학문
고분자 플라스틱은 자외선에 노출되면 어떤 변화가 생기나요?
플라스틱 제품을 햇빛에 장기간 노출하면 색이나 표면 상태, 기계적 성질이 달라질 수 있는데, 자외선이 고분자 사슬에 미치는 영향과 열화 속도를 좌우하는 요인은 무엇인지 의견 부탁드립니다.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 박사입니다.
플라스틱이 햇빛에 오래 노출되면 자외선 에너지가 고분자 사슬의 결합을 끊거나 구조를 변화시키면서 서서히 열화가 진행됩니다.
이 과정이 반복되면 처음에는 색이 바래거나 누렇게 변하고, 시간이 지나면서 표면이 거칠어지고 갈라지거나 쉽게 부서질 수 있습니다. 특히 자외선과 함께 산소가 작용하면 산화 반응까지 일어나 플라스틱의 강도와 탄성이 더 빠르게 떨어질 수 있습니다.
열화 속도는 플라스틱 종류 뿐 아니라 자외선의 세기, 노출 시간, 온도, 습도 등에 따라 크게 달라집니다. 그래서 야외용 플라스틱에는 자외선 안정제나 안료 등을 넣어 수명을 늘리는데, 제 생각에는 같은 플라스틱이라도 햇빛을 얼마나 받느냐에 따라 수명 차이가 상당히 커질 수 있을 것입니다.
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채택된 답변플라스틱은 자외선에 장기간 노출되면 고분자 사슬이 끊어지거나 서로 연결되는 변화가 생겨 색이 바래지고 표면이 갈라지며 강도와 유연성이 떨어질 수 있습니다. 이 과정에서 산화 반응도 일어나 변색이나 부서짐이 더 심해질 수 있습니다.
열화 속도는 플라스틱의 종류와 자외선의 세기, 노출 시간, 온도, 산소와 습기의 영향에 따라 달라집니다. 따라서 야외에서 사용하는 제품은 자외선 차단 첨가제를 넣거나 코팅을 적용하고, 햇빛에 강한 소재를 선택하는 것이 수명을 늘리는 데 도움이 됩니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
자외선이 고분자 플라스틱에 노출되면 광자 에너지에 의해 주사슬이 끊어지는 광열화 및 광산화 반응이 발생합니다. 이 과정에서 고분자 라디칼이 생성되고 산소와 반응하여 과산화물을 형성함에 따라 황변 변색 표면 갈라짐현상이 나타납니다. 내부 분자 구조의 절단과 가교로 인해 인장 강도와 충격 강도 등 기계적 물성이 급격히 저하되어 쉽게 부서지는 취화 현상이 일어납니다. 이러한 열화 속도를 좌우하는 주된 요인으로는 태양광의 자외선 조사량과 파장 대역 외에도 플라스틱의 본질적인 화학적 구조와 결정화도가 있습니다. 특히 주사슬 내에 약한 결합이나 불순물이 포함된 고분자는 자외선 흡수율이 높아 광산화 반응에 훨씬 취약한 특성을 보입니다. 또한 사용 환경의 온도 산소 농도 습도 등의 외적 조건이 복합적으로 작용하여 라디칼 반응의 전체적인 열화 속도를 가속화합니다. 따라서 제품 설계 단계에서 자외선 안정제나 흡수제 카본블랙 등의 첨가제를 적절히 배합하여 내후성을 확보하는 것이 광열화 방지의 핵심입니다
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
햇빛 속 자외선 광자 하나의 에너지는 3~4eV 정도로, 고분자 사슬을 잇는 탄소-탄소 결합이나 탄소-수소 결합을 끊을 수 있을 만큼 커요. 결합이 끊어진 자리에는 반응성이 큰 라디칼이 생기고, 여기에 공기 중 산소가 붙으면서 옆 사슬을 연달아 끊는 광산화 반응이 퍼져요. 긴 사슬이 토막 나면 분자량이 줄어 플라스틱이 뻣뻣하고 잘 부서지게 변하고, 표면에 미세한 균열이 생기며 하얀 가루가 묻어나요. 산화로 생긴 카르보닐기는 빛을 흡수해서 누렇게 변색돼요.
열화 속도는 먼저 고분자 종류에 따라 크게 달라요. 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌은 약한 편이고, 아크릴이나 불소수지는 강해요. 온도와 습도가 높을수록 반응이 빨라져요. 제조할 때 자외선 흡수제나 라디칼을 붙잡는 광안정제를 넣거나 카본블랙을 섞어 검게 만들면 수명이 몇 배 늘어요. 야외용 플라스틱 의자가 몇 년 만에 바스러지는 건 대개 이런 첨가제가 부족해서 생겨요 :)