1. 폴리에틸렌(polyethylene, PE)-LDPE, LLDPE, HDPE
폴리에틸렌은 5대 범용수지들(LDPE, HDPE, PP, PS, PVC) 중 대표적인 것으로 고분자 중에서 가장 간단한 구조를 갖고 있습니다.
폴리에틸렌의 제조에는 에틸렌 가스의 중합에 의해 중합 조건의 차이에 따라 성질이 다른 성질의 재료가 얻어지며, 대표적으로는 결정화도가 높고(~95%) 단단한 성질을 가진 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 및 분지(graft)가 있고 그 길이가 짧고 길어짐에 따라 결정성이 낮은 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)과 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 등이 있습니다. LLDPE의 결정화도는 50~55%이고 LDPE의 결정화도는 45~55%입니다. 또한, 생성된 폴리에틸렌의 분자량에 따라서 그 성질이 다르게 나타나서 분자량이 높아지면 일반적으로 기계적 성질이 개선되고 용융 점도가 높아집니다. 유리전이 온도는 HDPE는 약 -20℃, LDPE는 약 -60℃입니다. 폴리에틸렌은 전형적인 무극성 고분자이며 분자 사이의 힘이 약해 비교적 부드러운 성질을 나타냅니다. 특히 저밀도 폴리에틸렌은 성형재료로 가장 널리 사용되고 있는 재료로서 신장되기 쉽고, 고주파 전기 절연성이 우수하며, 뛰어난 화학적 특성을 가지며, 성형이 용이하고 저렴해 가장 많이 활용되고 있습니다.
고밀도 폴리에틸렌은 저밀도 폴리에틸렌의 연한 성질과 낮은 내열성(용융점:130~140℃)을 보완한 경질의 재료로서 용기 및 병류 등의 강도를 필요로 하는 성형품의 제조에 사용됩니다. 한편, 분자량이 100만 이상인 초고분자량 폴리에틸렌은 다른 물리적 특성을 나타내어 충격 강도, 특히 저온 충격 강도와 내마모성 및 스트레스 크랙킹 특성 등이 매우 우수하여 분체 수송용구 등의 라이닝을 비롯해 토목 공사용 장비에 사용되는 삽날 부분의 라이닝 등에 사용됩니다. 저밀도 폴리에틸렌은 시트(sheet) 형 필름, 식품 포장재 등에 많이 사용되고 있습니다.
2. 폴리프로필렌(polypropylene, PP)
폴리프로필렌은 폴리에틸렌의 에틸렌 단위에 메틸기가 측쇄로 결합되어 있는 형태의 고분자로 폴리에틸렌에 비해 경질인 재료입니다. 또한 측쇄인 메틸기가 결합되어 있는 장소의 규칙성에 따라 규칙성이 있는 아이소택틱(isotactic), 규칙성이 없는 어택틱(atactic) 및 교호로 규칙성이 있는 신디오택틱(syndiotactic) 구조의 폴리프로필렌으로 나누며, 그에 따른 성질도 매우 달라집니다.
아이소택틱 구조의 폴리프로필렌은 결정성이 높으며 강직한 성질을 갖지만, 어택틱 구조의 폴리프로필렌은 비정성적으로 밀도가 낮고 기계적 강도가 약하지만 연성이 좋아서 시트(sheet) 필름 등으로 성형되어 사용되고 있습니다. 일반적으로 딱딱한 파이프, 병, 식기, 가정용품, 자동차 부품 등의 제품으로 사용되는 것은 주로 아이소택틱 구조로 된 것입니다. 폴리프로필렌은 폴리에틸렌(PE) 보다 내열성 및 기계적 성질이 우수합니다.
폴리프로필렌의 가장 대표적인 특징으로는 밀도가 0.90g/㎤으로서 고분자 재료들 중 가장 경량의 재료로 평가되고 있으며 유리 전이온도는 -4~40℃입니다. 그리고 고주파 절연성이 뛰어나 이러한 장점을 살려 절연부품, 패킹(packing) 재료로 사용되고 있으며, 비의류용의 섬유로서 넓은 범위로 사용되고 있습니다.
3. 폴리스티렌(polystyrene, PS)
폴리스티렌은 비결정성 고분자로 용융 유동하기 쉽고 열안정성 및 성형성이 좋아서 사출성형에 많이 사용되는 대표적인 수지입니다.
한편, 물리적 특성은 유리전이 온도가 95℃로 높아 상온에서 단단하고 충격에 의해 파손되기 쉬우며, 낮은 비정성으로 인해 광투과율이 88%로 투명성이 좋습니다. 또한 전기 절연성이 양호하며, 특히 고주파 절연성이 우수하여 고주파 재료로 많이 사용됩니다. 내약품성은 약하여 많은 유기용제에 용해되기 쉬우며 자외선에 의한 열화가 일어나기도 하지만, 방사선에 대해서는 우수한 저항성을 가지고 있습니다.
범용수지로서 저렴하고 우수한 성형성과 성형 재현성을 갖고 있어서 많은 일회용품들이 폴리스티렌을 이용해 만들어지며 전기, 전자제품의 외부 구조물, 부품의 지지체 등에 사용되고 있습니다. 그리고 폴리스티렌에는 GPPS(general purpose PS)와 HIPS(high impact PS)가 있습니다. GPPS는 스티렌을 단독 중합한 폴리스티렌을 말하며, HIPS는 SBR과 같은 고무를 블랜딩 하거나 그래프팅(grafting)하여 내충격성을 개선한 스티렌입니다.
4. 폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC)
염화비닐 수지는 폴리에틸린과 함께 가장 대량으로 널리 사용되고 있는 수지로서 그 자체로는 경질이지만 가소제의 첨가에 의해 연질 PVC(flexible polyvinyl chloride)로도 되며, 그 성질이 매우 다양하게 나타납니다. PVC의 가장 중요한 성질은 빛이나 열에 대한 안정성 및 내수성이 우수한 점입니다.
일반적으로 결정성은 낮지만 극성기인 할로겐 원소를 함유하기 때문에 분자 간 일녁이 비교정 강하여 용융점이 212℃로 높으며, 밀도는 1.31~1.45g/㎤이므로 고분자 재료 중에서 매우 높은 편입니다. 유리전이 온도가 87℃이므로 상온에서 단단한 성질을 나타내며 경질 PVC(rigid polyvinyl chloride)는 파이프, 플랜지류, 경질 필름, 시트, 패널 등의 용도로 널리 사용되고 있습니다. 이러한 경질의 염화비닐 수지에 가소제를 첨가하면 연질의 제품이 만들어져서 호스, 포장용 시트, 전선 피복 및 기타 일반적인 용도의 비닐류 등에 쓰이고 있습니다.
5. 폴리아크릴레이트(polyacrylate)
아크릴계 수지에는 메타크릴산 에스테르계 또는 아크릴산 에스테르계의 중합체가 있으며, 이 중에서 수지 재료로써는 폴리메틸 메타 아크릴레이트(polymethylmethacrylate, PMMA)가 가장 실용성이 높습니다.
이 수지는 비정성 고분자 물질이지만 아크릴산 에스테르의 비교적 약한 극성기를 가지고 있기 때문에 점성이 강한 성질을 가지고 있으며, 투과성이 95% 정도로 아주 우수하고 유리전이 온도는 105℃입니다. 수지로서 각종 렌즈, 필터 및 항공기의 방풍유리 등에 사용되고 있으며, 또한 염색과 착색이 자유로워 미술적으로 많이 응용되고 있습니다. 그리고 내후성이 우수해 수년간 옥외에 방치하여도 변색되지 않으며, 보통의 무기 유리 재료에 비해 자외선 투과율은 확연히 큽니다. 하지만 범용 수지로서는 다소 가격이 높기 때문에 상대적으로 제한적으로 사용되고 있습니다.
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