플라스틱의 가수분해 및 용제에 의한 열화

1. 플라스틱의 가수분해에 의한 열화

가. 가수분해란?

• 가수분해는 물 분자(H₂O)가 화학 결합에 개입하여 결합을 끊는 화학 반응입니다.
• 플라스틱의 경우, 고분자 사슬에 있는 특정 화학 결합(예: 에스터, 아마이드, 우레탄 결합)이 물과 반응하여 분해됩니다.

나. 가수분해 메커니즘

• 결합의 약화: 물이 고분자 구조에 침투하여 화학적 결합(주로 에스터 결합과 같은 친수성 결합)을 분해.
• 분자량 감소: 고분자 사슬이 분리되어 평균 분자량이 낮아짐.
• 기계적 성질 저하: 분해된 사슬은 더 이상 네트워크 구조를 유지하지 못하므로 강도, 경도, 내구성 저하.

다. 영향받는 플라스틱 종류

• 폴리에스터(PET, PBT): 에스터 결합이 가수분해에 취약.
• 폴리우레탄(PU): 우레탄 결합이 가수분해되면 강도 저하.
• 폴리아미드(Nylon): 아마이드 결합이 물에 의해 분해.

라. 가수분해를 가속화하는 조건

• 고온: 높은 온도에서 물 분자가 더 활발하게 움직이며 반응 속도 증가.
• 습도: 습도가 높을수록 가수분해가 촉진.
• 산/염기 환경: 강산 또는 강염기 조건에서 반응이 빠르게 일어남.

마. 가수분해의 결과

• 기계적 성능 감소 (강도, 경도).
• 외관 변화 (표면 거칠어짐, 미세 균열 발생).
• 치수 안정성 저하 (수축, 팽창).

2. 용제(Chemical)에 의한 열화

가. 용제 열화란?

• 특정 용매(유기 또는 무기 용제)가 플라스틱 내부로 침투하여 물리적, 화학적 손상을 일으키는 현상입니다.
• 용매는 고분자 사슬 간의 상호작용을 약화시켜 분리, 팽창, 또는 용해를 유발합니다.
• 성형품에 흠집이 있으면 용제에 팽윤되어 흡집이 커지게 되고 파괴에 도달합니다. 성형 시 내부에 발생한 잔류응력은 용제, 이형제, 계면활성제, 기계유 등에 의하여 용제 균열을 발생합니다.

나. 용제 열화 메커니즘

 1) 팽윤(Swelling)

• 용제가 고분자 내부로 확산되어 고분자 사슬 간 거리를 증가시킴.
• 플라스틱이 부드러워지고, 크기 변화 또는 균열 발생.

 2) 가소화(Plasticization)

• 용제가 고분자 사슬 간의 인력을 감소시켜 고분자 유연성 증가.
• 강도와 경도가 낮아짐.

 3) 화학적 공격

• 용제가 고분자의 화학 결합과 반응하여 사슬을 절단.
• 분자량 감소 및 구조적 약화.

다. 영향 받는 플라스틱 종류

• 폴리스타이렌(PS): 유기 용제(벤젠, 톨루엔 등)에 민감.
• 폴리카보네이트(PC): 알코올, 염소계 용제에 취약.
• PVC(폴리염화비닐): 케톤, 에스터 용매에서 팽윤 가능.

라. 용제 열화를 가속화하는 조건

• 온도: 용제의 확산 속도가 높아짐.
• 농도: 용제 농도가 높을수록 열화 속도 증가.
• 용제의 극성: 플라스틱과 용제의 극성이 비슷할수록 상호작용 강도 증가.

마. 용제 열화의 결과

• 표면 손상 (광택 상실, 거칠어짐).
• 기계적 성능 저하 (연성 증가, 파괴 강도 감소).
• 제품 수명 단축.