PP Polypropylene의 물성이 좋은 이유에 대해 알아봅니다

PP 재활용 마크

 

서론

 

PP는 그 활용이 많은 만큼, 용도에 맞는 물성이 필요합니다. PP는 어떻게 물성이 좋을까요? 이 물음에는 많은 답이 필요합니다. 물성이 좋다는 것은 그 활용에 맞는 물성을 지니고 있다는 뜻이며, 수많은 분야에 활용되고 있습니다. 대표적인 요구 물성으로 내충격성이 있습니다. 바닥에 떨어졌을 때 깨져버리는 플라스틱 용기와 깨지지 않는 플라스틱 용기의 차이는 무엇일까요? 이것이 내충격성의 차이입니다. 충격에 의해 이 고분자의 결정 안에서의 상호작용들이 깨져버리는 것 입니다. 이를 방지하기 위해서는 결정 구조에서의 완충 작용을 해줄만한 물질이 필요한데, 이것이 Rubber입니다. 이 중 PP에 많이 사용되는 Rubber는 EPR입니다.

 

EPR

 

EPR은 Ethylene Propylene Rubber의 약자로, 에틸렌과 프로필렌을 공중합한 고무입니다. PP-EPR은 폴리프로필렌에 EPR을 블렌딩한 소재를 의미합니다. 이런 혼합물은 PP의 강도와 열 안정성을 유지하면서도, EPR의 탄성과 충격 저항성을 추가하는 효과가 있습니다. 이러한 속성들 때문에 자동차 부품, 신발, 및 다른 내구성이 요구되는 제품들에 널리 사용됩니다. B-PP는 블록 공중합체 폴리프로필렌(Block Copolymer Polypropylene)을 지칭하는 용어입니다. B-PP는 단량체 블록이 교대로 배열된 구조를 가지며, 각 블록은 서로 다른 화학적 성질을 가질 수 있습니다. B-PP는 그 구조적 특성으로 인해 좋은 충격 저항성과 경도를 보여줍니다. 이 B-PP는 Rubber가 PP의 사슬이 결정을 이룰 때 그 사이사이에 함께 쌓인 구조로 구성됩니다. 이 구조로 인해 EPR의 완충 작용에 의해 결정의 내충격성이 올라가게 됩니다. 때문에, EPR은 PP와의 친화성이 있어야 그 구조가 유지되고, 그러면서도 적절한 내충격성을 필요로 하는 등 적절한 설계가 필요합니다.

 

분자량 분포도(MWD)

 

분자량 분포도(MWD)는 "Molecular Weight Distribution"의 약자로, 폴리머 샘플 내에서 다양한 분자량을 가진 개별 폴리머 체인들이 얼마나 분포되어 있는지를 나타내는 지표입니다. 모든 폴리머 합성 과정은 완벽하게 일관된 분자량의 체인을 생성하지 않습니다. 대신, 어떤 체인은 조금 더 짧고, 어떤 체인은 조금 더 길게 형성됩니다. 이러한 차이는 MWD를 통해 측정되며, 이는 평균 분자량과 함께 폴리머의 중요한 물성을 결정하는 요소 중 하나입니다. MWD가 넓으면 (즉, 많은 수의 짧고 긴 체인이 함께 있으면) 재료의 물리적 성질에 큰 변동성이 생기며, 이로 인해 제품 품질에 영향을 줄 수 있습니다. 반대로 MWD가 좁으면 (즉, 대부분의 체인이 비슷한 길이를 가지면) 재료의 성질이 일관되며 제품 품질도 일관됩니다. 일반적으로, MWD가 높으면 가공성이 좋아지지만, 물성치가 낮아지고, MWD가 낮으면 가공성이 안좋아지지만, 물성치가 좋아집니다.

 

II(Inherent Viscosity)

 

'고유 점도'라고 번역할 수 있는 이 용어는 몰 질량의 측정치를 나타내며, 일반적으로 숫자가 클수록 체인 길이가 긴 것으로 해석됩니다. 이는 Isotactic Index와 동일하게 II로 표현되기 때문에, 그 문맥에 맞게 해석이 필요합니다. 체인이 길다는 것은 쌓음성이 좋다는 뜻이고, 이는 강성이 좋다는 특징이 있습니다. 다만, 높은 분자량으로 인해 가공성이 좋지 못하다는 단점이 있습니다.

 

II(Isotactic Index)

 

Isotactic은 고분자의 단량체들이 같은 방향으로 배열되어 있는 것을 의미합니다. 따라서 Isotactic Index는 고분자의 단량체들이 같은 방향으로 배향되어 있는 비율이 어느정도인지를 나타내며, 이는 결정성과 영향이 있습니다. 같은 방향을 이루고 있는 고분자가 많으면, 고분자의 쌓음성이 좋으며, 이로 인해 결정성이 좋습니다. 이는 강성이 좋고, 장기 보관 시 물성의 변화가 적으나, 분자량이 높을때와 동일하게 가공성이 좋지 못하다는 단점이 있습니다.

 

IV(Intrinsic Viscosity)

 

'내부 점도'라고 번역할 수 있는 이 용어 역시 몰 질량의 측정치를 나타내지만 측정 방법이나 조건에 따라 II와 약간 차이가 날 수 있습니다. 위 값들은 모두 폴리머 체인의 길이(즉 몰 질량)와 관계가 깊으며 이 값들은 최종 제품의 물리적 및 화학적 성질에 크게 영향을 줍니다. 따라서 폴리머를 제조하거나 사용할 때는 이러한 값을 반드시 고려해야 합니다.

 

결론

 

고분자의 물성치는 다양한 것을 고려해야합니다. 다만, 그 출발이 되는 고분자 구조에 대한 이해가 있다면, 이해하기 좀 더 수월합니다. PP(Polypropylene)는 어떻게 물성이 좋을까?를 주제로 답을 해보았습니다. 오늘 다룬 지표들 외 많은 지표가 있습니다. 모든 것은 구조로 인해 그 특성이 발현됩니다. 지식적인 측면보다도, 직관적이고, 상상을 통한 거동을 이해한다면, 그 많은 지표들 사이에서 필요한 정보들을 얻어낼 수 있습니다.

 

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