스티로폼으로 유명한 폴리스티렌 (폴리스타이렌)

폴리스티렌의 세계로의 초대

 

 

폴리스티렌은 벤젠 고리와 에틸렌(에텐)으로 구성된 모노머 스티렌을 중합하여 만듭니다. 경질 플라스틱의 일종으로, 투명하고 단단하며, 가벼운 무게가 특징입니다. 일상에서는 일회용 컵, 포장재, 절연재 등 다양한 형태로 활용됩니다.

 

종류

폴리스티렌은 그 특성과 용도에 따라 여러 가지로 분류됩니다. 각각의 종류는 특정한 목적과 응용 분야에 맞춰 개발되었으며, 이를 통해 폴리스티렌의 다양한 활용 가능성을 볼 수 있습니다.

일반 폴리스티렌 (General Purpose Polystyrene, GPPS)

• 특징: 투명하고 단단하며, 광택이 있습니다. 또한 가공이 용이하고 저렴하여 많이 사용됩니다. 하지만 충격에 약하고 취약한 점이 단점입니다.
• 용도: 주로 투명한 제품에 사용되며, CD 케이스, 랩핑 필름, 가정용품, 사무용품 등에 활용됩니다.

고충격 폴리스티렌 (High Impact Polystyrene, HIPS)

• 특징: 일반 폴리스티렌에 비해 충격에 강한 특성을 가지고 있으며, 이는 부티디엔 고무와 같은 고무성분을 추가하여 얻어집니다. 이 과정에서 투명도는 감소하지만, 내구성과 가공성이 향상됩니다.
• 용도: 각종 가전제품의 외장재, 장난감, 가구 부속품, 용기 등 다양한 분야에서 사용됩니다.

발포 폴리스티렌 (Expanded Polystyrene, EPS)

• 특징: 가벼우면서도 우수한 단열성과 충격 흡수력을 가집니다. 이는 폴리스티렌에 발포제를 첨가하여 가스를 발생시키고, 이를 통해 발포 구조를 형성하기 때문입니다. 발포 폴리스티렌은 흰색이며, 수많은 작은 구슬 형태로 이루어져 있습니다.
• 용도: 포장재로서의 용도가 매우 크며, 특히 가전제품, 식품 등의 포장에 널리 사용됩니다. 또한 건축 자재로서의 단열재, 방음재로도 사용되며, 구명조끼와 같은 부력재로의 응용도 있습니다.

압출 폴리스티렌 폼 (Extruded Polystyrene Foam, XPS)

• 특징: EPS보다 더 단단하고, 더 우수한 단열성을 가지며, 수분 흡수율이 매우 낮습니다. 이는 압출 과정을 통해 제조되며, 이 과정에서 발포제와 폴리스티렌이 혼합되어 연속적인 폼 형태로 만들어집니다.
• 용도: 주로 건축 분야에서 단열재로 사용되며, 특히 바닥, 벽, 지붕 등의 단열에 적합합니다. 또한, 수분에 강하기 때문에 야외 사용에도 적합합니다.

이 외에도 폴리스티렌은 특수한 기능이나 특성을 갖춘 다양한 형태로 개발되고 있습니다. 각각의 종류는 특정한 요구 사항과 응용 분야에 맞게 최적화되어, 우리 생활 곳곳에서 중요한 역할을 하고 있습니다.

 

제조 방법 (중합)

폴리스티렌을 만드는 과정, 즉 중합은 모노머인 스티렌이 연결되어 긴 사슬 모양의 고분자를 형성하는 과정입니다. 이 과정은 주로 두 가지 방식으로 진행됩니다.

• 자유 라디칼 중합: 스티렌 모노머에 열이나 빛, 촉매를 가하여 라디칼(활성화된 분자 조각)을 생성시키고, 이 라디칼이 다른 모노머와 반응하여 연쇄적으로 중합을 진행하는 방식입니다.
• 용액 중합 또는 유화 중합: 특정 용매 내에서 또는 유화제의 존재 하에 스티렌 모노머를 중합시키는 방법으로, 제품의 특성을 조절할 수 있는 장점이 있습니다.

주요 특성

• 비중: 약 1.05 g/cm³
• 융점: 약 240°C
• 열 전도율: 낮음 (EPS의 경우 매우 낮음)
• 내화학성: 대부분의 산, 염기, 알코올에 안정하지만, 아세톤이나 클로로포름과 같은 유기 용제에는 용해됨

물리적 특성

• 경도와 강도: 폴리스티렌은 경질 플라스틱으로 분류되며, 일반 폴리스티렌(GPPS)은 단단하고 투명합니다. 고충격 폴리스티렌(HIPS)은 고무성분을 첨가해 충격에 대한 저항력을 향상시켰습니다.
• 무게: 폴리스티렌은 가벼운 무게를 가지고 있으며, 특히 발포 폴리스티렌은 더 가볍습니다. 이는 포장재로서 또는 건축재료로서 유용하게 사용됩니다.
• 열 저항성: 폴리스티렌은 열에 대해 일정 수준의 저항력을 가지고 있지만, 고온에서는 변형이나 녹을 수 있습니다. 이는 사용 환경을 고려하여 적절한 폴리스티렌 종류를 선택해야 함을 의미합니다.

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화학적 특성

• 내화학성: 대부분의 산, 염기, 알코올에 대해 안정적인 특성을 보이지만, 유기 용제에는 용해될 수 있습니다. 따라서 폴리스티렌을 사용할 때는 화학 물질의 종류를 고려해야 합니다.
• 방수성: 폴리스티렌은 물에 대해 높은 저항력을 가지고 있어, 수분이 많은 환경에서도 사용될 수 있습니다. 특히 XPS(압출 폴리스티렌 폼)는 수분 흡수율이 매우 낮아 건축 단열재로 인기가 높습니다.

열적 특성

• 단열성: 폴리스티렌, 특히 발포 폴리스티렌은 우수한 단열성을 가집니다. 이는 겨울철 열 손실을 줄이고 여름철 실내 온도를 낮게 유지하는 데 도움이 됩니다.
• 열 전도율: 폴리스티렌의 열 전도율은 일반적으로 낮습니다. 이는 열이 잘 전달되지 않음을 의미하며, 단열재로서 유용하게 사용될 수 있습니다.

환경적 특성

• 재활용과 분해: 폴리스티렌의 환경적 영향은 큰 관심사 중 하나입니다. 폴리스티렌은 자연 분해되기 어렵고 재활용 과정이 복잡할 수 있습니다. 이에 따라, 생분해성 폴리스티렌 또는 재활용이 용이한 폴리스티렌 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다.

이러한 특성들은 폴리스티렌이 제공하는 다양한 이점과 함께, 소재 선택 시 고려해야 할 중요한 요소들입니다. 폴리스티렌의 적용 분야를 넓히고 환경적 영향을 최소화하기 위한 지속적인 연구와 기술 개발이 중요합니다.

 

역사

폴리스티렌은 1839년 독일의 화학자 에두아르트 시몬에 의해 처음 발견되었고, 1930년대에 들어서 상업적 생산이 시작되었습니다. 초기에는 주로 절연재료로 사용되었으나, 그 용도는 점차 다양해졌습니다.

응용분야

폴리스티렌은 그 가볍고 다루기 쉬운 특성 덕분에 다음과 같은 분야에서 널리 사용됩니다.

• 포장재료: 식품 포장, 충격 방지 포장재 등
• 건축재료: 단열재, 방음재 등
• 일용품: 일회용 컵, 접시, 장난감, 사무용품 등

개발 동향

최근 폴리스티렌 연구는 환경 친화적인 제품 개발에 중점을 두고 있습니다. 생분해성 폴리스티렌, 재활용이 용이한 폴리스티렌 개발 등이 활발히 이루어지고 있습니다.

시장

폴리스티렌 시장은 지속적으로 성장하고 있으며, 특히 포장재와 건축재료 분야에서의 수요가 큽니다. 아시아 태평양 지역이 시장 성장을 주도하고 있으며, 환경 규제에 대응하기 위한 기술 개발이 중요한 이슈로 자리 잡고 있습니다.

 

2024.02.11 - [고분자(Polyimer)] - 폴리에틸렌 (Polyethylen) : 일상 속에서 만나는 플라스틱 / 주요 특성

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