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플라스틱
플라스틱(plastic)은 쉽게 원하는 모양으로 가공할 수 있다는 의미의 그리스어 플라스티코스(plastikos)에서 유래했으며, 열과 압력을 가해 성형할 수 있는 고분자화합물이다. 많은 종류가 있으며, 열을 가해서 재가공이 가능한지에 따라서 열가소성수지와 열경화성수지로 나눌 수 있다.
대부분의 플라스틱은 100℃ 이상으로 가열될 때 녹거나 분해된다. 합성수지(合成樹脂)라고 한다.
상세
석유에서 추출되는 원료를 결합하여 만든 고분자 화합물의 일종이다. 인류의 역사를 석기시대, 청동기시대, 철기시대로 구분한다면 현대는 플라스틱시대라 할 수 있다. 사실 플라스틱 없이는 현대 문명이 만들어낸 혁신적인 제품들을 제조할 수 없다. 예를 들면 수십 나노미터 크기의 패턴 해상도를 가지는 반도체 소자, 얇고 화려한 색감의 LCD와 유기EL 디스플레이, 고성능 2차전지, 초극세사와 기능성 섬유, 자동차 내장재 등은 플라스틱이 개발되지 않았다면 볼 수 없었을 제품이다. 20세기를 주도한 기술 중 하나인 플라스틱의 합성과 진화는 오늘도 계속된다.
어원은 주조를 뜻하는 그리스어 πλαστικός이다.
대부분의 플라스틱 이름 앞에 붙는 "poly-"는 중합체(polymer)라는 뜻이다. 플라스틱은 그 종류가 매우 다양하다.
일상 생활에서 말하는 플라스틱이라면, 보통은 폴리에틸렌, 어쩌다 폴리프로필렌 정도라 보면 된다. 하지만 저 두 가지도 결국 플라스틱의 하위 부류일 뿐, 결합 또는 제조방식(배합율, 결정방법과 시간 등..)에 따라 종류는 몇백만 가지가 넘으며, 그 성질 또한 다르다.
천연수지인 고무, 송진, 옻나무 진(漆), 캐슈 등 통칭 레진(resin)을 흉내내어 합성해 만든 물질이라, 합성수지(合成樹脂)라고 부르기도 한다. 레진이라 하면 합성수지, 천연수지를 모두 일컫는 말이지만, 현재는 합성수지가 천연수지에 비해 압도적으로 많이 쓰이고 있다. 때문에 합성수지를 부르는 말이 된다.
유색석일람표 72번에 플라스틱이 기재되어 있는데, 플라스틱이 보석이여서 있는 게 아니고 보석을 감별하려면 플라스틱의 성질을 알아야 하기 때문에 있는 것이다. 애초에 플라스틱 같은 인조 물질은 광물이 아니다.
내산성이 가장 뛰어난 물질이다. 강철도 손쉽게 녹여버리기로 유명한 3대 강산에 속하는 염산, 황산, 질산에는 절대 녹지 않고 금마저도 녹이는 왕수와 유리까지 녹이는 불산에도 끄떡없다. 심지어는 마법산이나 카보레인산, 플루오린안티몬산 같은 초강산도 견디는 물질은 오직 플라스틱만이 유일하다.
강산뿐만 아니라 강염기에도 매우 강하다. 수산화나트륨은 유리를 녹이는 반면 플라스틱은 수산화나트륨에도 견딜 수 있다.
강산에는 매우 강하지만 허무하게도 유기용매에는 너무나도 취약한 물질이다. 플라스틱은 아세톤이나 시너등의 유기용매에 취약해서 매우 잘 녹아버린다.
상당한 내산성과는 달리 내열성은 매우 나빠서 불에 극단적으로 취약한 물질이기도 하다. 플라스틱이 견디는 온도는 암만 높아도 250℃에 불과하다. 불에 취약한 소재 중 하나인 목재만 해도 400℃까지는 견디며 특히 불에 매우 강한 소재인 강철은 1,500℃까지 견딘다. 목재는 그나마 질량과 크기가 무식하게 크다면 의외로 불에 강한데 플라스틱은 그런 거 없다. 목재와 달리 플라스틱은 질량이나 크기에 상관없이 불을 만나면 맥을 못추고 녹아내리거나 불타버릴 뿐이다.
내구성은 확실히 목재와 유리보단 뛰어나다. 도끼나 망치 등의 공구류의 나무 자루는 내구성이 약해 부러지기 쉬울 뿐더러 썩기도 쉬워서 요즘에 만들어지는 도끼나 망치는 자루가 플라스틱 재질인 경우가 많다. 플라스틱 자루는 목재와 달리 잘 썩지 않고 내구성도 목재보단 좋아서 잘 부러지지도 않는다. 또한 백열등과 형광등은 유리라서 깨지기 쉽지만 LED는 플라스틱이라서 잘 깨지지 않는다. 하지만 플라스틱은 금속류보다는 내구성이 훨씬 떨어지는데 그 무르다는 알루미늄만 해도 플라스틱보다는 내구성이 좋고 강철의 내구성은 넘사벽이다.
간혹 안전이라는 이유로 철이나 알루미늄, 특히 유리를 대체하기도 한다. 당장 야구장만 가도 유리병이나 캔 음료는 반입을 금지하고 페트병만을 허용한다는 걸 알 수 있고 소년원에서는 식기도구가 일반 학교와는 달리 스테인리스강이 아닌 플라스틱이다. 비행기 역시 플라스틱 식기도구가 제공되고 유치원이나 어린이집은 창문이 유리 대신 플라스틱 재질인 경우도 있다. 코스프레 분야에서도 찾아볼 수 있는데, 서울 코믹월드에서 제 아무리 날이 없고 뭉뚝한 가검이라 할지라도 스테인리스강이나 알루미늄 재질의 가검은 흉기로 쓸 수 있기에 이같은 가검은 반입을 제한하고 그 대신 플라스틱 재질의 가검만 반입을 허용한다. 자동차 역시 금속재질의 캥거루 범퍼는 보행자를 중상 또는 사망을 일으켜서 승인, 검사절차가 필요하나 플라스틱 재질의 전투범퍼는 2019년부터 승인, 검사절차를 받지 않아도 된다.
특히 기존의 나무와 철로 시공했던 창문을 2000년대부터 창틀과 창문 새시의 경우 단열과 소음 등의 문제로 플라스틱 등의 합성수지 소재로 시공한다.
아이러니하게도 환경을 보호하면서도 환경을 파괴하는 물질이기도 한다. 플라스틱이 없었던 예전에는 코끼리 상아를 노려서 코끼리를 학살하는 밀렵꾼들이 들끓었다. 그래서 코끼리가 순식간에 멸종 위기가 되었는데 플라스틱이 개발되어서 코끼리 상아를 대체하면서 밀렵할 필요가 없어져서 코끼리가 다행히도 멸종 위기로부터 탈출했다. 또한 플라스틱이 목재를 대체하면서 벌목이 감소해 산림 파괴 역시 감소했다. 하지만 현대에 들어서는 플라스틱의 잘 썩지 않는다는 성질과 불에 태우면 유해 물질이 나온다는 성질 때문에 오히려 환경 파괴를 유발하는데, 특히 고래나 바다거북 등의 해양 생물이 플라스틱 쓰레기를 먹고 죽는 게 이제는 일상이 되었을 정도이다.
역사
- 상아 당구공 대체품 찾다가 발명한 플라스틱
플라스틱의 역사는 독일인 크리스티안 쇤바인(Christian Friedrich Schönbein, 1799~1868)으로부터 출발한다. 그는 스위스 바젤대학 교수로 재직하던 1846년 즈음, 폭발성이 강하고 탄성이 큰 질산섬유소(니트로셀룰로오스) 합성에 성공한다. 이어 1862년 영국의 알렉산더 파크스(Alexander Parkes, 1813~1890)가 질산섬유소를 가지고 실험을 했다. 질산섬유소를 에테르와 알코올에 용해시킨 뒤 틀에 넣어 건조시키면 원하는 모양대로 만들 수 있었다. 그는 이 물질에 파크신이란 이름을 붙였다. 파크신은 단단했고, 탄성도 있어 성형하기 쉬웠다. 그러나 건조하면 줄어드는 결점이 있었다.
최초의 플라스틱은 당구공의 재료로써 비싸고 귀했던 아프리카 코끼리의 상아를 대체할 물질을 찾으려는 노력에서 얻어졌다. 미국의 존 하이엇(John. W. Hyatt 1837~1920)은 질산섬유소를 잘 용해시킬 수 있는 물질을 찾으려 노력했다. 그러던 어느 날, 피부약으로 쓰이는 캠퍼팅크를 질산섬유소에 넣었더니 질산섬유소가 녹기 시작했다. 캠퍼팅크란 장뇌를 알코올에 녹인 의약품으로, 그 가운데 장뇌가 질산섬유소를 녹인 것이다.
1869년 최초의 천연수지 플라스틱 셀룰로이드는 이렇게 만들어졌다. 이 새로운 물질은 열을 가하면 어떠한 모양으로도 만들 수 있었고, 열이 식으면 상아처럼 단단하고 탄력 있는 물질이 됐다. 그러나 셀룰로이드는 깨지기 쉬워 당구공 재료로는 적합지 않았다. 대신 틀니, 단추, 만년필 등의 용도로 사용됐다.
- 베이클라이트, 최초의 합성수지 플라스틱
합성수지를 원료로 한 최초의 플라스틱은 1907년 벨기에 태생의 미국인 리오 베이클랜드(Leo Hendrik Baekeland, 1863~1944)가 발명한 베이클라이트다. 전기화학회사를 운영하던 베이클랜드는 기존에 사용하던 절연체를 대체할 새로운 물질을 연구하던 중에 독일의 화학자 아돌프 폰 바이어(Johann Friedrich Wilhelm Adolf von Baeyer, 1835~1917)가 1872년에 썼던, 페놀과 포름알데히드를 반응시키면 나뭇진 같은 것이 생긴다는 논문을 찾아냈다.
그는 이 사실에 착안해 페놀과 포름알데히드를 이용해 베이클라이트를 만들었다. 베이클라이트는 천연원료를 사용하지 않고 만들어진 최초의 합성수지로, 단단하고 절연성이 있으며 부식되지 않았다. 또한 여러 가지 첨가물을 넣고 가공하면 다양한 특성의 복합재료가 만들어졌다. 열과 압력으로 성형한 뒤에는 다시 열을 가해도 물러지지 않는 열경화성 수지였고, 값싸고 내구성도 뛰어났다. 이런 특성 때문에 베이클라이트는 각종 전자제품에 널리 쓰이기 시작했다. 미국 정부는 제2차 세계대전 중 구리가 부족해지자 베이클라이트로 1센트 동전을 만드는 것까지 고려할 정도였다.
1922년에는 플라스틱이 서로 연결된 수천 개의 분자사슬, 즉 고분자로 이루어졌다는 사실이 밝혀졌다. 이를 밝혀낸 사람은 독일의 화학자 헤르만 슈타우딩거(Hermann Staudinger, 1881~1965)로, 고분자화학에 대한 공로를 인정받아 1953년 노벨화학상을 받았다. 그의 발견 이후 플라스틱은 다양한 형태로 개발되기 시작했다.
참고자료
같이 보기
