학문
양파껍데기
자외선을 받은 플라스틱이 변색보다 먼저 취성화되는 경우는 왜 생길까요?
겉보기 색상 변화만으로 소재의 열화를 판단하기 어려운 이유와 분자구조 변화의 관계를 실제 제품 사례와 함께 알고 싶습니다.
성실한 답변 부탁드립니다.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.
플라스틱이 자외선 UV 를 받았을 때 황변도 일어나도 푸석푸석해지는 취성도 일어납니다.
하지만 황변보다 취성이 먼저 일어나는데 그 이유는 분자 구조가 먼저 끊어지기 때문입니다.
플라스틱은 탄소 수소가 길게 이어진 거분자 물질인데 자외선은 강한 에너지라 이러한 분자내부의 사슬을 공격해서 끊어내게 됩니다.
이때문에 취성과 변색이 발생하는데 분자간의 사슬이 끊어지게 되면 플라스틱의 응력이 사라지면서 먼저 취성이 생기게 됩니다. 이후 황변의 경우는 끊어진 사슬이 공기중의 산소와 결합하여 새로운 색상의 분자를 만들고 난뒤에 발생하기 때문에 취성보다 나중에 발견이 됩니다.
그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다:)
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채택된 답변안녕하세요.
자외선을 받은 플라스틱은 색이 변하기 전에 분자사슬이 먼저 끊어지면서 약해질 수 있어요.
자외선 에너지가 고분자 사슬에 흡수되면 활성산소가 생성되는데, 이것이 산화반응을 일으키면서 분자량이 감소할 수 있죠. 이 과정에서 재료가 유연성을 잃고 미세한 균열이 생기면서 충격에 쉽게 깨지는 취성의 특성이 강해지게 되구요.
반면 변색은 특정 첨가제나 색소가 분해되거나 산화되면서 눈에 띄게 나타나는 현상이라 진행 순서가 항상 같다고 보기는 어려울 것 같아요.
감사합니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
변색과 취성화가 서로 다른 반응에서 나오기 때문이에요. 취성화는 고분자 사슬이 끊어지는 현상이고, 변색은 빛을 흡수하는 특정 구조가 생겨야 나타나요. 자외선이 사슬을 끊는 건 초기부터 진행되는데 그 끊긴 조각이 꼭 색을 띠는 구조로 이어지지는 않아서, 겉은 멀쩡한 채 안에서 먼저 부서지기 쉬운 상태가 되는 거예요.
재질에 따라 갈려요. 폴리프로필렌은 반응 부산물이 무색이라 색 변화 없이 바삭해지고, 폴리카보네이트나 ABS는 빛을 흡수하는 이중결합이 생겨 누렇게 변하면서 취성화도 함께 와요. 안료가 들어간 검은 플라스틱은 변색이 가려져서 새것처럼 보이는데 누르면 갈라지기도 해요.
제품으로는 야외 빨래건조대와 화분, 캠핑 의자 부품이 흔한 사례예요. 몇 년 쓰다 멀쩡해 보이는데 하중이 걸리는 순간 뚝 부러지죠. 안전모를 겉색과 무관하게 제조 후 3년쯤에 교체하도록 정해둔 것도 같은 이유예요.
그래서 색 대신 다른 지표를 봐요. 표면에 미세 균열이 있는지, 광택이 사라져 분필가루처럼 일어나는지, 구부렸을 때 탄성 없이 꺾이는지를 확인하시면 돼요 :)
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
자외선 노출 시 크로모포어 형성을 동반하는 황변보다 사슬 절단 반응이 우세하게 진행되는 고분자는 색상 변색이 미미하더라도 분자량 감소와 결정성 변화로 인해 먼저 고분자 취성화 현상이 발생합니다 플라스틱의 외관 색상은 표면의 특정 흡수기 생성에 주로 반응하지만 실제 기계적 물성 저하는 주쇄의 과산화 라디칼 결합 파괴 및 가교 결합 불균일화 등 내부 분자구조의 비가역적 균열에서 비롯되므로 겉보기 변색과 소재 열화도는 서로 일치하지 않습니다 대표 사례인 야외 장기 노출 세탁집게나 건축용 PP 파이프의 경우 겉보기에는 원래 색상을 유지하여 건전해 보이지만 가벼운 충격에도 유리처럼 쉽게 산산조각 나는 현상이 나타납니다 이처럼 색 변색이 느린 폴리올레핀계 소재는 시각적 변색 진단만 믿을 경우 구조적 파단을 사전 예측하지 못해 안전사고 위험을 극대화하게 됩니다 그래서 소재의 정확한 열화 상태를 판단하기 위해서는 단순 외관 관찰이 아닌 FTIR 분석을 통한 카르보닐 지수 측명이나 충격강도 시험 등 분자 기계적 물성 분석이 필수적입니다