우리가 일상에서 사용하는 다양한 플라스틱 제품들은 화학적으로 어떻게 만들어지며, 이 과정에서 어떤 화학 반응이 일어날까요?

Question

플라스틱은 주로 폴리머라 불리는 고분자 물질로 이루어져 있다고 합니다. 폴리머는 작은 분자인 모노머들이 화학 반응을 통해 연결되어 긴 사슬 구조를 형성한 것이라는데, 이런 것들을 들어보면 플라스틱 제품이 화학적으로 만들어지는 것 같습니다.

그 과정에서 화학 반응은 어떻게 진행되는지 궁금합니다.

이원영 전문가 · Accepted Answer

프라스틱은 모노머가 폴리머로 변화하는 화하반응으로 인해서 만들어 집니다. 주로 이과정들은 첨가 중합과 축합 중합으로 구분되고 각각 반응 메카니즘과 단계가 있습니다. 이런 반응은 촉매를 통해서 조절됩니다. 축합 반응은 반응 시작, 중합 성장, 중합 종료 단계로 이루어져 있습니다.

전상훈 전문가 · Answer

플라스틱을 만드는 첫 단계는 적절한 모노머를 선택하고 준비하는 것입니다. 폴리에틸렌(PE)은 에틸렌 가스를 모노머로 사용하고, 폴리스티렌(PS)은 스티렌 모노머를 사용합니다. 모노머들은 중합 반응을 통해 서로 연결되어 긴 폴리머 사슬을 형성합니다. 이 과정은 보통 촉매의 존재 하에 열이나 빛의 에너지를 사용하여 진행됩니다. 모노머들이 불안정한 자유 라디칼 형태를 생성하고, 이들이 연속적으로 반응하여 폴리머 사슬을 형성합니다. 이 과정은 폴리에틸렌과 폴리스티렌 제조에 일반적입니다. 중합이 완료된 폴리머는 녹여서 다양한 형태로 가공될 수 있습니다. 이 과정에는 압출, 사출 성형, 블로우 성형 등이 포함될 수 있으며, 이를 통해 필름, 병, 용기, 가구 등 다양한 제품이 만들어집니다.

박정은 전문가 · Answer

플라스틱은 주로 폴리머라고 불리는 고분자 물질로 만들어지며, 이들은 모노머라는 작은 분자들이 화학 반응을 통해 연결되어 긴 사슬 구조를 형성한 것입니다. 플라스틱 제조 과정에서 일어나는 주요 화학 반응은 중합 반응이라고 불리며, 크게 첨가 중합 반응과 축합 중합 반응으로 나뉩니다.첨가 중합 반응에서는 모노머들이 반복적으로 결합하여 긴 폴리머 사슬을 형성합니다. 이 과정에서 부가적인 부산물은 생성되지 않습니다. 예를 들어, 폴리에틸렌은 에틸렌이라는 모노머가 개시제에 의해 이중 결합이 열리면서 각 에틸렌 분자가 결합하여 긴 사슬을 형성하는 반응을 통해 만들어집니다. 폴리프로필렌도 유사한 방식으로 만들어지며, 프로필렌 모노머가 이중 결합을 열고 결합하여 긴 폴리머 사슬을 형성합니다.반면 축합 중합 반응에서는 두 가지 다른 모노머들이 결합하면서 물이나 다른 작은 분자가 부산물로 생성됩니다. 예를 들어, 나일론은 아디픽산과 헥사메틸렌디아민이라는 두 모노머가 반응하여 아마이드 결합을 형성하고 이 과정에서 물이 제거되면서 긴 폴리머 사슬을 형성합니다. 폴리에스터는 테레프탈산과 에틸렌글리콜이 반응하여 에스터 결합을 형성하고 물이 제거되면서 만들어집니다.플라스틱 제조 과정은 일반적으로 다음 단계로 이루어집니다. 먼저, 원유나 천연가스에서 추출한 화합물들을 사용하여 모노머를 만듭니다. 그 다음, 모노머를 중합 반응을 통해 폴리머로 전환합니다. 만들어진 폴리머는 가열하여 녹인 후, 사출 성형, 압출 성형, 블로우 성형 등의 다양한 방법을 통해 원하는 형태의 플라스틱 제품으로 가공됩니다. 성형된 플라스틱 제품은 냉각하여 고체 형태로 만들고, 필요에 따라 제품의 표면을 처리하거나 추가적인 가공을 통해 최종 제품을 완성합니다.이러한 화학 반응과 과정을 통해 우리가 일상에서 사용하는 다양한 플라스틱 제품이 만들어집니다. 플라스틱은 그 종류에 따라 다양한 물리적, 화학적 특성을 가지며, 이러한 특성은 사용 목적에 맞게 조절할 수 있습니다. 예를 들어, 폴리에틸렌은 가볍고 유연하며 내구성이 뛰어나 포장재로 많이 사용되고, 폴리프로필렌은 강도가 높고 열에 강해 다양한 산업용 제품에 사용됩니다. 나일론과 폴리에스터는 섬유로 많이 사용되며, 각각의 특성에 따라 의류, 가방, 산업용 섬유 등으로 활용됩니다.이처럼 플라스틱은 다양한 용도로 사용되며, 그 제조 과정과 화학 반응을 이해함으로써 더 나은 제품을 만들고, 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있는 방법을 모색할 수 있습니다.