지난 75년 동안 폴리머(고분자 소재)의 광범위한 사용은 우리의 삶을 혁신적으로 바꾸어 놓았습니다. 일상에서 쓰이는 범용 플라스틱부터, VICTREX™ PEEK 같은 고성능 폴리머(HPP)에 이르기까지 다양한 종류가 존재하며, 이들은 매우 까다로운 조건에서도 사용될 수 있는 내구성을 갖춘 소재입니다.
수세기 전, 고대 그리스인들은 “많은 부분을 가진”이라는 뜻의 단어 ‘polymeres’가 오늘날 수많은 소재들을 포괄하는 이름이 되리라 상상조차 못했을 것입니다. 폴리머는 비슷한 단위 구조(모노머)가 반복적으로 결합해 이뤄진 분자 구조를 가진 물질을 말합니다.
자연이 먼저 폴리머를 만들어냈다는 점도 잊지 말아야 합니다. 단백질, 탄수화물, 머리카락, 손톱, 심지어 DNA까지도 모두 자연산 폴리머입니다. 인공 폴리머는 그 이후에 개발되었지만, 오늘날에는 우리 생활에 없어서는 안 될 존재가 되었습니다.
현재 연간 약 3억 톤의 폴리머가 생산되며, 이는 전 세계 석유 및 가스 소비량의 약 6%에 해당합니다. 폴리머는 크게 두 가지 범주로 나뉘는데, 열경화성(Thermosets)과 열가소성(Thermoplastics)입니다. 열경화성 수지는 처음에는 점성이 있는 액체 상태이지만 열이나 압력을 가하면 고체로 굳고 다시는 녹지 않습니다. 예를 들면 아랄다이트(Araldite®) 접착제가 있습니다. 반면, 열가소성 수지는 가열하면 부드러워져 성형이 가능하고 식으면 다시 굳으며, 재가열 시 재성형도 가능합니다. 이번 글에서는 이 열가소성 수지에 대해 중점적으로 다룹니다.
폴리머 피라미드
이 복잡한 주제를 쉽게 이해하려면 폴리머를 피라미드 구조로 보는 방식이 좋습니다. 이는 세 가지 주요 분류로 나뉩니다:
범용 폴리머 (Commodity Polymers)
엔지니어링 폴리머 (Engineering Polymers)
고성능 폴리머 (High-Performance Polymers)
범용 폴리머
폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE) 같은 범용 폴리머는 폴리머 피라미드의 가장 아래층에 위치해 있습니다. 이들은 대량으로 쉽게 구할 수 있으며, 사용 목적에 비해 적당한 성능을 제공합니다. 예를 들어 PE는 흔히 비닐봉투나 포장재처럼 대량으로 생산되는 제품에 사용되며, 고온이나 고강도가 요구되지 않는 용도에 적합합니다.
한편, 폴리염화비닐(PVC)은 건축 분야에서 널리 사용되며, 경질과 연질 두 가지 형태로 나뉩니다. 경질 PVC는 창틀, 배수구, 배관 등에 사용되고, 연질 PVC는 전선 피복용 절연재 등으로 많이 쓰입니다. 대부분의 범용 폴리머는 석유 및 석유화학 유도체에서 얻은 원료로 생산되며, 제조 비용도 상대적으로 저렴합니다. 단, PVC의 주요 원료는 소금입니다.
엔지니어링 폴리머
반면, 엔지니어링 플라스틱은 범용 폴리머보다 한 단계 높은 수준의 소재로, 특히 기계적 성능과 열적 성능 면에서 우수한 특성을 제공합니다. 물론 성능이 향상된 만큼 가격도 더 높습니다. 예를 들어, 폴리아미드 계열(일반적으로 나일론으로 알려짐)은 의류용 섬유에서부터 식음료 용기, 가전제품 및 자동차 부품과 같은 다양한 엔지니어링 분야까지 폭넓게 사용됩니다.
고성능 폴리머는 전체 인공 폴리머 중 약 70만 톤 정도로, 비중으로 보면 단 0.2%에 불과합니다.
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고성능 폴리머
피라미드의 꼭대기에 위치하며, 연간 약 70만 톤 생산, 전체 폴리머의 0.2% 정도에 불과합니다. 복잡한 모노머로 구성되며 생산 난이도가 높고 가격도 고가입니다. 하지만 그만큼 탁월한 성능을 자랑합니다.
PEEK(PolyEtherEtherKetone)는 고성능 폴리머의 대표적인 소재로, PAEK 계열(Poly Aryl Ether Ketones)에 속합니다. 이 계열에는 300개 이상의 변형이 있지만 상업적으로 활용되는 것은 극히 일부입니다. PEEK는 에터-에터-케톤 구조가 반복되며, 이 독특한 구조로 인해 고유의 성능을 발휘합니다.
고성능이 중요한 이유
VICTREX™ PEEK 같은 PEEK 계열 소재는 극한의 환경에서 여러 기능을 동시에 만족시켜야 하는 분야에 적합합니다. 경량·고강도인 동시에 마모, 고온, 피로, 화학물질에 강하며, 다음과 같은 장점을 제공합니다:
연비 향상
안전성 개선
부품 수명 연장
작동 소음 감소 및 편안함 향상
디자인 자유도 확대
제조 비용 절감 가능성
| >10억 | >10억 개 이상의 모바일 기기에서 고성능 스피커와 같은 부품에 우리의 솔루션이 사용되고 있습니다. |
몇 가지 예만 들어 보더라도, 현재 2억 명 이상의 운전자가 Victrex PEEK 기반의 ABS/ESC 브레이크 부품과 같은 자동차용 고성능 폴리머에 의존하고 있으며, 1만 5천 대 이상의 항공기에는 브래킷, 클램프, 열·음향 절연재 등 Victrex 항공용 복합소재가 탑재되어 있습니다. 또, 전 세계적으로 10억 개가 넘는 모바일 기기에 우리의 솔루션이 적용되고 있죠. PEEK는 인체 내부에서도 사용되고 있습니다. 환자 치료의 질을 높이기 위한 생체재료로서의 PEEK는 이제 겨우 15년 정도의 역사를 가졌지만, 이미 전 세계적으로 약 900만 개 이상의 의료용 임플란트에 Invibio(Victrex plc 자회사)의 PEEK-OPTIMA™ 폴리머가 사용되고 있습니다. 이는 실로 인상적인 수치입니다.
이처럼 첨단 PEEK 소재, 제조 공정, 통합 솔루션은 효율성을 높이고 새로운 응용 가능성을 열어가고 있습니다. 이러한 발전은 과학의 기초를 세운 고대 그리스인들도 자랑스러워했을 혁신입니다.
지난 75년 동안 폴리머(고분자 소재)의 광범위한 사용은 우리의 삶을 혁신적으로 바꾸어 놓았습니다. 일상에서 쓰이는 범용 플라스틱부터, VICTREX™ PEEK 같은 고성능 폴리머(HPP)에 이르기까지 다양한 종류가 존재하며, 이들은 매우 까다로운 조건에서도 사용될 수 있는 내구성을 갖춘 소재입니다.
수세기 전, 고대 그리스인들은 “많은 부분을 가진”이라는 뜻의 단어 ‘polymeres’가 오늘날 수많은 소재들을 포괄하는 이름이 되리라 상상조차 못했을 것입니다. 폴리머는 비슷한 단위 구조(모노머)가 반복적으로 결합해 이뤄진 분자 구조를 가진 물질을 말합니다.
자연이 먼저 폴리머를 만들어냈다는 점도 잊지 말아야 합니다. 단백질, 탄수화물, 머리카락, 손톱, 심지어 DNA까지도 모두 자연산 폴리머입니다. 인공 폴리머는 그 이후에 개발되었지만, 오늘날에는 우리 생활에 없어서는 안 될 존재가 되었습니다.
현재 연간 약 3억 톤의 폴리머가 생산되며, 이는 전 세계 석유 및 가스 소비량의 약 6%에 해당합니다. 폴리머는 크게 두 가지 범주로 나뉘는데, 열경화성(Thermosets)과 열가소성(Thermoplastics)입니다. 열경화성 수지는 처음에는 점성이 있는 액체 상태이지만 열이나 압력을 가하면 고체로 굳고 다시는 녹지 않습니다. 예를 들면 아랄다이트(Araldite®) 접착제가 있습니다. 반면, 열가소성 수지는 가열하면 부드러워져 성형이 가능하고 식으면 다시 굳으며, 재가열 시 재성형도 가능합니다. 이번 글에서는 이 열가소성 수지에 대해 중점적으로 다룹니다.
폴리머 피라미드
이 복잡한 주제를 쉽게 이해하려면 폴리머를 피라미드 구조로 보는 방식이 좋습니다. 이는 세 가지 주요 분류로 나뉩니다:
범용 폴리머 (Commodity Polymers)
엔지니어링 폴리머 (Engineering Polymers)
고성능 폴리머 (High-Performance Polymers)
범용 폴리머
폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE) 같은 범용 폴리머는 폴리머 피라미드의 가장 아래층에 위치해 있습니다. 이들은 대량으로 쉽게 구할 수 있으며, 사용 목적에 비해 적당한 성능을 제공합니다. 예를 들어 PE는 흔히 비닐봉투나 포장재처럼 대량으로 생산되는 제품에 사용되며, 고온이나 고강도가 요구되지 않는 용도에 적합합니다.
한편, 폴리염화비닐(PVC)은 건축 분야에서 널리 사용되며, 경질과 연질 두 가지 형태로 나뉩니다. 경질 PVC는 창틀, 배수구, 배관 등에 사용되고, 연질 PVC는 전선 피복용 절연재 등으로 많이 쓰입니다. 대부분의 범용 폴리머는 석유 및 석유화학 유도체에서 얻은 원료로 생산되며, 제조 비용도 상대적으로 저렴합니다. 단, PVC의 주요 원료는 소금입니다.
엔지니어링 폴리머
반면, 엔지니어링 플라스틱은 범용 폴리머보다 한 단계 높은 수준의 소재로, 특히 기계적 성능과 열적 성능 면에서 우수한 특성을 제공합니다. 물론 성능이 향상된 만큼 가격도 더 높습니다. 예를 들어, 폴리아미드 계열(일반적으로 나일론으로 알려짐)은 의류용 섬유에서부터 식음료 용기, 가전제품 및 자동차 부품과 같은 다양한 엔지니어링 분야까지 폭넓게 사용됩니다.
고성능 폴리머
피라미드의 꼭대기에 위치하며, 연간 약 70만 톤 생산, 전체 폴리머의 0.2% 정도에 불과합니다. 복잡한 모노머로 구성되며 생산 난이도가 높고 가격도 고가입니다. 하지만 그만큼 탁월한 성능을 자랑합니다.
PEEK(PolyEtherEtherKetone)는 고성능 폴리머의 대표적인 소재로, PAEK 계열(Poly Aryl Ether Ketones)에 속합니다. 이 계열에는 300개 이상의 변형이 있지만 상업적으로 활용되는 것은 극히 일부입니다. PEEK는 에터-에터-케톤 구조가 반복되며, 이 독특한 구조로 인해 고유의 성능을 발휘합니다.
고성능이 중요한 이유
VICTREX™ PEEK 같은 PEEK 계열 소재는 극한의 환경에서 여러 기능을 동시에 만족시켜야 하는 분야에 적합합니다. 경량·고강도인 동시에 마모, 고온, 피로, 화학물질에 강하며, 다음과 같은 장점을 제공합니다:
연비 향상
안전성 개선
부품 수명 연장
작동 소음 감소 및 편안함 향상
디자인 자유도 확대
제조 비용 절감 가능성
몇 가지 예만 들어 보더라도, 현재 2억 명 이상의 운전자가 Victrex PEEK 기반의 ABS/ESC 브레이크 부품과 같은 자동차용 고성능 폴리머에 의존하고 있으며, 1만 5천 대 이상의 항공기에는 브래킷, 클램프, 열·음향 절연재 등 Victrex 항공용 복합소재가 탑재되어 있습니다. 또, 전 세계적으로 10억 개가 넘는 모바일 기기에 우리의 솔루션이 적용되고 있죠. PEEK는 인체 내부에서도 사용되고 있습니다. 환자 치료의 질을 높이기 위한 생체재료로서의 PEEK는 이제 겨우 15년 정도의 역사를 가졌지만, 이미 전 세계적으로 약 900만 개 이상의 의료용 임플란트에 Invibio(Victrex plc 자회사)의 PEEK-OPTIMA™ 폴리머가 사용되고 있습니다. 이는 실로 인상적인 수치입니다.
이처럼 첨단 PEEK 소재, 제조 공정, 통합 솔루션은 효율성을 높이고 새로운 응용 가능성을 열어가고 있습니다. 이러한 발전은 과학의 기초를 세운 고대 그리스인들도 자랑스러워했을 혁신입니다.