스크랩 조경재료(합성수지편)

[다빈나]

합 성 수 지

1869년 질산섬유소(窒酸纖維素)를 원료로 하는 셀룰로이드(celluloid)가 발명되고 다시 1909년 석탄산과 포르말린(formalin)에 의하여 베클라이트(beklite)가 만들어졌다. 그후 발전을 거듭하여 오늘날과 같은 플라스틱 시대에 이르렀다. 플라스틱(Plastics)이란 말은 약 반세기 전부터 쓰이기 시작하였는데 이것을 간단히 표현하면 [어떤 온도의 범위에서 가소성(可塑性)을 가진 물질]이라는 뜻이 될 것이다. 가소성을 가진 물질은 자연계에서도 많이 존재하여 송지(松脂), shellac, asphalt 등이 이에 속한다.
그러나 우리들이 오늘날 플라스틱이라 부르는 것은 이보다 좁은 범위의 유기합성 고분자물질(有機合成高分子物質) 즉, 합성수지를 말하고 있다. 비교적 분자량이 작은 단순한 분자가 수많이 결합하여 몇천, 몇만이라고 하는 분자량이 큰 고분자물질을 이루게 되는데 이러한 물질은 성상(性狀), 형태에 있어서 천연수지와 유사하여 이와 대비적(對比的)으로 합성수지라 불리게 되었다.
플라스틱의 발전과정을 보면 처음에 caseine, 천연고무와 같은 천연고분자물질을 채취·분리하는 것에서 비롯하여, 섬유소를 화학적으로 처리·가공하여 플라스틱을 만들고 그후 오늘날과 같은 순수한 합성플라스틱을 제조하기에 이르렀다. 용도방면으로 보면 처음에는 완구, 장식품 등의 일용잡화에서 차례로 공업적 용도로 개발되어 도료, 접착제, 피복재 등의 보호재료로 더 나아가서 최근에는 구조재로서도 이용되기에 이르렀다.
※ 가소성(可塑性) … 이것은 유동체(流動體)나 탄성체(彈性體)가 아니고 인장, 압축 등의 외력에 의하여 변형되었을 때 어느 정도의 강도를 가지고 그 형을 유지하는 성질을 말한다.

§1. 종류

플라스틱을 성상(性狀)으로 분류하면 열경화수지(熱硬化樹脂)와 열가소성수지(熱可塑性樹脂)의 2종류로 나눌 수 있다.

§2. 중요 열경화성 수지(熱硬化成樹脂)

[1] 페놀수지(Phenol-formaldehyde resin)

가장 오래 전부터 쓰여진 대표적인 열경화수지로서 베클라이트란 이름으로 알려져 있다.
① 성질 … 원료의 배합비, 촉매의 종류, 제조 조건에 따라 다르고 또한 성형재료(成型材料), 도료(塗料), 접착제 등의 제품의 질에 따라 다르나 일반적으로 경화된 수지는 매우 굳고 전기 절연성이 뛰어나고 내후성도 양호하다. 수지 자체는 취약(脆弱)하여서 성형품, 적층품(積層品)의 경우 충전제(充塡劑)를 첨가한다. 예를 들어 내충격성(耐衝擊性)에 대해서는 운모(雲母)를 첨가한다.
② 용도 … 수요(需要)의 대부분으로 전기 통신기재관계가 60%를 차지하고 건축방면에서는 멜라민화장판의 대부분을 차지하는 지기재(紙基才)로서의 페놀수지 척층판이 있고 내수합판(耐水合板)의 접착제로서도 사용된다.

[2] 요소수지(Urea Formaldehyde resin)

① 성질 … 수지 자체는 무색이어서 착색이 자유롭고 내열성은 페놀보다 약간 뒤지나 100℃ 이하에서의 연속사용에도 견딘다. 약산, 약알칼리에 견디고 또한 내용제성(耐溶劑性)이어서 벤졸, 알코올 각종 유류(油類)에는 거의 침해받지 않는다. 전기적 성질은 페놀수지보다 약간 못하다.
② 용도 … 성형품(成型品)의 기계적 성질은 본질적으로 페놀수지에 뒤떨어진다. 따라서 공업적인 용도보다 식기, 완구, 장식품 등 일용잡화방면에 수요가 많으며 접착제로서는 내수합판(耐水合板)에 쓰인다. 합판에는 초기 축합물을 농축하여 수지분 60∼70%의 점조액(粘稠液)으로 한 것을 200g/㎡ 비율로 쓴다.

[3] 멜라민 수지

① 성질 … 멜라민수지는 요소수지와 같은 성질을 가지며 그 성능이 좀더 향상된 것이라 할 수 있다. 무색 투명하여 착색이 자유로우며, 퍽 굳고, 내수 내약품성 내용제성(耐溶劑性)이 뛰어난 것 외에도 내열성도 우수하다. 기계적 강도, 전기적 성질 및 내노화성(耐老化性)도 우수하다.
② 용도 … 멜라민화장판은 각종 염료, 안료 등의 착색제나 무늬를 인쇄한 원지(原紙)를 멜라민수지 접착제로 하여 적층(積層)한 것이다.
벽판, 천정판 counter 등에 쓰인다. 도료는 밀착성과 가요성(可撓性)을 개량하기 위하여 알키드 수지로써 변성 하에 사용할 때가 많고, 조리대, 냉장고, 실험대 등에 쓰인다.

[4] 폴리에스테르 수지(Polyester resin)

폴리에스테르수지는 다가(多價) 알코올(글리세린 등)과 다염기산(多鹽基酸, 무수프탈산 등)의 축합에 의하여 얻어지는 에스테르의 총칭이다. 그러나, 우리가 보통 부르는 폴리에스테르는 유리섬유를 보강제(補强劑)로 하여 성형하는 저압적층용(低壓積層用) 및 접착용의 수지를 말하는데, 이는 엄밀히 말하자면 불포화(不飽和) 폴리에스테르이다. 이에 대하여 포화폴리에스테르는 거의 도료용으로 쓰이고 알키드수지라 불린다.

[5] 알키드 수지(飽和폴리에스테르 樹脂, Alkyld resin)

① 성질 … 변성하는 유지(油脂), 수지의 종류 및 양(量)에 따라 그 성질의 범위가 넓다. 일반적으로 내후성, 밀착성, 가요성(可撓性)이 우수하고 내수(耐水), 내알칼리성은 약하다.
② 용도 … 알키드 수지의 종류와 용도를 표로 설명한다.

<표-1> 알키드 수지의 종류와 용도


[6] 불포화 폴리에스테르 수지(不飽和, Potyester)

① 성질 … 폴리에스테르수지는 가열경화 외에 촉매(촉매의 예를 들면 過酸化벤졸)를 써서 상온에서 경화 시킬 수 있다. 경화시간은 촉매량과 온도에 따라 다르다. 폴리에스테르의 중요한 특색은 유리섬유로서 보강한 섬유보강 plastic 이다. 기계적 강도는 비항장력(比抗張力)이 강(鋼)과 비등한 값을 나타낸다. 또한 100∼150℃가 사용 한계온도이며, -90℃에서도 내성이 크다. 내약품성은 일반적으로 산류 및 탄화수소계 용제에는 강하나 알칼리, 산화성산에는 침해를 받는다.
② 용도 … 건축방면으로는 아케이트천창(天窓), 루버, 칸막이 등에 쓰인다. 수지액은 접착제도료 외에 1/2 in 메쉬 이하의 유리단(短) 섬유나 석면, 운모 등을 가하여 수지모르타르로서도 쓰인다.

[7] 실리콘(silicon)

실리콘이라고 불리우는 것에는 oil, gum, resin 이 있다.

① 성질 … 실리콘은 내열성이 우수한데 한 예를 들면 실리콘 고무는 -60℃∼ +120℃에 걸쳐 탄성을 유지하고 150℃∼177℃에서는 장기간 연속사용에 견디고 270℃의 고온에서 수시간 사용이 가능하다. 도료의 경우 안료로서 알루미늄 분말을 혼합한 것은 500℃에서 수시간, 250℃에서는 수백시간을 견딘다. 실리콘의 특색의 하나로 발수성(撥水性)을 들 수 있다. 즉, 실리콘은 극도의 혐수성(嫌水性)으로서 물을 튀기는 성질이 있으므로 건축물, 섬유류, 전기절연물 등의 방수에 쓰인다.
② 용도
⒜ 실리콘 오일3은 감마제(減摩劑), pump유, 절연유, 방수제로 쓰인다.
⒝ 실리콘 gum은 고온, 저온에서 탄성이 있어서 gasket, packing 등에 쓰인다.
⒞ 실리콘 resin은 성형품, 접착제, 기타 전기절연재료로 많이 쓰인다.

[8] 에폭시 수지(Epoxy resin)

① 성질 … 에폭시 수지는 접착성이 아주 우수하다. 경화할 때 휘발물의 발생이 없고, 따라서 용적의 감소가 극히 적다. 금속, 유리, 플라스틱, 도자기, 목재, 고무 등에 탁원한 접착성을 발휘하며, 특히 알루미늄과 같은 경금속의 접착에 가장 좋다.
내약품성, 내용제성에 뛰어나고 농질산(濃窒酸)을 제외하고는 산, 알칼리에 강하다. 자연경화 또는 저온소부시에는 경화시간이 길어서 최고 강도를 나타내기에는 1주일 이상이 필요할 때가 많다. 이것이 결점이라 할 수 있다.
② 용도 … 주형재료(鑄型材料), 접착제, 도료에 쓰이고 적층품으로는 유리섬유의 보강품이 만들어진다.

§3. 중요 열가소성 수지(熱可塑性樹脂)

[1] 염화비닐수지(鹽貨비닐樹脂, polyvinyl chloride, PVC)

① 성질 … 비중 1.4, 곡력강도 1000㎏/㎠, 사용온도 -10∼60℃, 전기절연성, 내약품성이 양호하다. 경질성이지만 가소제 혼합에 따라 유연한 gum狀 제품도 된다.
여러 종류의 부재료를 혼합하여 film, sheet, plate, pipe 등의 성형품(成型品)이 된다. 제품종류, 지붕재(平板, 波版, 물받이), 벽재(평판 tile, rib 板, 줄눈대), 수도관 기타 스폰지 시이드 레일, 블라인드, 도료, 접착제, 또한 시멘트, 석면 등을 가하여 수지 시멘트로서 쓰이기도 한다.

[2] 폴리에틸렌 수지(polyetylene; P.E)

① 성질 … 비중 0.94, 유백(乳白) 불투명한 수지이다. 저온에서도 유연성이 크고 취화(脆化) 온도는 -60℃이하, 내충격성도 기타 플라스틱의 5배 내화학약품성, 전기절연성, 내수성(耐水性) 등이 극히 양호하다.
② 용도 … 방수, 방습시트, 포장 film, 전선피복, 일용잡화 등에 쓰이고 유화액(乳化液)은 도료나 접착제로도 쓰인다.

[3] 폴리프로필렌 수지(polypropylene; P.E)

① 성질 … 비중 0.9로 가장 가볍고 인장강도 등 기계적 강도가 뛰어나고 내열성도 열가소성 수지중 가장 양호하다. 기타 전기적 성능, 내화학약품성, 광택투명도 등도 우수하다.
② 용도 … 섬유제품, 필름, 기계공업, 정밀부분품, 화학장치, 의료기구, 가정용품 등에 쓰인다.

[4] 폴리스티렌 수지(polystylene; P.S)

① 성질 … 비점 145.2℃인 무색투명한 액체이다. 유기용제에 침해되기 쉽고 취약한 것이 결점이고 성형품은 내수 내화학약품성, 전기전열성, 가공성(加工性)이 우수하다.
② 용도 … 용도범위가 넓고 건축벽 tile, 천정재, 블라인드, 도료, 전기용품, 냉장고 내부상자 특히 발포(發泡) 제품은 저온 단열재로써 널리 쓰인다.

[5] 아크릴 수지(acrylic resin)

① 성질 … 투명성, 유연성, 내후성, 내화학약품성이 우수하다.
② 용도 … 도료로 널리 쓰이고 섬유처리 또는 고문화재(古文化財) 표면 박락(剝落) 장지로 용액을 취부하고 시멘트 혼화재료로서도 이용된다.

[7] 메타크릴 수지(polymethyl methacrylate; PMMA)

① 용도 … 투명도가 극히 높고, 항공기의 방풍유리에 쓰인다. 내후성(耐候性)이 뛰어나고 착색이 자유롭고 유기(有機) 유리로 불리며 조명기구, 도료, 접착제, 잡화 등에도 쓰인다.

§4. 고무 및 그 유도체와 합성고무

현재 고무라 불리는 것은 화학상 가황 고무를 말한다. 고무나무에서 채취한 고무 latex에 황제나 기타 약제로 처리하여 물리적 성질을 개선한 것을 말한다. 고무는 현재 우리들의 생활에 불가결한 물질로서 타이어, 호오스, 벨트, 신, 완구 등에 이용되며 기타 공업용재, 전기전열재, 의료(醫療) 등에도 널리 쓰인다.

[1] 라텍스(Latex)

고무나무(Hevea brasiliensis)의 수피에서 분비되는 유상(油狀)의 즙액이다. 백색 또는 회백색으로 비중 1.02이고 이들 그대로 수시간 방치해 두면 응고한다. 암모니아를 응고방지제로 혼합하여 용도에 따라 농축하여 사용하거나 채취해서 수분을 분리·제거하여 생고무로 만들기도 한다.

[2] 생고무

채취된 latex를 정제한 것으로서 비중은 0.91∼0.92이다. 4℃에서 경직하여 탄성이 감소되고 130℃ 정도에서 연화되고 200℃에서 분해를 일으킨다. 광선을 흡수하여 점차분해되어 균열이 발생하고 접착성으로 변한다. 그러므로 생고무 그대로의 제품화는 드물다.

[3] 가황고무

생고무는 광선, 산소에 대하여 약하다. 따라서 이에다 황을 가하여 물리적 화학적 성질을 개선하여 사용목적에 적합하게 한 것이 가황(加黃) 고무이다. 가황은 분말황이 쓰이고 기타 촉진제, 안정제, 충전제, 착색제가 가하여 진다. 고무에 대하여 황 6% 내외가 연질고무, 30% 내외가 경질고무(에보나이트)가 된다. 일반적으로 내유성이 약하고 내노화성은 광선, 열에 의해 산화, 분해되어 균열도 발생하나 생고무에 비하면 한층 개선되어 있다.

[4] 고무유도체

생고무의 장쇄(長鎖) 분자중의 불포화 결합부가 화학적으로 활성이기 때문에 여기에 염소, 염산 등을 작용시키면 반응하여 각각 염화고무, 염산고무가 되어 가황(加黃)고무에서는 얻지 못하는 여러 개선된 성질을 얻게 된다.

[5] 합성고무

부나 S(GR-S), 부나 N(GR-N), 네오프렌(neoprene) 등이 있는데 이들은 천연고무보다 월등히 우수하다. 그리고 내유성이 중요한 것인데 실제 사용시 중요한 것은 팽윤도(澎潤度) 그 자체보다 팽윤시의 강도 저하문제인데 합성고무는 강도저하가 작다. 내후성에 있어서 산소, 오존, 광선 특히 직사일광에 대하여서도 저항성이 현저하게 좋다.
① 용도 … 이용범위는 천연고무와 거의 같으나, 경제성 및 특성에 따라 용도가 한정되어 있다.
⒜ neoprene … 내유성, 특히 탄화수소계에 대한 저항성을 고려한 석유제품 취급에 관계되는 호스, 튜브, 패킹에 쓰인다.
⒝ 부나 S … 타이어용, 내산, 내알칼리도료
⒞ 부나 N … 타이어용, 절연재

§5. 각종 플라스틱판 제품

[1] 폴리에스테르판

① 유리섬유(强化 폴리에스테르板)
⒜ 가는 유리섬유(지름 5∼9μ)에 폴리에스테르 수지를 넣어 성형한 것으로서 건축재료로서는 섬유를 불규칙하게 넣어 쓴다. 포상으로 짠 것은 쓰지 않는다. 제조는 비교적 간단하여서 상온에서 압력이 필요 없다.
⒝ 보통제품으로서는 파판과 평판이 있다.
② 성질 … 성질은 가성소다나 알칼리에는 약하나 그 외에는 안정하다. 내구성에 대하여서도 플라스틱 중에서는 뛰어난 편이고 옥외에서 5년 이상 지나도 강도의 변화가 거의 없다.
③ 용도 … 용도로서는 외부에 쓰이는 플라스틱으로서는 좋은 재료이고 외벽, 지붕, 내장재, 천정, 가구 등에 쓰이며 세면기, 변기 등의 설비재료로서도 쓰이고, 장차 구조재로 쓰이게 될 것이다.
④ 폴리에스테르마감 화장판(목재제품 참조)
⒜ 합판, 하드보드, 칩보드 등의 보드 표면에 0.5∼1.0㎜ 두께의 폴리에스테르로 처리하여 거울같이 평환하게 한 화장판이다. 투명처리 함으로써 바탕무늬를 아름답게 돋보이게 하거나 바탕에 착색지, 무늬지, 레이스, 천 등을 넣어 디자인 효과를 나타나게 한 것도 있고 착색 불투명 폴리에스테르로 처리할 경우도 있다. 광택은 유리제품과 거의 같다.
⒝ 치수는 두께 3.0, 4.0, 4.5, 6.0 ㎝, 보드의 넓이는 90×90 ㎝, 90×180 ㎝, 120×240 ㎝.
⒞ 테이블상판, 카운터판, 가구, 상업건축의 하벽부, 내벽, 천정판 등에 쓰인다.

[2] 멜라민마감 화장판

① 멜라민마감 적층판 … 멜라민수지를 침착한 얇은 종이를 표면으로 하고 그 밑에 아름다운 무늬종이, 착색종이 또는 목재박판을 놓고 또한 두께를 늘이기 위하여 강한 볼지에 페놀수지를 침지한 것을 여러장 겹쳐 140℃, 100㎏/㎠로 열압한 것이다.
두께 1.5㎜ 크기 90×90 ㎝, 90×180 ㎝, 120×240 ㎝ 등이 있고 얇은 합판에 붙인 것도 있다. 표면 굳기는 플라스틱 중에 가장 크다.
② 멜라민마감 보드 … 주로 내수성을 목적으로 하드보드 표면에 멜라민을 도장한 것인데 멜라민 적층 표판을 하드보드에 열압(熱壓)하기도 한다. 90×180 ㎝, 120×240 ㎝
③ 멜라민마감 금속판 … 알루미늄 강판표면에 멜라민·알키드 도료를 고온소부한 것이다. 전기냉장고, 자동차 등의 도장법이고 건축에서는 평판을 외벽에 쓴다. 멜라민이 값이 비싸므로 요소수지, 알키드수지와 혼합하여 쓸 때가 많다.

[3] 아크릴판

① 아크릴평판 … 입상의 성형원료를 엷게 녹여 압연하여 성형하는데 압력은 거의 필요치가 않다. 착색품은 안료를 미리 넣어 둔 것이며 색이 자유롭고 투명, 반투명, 불투명품이 있다. 특색 가운데 하나는 광선의 굴절율이 크다는 점이다. 성형품은 일부분에서 받은 광선을 내부에서 전반사하여 끝부분을 빛내거나 흠부분이 빛나는 즉, etch lighting 현상이 있어서 조명디자인에 응용된다. 채광판, 곡면천창, 스테인드 glass, 카운터스크린, 내외장제, 간판, 조명기구에 쓰인다.
② 아크릴파판 … 평판과 같이 만들며 roller는 파형을 붙인 것을 쓴다. 휨강도는 강화폴리에스테르와 같고(석면보다 강하다) 그 외는 평판에 준한다. 내외장용으로 쓰인다.

[4] 페놀수지판

① 베이클라이트평판 … 압력을 가하지 않은 주형품과 종이 등에 침지시켜 열압하여 만든 적층판이 있다. 충전재를 넣지 않은 것도 있으나 공업 재료로서는 석면, 유리섬유, 목분, 면(綿), 펄프, 종이, 천 등의 충전재를 넣는다. 다갈색의 색조와 석탄산의 취기가 결점이다. 전기절연성이나 내전압성이 우수하여 배전판 등에 Tm이고 건축용으로는 별로 쓰이지 않는다.
② 강화목재 적층판 … 목재박판(두께 1∼2㎜)에 페놀수지를 충분히 적신 다음 수매를 겹쳐서 150℃, 100㎏/㎠ 이상으로 열압하면 견고한 판이 된다. 강도가 커서 앞으로 구조재로 될 가능성이 있다.

§ 6. 플라스틱관, 통

[1] 경질염화비닐 파이프

성형원료에 안정제, 안료 등을 섞고 가열하여 압출성형한다. 색은 보통 회색이고 광택이 있다. 이음부속으로도 만들어진다.

① 성질 … 관내저항이 작아서 물의 유량이 철관보다 30% 많으며, 녹이 슬지 않는다. 또 가공·배관이 용이하다. 강도는 연관의 3배이며 전기의 불량도체이다. 사용 온도범위는 ­20℃∼45℃, 열팽창은 강(鋼)의 6배이다. 절단 등 가공은 목공구로 가능하고, 120°∼13°가열하여 용이하게 굽힐 수 있다. 나사식 이음부속도 있으나 용접한 것이 강도가 크다. 급배수관, 전선관 등에 Tm이고 강도는 작으나 간단한 구조물의 골조로도 가능하다.

[2] 폴리에틸렌 튜브

압축성형하는데 연질품은 고압법으로 반경질품은 저압법에 의하여 만들어진다. 사용온도 범위는 일반 염화비닐보다도 넓다. 수지는 화학적으로 안정하여서 이를 녹일 용제가 없는데, 이것은 장점인 동시에 결점도 된다. 적당한 접착제가 없으므로 용도는 염화비닐과 같으며, 내열성이 약간 우수하고 가격이 비싸다.

§7. 기타 플라스틱 제품

[1] 신축줄눈

실리콘고무, 네오브렌, 데프론 등 탄력성 있는 성형품과 코킹퍼티와 같은 충전줄눈이 있다.
[2] 블라인드(Blind)

롤블라인드(Roll blind)는 각종 합성섬유로 만들어진다. 보통가소성 수지로 만들어지며 태양열에 연화되어 중앙이 처지는 결점이 있다.

[3] 계단용 넌슬립(Non slip)

염화비닐 제품이 많이 쓰인다.