것이다. 그런데 이 유기유리를 강하게 문지르면 향긋한 냄새가 나는 일이 있는데, 이것은 문지를 때의 마찰열로 폴리메타크릴산에틸이 분해돼 원래의 모노머(monomer)인 메타크릴산메틸이 기화하기 때문이다.

측쇄의 성질과 플라스틱의 성질

( 側鎖－性質－plastics－性質)    지금까지 열가소성(熱可塑性) 플라스틱에 대해 말하였다. 이것들은 모두 탄소－탄소의 이중결합을 가진 화합물로서, 거기에 메틸기(基)·염소·페닐기(基)·에스테르기(基) 등이 붙은 것을 열이나 촉매로 그 2중결합을 열고 여러 개를 연결시킨 것이다. 또한 플라스틱이 가진 성질의 차이도 탄소에 붙는 원자단(原子團)에 의한 것이다. 탄소에 붙은 원자단에 의해 플라스틱의 성질이 변화하는 이유를 살펴보자. 탄소－탄소결합은 〔그림〕－15에 표시하는 바와 같이 결합의 방향을 자유롭게 360°회전할 수 있는데 이것을 마이크로 브라운운동이라 한다. 온도를 높여 가면 분자 전체가 움직이기(액상으로 되기) 이전에 이 운동이 일어나기 시작한다. 이 운동을 하기 시작하는 온도는 물질의 성질을 나타내는 중요한 요소이다. 그래서 액상(液狀)으로 되는 온도인 제1차 전이점(轉移點)과 구별하여 제2차 전이점(유리 전이점)이라고 불린다. 여러 가지 플라스틱에 대하여 제2차 전이점의 온도를 〔표〕－1에 표시한다. 이 표에서 알 수 있듯이 가지갈림이 많은 폴리에틸렌의 사슬은 －60℃에 이미 흔들리고 있는데, 페닐기(基)를 갖는 폴리스티렌은 80℃의 온도에서도 진동하지 않는다. 그러므로 상온(常溫)에서도 단단하게 느껴진다. 또한 사슬에 붙은 원자단은 화학적 성질·전기적 성질에 커다란 영향을 준다. 예를 들면 수소만 붙어 있는 폴리에틸렌이나 메틸기(基)가 붙은 폴리프로필렌은 전기적으로 중성(中性)이기 때문에 염색제가 흡착할 여지가 없고 염색성이 나쁘다. 염화비닐·폴리스티렌·메타크릴수지는 극성(極性)의 큰 원자단을 갖기 때문에, 염색제의 분자와 결합하기 쉽고 좋은 착색성을 나타낸다.
 

〔표〕-1  여러 가지 플라스틱의 제2차 전이점
종     류	제2차 전이점	측     쇄
폴리에틸렌	-125℃	-H
폴리프로필렌	-20℃(아탁틱)	-CH3
	-10℃(아이소탁틱)	-CH3
폴리스티렌	100℃
폴리염화비닐	81℃	-CI
폴리초산비닐	28℃	-OCOCH3
폴리아크릴로니트릴	105℃	-CN
폴리아크릴산메틸	6℃	－CO2CH3

플루오르수지

fluorine 樹脂

탄소에 붙는 원자단에는 앞에서 말한 것 외에도 여러 가지가 있다. 폴리에틸렌의 수소 대신에 플루오르(fluorine)가 붙은 것이 플루오르수지이며, 이 수지의 특징은 탄소－플루오르의 결합 쪽이 탄소－수소의 결합보다도 열적(熱的)으로 안정하기 때문에 내열성이 있다는 것이다.

또한 C－H결합이 없으므로 보통 유기물과는 친화력(親和力)이 없으며 프라이팬이나 냄비 따위에 칠하면 계란지짐이나 과자 등이 눌어붙지 않는 점에도 이용된다.

그 밖의 열가소성 수지

폴리아세탈수지

polyacetal 樹脂

이 수지는 포름알데히드의 탄소－산소의 카르보닐(carbomyl)기가 벌여져 다수의 분자가 결합하여 사슬모양으로 결합된 것이다. 이 분자사슬(分子鎖)은 탄소－산소의 에테르결합으로 되는 것이다. 탄소－탄소의 결합이 그 결합축(結合軸)을 중심으로 회전하는 경우에는 120°마다 에너지적인 저항이 있으나 탄소－산소결합에서는 자유로이 회전하기 쉽다. 그러므로 주사슬(主鎖)에 에테르결합이 있으면 분자사슬은 대체로 운동하기 쉽게 된다. 예를 들면 폴리에틸렌옥시드도 폴리아세탈수지와 같이 탄소－산소의 에테르결합으로 이어진 사슬 모양의 고분자이고, 탄소－산소 결합으로 되는 것이므로 일반적으로 부드러운 고무 모양의 물질이다. 이것들은 아직 충분히 실용화되었다고는 말할 수 없으나 특색이 있는 플라스틱이다. 폴리아세탈수지의 경우, 분자의 단위구조가 극히 간단하기 때문에 사슬이 서로 중첩되어 결정(結晶)을 만든다. 그 때문에 한층 더 단단하고도 강한 수지가 되며, 이 성질을 이용하여 경금속을 대신하는 재료로 사용되고 있다.

폴리카르보네이트수지

polycarbonate 樹脂

단단하고 투명한 플라스틱으로, 라이터의 가스홀더 등에 사용된다. 이것도 탄소－산소의 결합을 주사슬(主鎖)로 가진 일종의 폴리에테르수지로서, 페닐기(基)와 에테르결합이 뒤섞여 이루어졌다. 이와 같은 구조를 갖기 때문에 결정하기 힘들고, 전체가 균일한 구조로 되어 있어 내충격성(耐衝擊性)이 뛰어나기 때문에 가스라이터나 떨어뜨려도 깨지지 않는 우유병뿐만 아니라, 철이나 알루미늄을 대신한 기계부품으로 많이 사용되고 있다.

공중합물

공중합

copolymerization

고분자화합물을 만드는 경우, 1종류의 모노머(monomer：단량체)만을 결합하여 여러 가지 성질의 물건을 만들기는 힘들다. 그러나 2종류 이상의 모노머를 여러 가지 비율로 조합시켜서 양쪽의 좋은 성질을 전부 갖춘 것, 또는 어느 쪽이든 한쪽의 결점을 없앤 것을 만들 수가 있다.

공중합이란 이와 같이 2종류 이상의 모노머를 동시에 반응시켜 중합시키는 것으로, 이루어진 고분자사슬은 2종류 이상의 모노머가 섞여서 결합되어 있다. 공중합 중에서 가장 잘 알려진 것은 합성고무의 스티렌－부타디엔공중합물, 아크릴로니트릴－부타디엔공중합물 등이다. 플라스틱에도 다음과 같은 몇 개의 공중합물이 있다.

염화비닐－염화비닐리덴공중합물

vinylchloride－vinyli-dene chloride 共重合物

염화비닐리덴으로 된 중합물로서 염화비닐리덴 80%, 염화비닐 20%의 것이 많다. 연화온도가 높고 가소제와의 상용성(相溶性)이 나쁜 염화비닐리덴에 염화비닐을 가해 연화온도·가소성을 높인 것이다. 물이 스며들지 않고 마찰에도 강해서 방충망·텐트 등에 적합하다. 식료품 등의 포장용으로도 쓰인다.

ABS 수지

ABS 樹脂

폴리스티렌은 투명하고 단단하지만 부서지기 쉬운 결점이 있다. 이 결점을 보충하기 위해 아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌 등 셋을 공중합한 것이 만들어지고 있다. 각각의 머리글자를 따서 ABS 수지라고 부른다. 이 셋의 공중합에 의해 스티렌은 결점이 개량되어 스티렌의 단단함과 투명성을 갖고 그 위에 부타디엔·아크릴로니트릴의 부드러움을 가진, 퍽 내충격성(耐衝擊性)이 좋은 플라스틱이 된다. 이는 자동차의 꼬리등(tail light)·식기류·공사용 헬멧 등에 쓰인다. 이 밖에 스티렌의 공중합물에는 스티렌의 내충격성을 개량한 스티렌－부타디엔 수지(SBR)나 스티렌－아크릴로니트릴 수지(AS 樹脂) 등이 있다.

내부가소화 염화비닐

內部可塑化 vinylchloride

폴리염화비닐은 전술한 바와 같이 그 자신은 단단한 수지로서, 실제 사용하는 경우에는 다량의 가소제를 가해서 사용해야 한다. 그러므로 여러 가지 불편한 점이 적지 않다. 이 점을 개량하기 위해 염화비닐과 여러 가지 저분자화합물(低分子化合物)을 공중합시켜, 스스로 충분히 부드러운 플라스틱을 만들게 하고 있다. 이러한 염화비닐의 공중화합물을, 가소성을 가하지 않고 가고성이 있는 염화비닐이란 뜻에서 내부가소화 염화비닐(內部可塑化鹽化 vinyl)이라고 한다. 염화비닐－초산비닐, 염화비닐－에틸렌, 염화비닐－프로필렌의 공중합물이 그 예이다. 아직 충분히 제품화되었다고는 할 수 없으나 이들 내부가소화 염화비닐은 앞으로의 개발이 기대되고 있다.

이러한 공중합으로 염화비닐의 단단함이나 부서지기 쉬운 상태가 부드럽게 되는 이유는 첫째 이종분자(異種分子)가 들어감으로 인해 결정화하기 힘들게 될 때가 있는 까닭이며, 또한 염화비닐의 클로라이드기(基)에 방해되어 마이크로 브라운운동을 할 수 없었던 것이, 염화비닐－에틸렌 공중합체와 같이 에틸렌 부분에서 자유로이 움직이게 됨으로써, 제2차 전이점(轉移點)이 내려가기 때문이다.

공중합의 각종 분자배열

共重合－各種分子配列

공중합물(共重合物)은 분자의 배열방식에 따라 다음 2가지 형식으로 나눌 수 있다(〔그림〕－16).

⑴ A·B 2종류의 분자가 매우 무질서하게 배열된 것(random copolymer).

⑵ 2종류의 분자가 AAAAA…A, BBBBB…B같이 제법 길게 결합된 것(block copolymer).

⑴의 배열방식의 고분자로는 A·B 각각이 단독으로 된 고분자와는 전혀 다른 성질의 고분자로 되는 경우가 많다. 한편 ⑵에서는 양쪽의 성질을 함께 가진 고분자가 되는 경향이 많다.

공중합물의 또 하나의 형으로 그래프트 공중합(graft copolymerization)이라 불리는 종류가 있다. 이것은 애당초 하나의 고분자를 만들어 주고, 그것에 다른 종류의 저분자화합물을 넣어 촉매·방사선 등으로 중합시킨다. 이와 같은 방법으로 중합시킨 공중합물은 측쇄(側鎖)만이 다른 종류의 화합물로 변화한 고분자가 된다. 이 방법에는 섬유의 표면에만 다른 고분자를 결합시켜 그 표면의 성질을 바꾼다는 응용방법이 있다. 또한 고분자의 성질을 개량하기 위해 2종류 이상의 고분자를 기계적으로 섞는 방법도 행하여지며, 특히 고무공업에서 널리 사용되고 있다. 이것을 폴리머블렌드라고 한다.

열경화성 수지

열경화성 수지

熱硬化性樹脂

성형재료·적층재(積層材)·도료·접착제 등 넓은 범위에 사용되고 있는 것에, 열경화성 수지라고 불리는 플라스틱이 있다. 페놀수지·요소수지·멜라민 수지라고 하는 것이 그것으로서, 식기·전화기·전기부품·프린트합판 등의 일용품에도 많이 쓰이고 있다.

이들 플라스틱은 열가소성 수지와는 달리 망상(網狀)으로 펼쳐진 3차원적 분자구조를 가지고 있으며, 그 때문에 열변형(熱變型)하지 않는 장점을 가지고 있다.

열경화성 수지의 축합반응

熱硬化性樹脂－縮合反應페놀과 포르말린(포름알데히드)을 비커에 넣어서 잘 섞으면서 10% 정도의 수산화나트륨수용액(水酸化 sodium 水溶液)을 가하고 가열(加熱)하면, 액은 다갈색으로 되고 차차 점도(粘度)를 더해 간다. 또 염산과 같은 산(酸)을 가하면 액은 담황색인 채 변하지 않으나, 점점 백색의 수지상물질(樹脂狀物質)이 분리되어 간다. 이것은 페놀과 포르말린이 산 또는 알칼리에 의해 서로 축합(縮合)하여 가기 때문이다. 에틸렌이나 비닐화합물의 중합이 몹시 빠르게 진행하는 데 반하여, 페놀이나 포르말린의 중합은 분자가 하나씩 반응하므로 너무 큰 고분자는 얻어지지 않는다. 이와 같이 요소－포름알데히드나 멜라민－포름알데히드 등도 축합반응(縮合反應)으로 고분자화한다.

대개 이 종류의 플라스틱은 중합의 정도가 낮은 경우, 상온 근처에서 외부의 힘에 따라 쉽게 변형하여 플라스틱한 성질을 나타내지만, 고온으로 하면 그 자신이 다시 반응하여 3차원적으로 망목구조(網目構造)를 만들고 다시 변형하지 않는다. 그러므로 이런 플라스틱을 열경화성 수지라고 한다. 열경화성 수지는 폴리염화비닐이나 폴리스티렌과 달라서 고온에서도 변형하지 않아 고온에 쓰이는 식기나 전기부품에는 안성맞춤이다.

페놀－포름알데히드수지

phenol－formaldehyde 樹脂 일반적으로 페놀수지라고 불린다. 가장 역사가 오랜 플라스틱으로, 발명자 베이클랜드(L. H. Baekeland, 1863∼1944)의 이름을 딴 베이클라이트(Bakelite)가 있다. 이 플라스틱은 산(酸) 또는 알칼리에 의해 축합반응(縮合反應)이 진행된다.

레졸

resole

알칼리성에서의 축합(縮合)은 페놀에 비하여 포름알데히드의 부가(附加)가 빠르고, 생긴 메틸올기(methylol基)·기타 페놀분자가 결합하는 반응이 늦다. 그러므로 페놀분자에 포름알데히드가 많이(3분자까지) 결합한 형태로 되기 쉬우며, 가열하면 3차원적인 망목구조(網目構造)를 한 플라스틱으로 된다. 그러므로 알칼리성으로 만든 페놀수지(resole)는 그대로 알코올에 녹여 도료·접착제로 사용하며, 종이나 천에 침투시켜 여러 겹 겹친 후 가압·가열하여 경화시켜서 적층판(積層板)으로 만든다.

노볼락

novolac

산성(酸性)의 촉매(觸媒)로는 페놀에 포름알데히드가 부가(附加)하는 속도보다 메틸올기가 다른 페놀과 축합(縮合)하는 반응쪽이 빠르기 때문에 비교적 사슬모양의 분자로 변하기 쉽다. 이것을 노볼락이라고 부른다. 노볼락은 레졸과 달라 그 자신이 경화할 수 없고, 헥사메틸렌디아민 등의 가교제(架橋劑)를 가하여 가열하면 단시간 내에 망상(網狀)의 고분자를 만들며 경화한다. 그러므로 이 플라스틱은 가교제나 충전제를 넣은 성형용(成型用) 혼합물로 하여 금형(金型) 속에 넣고 가열·가압하여 여러 가지 성형품을 만든다(〔그림〕－18).

페놀수지는 원래 황갈색이어서 아름답게 착색하기 힘들고 용도가 한정되지만, 강도가 크고 내수성(耐水性)·내후성(耐候性)에도 뛰어나며, 또 전기절연성도 좋기 때문에 전기부품에 쓰인다. 또 페놀수지에 카보런덤(carborundum)·알런덤(Alundum) 등을 섞어 성형·소형(燒成)하여 경화한 것은 숫돌로 쓰인다.

요소－포름알데히드수지

尿素 formaldehyde 樹脂

우레아수지라고도 부른다. 요소와 포름알데히드를 반응시켜 농축 또는 건조한 플라스틱이다. 여기에 충전제(充塡劑)로서 DP펄프분말을 20∼40% 혼합하고, 그 밖에 안료·경화제(가교제) 등을 넣어 성형재(成型材)로 사용한다. 요소수지는 색채가 아름답고 여러 가지로 착색되고 내알칼리성도 좋으며 잘타지 않으므로 전화기·병마개 등에 폭넓게 사용된다. 그러나 기계적 강도나 내수성에는 페놀수지보다는 떨어진다.

요소－포름알데히드축합물(縮合物)은 접착제에도 쓰인다. 경화제로는 약 1% 정도의 염화암모늄이 사용된다. 그 밖에 이 플라스틱의 초기 축합물을 메탄올로 처리하여, 메틸화(化)메틸올 요소로서 레이온(rayon：인조섬유)이나 목면직물(木綿織物) 등의 방축(防縮)·주름방지에 사용된다.

멜라민－포름알데히드수지

melamine formaldehyde 樹脂멜라민과 포름알데히드를 반응시킨 플라스틱으로서, 요소수지와 마찬가지로 DP펄프분말을 첨가하여 아름다운 성형제(成型劑)로 만든다. 멜라민수지는 외관이 아름답고 경도(硬度)·내열성이 뛰어나며, 또한 내약품성(耐藥品性)·전기적 특성도 좋으나 값이 비싸다는 결점이 있다. 그러므로 멜라민수지는 성형제보다는 도료·화장판(化裝板)·섬유가공용 등으로 많이 쓰인다. 도료로 하는 데는 축합(縮合)할 때 부탄올을 넣어, 부탄올화 멜라민수지(butanol 化 melamine 樹脂)로 하여, 페놀수지·요소수지를 섞어서 사용한다. 밀착성도 좋고 철이나 알루미늄에 구워 붙인 것은 튼튼한 막을 만든다. 또한 가정의 식탁 등에 흔히 쓰이는 화장판은 무늬를 인쇄한 종이에 저중합도(低重合度)의 멜라민수지를 함침(含浸)시킨 것이다. 표면이 아름답고 내열성·내마모성이 뛰어나며 내후성(耐候性)·내수성도 좋아 퍽 유용하다.

불포화 폴리에스테르수지

不飽和 polyester 樹脂

에스테르 결합으로 고분자화한 플라스틱으로는 선상구조(線狀構造)의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(테트론) 같은 섬유로 쓰이는 것과 망상(網狀)으로 이어진 알키드수지와 같이 도료로서 사용되는 것이 있다. 그러나 여기서 말하는 불포화에스테르는 불포화결합을 가진 디카르본산(酸)을 원료로 한 것으로서, 고분자의 사슬에 이중결합을 가져 성형 또는 페인팅 후에는 다른 비닐모노머로 다리를 걸쳐 3차원화시킬 수가 있는 것이다. 에폭시수지 등과 같이 글라스섬유로 강화시킨 여러 가지 강화플라스틱으로 사용된다.

에폭시수지

epoxi 樹脂

에폭시기(基)가 아민기(基)나 무수(無水) 카르본산(酸)과 반응하기 쉬운 것을 이용하여 고분자화시킨 것으로서, 그 대표적인 것으로는 비스페놀 A와 에피클로로히드린의 선상축합물(線狀縮合物)이 있다. 이것은 위와 같은 모노머에 유기(有機)아민과 같은 경화제를 작용시켜 성상화합물 사이에 가교를 만들어 고분자화한 것이다. 에폭시수지는 기계적인 강도·내수성·전기적 특성 등이 뛰어나지만, 그 밖에 경화할 때 줄지 않는 것과 접착성이 매우 크다는 점에서 주형품(注型品)이나 적층판(積層板)으로, 또한 접착제로 쓰이고 있다.

폴리우레탄수지

polyurethane 樹脂

열경화성 수지는 아니나 같은 3차원구조를 가진 플라스틱이다. 이소시아네이트기(－N＝C＝O)는 쉽게 수산기(－OH)와 결합한다(우레탄결합). 이 반응을 이용하여 디이소시아네이트에 수산기 둘을 가진 분자를 반응시키면 선상고분자(線狀高分子)가 된다. 이 고분자가 폴리우레탄수지이다.

일반적으로는 디이소시아네이트로서 톨루엔디이소시아네이트를, 수산기를 가진 분자(폴리올)로서 폴리에테르나 폴리에스테르를 사용한다. 폴리에테르를 사용하면 부드럽게 되고, 폴리에스테르를 사용하면 딱딱한 플라스틱이 된다.

또한 폴리올로서 수산기를 셋 이상 가진 분자를 사용하여 만들어진 폴라우레탄은 3차원적으로 결합한 것이 된다. 이와 같은 구조의 폴리우레탄수지는 열에 대하여도 변형하지 않으며, 성형할 때는 디이소시아네이트의 반응이 빠르기 때문에 대개 주조(鑄造)의 방식이 이용되며, 톱니바퀴나 파이프 등이 만들어지고 있다.