플라스틱 기본 용어, 알기 쉬운 정리.

고분자를 나누는 두가지

1) 열가소성 고분자(thermoplastic) : 열을 가하면 녹아 액체처럼 유동성을 가지다 다시 냉각하면 고체로 변화하는 가역적인 반응이다. 때문에 가공이 아주 편리하다. 다시 정리하자면, 온도의 변화에 따라 가역적으로 그 상이 변하는 고분자를 말한다.

 

2) 열경화성 고분자(thermosetting plastic) : 고체가 되면 가열하여도 분해만 일어나며 다시 액상으로 유동성을 가질 수 없는 비가적인 반응을 갖고 있는 고분자이다. 

고분자의 유리 전이 온도, 결정화 온도,  용융 온도

 열가소성 고분자는 크게 두가지로 나눌 수 있다. 첫 번째로, 고분자가 규칙적인 구조를 전혀 갖고있지 않은 무정형 고분자(amorphous)가 있다. 그 예로는 폴리스타이렌, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA)가 대표적이다.

 

 고분자의 경우 유리 전이 온도 (glass transition temperature, Tg)라고 하는 온도가 있고, 그 온도 이상에서만 고분자는 고분자 사슬의 먼거리 움직임이 발생하게 된다. 즉, 액상의 용융체가 되어 유동성이 크게 증가한다는 것이다. 반면 유리 전이 온도 이하에서는 고분자 사슬의 먼거리 움직임이 발생하지 않으며 아주 짧은 거리의 움직임만 가능하다. 

 

 만일 고분자의 구조적 변화를 유도하고 싶다면, 고분자를 열처리(annealing)하여 유리 전이 온도 이상의 온도로 올려야 한다.

 

 예를 들자면, 탄성 고분자 중 하나인 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsiloxane, PDMS)는 유리 전이 온도가 150 K(-123℃)로 상온보다 아주 낮아서 별다른 처리를 하지 않고도 탄성체로 사용할 수 있다. 이와는 반대로, 폴리벤조이미다졸(polybenzimidazole, PBI)이라고 불리는 이 고강도 섬유는 유리 전이 온도가 600 K(327℃)로 아주 높기 때문에 내열성 고분자로 분류된다. 

 

 열가소성 수지의 다른 종류로는 결정성(crystalline) 고분자가 있다. 결정성 고분자를 규칙적인 구조를 갖고 있다. 기본적으로 이 결정 구조는 유연 주 사슬이 접힌 형태로 쌓여 결정을 형성한다. 

 

 이런 결정화가 시작되는 온도를 우리는 결정화 온도(Tc)라고 부른다. 

 

 유리 전이 온도 보다 높은 어떠한 온도에서 이 규칙적 결정 구조가 완전히 무너져 액체상으로 변하게 되는데, 이를 용융 온도(crystalline amorphous transition temperature, Tm)라고 한다. 

 

 보통 결정성 고분자는 유리 전이 온도도 같이 가지며, 이들 사이에서는 경험적으로 Tg = 2/3Tm 이라는 관계식이 도출된다.