연장제 사용 이유(사슬 연장제, 플라스틱 가공, 증량제)

플라스틱 가공에서 사슬 연장제를 쓰는 이유는 짧은 고분자 사슬을 이어, 녹인 재료가 가공 중에 형태를 유지하도록 돕기 위해서다. 연장제 사용 이유를 이해하려면 무엇을 늘리려는지 먼저 보면 된다. 사슬 연장제는 분자 사슬에 작용하고, 도료 자료에서 연장제로 번역되기도 하는 증량제는 섞어 넣은 입자로 도료의 성질을 조절한다. 재활용 플라스틱과 발포 가공을 예로 차이를 살펴보자.

연장제 사용 이유, 무엇을 이어 주는 걸까?

사슬 연장제는 고분자 사슬의 끝부분과 반응해 짧은 사슬끼리 이어 주는 첨가제다. 고분자는 작은 구조가 여러 번 반복돼 길게 이어진 분자다. 플라스틱을 녹여 다시 가공하는 과정에서 열이나 수분의 영향으로 사슬이 끊어지면 평균 분자량이 낮아지고, 녹은 재료가 늘어나는 동안 버티는 힘도 약해질 수 있다.

 

사슬 연장제가 여러 사슬 끝과 결합하면 더 긴 사슬을 만들 수 있다. 반응할 수 있는 자리가 여러 곳인 첨가제는 여러 가닥을 연결해 가지가 달린 구조를 만들기도 한다. 분자량과 사슬 구조가 바뀌면 용융 상태의 점도와 용융 강도도 달라진다. 점도는 녹은 재료가 흐름에 저항하는 정도이고, 용융 강도는 녹은 재료가 늘어날 때 끊어지거나 처지는 데 얼마나 잘 버티는지를 나타낸다.

재활용 PET와 PLA 발포에는 왜 쓸까?

재활용 PET에서는 가공 중 떨어진 분자량과 점도를 보완하는 데, PLA 발포에서는 녹인 재료가 기포 모양을 유지하도록 돕는 데 쓴다. 두 공정에서 우선 살피는 물성이 서로 다르다.

 

페트병 원료인 PET는 회수해 다시 녹이는 과정에서 사슬이 짧아질 수 있다. 이때 사슬 연장제가 말단과 반응해 사슬을 이어 주면 분자량이나 용융 점도를 높이는 데 도움이 된다. 제품을 만들 때 필요한 흐름에 맞추려는 것이 이 경우의 연장제 사용 이유다. 같은 첨가제를 넣어도 원료 상태와 가공 조건에 따라 반응 정도는 달라진다.

 

PLA를 발포할 때는 녹인 재료에 생긴 기포가 커지면서 주변의 얇은 막도 늘어난다. 재료의 용융 강도가 낮으면 그 막이 쉽게 무너질 수 있다. 사슬 구조를 바꿔 용융 강도를 높이면 기포를 지탱하는 데 도움이 된다. PLA 발포 연구에서는 사슬 연장제의 화학적 구성을 바꿔 녹인 재료가 흐르고 늘어나는 성질을 비교했다. 한국고분자학회 PLA 사슬 연장 연구 바로가기

도료의 증량제와는 어떻게 다를까?

사슬 연장제는 분자와 반응해 사슬 구조를 바꾸고, 도료의 증량제는 분산된 입자로 도료의 점도나 마른 표면의 성질을 조절한다. 영어로는 각각 chain extender와 extender라고 쓴다. 자료에서 ‘연장제’라는 번역어만 보일 때는 다음처럼 주변 설명을 함께 보면 구분하기 쉽다.

 

표현	작용 방식	자료에서 확인할 말
사슬 연장제	고분자 말단과 반응해 사슬을 연결한다.	분자량, 말단 반응, 용융 강도
도료의 증량제	탄산칼슘 같은 분말을 분산시켜 도료 성질을 조절한다.	입자, 분산, 점도, 광택

 

두 경우 모두 점도라는 말이 나올 수 있다. 플라스틱 자료에서는 사슬을 이은 뒤 녹은 재료가 어떻게 흐르는지를, 도료 자료에서는 분말을 섞은 뒤 액상 도료가 어떻게 흐르는지를 말할 수 있다. 사슬 연장제가 지나치게 반응해 사슬 사이에 연결이 많아지면 재료가 잘 흐르지 않을 수 있어, 가공 조건에 맞춰 종류와 양을 정한다.

마치면서

플라스틱에서 연장제 사용 이유는 짧은 사슬을 이어 분자량과 녹은 재료의 흐름을 조절하는 데 있다. 재활용 PET에서는 가공 중 낮아진 점도를 보완하고, PLA 발포에서는 기포를 지탱하는 데 도움이 될 수 있다. 도료 자료에서 같은 번역어를 만났다면 분말을 분산시켜 점도나 표면 성질을 바꾸는 증량제인지 살펴보자. 사슬의 말단과 반응하는지, 입자를 섞는지가 두 쓰임을 구분하는 기준이다.

 

[안내드립니다] 이 글은 소재 가공에 쓰이는 용어와 원리를 설명합니다. 실제 첨가제의 적용 조건과 효과는 소재와 첨가제의 조합, 가공 방식에 따라 달라집니다.