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말끔한할미새85
고분자 화합물 중 열경화성 플라스틱과 열가소성 플라스틱이 분자 사슬 간 가교 결합의 유무에 따라 완전히 다른 물리적 성질을 보이는 화학적 이유는 무엇인가요?
고분자 화합물 중 열경화성 플라스틱과 열가소성 플라스틱이 분자 사슬 간 가교 결합의 유무에 따라 완전히 다른 물리적 성질을 보이는 화학적 이유는 무엇인가요?
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
열가소성 플라스틱은 긴 사슬들이 삶은 국수처럼 서로 엉켜 있을 뿐, 사슬과 사슬 사이는 판데르발스 힘이나 수소 결합 같은 약한 인력으로만 붙어 있어요. 이 인력은 사슬 안의 공유 결합보다 수십 배 약해서, 열을 가하면 금방 풀려 사슬끼리 미끄러지며 물렁해지고 녹아요. 식으면 다시 인력이 붙잡아 굳고, 이 과정을 몇 번이고 반복할 수 있어요. 그래서 녹여서 틀에 부어 찍어내기 쉽고 재활용도 돼요. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PET가 여기 속해요.
열경화성 플라스틱은 굳는 과정에서 사슬과 사슬 사이가 강한 공유 결합으로 군데군데 이어져 전체가 하나의 3차원 그물이 돼요. 가열해도 사슬이 미끄러질 수 없고, 온도를 계속 올리면 녹기 전에 결합 자체가 끊어져 타거나 분해돼요. 그 대신 단단하고 열과 용매에 강해서 냄비 손잡이에 쓰는 페놀 수지나 에폭시 접착제, 회로기판 소재로 쓰여요. 한번 굳으면 다시 녹일 수 없어 재활용이 어려워요 :)
안녕하세요.
열가소성 플라스틱은 고분자 사슬끼리 강한 화학적 결합으로 연결되어 있지 않아 열을 가하면 사슬이 서로 미끄러지듯 움직이며 부드러워져요. 반면 열경화성 플라스틱은 사슬 사이에 강한 공유결합인 가교 결합이 형성되어 있어 분자 구조가 그물처럼 고정돼요.
이 때문에 열경화성 플라스틱은 열을 가해도 쉽게 녹아 흐르지 않고, 온도가 지나치게 높아지면 분해되고, 반대로 열가소성 플라스틱은 가열과 냉각을 반복해 형태를 바꿀 수 있죠.
가교 결합의 유무가 분자 사슬의 이동성을 결정하고, 이것이 내열성과 강성, 재가공 가능성의 차이로 이어지는 것이에요.
감사합니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
열경화성 플라스틱과 열가소성 플라스틱이 완전히 다른 물리적 성질을 보이는 근본적인 화학적 이유는 분자 사슬 간을 연결하는 가교 결합의 유무와 그 결합력의 차이에 있습니다. 열가소성 플라스틱은 분자 사슬들이 공유결합이 아닌 상대적으로 약한 분자간 힘으로만 얽혀 있어 열을 가하면 사슬들이 쉽게 미끄러지며 녹아 자유로운 재가공이 가능합니다. 반면 열경화성 플라스틱은 제조 과정에서 3차원 그물 구조 형태의 강한 공유결합인 가교 결합이 사슬들을 단단하게 엮어놓습니다. 이로 인해 고온을 가해도 분자 사슬들이 서로 독립적으로 이동하거나 유동하지 못하고 고정되어 녹는 대신 화학적으로 분해되거나 탄화되는 특성을 보입니다 결과적으로 열가소성은 열을 통한 형태 변형과 재활용이 유리한 반면 열경화성은 뛰어난 내열성과 구조적 강도를 갖추게 됩니다 결국 분자 사슬 간의 가교 결합 유무가 고분자 화합물의 열적 기계적 거동을 완전히 갈라놓는 핵심적인 화학적 요인입니다
열가소성 플라스틱은 분자 사슬끼리 강하게 연결되어 있지 않아 열을 가하면 부드러워지고 다시 굳힐 수 있습니다. 반면 열경화성 플라스틱은 분자 사슬들이 가교 결합으로 서로 연결되어 있어 열을 가해도 쉽게 녹지 않습니다.
이런 주조적인 차이 때문에 열경화성은 열과 변형에 강하지만, 한 번 굳으면 다시 모양을 바꾸기 어렵습니다. 따라서 열가소성은 재활용과 성형에 유리하고, 열경화성은 높은 내열성과 형태 유지가 필요한 부품들에 적합한 소재라고 볼 수 있겠습니다.
안녕하세요. 박재화 박사입니다.
열가소성 플라스틱은 긴 고분자 사슬들이 서로 강하게 묶여 있지 않아 열을 받으면 사슬이 움직이면서 부드러워지고 다시 모양을 바꿀 수 있습니다.
반면 열경화성 플라스틱은 분자 사슬 사이가 가교 결합으로 촘촘하게 연결되어 하나의 그물망처럼 단단한 구조를 만듭니다. 그래서 열을 가해도 사슬이 자유롭게 움직이지 못해 녹아서 흐르기보다는 높은 온도에서 결국 분해되는 쪽에 가깝습니다.
이런 구조 차이 때문에 열가소성은 재가공과 재활용이 비교적 용이하고, 열경화성은 내열성과 강성이 좋은 대신 다시 녹여 성형하기 어려운 특징이 있습니다. 쉽게 말해서 열가소성은 풀어 놓은 실타래라면, 열경화성은 실들이 서로 묶인 그물망이라고 생각하면 이해하기 쉽습니다.