안녕하세요, 한두번도아닌데그대를만날때면님. 이중철 전문가입니다.
우선, 석유에서 추출한 동일한 기초 유분으로 만들었음에도 플라스틱마다 그 단단함이 다른 이유는 탄소 골격에 붙은 곁가지 원자의 종류와 크기에 따라 분자 간 인력의 세기와 사슬이 빽빽하게 뭉치는 결정화도가 달라지기 때문이랍니다.
■ 곁가지 원자의 크기와 극성에 따른 분자 간 인력
플라스틱은 기본 탄소 사슬에 어떤 원자가 결합하느냐에 따라 물성이 크게 달라집니다. 가장 단순한 폴리에틸렌(PE)은 수소만 결합되어 있어 사슬 간 인력이 비교적 약하고 유연합니다. 반면에, 폴리프로필렌(PP)은 덩치가 큰 메틸기(CH3)가 달려 있어 사슬의 회전과 미끄러짐을 방해하므로 PE보다 단단하고 열에 강한데요. 폴리염화비닐(PVC)은 전기음성도가 크고 무거운 염소(Cl) 원자가 결합하여 분자 사이에 강력한 극성 인력이 작용하므로, 가소제를 넣지 않으면 파이프처럼 매우 단단하고 뻣뻣한 성질을 띠게 됩니다.
■ 분자 사슬의 배열 규칙성과 결정화도의 영향
단단함을 좌우하는 또 다른 핵심 원리는 고분자 사슬이 얼마나 규칙적으로 조밀하게 겹쳐지는가에 있습니다. 곁가지가 단순하고 곧게 뻗은 사슬은 분자끼리 빈틈없이 밀착하여 규칙적인 결정 구조를 만들기 쉬운데요. 이러한 결정 영역이 많을수록 사슬 간 결합 면적이 넓어져 밀도가 높아지고 단단해집니다. 반대로 곁가지가 불규칙하게 뻗어 있으면 사슬 사이 공간이 넓어지는 비결정 영역이 늘어나면서 유연하고 부드러운 성질을 띠게 된답니다.
정리하자면,
플라스틱의 단단함 차이는 탄소 사슬에 붙은 곁가지 원자가 유발하는 극성과 분자 간 인력의 세기, 그리고 사슬들이 빽빽하게 밀착해 결정 영역을 형성하는 정도에 따라 분자 수준에서 결정된답니다.
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