폴리염화비닐

폴리염화비닐

PVC소재 튜브

폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC)은 열가소성 플라스틱의 하나로 염화비닐수지라고도 한다. 강하고, 색을 내기 쉽고, 단단하거나 유연하고, 잘 마모되지 않는다. 열에는 약하다. 인조 가죽·레코드판·포장재·파이프·전기절연체·바닥재에 사용한다. 비닐이라는 명칭으로 가장 오래 전부터 애용되어온 플라스틱이다. 시트·핸드백·말랑말랑한 인형 등의 부드러운 것에서부터 물받이·수도관 등 단단한 것에 이르기까지 여러 가지가 만들어지고 있다.

개요

폴리염화비닐은 염화비닐의 단독중합체 및 염화비닐을 50% 이상 함유한 혼성중합체(混成重合體)를 일컫는다. 결정성이 낮고, 가공 시 접착이 어려운 특징이 있다. 연질 제품으로서 포장용·농업용 등의 시트나 필름에 사용되고, 경질 제품에서는 압출성형에 의한 수도관의 제조에 쓰인다.

단독중합체라도 분자량에 따라 성질이 달라진다. 중합은 과산화물과 아조산계(azo 酸系) 촉매를 써서 이루어지는데, 빛·α선의 조사(照射)로도 중합된다. 중합방식은 에멀션화 중합법과 서스펜션 중합법의 두 가지가 있으며, 물 속에 염화비닐을 분산시켜서 중합열을 분산시킨다. 반응조건에 따라 성질이 다른 각종 중합도의 것이 생긴다.

중합체는 결정성이 현저하게 낮아서 빛·열로 인해 분해하여 노란색 또는 갈색으로 착색되며, 기체적 성질이 열화(劣化)한다. 이 때문에 일반적으로 안정제를 배합한다. 실온에서 모든 산·알칼리·산화제에 안정하고, 아세톤·알코올·벤젠에도 녹지 않기 때문에 가공시의 접착이 어렵다. 테트라하이드로퓨란·사이클로헥사논 등에는 녹는다. 폴리염화비닐은 단독으로 비교적 단단하고 잘 부서지나, 프탈산다이옥틸과 같은 가소제를 첨가하면 탄성을 갖는다.

최고 사용온도는 60℃이고, 최저 사용온도는 내한성 가소제를 가해도 －20℃에서 연화된다. 염화비닐은 스타이렌·아세트산비닐·아크릴산메틸·염화비닐리덴 등과 혼성중합하며, 혼합중성체는 단독중합체보다 가공온도가 낮아 유연성이 있는데, 최근에는 단독중합체의 품질이 향상되고, 가공기술도 발달했기 때문에 특수용도 외에는 비교적 사용되지 않는다.

제조

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°C 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 현탁중합(spension polymerization)이라고 한다. 또한 특수한 염화비닐에는 유화제(乳化劑)를 넣어 비닐클로라이드를 유화시켜 거기에 촉매를 가하여 중합시키는 유화중합법(emlsion polymerization)도 있다. 이렇게 된 폴리염화비닐은 흰 분말상(粉末狀)의 덩어리로 얻어진다.

성질과 장단점

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(dioxy 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.

위험성

PVC는 평소에는 무척 안정적이지만 폐처리로 소각 시 독성가스와 환경 호르몬이 대량으로 발생하므로 반드시 분리수거를 해야하는 품목 중 하나다. 이름부터가 염화비닐이라서 염소가 대량으로 들어있으며, 소각 시 다이옥신으로 대표되는 염소계열 화학물질이 발생한다.

또 연질 PVC에 첨가되는 가소제에서도 환경 호르몬이 발생하기 때문에 직접적으로 식품이나 피부에 닿는 것은 피해야 한다. 미국이나 유럽 등지에서는 일찍이 이러한 가소제의 위험성 때문에 안전기준을 마련했지만 한국은 21세기 들어서야 본격적인 규제를 시작했고 따라서 이전까진 연질 PVC를 이용해 만든 바닥장판이나 전기장판, 비닐봉지 등이 광범위하게 사용되어왔기 때문에 무분별하게 노출되었을 가능성이 크다.

플라스틱에 회의적인 환경운동가들에게서도 특히 질 나쁜 플라스틱으로 평가받는 것이 PVC라고 한다. 폴리프로필렌 등과 같이 비교적 안전한 플라스틱과 다르게 PVC는 생산, 사용과정이나 폐기과정이나 엄청나게 유독물질이 많이 나오기 때문이다.

참고자료

• 〈폴리염화비닐〉, 《나무위키》
• 〈폴리염화 비닐〉, 《위키백과》
• 〈폴리염화비닐〉, 《두산백과》

같이 보기

• 플라스틱
• 염화비닐
• 폴리에틸렌
• 폴리프로필렌

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