편리하나 조심하자, 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)

 

1. 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)이란

폴리에틸렌(Polyethylene, PE)은 일반적으로 가장 많이 사용되는 플라스틱 종류 중 하나로, 가볍고 견고하며 내구성이 뛰어난 소재이다. 이는 열가소성 고분자 중 하나로, 에틸렌 단위를 중합하여 만들어진다.

폴리에틸렌은 높은 결정도, 내마모성, 내식성, 내열성 및 전기 절연성 등의 우수한 물리적 특성을 가지고 있어, 여러 가지 용도에 널리 사용된다. 이러한 용도로는 일회용 봉지, 병, 배관, 담수 탱크, 수도관, 전기 케이블 절연재 등이 있다.

또한 폴리에틸렌은 생산과 재활용이 쉽고 비용이 상대적으로 저렴하기 때문에, 환경에 대한 관심이 높아지면서 대체재로서의 역할도 더욱 두드러지고 있다.

2. 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)의 화학적 특성

폴리에틸렌은 화학적으로 안정적인 열가소성 고분자 중 하나이다. 이는 에틸렌 단위를 중합하여 만들어지는 선형 분자 구조로 이루어져 있으며, 다음과 같은 화학적 특성을 가진다.

1. 안정성

• 폴리에틸렌은 높은 내구성과 안정성을 가지고 있어, 물, 산, 염기, 유기 용제 등에 대해 높은 내성을 보입니다.

2. 화학적 이성질화

• 폴리에틸렌은 비교적 적은 수준의 화학적 이성질화를 보이며, 일부 용제나 화학 물질과 상호작용할 수 있습니다.

3. 무색, 무취

• 폴리에틸렌은 무색이며 무취입니다.

4. 연소성

• 폴리에틸렌은 연소성이 있지만, 불꽃이 붙은 상태에서만 연소가 일어나며, 불꽃이 사라지면 연소가 중단됩니다.

5. 저온에서의 특성

• 저온에서도 유연성을 유지하며, -70℃ 이하의 온도에서도 일부 종류의 폴리에틸렌은 사용 가능합니다.

6. 재활용성

• 폴리에틸렌은 재활용이 가능하며, 재활용품의 특성을 유지할 수 있습니다.

3. 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)의 물성표

1. 밀도: 0.91 g/cm^3 ~ 0.96 g/cm^3

2. 용융점: 126 ℃ ~ 135 ℃

3. 가열온도: 110 ℃ ~ 120 ℃

4. 열전도도: 0.35 W/mK

5. 비중: 0.91 ~ 0.96

6. 압축강도: 10 MPa

7. 인장강도: 20 MPa ~ 30 MPa

8. 연신율: 200% ~ 600%

9. 탄성계수: 0.35

10. 녹는 열: 100 kJ/kg

11. 수분 흡수율: 0.01 ~ 0.03%

12. 내열성: 70 ℃ ~ 80 ℃

4. 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)의 역사

폴리에틸렌은 20세기 초반에 처음으로 개발되었다. 1933년에는 영국 화학자인 에릭 호프만(Eric Fawcett)과 노먼 딕슨(Norman de Bruyne)이 폴리에틸렌의 기본적인 중합 반응을 발견하였다. 그 후, 1935년에는 허만 마크스(Hermann Mark)가 폴리에틸렌의 열분해 기작을 밝혀내면서, 이를 상업적으로 이용할 수 있게 되었다.

폴리에틸렌은 1930년대 후반부터 상용화되기 시작했다. 처음에는 전기 절연재, 용기, 파이프 등에 이용되었으며, 이후에는 활용 분야가 확대되어 가방, 래쉬가드, 골판지 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.

1960년대에는 고밀도 폴리에틸렌(High-density polyethylene, HDPE)이 개발되어, 높은 내구성과 강도를 가진 폴리에틸렌이 보급되면서 산업적으로 중요한 역할을 하게 되었다. 이후에는 저밀도 폴리에틸렌(Low-density polyethylene, LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(Linear low-density polyethylene, LLDPE) 등 다양한 종류의 폴리에틸렌이 개발되었으며, 폴리에틸렌은 현재까지도 많은 산업 분야에서 사용되고 있다.

5. 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)이 사용되는 주 산업분야

1. 포장산업: 음식물 포장용 필름, 쇼핑백, 골판지, 라벨 등
2. 플라스틱 관련 산업: 파이프, 피팅, 밸브, 수도관, 케이블 튜브 등
3. 건설산업: 저압 가스관, 도로 보호막, 절연재, 건축 케이블 등
4. 자동차 산업: 연료 탱크, 배기 시스템, 내부 부품 등
5. 가전제품 산업: 세탁기 드럼, 냉장고 내부 패널, 에어컨 필터 등
6. 의료기기 산업: 소모품, 튜브, 화학용기 등
7. 농업 산업: 농업 필름, 물통, 파이프 등
8. 스포츠용품 산업: 스키, 스노보드, 자전거 등

6. 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)의 종류

폴리에틸렌은 분자량, 밀도, 선형도 등의 차이에 따라 다양한 종류로 분류될 수 있다. 가장 흔한 폴리에틸렌 종류는 다음과 같다.

1. LDPE (Low-density polyethylene)

• 밀도가 낮고 유연성이 높아 가볍고 부드러운 소재로, 봉지나 필름 등의 포장재로 널리 사용된다.

2. HDPE (High-density polyethylene)

• 밀도가 높아 더 견고하며 강도가 높아 용도가 다양하게 넓어진다. 병, 관, 수도관 등의 용도로 사용된다.

3. LLDPE (Linear low-density polyethylene)

• LDPE와 HDPE의 특성을 결합한 것으로, 더욱 높은 인장강도와 내구성을 가진다. 가방, 필름, 포장재 등의 용도로 사용된다.

4. MDPE (Medium-density polyethylene)

• 밀도가 중간 수준으로, HDPE보다 유연하지만 LDPE보다는 강도가 높다. 가구, 부품 등에 사용된다.

5, UHMWPE (Ultra-high-molecular-weight polyethylene)

• 분자량이 매우 높아 내마모성과 내화학성이 뛰어나며, 매우 높은 인장강도와 탄성을 가진다. 의료기기, 산업 부품 등의 용도로 사용된다.

 

이 외에도, EVA (Ethylene-vinyl acetate) 등 폴리에틸렌과 다른 고무나 수지를 혼합한 폴리머도 있다.

7. 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)은 전자레인지에서 사용해도 괜찮을까

폴리에틸렌 자체는 전자레인지에 사용 가능하지만, 모든 폴리에틸렌 제품이 전자레인지에 사용하기에 적합한 것은 아니다.

전자레인지는 전자기파를 이용하여 음식물을 가열하는데, 이때 폴리에틸렌 제품이 전자기파를 흡수하여 가열되는 경우에는 제품이 변형되거나 분해되어 건강에 해를 끼칠 수 있다. 따라서 전자레인지 안전을 고려하여 폴리에틸렌 제품의 선택과 사용이 필요하다.

안전한 폴리에틸렌 제품은 전자파에 잘 견디며, 제조사에서 이 제품이 전자레인지 사용에 적합하다고 명시한 경우에만 사용해야 한다. 그 외에는 전자레인지 사용에 적합한 소재로 인증된 식기나 용기를 사용하는 것이 좋다.

 

8. 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)의 제작방법

폴리에틸렌은 에틸렌을 중합하여 제조된다. 일반적으로 다음과 같은 과정을 거친다.

1. 에틸렌 수송 및 저장: 에틸렌은 액화된 상태로 수송되며, 저장 탱크에 보관된다.
2. 중합 반응: 에틸렌 분자가 단일 결합을 형성하기 위해 중합 반응을 시작한다. 이를 위해 촉매를 사용한다. 대표적으로 Ziegler-Natta 촉매나 메탈록산 촉매를 사용한다.
3. 중합된 폴리머의 분리: 중합 반응 후, 폴리에틸렌 중합체는 수송된 후 분리된다.
4. 성형 및 가공: 폴리에틸렌은 원하는 형태로 성형 및 가공된다. 압출, 사출 성형, 발포 등의 기술을 사용한다.
5. 최종 제품 제작: 성형 및 가공된 폴리에틸렌은 최종 제품으로 제작된다. 예를 들어, 봉투, 용기, 배관, 판자, 필름 등 다양한 제품으로 제작된다.

폴리에틸렌 제조에는 여러 가지 방법과 기술이 사용될 수 있으며, 제조 과정에서 사용되는 촉매나 기술의 종류에 따라 폴리에틸렌 제품의 물성이 달라질 수 있다.

9. 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)과 환경오염의 관계에 대해서 알려줘

폴리에틸렌은 내구성이 뛰어나고 가볍고 저렴하기 때문에 다양한 용도로 사용되고 있다. 그러나 폴리에틸렌 제품들이 환경오염의 주요 원인 중 하나가 되고 있다. 이는 다음과 같은 이유로 인해 발생한다.

1. 폴리에틸렌 제품의 대량 생산 및 사용: 폴리에틸렌 제품들은 대량으로 생산되고 사용되기 때문에 폐기물로서 발생하는 양도 많다.
2. 폴리에틸렌의 분해가 어렵다: 폴리에틸렌은 자연적으로 분해되지 않아 매우 오랜 시간이 걸린다. 따라서 지속적으로 쌓이게 되어 환경 오염을 야기한다.
3. 쓰레기 처리 방법의 부적절함: 폴리에틸렌 제품들은 쓰레기 처리 시설에서 처리하기 어렵다. 종종 쓰레기 속에 섞이게 되며, 그 결과 폴리에틸렌 제품들은 일반적으로 쓰레기 처리장에서 매립되거나 소각되는데, 이는 환경 오염의 주요 원인 중 하나가 된다.
4. 해양 쓰레기의 원인: 폴리에틸렌 제품들은 해양 쓰레기의 주요 원인 중 하나이다. 바다로 유출되면 생태계에 심각한 영향을 미치며, 생태계의 균형을 교란시킨다.

따라서, 폴리에틸렌 제품의 대량 생산과 사용, 분해가 어렵다는 특성, 부적절한 쓰레기 처리 방법 등이 모두 결합하여 폴리에틸렌이 환경오염의 주요 원인 중 하나가 되고 있다. 이를 해결하기 위해서는 폴리에틸렌 대신 친환경적인 대안을 찾거나, 폴리에틸렌 쓰레기 처리 방법을 개선하는 등의 노력이 필요하다.