플라스틱 : 생활 필수품에서 환경 파괴까지

안녕하세요~흥미롭고 재미있는 과학의 흥. 재. 과입니다!

 

지난 수십 년간 플라스틱은 우리의 삶을 매우 편리하게 혁신적으로 변화시켰는데요.

포장자재부터 액세서리, 모빌리티, 공업 등 산업 전반에 걸친 활용도로

뛰어난 편의성과 다용성으로 매우 보편적으로 사용되고 있습니다.

 

하지만 한국, 미국, 캐나다, 중국, 헝가리 등 소비자 대상으로 한 설문조사에서

일회용 플라스틱 폐기물로 인한 환경파괴 우려가 1~2위 수준으로 가장 높게 나타났습니다.

 

현재는 선진국들의 환경 문제에 대한 인식 수준이 높아지면서 

플라스틱 사용을 줄이고 재활용/재사용 및 대체 소재 개발 등

다양하게 지속가능한 대안을 모색하고 있는데요!

 

오늘은 플라스틱의 제조 원리와 환경파괴의 원인에 대해서 알아보도록 하겠습니다!

 

플라스틱

 

1. 플라스틱의 원료

 

플라스틱의 주 원료는 올레핀(Olefin)이라고 하는 탄화수소 화합물인데요.

석유/화학 산업의 쌀이라고도 불리는 올레핀은 원유 정제 시 생산되는

납사(나프타, Naphtha)를 분해하여 만들어지는 물질입니다.

 

※ 나프타(Naphtha)

원유 분별증류 시 35~200℃ 끓는점 범위에서 생성되는 탄화수소 혼합체로

주로 탄소수가 5개에서 12개 사이의 혼합물로 구성되어 있다.

 

※ 석유 정제의 과학

석유 정제의 과학

 

납사분해공정(NCC, Naphtha Cracking Center)

 

올레핀에 대해 설명할려면 먼저 NCC공정에 대해 간단히 소개할 필요가 있는데요!

 

납사를 분해하게 되면 크게 4가지 형태의 탄화수소 화합물이 나오게 됩니다.

파라핀(Paraffin), 올레핀(Olefin), 납센(Naphthene), 아로마틱(Aromatic)으로 나뉩니다.

 

※ 탄화수소 화합물

- 파라핀 : 탄소와 탄소사이에 단일결합으로 이루어진 물질(메탄, 에탄, 프로판 등)

- 올레핀 : 탄소와 탄소사이 이중결합으로 이루어진 물질(에틸렌, 프로필렌, 부타디엔 등)

- 납센 : 고리 형태를 이루고 있는 물질(사이클로헥산 등)

아로마틱 : 탄소수가 6개 이상이면서 벤젠 고리를 가지고 있는 물질(향/냄새를 가지고 있음)

 

올레핀의 핵심 특성은 '이중결합'인데요!

이중결합의 특성은 파라핀처럼 단일결합보다 반응성이 크다는 것입니다.

반응성이 큰 이유는 이중결합으로 묶여 있던 팔(공유결합손)이

공정을 거치며 풀리게 되면서 다른것들과 결합하기 유리해지기 때문입니다.

 

이렇게 에틸렌, 프로필렌이 연속적으로 결합하여 고분자 구조

즉, 폴리에틸렌(Polyethylene)과 폴리프로필렌(Polypropylene)이 되는데요.

이것을 중합 반응이라고 합니다!

 

이렇게 중합 반응을 거친 플라스틱은 높은 강도와 다양한 물성들을 얻게 되는 것이죠!

 

반응형

 

2. 플라스틱의 환경파괴 이유

 

이렇게 생성된 플라스틱이 왜 환경파괴의 주범이 된 걸까요?

 

그것은 자연적으로 분해가 어려운 구조를 가지고 있기 때문입니다.

앞서 말했듯 플라스틱은 중합반응을 거쳐 고분자구조를 가지게 되는데요.

 

분해가 된다는 것은 분자구조의 사슬이 끊어지며 분자량이 작아짐을 의미하는데

고분자구조의 경우 탄소 간의 결합력이 매우 강력하게 이어져 자외선 및 열에 강하게 됩니다.

즉, 안정적인 상태를 끊어내고 분해하기 위해서는 많은 시간과 에너지가 필요하게 됩니다.

 

분해가 잘 되지 않는 플라스틱 폐기물

 

3. 생분해성 플라스틱

 

현실적으로 플라스틱을 안 쓰기는 어렵기에 다양한 대책들이 나왔는데요.

그중 하나가 박테리아, 균 등에 의해 자연적으로 분해되어

폐기 시 미세플라스틱 및 오염물질이 나오지 않는 생분해성 플라스틱입니다!

 

전분  플라스틱

 

식물에서 쉽게 구할 수 있는 전분을 이용하여 널리 사용되고 있지만

내수성이나 강도가 약한 것이 단점이라 제한적으로 사용되고 있습니다.

 

PLA (Poly Lactic Acid) 플라스틱

 

PLA는 젖산의 중합반응을 통해 만들어진 것이며

카사바, 감자, 옥수수, 사탕수수 등에서 추출한 전분을 발효시켜 얻은

젖산을 락타이드(Lactide)로 변환시켜 중합반응을 통해 고분자 원료를 얻습니다.

 

PLA의 장점은 무독성이며 인체에 흡수 시 오줌을 통해 배출되어 무해하며

열과 공기를 잘 투과하여 1회용 쓰레기봉투, 식기류 등 많이 쓰이고 있으며

단단하고 투명한 특성으로 의료용 소재로서도 쓰이고 있습니다!

 

단점은 수분과 열에 취약하고 유연성이 좋지 않아 

더 많은 연구개발이 필요한 상황입니다. 

 

PLH(Poly Lactate  Hydracrylate) 플라스틱

 

PLH는 LG화학이 개발한 신소재플라스틱으로 

옥수수에서 나오는 전분을 발효시켜 젖산을 사용하는 것은 PLA와 동일하나

여기에 3HP라는 물질을 중합시켜 고분자화 한 플라스틱입니다

 

※ 3HP

원료 성격을 띠는 다목적 화학물질(고부가가치 플랫폼 화학물질)로서 

화학식은 C3H6O3로 젖산과 동일하나 분자구조가 다르다.

현재 생분해성 플라스틱의 핵심 원료로 각광받고 있다.

 

PLH는 기존 생분해성 플라스틱에는 찾기 어려운 물성이었던

유연성과 뛰어난 가공성으로 기존에 내열성이 우수한

PP와 같은 식기류 및 일반 플라스틱 포장재를 대체할 수 있습니다.

 

 

환경문제가 대두됨에 따라 여러 가지 대안적인 플라스틱 소재가 개발되고 있지만

여전히 기존 플라스틱의 재활용 및 사용 최소화가 가장 중요한 환경적 해결책입니다.

한국은 세계적으로 높은 수준의 플라스틱 재활용률을 보이고 있는 만큼

생태계와 사회에 긍정적인 모습으로 나아가길 기대해 보겠습니다!

 

오늘은 플라스틱은 왜 자연적으로 분해가 어려운지와

이를 대체하기 위해 어떠한 노력들이 있었는지에 알아보았습니다!

 

이상 흥. 재. 과였습니다!