플라스틱넷

		우리 생활과 플라스틱
		[플라스틱사이언스] 기사입력 2011-10-17 11:39:17

1. 유기 고분자와 문명

「생명, 그것은 단백질의 존재 양식이다」라는 말이 있었다. 「유기 고분자의…」라면 이것도 맞는 말이다.

유전자 구성요소의 핵산은 인산 폴리에스테르(polyester)이며, 체내 전세포에 있어서 단백질 합성의 설계도이다. 또한, 그 단백질은 폴리아미드(polyamide ; 선상 고분자라서 섬유로 본다면 나일론2)이며, 에너지 저장을 하는 당류는 폴리에테르이고 전부 고분자이다. 또한 의식주도 고분자를 빼놓고 볼 수 없다.

우리의 입으로 들어가는 것은, 유기고분자로 이루어진 타종 생명체이다. 인간은 종속 영양 생명체이므로 무기물로부터 단백질을 만들 수 없고, 칼로리원도 만들 수 없다. 다시 말해서, 단순한 화합물로 섭취해야만 하는 무기물은 물과 염화 나트륨 뿐이다.

「의복」도 유기 고분자에 전면적으로 의존하고 있다. 모피, 양모, 생사, 마, 목면으로부터, 레이온을 거쳐 합성 섬유에 달하고 있다.

「주(住)」도 유기고분자에 의존하는 부분이 크다. 목조건축은 일본 문명의 가장 기본적, 전형적인 발상법이다. 목재에만 의존하여 주거를 만들고, 원칙적으로 토벽(土壁)을 쓰지 않는다. 태정관제(太政官制) 속에 목공은 있었지만, 벽칠을 하는 직공은 없었다. 벽칠하는 직공이 궁중으로 들어가 일하기 위해서는, 그 때마다 「미장공」이라고 임시로 주어지게 되어 있었다. 이때부터 직업명이 나와 잇다.

우리 생활 속에서, 재료적 측면에서 유기 고분자의 역할은 매우 컸다. 그러나 그것을 직접 합성하는 것은 금세기가 될 때까지 할 수 없었다. 유기 고분자는 바로 「오래되고 새로운」존재이다.

1926년 경, Staudinger의 「고분자가 존재한다」고 하는 사고방식이 겨우 수용되었다. 조성의 화학 분석치가 같은 것이 당사의 고분자 부정론의 근거였다.

1941년에는, 나일론이 공업 생산되기 시작하였다.

1960년, MIT에Material Science라는 이름의 학과가 탄생하였다. 합성된 유기 고분자가 재료로서 겨우 인지된 것이었다.

2. 유기 고분자 화합물이란

「화학물질의 심사 및 제조 등의 규제에 관한 법률」이라는 것이 있다. 통칭은 「화심법(化審法)」이다. 「제조 등」의 「등」은 「수입」을 가리키고 있다.

화합물질 중 고분자 취급은 불명확하지만, 1987년3월31일 통산성은 「유기 고분자 화합물이고, 이하의 요건을 모두 만족시키는 것은, 제1종 및 제2종 특정 화학물질에 해당하지 않는다」고 하는 통달을 발표하였다. 이 형태에 정의가 내려졌다. 다음을 수개한다. 또, n은 시험 샘플수 이다.

(1) 에폭시 수지의 정의

수평균 분자량1,000이상

분자량 분포를 가진다

분자량1,000 미만의 성분 함유가1% 이하

용해도, 융점 등이 명료하지 않다

(2) 안정성

빛, 열, Ph의 변화에 의한 중량변화가 없다.

·pH : 4.0, 7.0, 9.0 ; 40℃, 2주간

·pH : 1.2 ; 40℃, 24시간

·농도: 102~104mg/L, 각n=2

·측정: 중량, 1R, GPC

(3) 용해성

a) 물, 지용성 용매, 범용 용매에 불용이고 또한, 특정한 구조 특성(가교구조, 결정성 등)을 가지거나 또는, 산·알칼리에 불용

b) 물, 지용성 용매, 범용 용매에 대한 용해성을 확인한 것으로서 생체내에 대한 고축적성을 시사하는 지견이 없다.

·물

·n-옥타놀, n-헵탄, 톨루엔

·1,2-디클로로에탄, i-프로파놀THF, MIBK, DMF

·200mg/L, 2,000mg/L, 25℃, 24시간 각n=2 측정: 중량

(4) 중금속을 포함하지 않아 만성독성의 우려가 없다

이것은 안전성 견지로부터의 정의에 불과하지만, 결국은 우리가 안심하고 쓸 수 있는 고분자 화합물은 어떤 것인가에 관해서 말하는 것으로서 과연 관청은 상식 정리에 뛰어나다.

분자량1,000이라는 것은, 생체막을 통과하지 않는다는 선을 가리키고 있다.

3. 유기 고분자 속의 플라스틱

플라스틱이라는 말은, 형용사로서 “가소성(可塑性)”인데 일래스틱(elastic ; “탄성의”)에 대응하는 것이다. 외력의 흔적을 남기는 것이 플라스틱이고, 남지 않는 것이 엘라스토머(elastomer), 후자의 전형적인 예에는 고무가 있다. 역학적으로는 고체에 관한 개념이지만 광범위하게는 외력으로 형을 정하면 플라스틱이라고 한다.

천연 유기고분자 중에서 옻나무류는, 굳어지면 다시 플라스틱이 되지 않는다. 수지류는 원래 방치해서 굳히거나, 고체에 열을 가하여 형을 정하는 타입이다.

인공 고분자에는 열가소형(熱可塑型)과 열경화형의2가지가 있다. 현재는 가열한 결과, 플라스틱으로서 기능하는 전자가 주류이고, 열경화형이면서 대표명을 가지고 있는 것은FRP이다.

전자와 같이 열만으로 가공을 자유롭게 할 수 있는 것으로는 금속 주물 기술의 응용이 가능했었다. 더구나, 그 열은 금속의 경우와 현격한 차이가 나기 쉽다. 따라서, 대단히 많은 서술어가 금속가공 세계에서 통용되고 있다.

가열로 성형되는 인공 고분자는 합성 섬유의 세계에서도 주역이다. 전 세계의 전체섬유 생산량3,600만톤 중에서1,500만톤이 합성섬유이며, 일본의 합섬 약140만톤은 국내 전체섬유의60%에 가깝다. 의료용 섬유는 원래 유기 고분자에 국한하지만, 유기 고분자 섬유는 의료용도에 국한하는 것이 아니라, 산업용으로도 크게 전개하고 있다.

플라스틱에는 보통 섬유가 포함되지 않는다. 2차원의 필름과3차원의 성형물을 가리킨다.

「고무·플라스틱」이라고 병기하여, 섬유 이외의 유기 고분자 제조 가공업을 망라한다. 플라스틱에 대하여, 소재로부터의 어감으로 「합성 수지」라고 하는 말도 있다. 생략해서 「수지」라고 해도 거의 오해받지 않는다. 천연수지는 잊어버려도 될 것이다.

고무는 일래스티(elastic)이라는 것이고, 플라스틱 세계와 달리 천연 고무가 버젓한 주축이 되어 이것을 흉내 낸 「합성 천연고무」라는 관념이 성립하고 있다.

또, 최근에는 열을 가하면 플라스틱으로 가공할 수 있고, 냉각하면 일래스틱(elastic)이라고 하는 인공 고분자도 있다. 플라스틱 업계에서는 열가소성 엘라스토머, TPE (thermoplastic elastomer)라고 하고 고무업계에서는TR (thermoplastic rubber) 이라고 한다.

4. 신소재로서의 플라스틱

유기 고분자의 세계는 넓이와 깊이가 극히 넓다. 무기화합물의 세계가 취급하는 원소의 종류가 많고, 또한 원소의 대다수는 금속으로서 합금이라는 조합의 자유도가 있지만, 유기 화합물에는 분자 레벨의 다채로움이 존재한다.

플라스틱은 앞서 말한 대로 인류가 비교적 최근 개발한 신소재이지만 「신소재」에는 소위 범용 플라스틱이나 합성 섬유와 공통된 고분자는 포함시키지 않는 것이 일반적이다. 그러나 그와는 달리 「신소재」라고 하여 더욱 새로운 플라스틱이 연이어 등장하고 있다.

단, 이번에는 최근의 수퍼 엔지니어링 플라스틱 등을 너무 많이 다루지는 않았다.

이것은 연구자가 아닌 평범한 「우리」에게 플라스틱을 해설한다.