​일상을 점령하고 있는 플라스틱.
가볍고 강한 엔지니어링 플라스틱, 금속 소재를 대체한다.

아침에 일어나 샤워를 한 후 새로 산 티셔츠를 꺼내 입는다.
냉장고 속 밀폐 용기에 담긴 과일을 먹고 마스크를 챙겨 출근길에 나선다.
교통카드를 태그하고 지하철에 올랐더니, 운 좋게도 오늘은 한자리가 비어 있네요.

파란색 시트의 쿠션감이 좋다. 이어폰에서 흘러나오는 음악 소리에 콧노래가 절로 나네요. 회사 앞 카페에서 산 아이스 아메리카노를 마시며 업무를 시작한다.

오늘따라 컴퓨터 키보드 소리도 경쾌하게 들리고, 펜 글씨도 더 잘 써지는 것 같다.계속되는 회의에 바쁜 오후, 저 멀리서 드론이 나는 모습을 보며 잠시 휴식을 가진다. 

퇴근길, 편의점에 들러 생수와 도시락을 샀다. 저녁을 먹는 동안 로봇청소기가 집안 구석구석을 청소하고 있네요. TV에서 나오는 드라마를 보며 오늘 하루를 마무리한다. [1]

이렇듯 일상 생활용품은 물론 자동차, 가전, 의료용품, 심지어 지금 입고 있는 옷, 신발까지…우리 생활 속 거의 모든 곳에 다양한 형태의 플라스틱이 사용된다. 가볍고, 단단하고, 다양하게 사용할 수 있는 플라스틱의 장점 덕에 생활과 산업 전반에 걸쳐 인류의 문명은 더욱 발전할 수 있었다. 우리 생활 속에서 플라스틱을 완전히 빼놓고 살기란 쉽지 않다. ‘플라스틱 시대’라 할 수 있죠.

​일상을 점령하고 있는 플라스틱 필름 [2]

흔히 1.5-300 μm 두께를 지닌 피막을 필름이라 부른다.

​▶폭발성을 지닌 영화필름

1846년경 몇몇 과학자들이 셀룰로오스를 질산-황산 혼합물과 반응시켜 니트로셀룰로오스(nitrocellulose)를 만들었는데, 이로부터 필름이 만들어졌다. 특히 장뇌(camphor)를 가소제로 사용하면 유연성이 큰 필름을 제조할 수 있었다. 이 필름은 1933년까지 X선촬영과 1957년까지 영화필름에 사용되었다. 필름의 대량생산은 미국의 이스트먼 코닥(Eastman Kodak)이 1889년부터 시작했다.

​이전부터 면을 질산화시켜 면(綿)화약을 만들어 사용하고 있었으니, 화약필름을 만들어 판매한 셈입니다. 때문에 니트로셀룰로오스 필름은 영화 상영 중 영사기 과열로 발화되어 화재의 원인이 될 위험성을 항상 안고 있었습니다. 실제로 1926년 아일랜드의 한 극장 화재는 48명의 인명을 앗아갔고, 1929년 스코틀랜드의 한 극장에서도 69명의 어린이가 목숨을 잃었습니다. 그 후 셀룰로오스 아세테이트 필름으로 대체했으나 수명이 짧은 단점 때문에 1990년대에 들어서는 페트(PET, polyethylene terephthalate) 필름이 이들을 대신하게 되었습니다.

▶셀로판 플라스틱 필름

일상에서 가장 쉽게 접하는 필름이 바로 셀로판 필름으로 담배나 사탕을 포장하는 필름이 그 대표적 예다. 셀로판은 셀룰로오스를 가공해서 만들기 때문에 흔히 재생 셀룰로오스 제품이라 한다. 합성 플라스틱과 달리 100% 생분해성 친환경 제품으로 환영받고 있으며, 앞서 말한 니트로셀룰로오스로 코팅하면 수분투과력을 낮아짐에 따라 응용성이 커진다.

​▶경질PVC와 연질PVC

폴리염화비닐(PVC, polyvinyl chloride)은 가소제를 포함하고 있지 않은 경질PVC와 가소제가 포함된 연질PVC로 나뉜다. 경질PVC는 내유성이 크고, 산과 알칼리에 잘 견딘다. 기체 차단성이 높아 산소(공기)가 잘 투과되지 않아서 식품의 산패방지에 사용된다. 그러나 가공할 때 열안전성을 높이기 위해 사용하는 열안정제의 독성여부에 주의해야 한다. 이에 비해 연질PVC는 부드럽고 투명성이 우수하다. 여기에 여러 가지 첨가물을 넣어 인조가죽용 필름을 만들기도 한다. 이 때 사용하는 가소제와 첨가제들의 유해성에 조심해야 한다.

​▶플라스틱 랩

미국 다우(Dow)의 식품포장용 랩인 Saran Wrap이 생각날 정도로 이 제품은 많이 사용되었다. 초기에는 많이 쓰인 폴리비닐리덴 클로라이드(PVDC, polyvinylidene chloride)는 기체투과율이 매우 낮아 음식 냄새가 퍼지는 것을 막을 수 있고, 동시에 공기 출입을 막아 산화부패를 지연시킬 수 있다.

이 외에도 연질PVC, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE, low density polyethylene) 등이 랩으로 많이 사용되는데 이들은 PVDC에 비해 달라붙는 특성이 약해 분자량이 낮은 폴리아이소부틸렌(PIB, polyisobutylene), EVA수지(ethylene vinyl acetate) 등을 첨가한다.

​▶투과방지용 필름

박물관의 전시상자들은 전시물 보존 및 보호를 위해 공기와 수분 등의 출입을 막는 적층구조의 특수필름으로 내부피복을 한다. 필요에 따라 전시상자 공기를 질소로 대체하면 전시품에 있는 곤충류나 호기성 미생물을 절멸시키는 효과도 얻을 수 있다. 재질이 다른 고분자로 적층구조를 만들기도 하며, 알루미늄 등 금속막으로 적층구조를 만들기도 한다. 금속박막 대신 PVDC, 불화비닐수지(PVF, polyvinyl fluoride) 등이 유사 목적으로 폴리에틸렌(PE, polyethylene) 필름층 사이에 사용된다.

▶기타 플라스틱 필름

통조림 캔 내부는 매우 얇게 코팅되어 있는데, 이것이 바로 플라스틱 필름 코팅이다. 흔히 캔 내부에 내용물을 넣고 봉한 후에는 가열 멸균소독을 한다. 코팅은 꽤 고온에도 견딜 수 있어야 하므로 내열성이 우수한 폴리이미드(PI, polyimide)를 사용한다. 진공포장용으로는 PVDC 이외에 나일론이라고 부르는 폴리아미드 섬유(polyamide), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate) 등이 탁월하다.

통조림 내부의 플라스틱 필름 코팅은 고온을 견딜 수 있는 폴리이미드(PI)를 사용한다.

▶특수 플라스틱 필름

식탁보, 비옷, 우산, 각종 테이프, 놀이기구, 버블, 인조가죽, 포장, 쇼핑백, 자루, 랩, 각종 코팅지 등이 쉽게 눈에 띕니다. 최근 옥수수와 같은 냉동식품이 들어있는 작은 플라스틱 주머니를 직접 끓는 물에 넣어 조리하는 레토르트 파우치(retort pouch)가 자주 눈에 뛴다. 폴리프로필렌(PP, polypropylene)과 PET가 이 용도로 중요한다. 이 밖에도 쓰임새에 따라 폴리스티렌(PS, polystyrene), 폴리에틸렌 이오노머(polyethylene ionomer), 폴리우레탄(polyurethane) 필름이나 박막 코팅이 널리 쓰인다. 또 소비자들의 친환경 제품에 대한 선호도가 커짐에 따라 광분해성, 생분해성 고분자 포장지 및 필름의 개발도 활발하다.

​플라스틱 병 [3]

플라스틱 병이 시판되기 시작한 것은 1947년이지만 초기에는 가격이 비싸서 사용하기를 꺼렸다. 1960년대 후에 고밀도 폴리에틸렌이 대량으로 생산되기 시작하면서 사정은 달라졌죠. 물론 플라스틱병과 용기들이 대량으로 소비되면서 여러 가지 사회적∙환경적 문제가 발생했지만 플라스틱 병의 사용량은 계속해서 늘어나고 있다.

​▶고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density PolyEthylene)

플라스틱병 제조에 가장 많이 쓰인다. 가격이 싸고 잘 깨지지 않으며 수분의 출입이 원활하지 않다. 산∙알칼리 용액을 저장하기에 적당하지만, 유기용매에는 약하다. 미국 FDA가 식품용도에 적합하다는 판정을 내리기도 했다. 색깔은 약간 뿌옇고 저온에서도 사용가능하지만 70℃ 이상에서는 사용할 수 없다.

스퀴즈병(squeeze bottle, 눌러 짜내는 병)을 만드는 데는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이 사용된다. HDPE병은 상대적으로 단단해 스퀴즈병 용도로는 적절치 않다. 우리가 자주 보는 1리터 또는 1갤런짜리 플라스틱 우유통 또한 HDPE로 만든다.

▶폴리프로필렌(PP, PolyPropylene)

PP는 입이 넓은 큰 병, 단지 등을 제조하는데 사용하며, 수분투과력이 매우 낮다. 100℃ 정도에도 잘 견뎌 물에 끓여 소독이 가능한 장점이 있다. 화약약품에 잘 견디지만 낮은 온도에서는 폴리에틸렌(PE, Polyethylene)병들에 비해 쉽게 깨지는 단점이 있다. 식품과 접촉되고, 단단한 치약 뚜껑, 병 뚜껑 등의 재질로 PP를 많이 사용한다.

▶페트병(PET, PolyEthylene Terephthalate)

생수, 과일주스, 탄산음료를 담는 플라스틱병도 흔히 PET를 쓰고 있다. PET는 알코올과 기름의 투과되지 않고, 내충격성과 신장강도가 크고, 최고 사용온도는 90℃ 정도입니다. PET병의 원료 고분자는 폴리에스테르(polyester) 섬유와 기본적으로 동일하다.

주변에서 가장 흔하게 볼 수 있는 페트병이죠 C-:

▶폴리염화비닐(PVC, PolyVinyl Chloride)

투명하고 기름에 잘 견디며 산소투과력이 매우 낮다. 또 잘 깨지지 않는다. 그러나 유기용매에 의해서는 부식된다. 샐러드유, 식초를 담는 용도에 적합하고 샴푸나 기타 화장품 용기로도 종종 쓰인다. 70℃가 되면 용기가 변형되기 때문에 높은 온도에서는 사용할 수 없다. 가공할 때 사용하는 첨가제의 독성여부가 논란이 되기도 한다.

​▶폴리스티렌(PS, PolyStyrene)

투명도가 우수하며 단단하다. 하지만 유기용매에 약하고, 기체 투과성이 큰 단점이 있습니다. 비타민, 양념 등 건조한 제품의 용기로 사용되지만, 내충격성은 좋지 않다. 발포시켜 단열용기로 많이 쓰인다.

​▶폴리카보네이트(PC, PolyCarbonate)

비스페놀A(BPA, bisphenol A)와 포스겐(phosgene)이라는 화합물로부터 합성하는데, BPA가 환경호르몬이라는 논란이 그치지 않고 있다. 특히 유아용 플라스틱 우유병으로 많이 사용되어 왔기 때문에 더욱 안정성에 이목이 집중되고 있다. 투명하고 끓는 물로 소독이 가능하며, 충격에 강하여 유리 대용으로 많이 쓰인다.

​▶플라스틱병의 재사용

재생이 가능한 플라스틱 병은 용기 바닥이나 상표표지 위에 화살표로 된 삼각꼴 그림을 있다. 그 삼각꼴 속에는 PE, PP, PET 등 고분자재료의 약자가 쓰여있거나 1, 2, 3 등의 숫자가 적혀있을 것입니다. 이는 전세계가 공동으로 사용하고 있는 표시법이다. 동종의 플라스틱을 수거해 재사용 및 재가공을 쉽게 하도록 표기를 한다. 숫자 1은 PET(때때로 PETE로 표시한다) 2는 HDPE, 3은 V(PVC), 4는 LDPE, 5는 PP, 6은 PS, 7은 기타를 뜻한다.

다양한 플라스틱 제품들

​▶ 일회용 물티슈, ‘플라스틱’이라고요 ?

하루에 몇 장씩 사용하는 생활 필수품이 되어버린 물티슈. 부드러운 소재에 이름까지 티슈가 들어가 있어, 화장지와 유사한 소재라고 생각하기 쉽다. 경기도에서 2021년 실시한 ‘물티슈 사용실태 및 인식’ 조사에 따르면, 물티슈의 원재료가 무엇인지 물어보는 질문에 ‘잘 모르겠다’고 응답한 비율은 무려 44% 정도였다.

​우리가 꼭 알아야할 사실! 대부분의 물티슈에는 플라스틱 재료인 ‘폴리에스테르’가 활용되고 있다. 폴리에스테르는 재활용이 어려울 뿐만 아니라, 매립 시 썩어서 사라지기까지 200년 이상이 소요된다. 한 번 사용하고 버리는 물티슈가 플라스틱이라니! 가급적 사용하지 않는 것이 환경을 위해 가장 좋겠죠?

​▶씹고 뱉는 플라스틱, 껌

달콤한 향기와 쫄깃한 식감으로 즐겨 씹는 껌. 바닥에 아무렇게나 뱉어진 껌들을 보면 절로 인상이 찌푸려지죠.

초창기 껌은 나무에서 추출한 천연 고무인 치클을 베이스로 사용했지만, 껌의 소비가 증가하며 저렴한 플라스틱 합성수지 원료인 폴리바이닐아세테이트(PVA)로 대체되었다. 다행히 소량이라 인체에 해가 되지는 않지만, 환경에는 피해를 끼칠 수 있다.

▶스티로폼

스티로폼(Styrofoam)은 상품명이다. 원래 이름은 발포 폴리스타이렌(EPS, Expanded PolyStyrene).

PolyStyrene 수지를 팽창시켜 제작한다. 약 98%가 공기로 구성되어 있고 갇혀 있는 공기층이 열 차단 성능을 발휘하여 단열 성능을 발휘한다. 매우 가볍고 단열성이 좋아 단열재, 포장 박스, 완충재로 사용한다.

▶파이프, 호스

▶전선 피복

▶각종 주방용품, 욕실용품

▶생활용품

엔지니어링 플라스틱 (EP, Engineering Plastics) [6]

​EP는 금속을 대체할 수 있는 고성능 플라스틱으로, 강도와 탄성, 내열성이 큰 플라스틱이다. 내충격성, 내마모성, 내한성, 내약품성, 전기절연성이 뛰어나 생활용품과 전기전자제품, 그리고 항공기 및 자동차 구조재로 사용된다. 1958년 미국 듀폰사가 폴리아세탈(POM) 호모 폴리머를 ‘금속에 도전하는 플라스틱’으로 개발하기 시작했다. 

▶엔지니어링 플라스틱의 종류 및 특징

범용 플라스틱은 대표적으로 PVC, PS, HDPE, PP, ABS 등을 꼽을 수 있다. 엔지니어링 플라스틱 5개를 꼽는다면, Polyamide, 폴리아세탈(Polyoxymethylene), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephtalate), 변성 폴리페닐렌옥사이드(polyphehyleneoxide)가 있다. 이들의 공통점은 분자량이 몇 십에서 몇 백 정도의 저분자 물질의 플라스틱과는 달리, 몇 십만에서 몇 백만이나 되는 고분자물질이다. 

▶고성능 플라스틱, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱

일반적인 범용 EP는 내열온도가 100°C 이상이며, 150 °C 이상의 고온에서도 연속 사용할 수 있는 엔지니어링 플라스틱은 ‘슈퍼 EP’로 분류한다. 대표적인 슈퍼 EP로는 폴리이미드(Polyimid), 폴리술폰(Polysulfone), 폴리페닐렌 술파이드(Poly Phenylene Sulfide), 폴리아미드이미드(Polyamide-imide), 폴리에테르 에테르케톤(Polyether ether ketone), 액정폴리에스테르(Liquid-Crystal Polyester) 등이 있으며, 특성에 따라 용도가 다르게 사용된다. 

​슈퍼 EP는 높은 내열성과 뛰어난 강도, 내약품성, 내마모성으로 엔진 및 엔진관련 고내열 부품, 전기전자 정밀부품, 펌프 및 배기가스 밸브 등에 사용된다. 

▶강철을 대체하는 탄소섬유강화 플라스틱

​내열성과 강성을 강화하기 위해 유리섬유나 탄소섬유를 함께 사용한다. 탄소섬유강화 플라스틱은 철보다 75% 가벼우면서도 강도와 탄성은 각각 10배, 7배 우수한 특성을 지니고 있어 철을 대체하는 차세대 경량 소재다. 또, 1,300°C에서 탄소섬유 가열 과정을 거치며, 강철 대비 인장 강도가 40배 상승하여 높은 강도와 강성을 요구하는 자동차 프레임과 엔진커버 등에 사용되고 있다. 

[참고자료]

1. 플라스틱을 잘 이해하고 올바르게 사용하기, 플라스틱 리터러시 (Plastic Literacy), GS Caltex 미디어허브

2. 일상을 점령하고 있는 플라스틱 필름 이야기, GS Caltex 미디어허브

3. 플라스틱의 모든 것! 플라스틱병은 어떤 재료로 만들어졌을까?, GS Caltex 미디어허브

4. 석기시대, 청동기시대, 철기시대. 지금 우리는 플라스틱 시대, GS Caltex 미디어허브

5. 이게 플라스틱이었다고? 일상 곳곳에 숨어있는 ‘히든 플라스틱’, GS Caltex 미디어허브

6. 금속을 대체하는 고성능 플라스틱, 엔지니어링 플라스틱, 한화솔루션 케미컬부문 블로그