열가소성 수지와 열경화성 수지의 구조적 차이점(사슬형 vs 그물형)와과그에 따른 가열 시 성질 변화를 비교하여 설명해주세요.

Question

이충흔 · Accepted Answer

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.열가소성 수지와 열경화성 수지의 가장 큰 차이는 분자들이 결합한 형태와 그에 따른 재성형 가능 여부에 있습니다.​열가소성 수지는 고분자 화합물들이 긴 실처럼 연결된 사슬형 구조를 이룹니다. 이 사슬들은 서로 복잡하게 엉켜 있지만 분자 간의 인력으로만 붙어 있을 뿐, 화학적인 다리로 연결되어 있지는 않습니다. 따라서 열을 가하면 분자 운동이 활발해지면서 사슬 사이가 멀어지고 쉽게 미끄러집니다. 이로 인해 고체였던 수지가 부드러워지거나 액체처럼 녹아 모양을 자유롭게 바꿀 수 있게 됩니다. 냉각하면 다시 굳어지며, 이러한 가열과 냉각 과정을 반복해도 구조가 크게 변하지 않아 재활용이 가능하다는 장점이 있습니다.​반면 열경화성 수지는 사슬 사이사이에 강한 화학적 결합이 형성된 그물형 구조를 가지고 있습니다. 처음 제품을 만들 때 열을 가하면 화학 반응이 일어나면서 분자들이 입체적으로 촘촘하게 맞물리게 됩니다. 일단 한 번 거대한 그물 구조가 완성되면 분자들이 서로 단단히 고정되기 때문에, 다시 열을 가해도 사슬들이 미끄러지지 않고 형태를 유지합니다. 오히려 너무 높은 열을 가하면 녹는 대신 분자 결합이 끊어지며 타버리거나 분해됩니다. 이러한 특성 덕분에 열에 강하고 단단하지만, 한 번 굳으면 다시 녹여서 모양을 바꿀 수 없으므로 재활용이 어렵습니다.​결론적으로 독립된 사슬 구조인 열가소성 수지는 열에 의해 유연하게 변하며, 견고한 그물 구조인 열경화성 수지는 열에 노출되어도 형태를 유지하는 내열성을 보입니다.

김지호 · Answer

안녕하세요.플라스틱은 분자 구조에 따라 크게 열가소성 수지와 열경화성 수지로 나눌 수 있는데요, 열가소성 수지는 사슬형 구조이기 때문에 가열하면 부드러워지고 재성형이 가능합니다. 반면에 열경화성 수지는 그물형 구조라 한 번 굳으면 다시 녹지 않고 높은 열에서도 형태를 비교적 잘 유지합니다. 좀 더 구체적으로 말씀드리자면, 우선 열가소성 수지는 긴 고분자 사슬들이 비교적 독립적으로 배열된 사슬형 구조를 가지고 있습니다. 이때 사슬과 사슬 사이에는 비교적 약한 분자 간 인력이 작용하기 때문에 열을 가하면 분자 운동이 활발해지면서 사슬들이 서로 미끄러지듯 움직일 수 있게 됩니다. 그래서 가열하면 부드러워지고 녹아서 형태를 바꿀 수 있으며, 식히면 다시 굳는 것이며, 이 과정을 여러 번 반복할 수 있다는 특징이 있습니다. 대표적으로 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 같은 재료가 여기에 해당합니다.반면 열경화성 수지는 고분자 사슬들이 서로 화학 결합으로 촘촘히 연결된 그물형 구조를 가지고 있기 때문에, 한 번 경화되면 분자 전체가 하나의 거대한 연결망처럼 행동하게 됩니다. 따라서 열을 가해도 사슬들이 자유롭게 움직이거나 녹지 못하는데요, 대신에 고온에서는 형태가 변하기보다 점차 분해되거나 탄화되며 대표적으로 에폭시 수지, 페놀 수지가 있습니다. 감사합니다.