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플라스틱
열과 압력을 가해 성형할 수 있는 고분자화합물 위키백과, 무료 백과사전
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다른 뜻에 대해서는 플라스틱 (동음이의) 문서를 참고하십시오.플라스틱(plastic)은 주로 중합체로 구성된 다양한 합성 또는 반합성 재료를 통칭한다. 플라스틱의 특징인 소성은 다양한 고체 형태로 사출성형, 압출성형, 또는 압축성형될 수 있게 한다. 이러한 적응성은 가벼운 무게, 내구성, 유연성, 내화학성, 낮은 독성 및 저렴한 생산 비용과 같은 다양한 다른 특성과 결합되어 전 세계적으로 널리 사용되게 했다.[1] 대부분의 플라스틱은 천연가스와 석유로 생산되지만, 폴리젖산과 같은 재생 가능한 자원으로 생산되는 플라스틱의 비중이 점점 늘고 있다.[2]
1950년부터 2017년까지 92억 미터톤의 플라스틱이 생산된 것으로 추정되며, 이 중 절반 이상은 2004년 이후 생산되었다. 2023년에만 4억 미터톤 이상의 플라스틱이 전 세계적으로 생산되었다는 잠정 수치가 나왔다.[3] 플라스틱 수요의 세계적 추세가 계속된다면, 2060년까지 연간 전 세계 플라스틱 생산량이 13억 톤을 넘어설 것으로 예상된다.[3] 플라스틱의 주요 용도는 포장(전체 사용량의 약 40%)과 건축 및 건설(약 20%)이다.[1]
20세기 초부터 플라스틱의 성공과 지배력은 의료 기기부터 경량 건축 자재에 이르기까지 인류에게 큰 이점을 가져왔다. 많은 국가의 하수 시스템은 폴리염화 비닐의 탄력성과 적응성에 의존한다. 플라스틱이 자연 생태계에서 느리게 분해되기 때문에 광범위한 환경 문제의 근원이 되는 것도 사실이다.[4] 생산된 대부분의 플라스틱은 재사용되지 않았다. 일부는 재사용에 적합하지 않다. 많은 양이 쓰레기 매립지나 플라스틱 오염으로 포집된다. 특히 미세 플라스틱에 대한 우려가 크다. 예를 들어, 해양 플라스틱 오염은 태평양 거대 쓰레기 지대를 만든다. 지금까지 폐기된 모든 플라스틱 중 약 14%는 소각되었고 10% 미만이 재활용되었다.[5]
선진 경제에서는 플라스틱의 약 3분의 1이 포장에 사용되며, 배관, 배관 또는 비닐 사이딩과 같은 건축 분야에도 거의 같은 양이 사용된다.[6] 기타 용도로는 자동차(최대 20% 플라스틱[6]), 가구 및 장난감이 있다.[6] 개발도상국에서는 플라스틱의 용도가 다를 수 있다. 인도의 소비량 중 42%가 포장에 사용된다.[6] 전 세계적으로 연간 1인당 약 50kg의 플라스틱이 생산되며, 생산량은 10년마다 두 배로 증가한다.
세계 최초의 완전 합성 플라스틱은 리오 베이클랜드가 1907년 뉴욕에서 발명한 베이클라이트이며,[7] 그가 "플라스틱"이라는 용어를 만들었다.[8] 오늘날에는 제품 포장에 널리 사용되는 폴리에틸렌과 강도와 내구성 때문에 건설 및 파이프에 사용되는 폴리염화 비닐(PVC)과 같은 수십 가지의 다양한 유형의 플라스틱이 생산된다. 많은 화학자들이 플라스틱 재료과학에 기여했으며, 그중에는 "고분자화학의 아버지"로 불리는 노벨상 수상자 헤르만 슈타우딩거와 "고분자물리학의 아버지"로 알려진 헤르만 마크도 있다.[9]
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어원
플라스틱이라는 단어는 "모양을 만들거나 틀에 넣을 수 있는"을 의미하는 고대 그리스어 πλαστικός (plastikos)에서 유래했으며, 이는 다시 "틀에 넣어진" 또는 "형성된"을 의미하는 πλαστός (plastos)에서 파생되었다.[10] 현대적 용법에서 플라스틱이라는 단어는 주로 석유화학제품 유래 제조의 고체 합성 제품을 의미한다.[11]
명사로서의 소성(plasticity)은 특히 플라스틱 제조에 사용되는 재료의 변형성을 나타낸다. 소성은 필름, 섬유, 판, 튜브, 병, 상자 등을 포함한 다양한 형태로 성형, 압출 또는 압축을 가능하게 한다. 재료과학에서 소성은 외부 힘을 받을 때 고체 물질의 비가역적인 형태 변화를 설명하는 더 기술적인 정의를 가지고 있다. 그러나 이 정의는 이 문서의 범위를 벗어난다.
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구조
대부분의 플라스틱에는 유기 중합체가 포함된다.[12] 이 중합체의 대부분은 산소, 질소 또는 황 원자의 부착 여부에 관계없이 탄소 원자 사슬로 형성된다. 이러한 사슬은 단량체로부터 형성된 많은 반복 단위로 구성된다. 각 중합체 사슬은 수천 개의 반복 단위로 이루어져 있다. 백본 사슬은 많은 반복 단위를 함께 연결하는 사슬의 주요 경로 부분이다. 플라스틱의 특성을 맞춤화하기 위해 곁사슬이라는 다른 분자 그룹이 이 백본에 매달려 있다. 이들은 일반적으로 단량체 자체가 연결되어 중합체 사슬을 형성하기 전에 단량체에 부착된다. 이 곁사슬의 구조는 중합체의 특성에 영향을 미친다.
분류
요약
관점
플라스틱은 일반적으로 중합체의 백본과 곁사슬의 화학 구조에 따라 분류된다. 이런 방식으로 분류되는 중요한 그룹에는 아크릴 그룹, 폴리에스터, 실리콘, 폴리우레탄, 할로겐화 플라스틱이 포함된다. 플라스틱은 축합, 중합, 가교와 같은 합성 과정에 따라 분류될 수 있다.[13] 또한 굳기, 밀도, 인장 강도, 내열성, 유리 전이 온도를 포함한 물리적 특성에 따라 분류할 수도 있다. 플라스틱은 유기 용매, 산화, 이온화 방사선 노출과 같은 다양한 물질 및 과정에 대한 저항성과 반응에 따라 추가로 분류될 수 있다.[14] 플라스틱의 다른 분류는 특정 목적을 위한 제조 또는 제품 설계와 관련된 특성에 기반한다. 예로는 열가소성 플라스틱, 열경화성 플라스틱, 전도성 고분자, 생분해성 플라스틱, 엔지니어링 플라스틱 및 탄성체가 있다.
열가소성 플라스틱과 열경화성 고분자
플라스틱의 중요한 분류 중 하나는 플라스틱을 만드는 데 사용되는 화학 공정의 가역성 정도이다.
열가소성 플라스틱은 가열 시 구성 성분에 화학적 변화를 겪지 않으므로 반복적으로 성형할 수 있다. 예를 들어 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스타이렌(PS), 폴리염화 비닐(PVC)이 있다.[15]
열경화성 플라스틱 또는 열경화성 고분자는 한 번만 녹고 모양을 만들 수 있다. 일단 굳으면 영구적으로 고체 상태를 유지하고 모양을 유지한다.[16] 다시 가열하면 열경화성 플라스틱은 녹는 대신 분해된다. 열경화성 플라스틱의 예로는 에폭시 수지, 폴리이미드, 베이클라이트가 있다. 고무의 가황은 이 과정의 한 예이다. 황 존재하에 가열하기 전에는 천연 고무(폴리아이소프렌)는 끈적하고 약간 흐르는 물질이며, 가황 후에는 건조하고 단단한 제품이 된다.
범용 플라스틱, 엔지니어링 플라스틱, 고성능 플라스틱
범용 플라스틱
전 세계 플라스틱 생산량의 약 80%는 낮은 비용과 제조 용이성 때문에 주로 선택되는 범용 플라스틱을 포함한다. 이 플라스틱은 대량 생산되며 포장, 식품 용기, 가정용품과 같은 일상적인 용도로 사용된다. 대부분의 범용 플라스틱은 ASTM 인터내셔널에서 개발한 표준화된 번호 시스템인 수지 식별 코드(RIC)로 식별할 수 있다.
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET 또는 PETE)
고밀도 폴리에틸렌(HDPE 또는 PE-HD)
폴리염화 비닐(PVC 또는 V)
저밀도 폴리에틸렌(LDPE 또는 PE-LD),
폴리프로필렌(PP)
폴리스타이렌(PS)
위에 나열된 6가지 가장 널리 알려진 것 외에도, 폴리우레탄(PUR)과 같이 대량 생산되고 흔히 사용되는 더 많은 범용 플라스틱이 있다. PUR은 낮은 비용, 제조 용이성, 다양성 때문에 범용 플라스틱으로도 분류되는 플라스틱의 일종이다. 그러나 폼 및 접착제와 같이 화학적으로 다양한 제형을 포함하므로 RIC가 없다.
포장은 범용 플라스틱의 가장 큰 응용 분야로, 2015년에만 1억 4,600만 미터톤(전 세계 생산량의 36%)을 소비했다. 그러나 포장 외에도 이러한 플라스틱은 농업, 건설, 소비재 및 의료와 같은 다양한 다른 분야에서 매우 중요하다.
내구성 및 생분해에 대한 저항성과 같은 많은 특성들은 다양한 응용 분야에서 바람직하지만, 심각한 환경 문제를 야기했다. 매년 800만에서 1,200만 톤의 플라스틱이 바다로 유입되며, 주로 잘못 관리된 포장 폐기물에서 발생한다. 범용 플라스틱이 이러한 오염의 대부분을 차지하며, 재활용률은 여전히 낮다(예: 전 세계적으로 모든 플라스틱의 약 9%만 재활용됨). 분해에서 파생된 미세 플라스틱은 생태계와 인간의 건강을 더욱 위협한다.
범용 플라스틱 외에도 매우 뛰어난 특성을 가진 엄청나게 많은 플라스틱이 존재한다.
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엔지니어링 플라스틱
엔지니어링 플라스틱은 더 견고하며 차량 부품, 건축 및 건설 재료, 일부 기계 부품과 같은 제품을 제조하는 데 사용된다. 일부 경우에는 다른 플라스틱을 혼합하여 형성된 고분자 혼합물(ABS, HIPS 등)이다. 엔지니어링 플라스틱은 차량에서 금속을 대체하여 무게를 줄이고 연비를 6~8% 향상시킬 수 있다. 현대 자동차 용적의 약 50%가 플라스틱으로 만들어지지만, 이는 차량 무게의 12~17%에 불과하다.[20]
- 아크릴로나이트릴 뷰타다이엔 스타이렌(ABS): 전자 장비 케이스(예: 컴퓨터 모니터, 프린터, 키보드) 및 배수관
- 고충격 폴리스타이렌: 냉장고 라이너, 식품 포장, 자동 판매기 컵
- 폴리카보네이트(PC): 콤팩트 디스크, 안경, 폭동 진압 방패, 보안 창문, 신호등, 렌즈
- 폴리카보네이트 + 아크릴로나이트릴 뷰타다이엔 스타이렌 (PC + ABS): PC와 ABS의 혼합물로, 자동차 내외부 부품 및 휴대폰 본체에 사용되는 더 강한 플라스틱을 만든다.
- 폴리에틸렌 + 아크릴로나이트릴 뷰타다이엔 스타이렌 (PE + ABS): 저하중 건식 베어링에 사용되는 PE와 ABS의 미끄러운 혼합물
- 폴리메타크릴산 메틸(PMMA) (아크릴): 콘택트렌즈(원래 "하드" 유형), 유리(전 세계적으로 다양한 상표명으로 가장 잘 알려져 있음; 예: 퍼스펙스, 플렉시글라스, 오로글라스), 형광등 확산기, 차량 후미등 커버. 또한 다른 물질을 사용하여 물에 현탁될 때 예술 및 상업용 아크릴 물감의 기초를 형성한다.
- 실리콘(폴리실록세인): 주로 실란트로 사용되지만 고온 조리 도구 및 산업용 페인트의 기본 수지로도 사용되는 내열 수지
- 요소-폼알데하이드(UF): 페놀류의 다색 대안으로 사용되는 아미노플라스트 중 하나: 목재 접착제(합판, 칩보드, 하드보드용) 및 전기 스위치 하우징으로 사용된다.
고성능 플라스틱
고성능 플라스틱은 범용 플라스틱 및 엔지니어링 플라스틱에 비해 우수한 특성을 나타내는 중합체 범주이다. 이 플라스틱은 종종 150°C(302°F) 이상의 고온을 견딜 수 있으며, 화학적 부식 및 분해에 매우 강하고, 뛰어난 기계적 및 전기적 특성을 가지며, 가볍고 매우 다재다능하다.
- 아라미드: 갑옷 제조에 사용되는 것으로 가장 잘 알려진 이 내열성 및 강성 합성 섬유는 항공우주 및 군사 분야에도 응용되며 케블라, 노멕스, 트와론을 포함한다.
- 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)
- 폴리에테르에테르케톤(PEEK): 강하고 화학적 및 열에 강한 열가소성 플라스틱. 생체 적합성으로 인해 의료용 임플란트 응용 분야 및 항공우주 성형에 사용된다. 가장 비싼 상업용 중합체 중 하나이다.
- 폴리에테르이미드(PEI): 고온 및 화학적으로 안정하며 결정화되지 않는 중합체
- 폴리이미드: 캡톤 테이프와 같은 재료에 사용되는 고온 플라스틱
- 폴리설폰(PS): 멤브레인, 여과 매체, 온수기 딥 튜브 및 기타 고온 응용 분야에 사용되는 고온 용융 가공 수지
- 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE): 프라이팬의 논스틱 표면, 배관공 테이프, 워터 슬라이드에 사용되는 내열성, 저마찰 코팅
- 폴리아미드-이미드(PAI): 고성능 기어, 스위치, 변속기 및 기타 자동차 부품 및 항공우주 부품에 광범위하게 사용되는 고성능 엔지니어링 플라스틱[21]
- 폴리페닐렌 설파이드(PPS): 극한의 내화학성, 난연성, 열 안정성(최대 220°C/428°F).
- 폴리에테르설폰(PES): 투명성, 고온 저항성(최대 200°C/392°F), 생체 적합성으로 가장 잘 알려져 있다. 의료 기기, 식품 등급 장비, 항공우주 조명에 일반적으로 사용된다.
- 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF): 극한의 내화학성, 자외선 안정성 및 압전기 특성으로 알려진 비반응성 열가소성 불소 중합체. 반도체 튜브, 리튬 이온 배터리 바인더, 건축 코팅에 일반적으로 사용된다.
- 액정 폴리머(LCP): 액체와 결정의 특성을 모두 결합한 중합체 종류로, 극한의 치수 안정성, 낮은 열팽창, 높은 유전 강도로 알려져 있다. 소형 전자 제품, 광케이블, 수술 기기에 일반적으로 사용된다.
- 폴리이미드(PI): 고성능 열경화성 플라스틱 종류로, 최대 300°C(572°F)까지 작동 가능하며 뛰어난 유전 특성 및 방사선 저항성으로 가장 잘 알려져 있다. 유연 인쇄 회로, 우주복 층, 제트 엔진 부품에 일반적으로 사용된다.
- 폴리벤즈이미다졸(PBI): 극히 높은 내열성(단기적으로 400°C/752°F), 낮은 탈가스성, 난연성. 소방복, 반도체 도구, 항공우주 열 차폐에 일반적으로 사용된다.
- 비스말레이미드(BMI): 높은 유리 전이 온도(약 250°C/482°F)와 낮은 수분 흡수율로 알려져 있다. 복합 항공기 매트릭스 및 군사 레이더 시스템에 일반적으로 사용된다.
- 시아네이트 에스터: 낮은 유전 손실과 우주 등급 방사선 저항성으로 알려져 있다. 위성 부품 및 레이더 안테나에 일반적으로 사용된다.
비정질 플라스틱과 결정질 플라스틱
많은 플라스틱은 완전히 비정질이며, 이는 고도로 질서정연한 분자 구조가 부족하다는 것을 의미한다.[22] 결정질 플라스틱은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK)과 같이 더 규칙적인 간격의 원자 패턴을 나타낸다. 그러나 일부 플라스틱은 분자 구조가 부분적으로 비정질이며 부분적으로 결정질이어서 녹는점과 하나 이상의 유리 전이(국부적 분자 유연성의 정도가 크게 증가하는 온도)를 모두 가진다. 이러한 이른바 반결정성 플라스틱에는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화 비닐, 폴리아마이드(나일론), 폴리에스터 및 일부 폴리우레탄이 포함된다.
전도성 고분자
본질적으로 전도성 중합체(ICPs)는 전기를 전도하는 유기 중합체이다. 늘어난 방향의 폴리아세틸렌에서 최대 80 킬로지멘스/센티미터(kS/cm)의 전도도가 달성되었지만,[23] 이는 대부분의 금속의 전도도에 미치지 못한다. 예를 들어, 구리의 전도도는 수백 kS/cm이다.[24]
생분해성 플라스틱 및 바이오플라스틱
생분해성 플라스틱
생분해성 플라스틱은 햇빛, 자외선, 습기, 박테리아, 효소 또는 바람 침식과 같은 생물학적 요인에 노출될 때 분해(분해)되는 플라스틱이다. 벌레나 식충류와 같은 곤충의 공격도 생분해의 한 형태로 간주될 수 있다. 호기성 소화는 플라스틱이 표면에 노출되어야 하는 반면, 혐기성 소화는 매립지 또는 퇴비화 시스템에서 효과적이다. 일부 회사는 생분해를 더욱 촉진하기 위해 생분해성 첨가제를 생산한다. 전분 분말을 충전제로 첨가하여 일부 플라스틱의 분해를 촉진할 수 있지만, 이러한 처리는 완전한 분해로 이어지지 않는다. 일부 연구자들은 유전 공학적으로 박테리아를 조작하여 폴리하이드록시뷰티레이트(PHB)와 같은 완전히 생분해성 플라스틱을 합성했지만, 2021년 기준으로 이들은 여전히 상대적으로 비쌌다.[25]
바이오플라스틱
대부분의 플라스틱이 석유화학제품으로 생산되는 반면, 바이오플라스틱은 셀룰로스와 전분과 같은 재생 가능한 식물성 재료로 주로 만들어진다.[26] 화석 연료 매장량의 유한한 한계와 주로 이 연료의 연소로 인한 온실가스 증가로 인해 바이오플라스틱 개발은 성장하는 분야이다.[27][28] 바이오 기반 플라스틱의 전 세계 생산 능력은 연간 327,000톤으로 추정된다. 대조적으로, 전 세계적으로 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)과 같은 석유화학 유래 폴리올레핀의 생산량은 2015년에 1억 5천만 톤 이상으로 추정되었다.[29]
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플라스틱 산업
요약
관점
플라스틱 산업은 플라스틱 제품의 전 세계적인 생산, 플라스틱 컴파운딩, 변환 및 판매를 포함한다. 중동과 러시아가 필요한 대부분의 석유화학제품 원료를 생산하지만, 플라스틱 생산은 전 세계 동서양에 집중되어 있다. 플라스틱 산업은 수많은 회사로 구성되며 여러 부문으로 나눌 수 있다.
생산
1950년부터 2017년까지 92억 톤의 플라스틱이 만들어진 것으로 추정되며, 이 중 절반 이상은 2004년 이후 생산되었다. 1950년대 플라스틱 산업의 탄생 이후 전 세계 생산량은 엄청나게 증가하여 2021년에는 연간 4억 톤에 달했으며, 이는 2015년의 3억 8천1백만 미터톤(첨가제 제외)에서 증가한 수치이다.[5][17] 1950년대부터 포장, 건설 및 건축, 기타 부문에서 플라스틱 사용이 급격히 증가했다.[5] 플라스틱 수요의 세계적인 추세가 계속된다면, 2050년까지 연간 전 세계 플라스틱 생산량은 연간 11억 톤을 넘어설 것으로 추정된다.[5]
- 폴리프로필렌 공장
아제르바이잔 숨가이트 화학 산업 단지에 있는 SOCAR 폴리머 폴리프로필렌 공장
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1950–2015년 연간 전 세계 플라스틱 생산량.[17] 수직선은 플라스틱 생산량의 단기 감소를 초래한 1973–1975년 불황과 세계 금융 위기 (2007년~2008년)를 나타낸다.
플라스틱은 중합을 통해 원료(단량체)인 석유화학제품으로 화학 공장에서 생산된다. 이러한 시설은 일반적으로 넓으며, 넓게 펼쳐진 배관이 곳곳에 깔려 있어 정유공장과 시각적으로 유사하다. 이들 공장의 대규모는 규모의 경제를 활용할 수 있게 한다. 그럼에도 불구하고 플라스틱 생산은 특별히 독점적이지 않으며, 약 100개 기업이 전 세계 생산량의 90%를 차지한다.[30] 여기에는 민간 기업과 국영 기업이 혼합되어 있다. 전체 생산량의 약 절반은 동아시아에서 이루어지며, 중국이 단일 최대 생산국이다. 주요 국제 생산 업체는 다음과 같다.
역사적으로 유럽과 북아메리카가 전 세계 플라스틱 생산을 주도해왔다. 그러나 2010년 이후 중국이 2020년 전체 플라스틱 수지 생산량의 31%를 차지하는 등 아시아가 중요한 생산국으로 부상했다.[31] 플라스틱 생산량의 지역적 차이는 사용자 수요, 화석 연료 원료 가격, 석유화학 산업 투자에 의해 주도된다. 예를 들어, 2010년 이후 미국에서는 저렴한 원자재 비용에 힘입어 2천억 달러 이상이 새로운 플라스틱 및 화학 공장에 투자되었다. 유럽 연합(EU)에서도 플라스틱 산업에 막대한 투자가 이루어져 연간 160만 명 이상을 고용하고 있으며, 연간 3600억 유로 이상의 매출을 올리고 있다. 2016년 중국에는 15,000개 이상의 플라스틱 제조업체가 있었으며, 3660억 달러 이상의 수익을 창출했다.[5]
2017년 전 세계 플라스틱 시장은 녹여서 재성형할 수 있는 중합체인 열가소성 플라스틱이 지배적이었다. 열가소성 플라스틱에는 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화 비닐(PVC), 폴리스타이렌(PS) 및 합성 섬유가 포함되며, 이들이 전체 플라스틱의 86%를 차지한다.[5]
컴파운딩
플라스틱은 순수한 불순물 없는 물질로 판매되는 것이 아니라, 첨가제라고 총칭되는 다양한 화학 물질 및 기타 재료와 혼합된다. 이들은 플라스틱 컴파운딩 단계에서 첨가되며, 최종 제품의 수명, 가공성 또는 외관을 개선하기 위한 안정제, 가소제, 염료와 같은 물질을 포함한다. 경우에 따라서는 고충격 폴리스타이렌과 같이 다른 유형의 플라스틱을 함께 혼합하여 고분자 혼합물을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 대기업은 생산 전에 자체 컴파운딩을 수행할 수 있지만, 일부 생산자는 제3자에게 이 작업을 맡긴다. 이 작업에 특화된 회사를 컴파운더(Compounders)라고 한다.
열경화성 플라스틱의 컴파운딩은 비교적 간단하다. 액체 상태를 유지하다가 최종 형태로 경화되기 때문이다. 대부분의 제품을 만드는 데 사용되는 열가소성 재료의 경우, 첨가제를 혼합하기 위해 플라스틱을 녹여야 한다. 이는 150–320 °C (300–610 °F) 사이의 온도로 가열하는 것을 포함한다. 용융된 플라스틱은 점성이 있으며 층류를 나타내어 혼합이 잘 되지 않는다. 따라서 컴파운딩은 압출 장비를 사용하여 필요한 열과 혼합을 제공하여 제대로 분산된 제품을 얻는다.
대부분의 첨가제 농도는 일반적으로 매우 낮지만, 높은 수준의 첨가제를 첨가하여 마스터배치 제품을 만들 수 있다. 이러한 제품의 첨가제는 농축되어 있지만 여전히 호스트 수지에 제대로 분산되어 있다. 마스터배치 과립은 더 저렴한 벌크 중합체와 혼합될 수 있으며, 가공 중에 첨가제를 방출하여 균질한 최종 제품을 제공한다. 이는 완전히 컴파운딩된 재료로 작업하는 것보다 저렴할 수 있으며, 특히 색상 도입에 흔히 사용된다.
변환
사출 성형에 대한 짧은 비디오 (9분 37초)
플라스틱 음료수 병 블로 성형
변환기(때로는 프로세서로 알려져 있음)는 원료, 종종 수지, 펠릿 또는 필름 형태의 재료로 완성된 플라스틱 제품을 제조하는 회사 또는 전문가이다.
- 사출성형: 용융된 플라스틱을 고압으로 금형 캐비티에 주입하는 과정. 플라스틱은 금형 내에서 응고되어 원하는 모양을 형성한다.
- 블로 몰딩: 패리슨이라고 불리는 플라스틱 튜브를 가열하여 금형 내부에서 팽창시켜 병 및 장난감과 같은 중공 제품을 형성한다.
- 회전 성형: 금형을 가열하면서 두 축을 중심으로 회전시키는 과정. 플라스틱 분말이 금형에 추가되어 녹고 회전하면서 벽에 달라붙어 중형 벌크 컨테이너와 같은 두꺼운 벽의 중공 부품을 형성한다.
- 주조: 액체 수지를 금형에 부어 미리 설계된 모양으로 응고시키는 과정.
- 필름 블로잉: 중합체를 가열하고 얇고 연속적인 시트로 불어내는 과정. 포장에 사용되는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌 필름 제조에 일반적으로 사용된다.
- 방적: 중합체 용융물 또는 용액을 연속적인 가닥으로 변환하는 과정.
- 3차원 인쇄: 컴퓨터 지원 설계 소프트웨어를 사용하여 디지털 모델에 따라 물체를 층별로 3차원 인쇄하는 과정.
열경화성 재료의 경우, 플라스틱은 액체 상태에서 시작하지만 고체 제품을 만들기 위해 경화되어야 하므로 공정이 약간 다르지만, 대부분의 장비는 대체로 유사하다.
가장 일반적으로 생산되는 플라스틱 소비재는 LDPE로 만든 포장재(예: 비닐봉투, 용기, 식품 포장 필름), HDPE로 만든 용기(예: 우유병, 샴푸병, 아이스크림 통), PET로 만든 용기(예: 물병 및 기타 음료수 병)를 포함한다. 이러한 제품들은 전 세계 플라스틱 사용량의 약 36%를 차지한다. 그 중 대부분(예: 일회용 컵, 접시, 수저, 테이크아웃 용기, 장바구니)은 짧은 기간 동안만 사용되며, 많은 경우 하루도 채 되지 않는다. 건축 및 건설, 직물, 운송 및 전기 장비 분야에서의 플라스틱 사용 또한 플라스틱 시장의 상당 부분을 차지한다. 이러한 목적으로 사용되는 플라스틱 품목은 일반적으로 수명이 더 길다. 이들은 약 5년(예: 직물 및 전기 장비)에서 20년 이상(예: 건설 자재, 산업 기계)까지 사용될 수 있다.[5]
플라스틱 소비량은 국가와 지역마다 다르며, 플라스틱의 일부 형태는 대부분의 사람들의 삶에 스며들었다. 북아메리카(즉, 북미자유무역협정 또는 NAFTA 지역)는 전 세계 플라스틱 소비량의 21%를 차지하며, 중국(20%)과 서유럽(18%)이 그 뒤를 바짝 쫓는다. 북아메리카와 유럽은 1인당 플라스틱 소비량이 높다(각각 94kg, 85kg/인/년). 중국은 1인당 소비량은 낮지만(58kg/인/년) 인구가 많아 국가 전체 소비량은 높다.[5]
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갤러리
PET로 만든 물병
고밀도 폴리에틸렌 (HDPE)은 튼튼한 용기를 만드는 데 사용되며, 투명 용기는 PET로 만들 수 있다.
일회용 슈트는 부직포 HDPE 직물로 만들 수 있다.
HDPE로 만든 플라스틱 우편 봉투
LDPE로 만든 지퍼락 백
LDPE로 만든 식품 포장재
폴리프로필렌으로 만든 킨더 조이 껍질
폴리프로필렌 의자
HDPE로 만든 의자
발포 폴리스타이렌 폼 ("스티로폼")
압출 폴리스타이렌 폼 ("스타이로폼")
스티로폼 테이크아웃 식품 용기
PETE로 만든 달걀 쟁반
LDPE로 만든 포장 완충재 조각
폴리우레탄 폼으로 만든 주방 스펀지
논스틱 조리 기구, 테플론 코팅
아이폰 5C, 폴리카보네이트 "유니바디" 쉘을 가진 스마트폰
PVC 파이프
PVC 블리스터 팩
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용도
플라스틱의 가장 큰 용도는 포장 재료이지만, 다음과 같은 광범위한 다른 분야에서도 사용된다. 건설(파이프, 홈통, 문 및 창문), 섬유(신축성 직물, 폴라 플리스), 소비재(장난감, 식기, 칫솔), 운송(헤드라이트, 범퍼, 차체 패널, 사이드 미러), 전자제품(전화기, 컴퓨터, 텔레비전) 및 기계 부품.[17] 광학 분야에서는 플라스틱이 비구면 렌즈 제조에 사용된다.[33]
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첨가제
요약
관점
첨가제는 플라스틱의 성능이나 외관을 개선하기 위해 플라스틱에 혼합되는 화학 물질이다.[34][35] 따라서 첨가제는 플라스틱이 널리 사용되는 이유 중 하나이다.[36] 플라스틱은 중합체 사슬로 구성된다. 많은 다른 화학 물질이 플라스틱 첨가제로 사용된다. 무작위로 선택된 플라스틱 제품은 일반적으로 약 20가지의 첨가제를 포함한다. 첨가제의 종류와 농도는 일반적으로 제품에 명시되어 있지 않다.[5]
EU에서는 400개 이상의 첨가제가 대량으로 사용된다.[37][5] 전 세계 시장 분석에서 5,500가지의 첨가제가 발견되었다.[38] 최소한 모든 플라스틱은 용융 가공(성형) 시 중합체 분해를 겪지 않도록 하는 고분자 안정제를 포함한다. 위생 배관에 널리 사용되는 폴리염화 비닐(PVC)의 첨가제는 전체 부피의 최대 80%를 차지할 수 있다.[5] 순수한 플라스틱(베어풋 수지)은 거의 판매되지 않는다.
용출
첨가제는 중합체에 약하게 결합되거나 중합체 매트릭스에서 반응할 수 있다. 첨가제는 플라스틱에 혼합되어 있지만 화학적으로는 플라스틱과 구별되며, 정상적인 사용 중, 매립지에서 또는 환경에 부적절하게 폐기된 후에 점진적으로 용출될 수 있다.[39] 첨가제는 또한 분해되어 더 양성 또는 더 유독한 다른 화합물을 형성할 수 있다. 플라스틱이 미세 플라스틱 및 나노 플라스틱으로 파편화되면 화학 첨가제가 사용 지점에서 멀리 떨어진 환경으로 이동할 수 있다. 일단 방출되면 일부 첨가제 및 파생 물질은 환경에 잔류하고 유기체에 생물 축적될 수 있다. 이들은 인간 건강 및 생물군에 악영향을 미칠 수 있다. 미국 환경보호청(US EPA)의 최근 검토에 따르면 플라스틱 포장과 관련될 가능성이 있는 3,377가지 화학 물질과 실제로 관련될 가능성이 있는 906가지 화학 물질 중 68가지가 ECHA에 의해 "인간 건강 위험이 가장 높음"으로, 68가지가 "환경 위험이 가장 높음"으로 분류되었다.[5]
재활용
이 부분의 본문은 플라스틱 재활용입니다.첨가제는 플라스틱의 특성을 변화시키므로 재활용 시 고려되어야 한다. 현재 거의 모든 재활용은 단순히 사용된 플라스틱을 녹여 새 제품으로 제조함으로써 이루어진다. 첨가제는 제거하기 어렵기 때문에 재활용 제품에 위험을 초래한다. 플라스틱 제품이 재활용되면 첨가제가 새 제품에 통합될 가능성이 매우 높다. 플라스틱 폐기물은 동일한 폴리머 유형이라 할지라도 다양한 유형과 양의 첨가제를 포함한다. 이들을 함께 혼합하면 일관되지 않은 특성을 가진 재료가 될 수 있으며, 이는 산업에 매력적이지 않을 수 있다. 예를 들어, 서로 다른 플라스틱 착색제가 포함된 다른 색상의 플라스틱을 혼합하면 변색되거나 갈색 재료가 생성될 수 있으며, 이러한 이유로 플라스틱은 일반적으로 재활용 전에 폴리머 유형과 색상별로 분류된다.[5]
가치 사슬 전반에 걸친 투명성 및 보고 부족으로 인해 최종 제품의 화학적 프로필에 대한 지식 부족이 종종 발생한다. 예를 들어, 브롬화 난연제를 포함하는 제품이 새로운 플라스틱 제품에 통합되었다. 난연제는 전자 및 전기 장비, 직물, 가구 및 건축 자재에 사용되는 화학 물질 그룹으로, 식품 포장 또는 유아용품에 존재해서는 안 된다. 최근 연구에 따르면 브롬화 난연제를 포함하는 재활용 플라스틱 전자 쓰레기로 만든 장난감에서 의도치 않은 오염 물질인 브롬화 다이옥신이 발견되었다. 브롬화 다이옥신은 염소화 다이옥신과 유사한 독성을 나타내는 것으로 밝혀졌다. 이들은 발달에 부정적인 영향을 미 미치고 신경계에 부정적인 영향을 미치며 내분비계 메커니즘을 방해할 수 있다.[5]
건강에 미치는 영향
플라스틱 자체는 물에 불용성이고 분자량이 크기 때문에 상대적으로 독성이 낮다. 이들은 생화학적으로 불활성이다. 플라스틱 제품의 첨가제는 더 문제가 될 수 있다.[40] 예를 들어, 아디페이트 및 프탈레이트와 같은 가소제는 PVC와 같이 부서지기 쉬운 플라스틱을 유연하게 만들기 위해 종종 첨가된다. 이러한 화합물의 미량 성분은 제품에서 용출될 수 있다. 이러한 침출수의 영향에 대한 우려로 인해 EU는 특정 용도에서 DEHP (다이-2-에틸헥실 프탈레이트) 및 기타 프탈레이트의 사용을 제한했으며, 미국은 소비자 제품 안전 개선법을 통해 어린이 장난감 및 유아용품에서 DEHP, DPB, BBP, DINP, DIDP, DnOP의 사용을 제한했다. 폴리스타이렌 식품 용기에서 용출되는 일부 화합물은 호르몬 기능에 영향을 미 미치고 인간 발암물질로 의심되고 있다.[41] 잠재적인 우려가 있는 다른 화학 물질에는 알킬페놀이 포함된다.[42]
완성된 플라스틱은 무독성일 수 있지만, 모체 중합체의 제조에 사용되는 단량체는 유독할 수 있다. 어떤 경우에는 적절한 가공이 이루어지지 않으면 소량의 화학 물질이 제품에 갇혀 있을 수 있다. 예를 들어, 세계보건기구의 국제 암 연구 기관(IARC)은 PVC의 전구체인 염화 바이닐을 인간 발암물질로 인정했다.[41]
비스페놀 A (BPA)
비스페놀 A의 건강 영향 문서를 참고하십시오.일부 플라스틱 제품은 에스트로겐 활동이 있는 화학 물질로 분해된다.[43] 폴리카보네이트의 주요 구성 요소인 비스페놀 A(BPA)는 식품으로 용출될 수 있는 에스트로겐과 유사한 내분비계 장애물질이다.[41] 환경 보건 전망의 연구에 따르면, 통조림 안감, 치면열구전색 및 폴리카보네이트 병에서 용출된 BPA는 실험 동물 새끼의 체중을 증가시킬 수 있다고 한다.[44] 더 최근의 동물 연구는 BPA에 대한 낮은 수준의 노출조차도 염증과 심장 질환으로 이어질 수 있는 인슐린 저항성을 유발한다는 것을 시사한다.[45] 2010년 1월 현재, 로스앤젤레스 타임스는 미국 식품의약국(FDA)이 BPA와 암의 연관성에 대한 조사를 위해 3천만 달러를 지출하고 있다고 보도했다.[46] PVC 기반의 플라스틱 랩에 존재하는 아디프산 비스(2-에틸헥실)도 우려되는 물질이며, 새 차 냄새에 존재하는 휘발성 유기 화합물도 마찬가지이다. EU는 장난감에 프탈레이트 사용을 영구적으로 금지하고 있다. 2009년 미국 정부는 플라스틱에 흔히 사용되는 특정 유형의 프탈레이트를 금지했다.[47]
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환경 영향
요약
관점
대부분의 플라스틱의 화학 구조는 내구성이 강하여 많은 자연 분해 과정에 저항한다. 이 물질의 대부분은 호박 (화석)과 같이 구조적으로 유사한 천연 물질의 입증된 지속성을 고려할 때 수세기 또는 그 이상 지속될 수 있다.
지난 세기 동안 생성된 플라스틱 폐기물의 양에 대한 추정치는 다양하다. 한 추정에 따르면 1950년대 이후 10억 톤의 플라스틱 폐기물이 폐기되었다.[48] 다른 추정치는 인간의 누적 플라스틱 생산량이 83억 톤이며, 이 중 63억 톤은 폐기물이고 9%만 재활용된다고 한다.[49]
이 폐기물은 81%의 폴리머 수지, 13%의 폴리머 섬유, 32%의 첨가제로 구성되어 있다고 추정된다. 2018년에는 3억 4300만 톤 이상의 플라스틱 폐기물이 생성되었으며, 이 중 90%는 소비자 폐기물(산업, 농업, 상업 및 도시 플라스틱 폐기물)로 구성되었다. 나머지는 수지 생산 및 플라스틱 제품 제조에서 발생하는 사전 소비자 폐기물(예: 부적합한 색상, 경도 또는 가공 특성으로 인해 거부된 재료)이었다.[5]
오션 컨서번시는 중국, 인도네시아, 필리핀, 태국, 베트남이 다른 모든 국가를 합친 것보다 더 많은 플라스틱을 바다에 버린다고 보고했다.[50] 양쯔강, 인더스강, 황하강, 하이허강, 나일강, 갠지스강, 주강, 아무르강, 니제르강, 메콩강은 "전 세계 [플라스틱] 부하의 88%에서 95%를 바다로 운반한다."[51][52]
특히 미세 플라스틱이 먹이 사슬 내에 존재하는 양이 증가하고 있다. 1960년대에는 바닷새의 위장에서 미세 플라스틱이 관찰되었으며, 그 이후로 농도가 계속 증가하고 있다.[53] 먹이 사슬 내 플라스틱의 장기적인 영향은 아직 잘 알려져 있지 않다. 2009년에는 현대 폐기물의 10%가 플라스틱으로 추정되었지만,[54] 지역에 따라 추정치가 다르다.[53] 한편, 해양 지역의 파편 중 50%에서 80%는 플라스틱이다.[53] 플라스틱은 농업에 자주 사용된다. 해양보다 토양에 더 많은 플라스틱이 존재한다. 환경에 플라스틱이 존재하면 생태계와 인간의 건강에 해를 끼친다.[55]
환경 영향에 대한 연구는 일반적으로 폐기 단계에 초점을 맞춰왔다. 그러나 플라스틱 생산 또한 상당한 환경, 건강 및 사회경제적 영향을 미친다.[56]
몬트리올 의정서 이전에, CFC는 플라스틱 폴리스타이렌 제조에 흔히 사용되었으며, 그 생산은 오존층 고갈에 기여했다.
플라스틱의 환경 영향을 최소화하기 위한 노력에는 플라스틱 생산 및 사용 감소, 폐기물 및 재활용 정책, 그리고 지속 가능한 포장을 위한 플라스틱 대체 물질 목록과 같은 플라스틱 대체 물질의 선제적인 개발 및 배포가 포함될 수 있다.
미세 플라스틱
미세 플라스틱(microplastics)은 "규칙적이거나 불규칙한 모양을 가지며 크기가 1 μm에서 5 mm에 이르는 합성 고형 입자 또는 중합체 매트릭스로, 1차 또는 2차 제조에서 유래하며 물에 불용성인 물질"이다.[57]
미세 플라스틱은 화장품, 옷, 건설, 리모델링, 식품 포장 및 산업 공정을 포함한 다양한 출처로부터 자연 생태계로 유입되어 수질 오염을 유발한다.
미세 플라스틱이라는 용어는 더 큰 비미세 플라스틱 플라스틱 폐기물과 구별하기 위해 사용된다. 현재 두 가지 종류의 미세 플라스틱이 인정된다. 1차 미세 플라스틱은 자연 환경에 유입되기 전에 이미 크기가 5.0 mm 이하인 모든 플라스틱 파편 또는 입자를 포함한다. 여기에는 의류에서 나오는 마이크로 섬유, 마이크로비드, 플라스틱 글리터[58] 및 플라스틱 펠릿 (너들스라고도 함)이 포함된다.[59][60][61] 2차 미세 플라스틱은 환경에 유입된 후 자연 풍화 과정에 의해 더 큰 플라스틱 제품이 분해되어 발생한다. 이러한 2차 미세 플라스틱의 출처로는 물병, 탄산음료 병, 어망, 비닐봉투, 전자레인지용 그릇, 티백 및 타이어 마모 등이 있다.[62][61][63][64]
두 가지 유형 모두 환경에서, 특히 수생생태계 및 해양생태계에서 높은 수준으로 지속되는 것으로 알려져 있으며, 이들은 수질 오염을 유발한다.[65]
모든 해양 미세 플라스틱의 약 35%는 섬유 또는 의류에서 비롯되며, 주로 세탁 과정에서 발생하는 폴리에스터, 아크릴 섬유, 나일론 기반 의류의 침식 때문이다.[66] 미세 플라스틱은 또한 공기 중과 육상 생태계에 축적된다. 공기 중 미세 플라스틱은 대기뿐만 아니라 실내외에서도 감지되었다.
플라스틱은 천 년에서 수천 년에 걸쳐 천천히 분해되기 때문에[67][68] 미세 플라스틱은 많은 유기체의 몸과 조직에 섭취, 통합, 생물농축될 가능성이 높다. 바다와 유출수에서 나오는 유독한 화학물질은 먹이 사슬을 따라 생물농축될 수도 있다.[69][70] 육상 생태계에서 미세 플라스틱은 흙 생태계의 생존력을 감소시키는 것으로 나타났다.[71][72] 2023년 현재, 환경에서 미세 플라스틱의 순환과 움직임은 완전히 알려지지 않았다.
미세 플라스틱은 화학적 풍화 과정, 기계적 분해, 심지어 동물의 소화 과정을 통해 더 작은 나노 플라스틱으로 분해될 가능성이 있다. 나노 플라스틱은 미세 플라스틱의 하위 집합으로 1 μm (1 마이크로미터 또는 1000 nm)보다 작다. 나노 플라스틱은 육안으로 볼 수 없다.[73]
플라스틱의 분해
플라스틱은 다양한 과정을 통해 분해되며, 그 중 가장 중요한 것은 대개 중합체 광산화이다. 플라스틱의 화학 구조는 그 운명을 결정한다. 염분이 있는 환경과 바다의 냉각 효과로 인해 중합체의 해양 분해는 훨씬 더 오래 걸리며, 특정 환경에서 플라스틱 잔해의 지속성을 높이는 데 기여한다.[53] 그러나 최근 연구에 따르면 바다의 플라스틱은 햇빛, 비 및 기타 환경 조건에 노출되어 비스페놀 A와 같은 유독 화학 물질을 방출하기 때문에 이전에 생각했던 것보다 더 빠르게 분해된다는 것이 밝혀졌다. 그러나 바다에 있는 플라스틱의 양이 증가함에 따라 분해 속도는 느려졌다.[74] 해양 보존회는 여러 플라스틱 제품의 분해 속도를 예측했다. 발포 플라스틱 컵은 50년, 플라스틱 음료수 홀더는 400년, 일회용 기저귀는 450년, 낚싯줄은 600년이 걸릴 것으로 추정된다.[75]
플라스틱을 분해할 수 있는 미생물 종은 과학적으로 알려져 있으며, 일부는 특정 종류의 플라스틱 폐기물 처리에 잠재적으로 유용하다.
- 1975년, 나일론 공장의 폐수를 포함하는 연못을 연구하던 일본 과학자 팀은 나일론 6 제조의 특정 부산물, 예를 들어 6-아미노헥사노에이트의 선형 이합체를 소화하는 플라보박테리움 균주를 발견했다.[76] 나일론 4(폴리부티롤락탐)는 슬러지에서 발견되는 슈도모나스 sp.의 ND-10 및 ND-11 균주에 의해 분해되어 GABA(γ-아미노뷰티르산)를 부산물로 생성할 수 있다.[77]
- 여러 종의 토양 균류가 폴리우레탄을 섭취할 수 있으며,[78] 여기에는 에콰도르 균류인 페스탈로티오프시스 두 종이 포함된다. 이들은 유산소 및 무산소 환경(예: 매립지 바닥)에서 폴리우레탄을 섭취할 수 있다.[79]
- 메탄 생성 미생물 군집은 스타이렌을 탄소원으로 사용하여 분해한다.[80] 슈도모나스 푸티다는 스타이렌 오일을 다양한 생분해성 플라스틱|생분해성 폴리하이드록시알카노에이트로 전환할 수 있다.[81][82]
- 토양 샘플과 전분을 혼합한 미생물 군집은 폴리프로필렌을 분해할 수 있음이 밝혀졌다.[83]
- 균류인 아스페르길루스 푸미가투스는 가소화된 PVC를 효과적으로 분해한다.[84]:45–46 파네로카이테 크리소포리움은 미네랄 염 한천에서 PVC에 배양되었다.[84]:76 P. chrysosporium, 렌티누스 티그리누스, A. niger, A. sydowii도 PVC를 효과적으로 분해할 수 있다.[84]:122
- 페놀-폼알데하이드, 일반적으로 베이클라이트로 알려진 이 물질은 백색 부후균인 P. chrysosporium에 의해 분해된다.[85]
- 아시네토박터는 저분자량 폴리에틸렌 올리고머를 부분적으로 분해하는 것으로 밝혀졌다.[77] 함께 사용될 때, 슈도모나스 플루오레센스와 스핑고모나스는 3개월 이내에 비닐봉투 무게의 40% 이상을 분해할 수 있다.[86] 토양 샘플에서 분리된 호열성 박테리아 브레비바실루스 보르스텔렌시스(strain 707)는 50°C에서 배양했을 때 저밀도 폴리에틸렌을 유일한 탄소원으로 사용할 수 있음이 밝혀졌다. 플라스틱을 자외선에 사전 노출시키면 화학 결합이 끊어지고 생분해가 촉진되었으며, 자외선 노출 기간이 길수록 분해 촉진 효과가 더 컸다.[87]
- 고무를 소화 가능한 형태로 분해하는 위험한 곰팡이가 우주 정거장에서 발견되었다.[88]
- 여러 종의 효모, 박테리아, 조류, 지의류가 박물관 및 고고학 유적지의 합성 고분자 유물에 자라는 것이 발견되었다.[89]
- 사르가소해의 플라스틱 오염된 물에서 다양한 유형의 플라스틱을 섭취하는 박테리아가 발견되었지만, 이 박테리아가 단순히 독극물을 해양 미생물 생태계로 방출하는 것이 아니라 독극물을 효과적으로 제거하는 정도는 알려져 있지 않다.
- 플라스틱을 먹는 미생물도 매립지에서 발견되었다.[90]
- 노카르디아는 에스터라제 효소로 PET를 분해할 수 있다.[91]
- 벨리즈에서 발견된 균류인 게오트리쿰 칸디둠은 CD에서 발견되는 폴리카보네이트 플라스틱을 섭취하는 것으로 밝혀졌다.[92][93]
- 푸투로 주택은 유리섬유 강화 폴리에스터, 폴리에스터-폴리우레탄, PMMA로 만들어졌다. 이러한 주택 중 하나가 시아노박테리아와 고세균에 의해 유해하게 분해되는 것이 발견되었다.[94][95]
재활용
이 부분의 본문은 플라스틱 재활용입니다.열분해
산소가 없는 상태에서 500 °C (932 °F) 이상으로 가열(열분해)하면 플라스틱은 더 간단한 탄화수소로 분해될 수 있으며, 이는 새로운 플라스틱 제조를 위한 원료로 사용될 수 있다.[96] 이러한 탄화수소는 연료로도 사용될 수 있다.[97]
온실 기체 배출
OECD에 따르면, 2019년 플라스틱은 18억 톤의 이산화 탄소(CO2)에 해당하는 온실 기체를 대기 중으로 배출했으며, 이는 전 세계 배출량의 3.4%를 차지한다.[98] OECD는 2060년까지 플라스틱이 연간 43억 톤의 온실가스를 배출할 수 있다고 말한다. 플라스틱이 지구 온난화에 미치는 영향은 복합적이다. 플라스틱은 일반적으로 화석 가스나 석유로 만들어지기 때문에, 플라스틱 생산은 화석 가스나 석유가 생산될 때 추가적인 메탄 휘발성 배출을 발생시킨다. 또한, 플라스틱 생산에 사용되는 에너지의 상당수는 지속 가능한 에너지가 아니다. 예를 들어, 화석 가스 연소로 인한 고온 등이 있다. 그러나 플라스틱은 또한 음식물 쓰레기를 줄이기 위한 포장재와 같이 메탄 배출량을 제한할 수도 있다.[99]
2024년 연구에 따르면, 유리 및 알루미늄과 비교할 때 플라스틱이 환경에 미치는 부정적인 영향이 실제로 더 적을 수 있으며, 따라서 대부분의 식품 포장 및 기타 일반적인 용도에 가장 좋은 선택일 수 있다는 점이 밝혀졌다.[100] 이 연구는 "플라스틱을 대체재로 바꾸는 것이 대부분의 경우 온실가스 배출에 더 나쁘다"는 것을 발견했으며, 유럽 연구자들이 참여한 이 연구는 "16가지 응용 분야 중 15가지에서 플라스틱 제품이 대체재보다 온실가스 배출량이 적다"는 것을 발견했다.[100]
기후 해결책으로서 플라스틱 생산량 감소
2025년, 역사상 처음으로 거의 모든 국가가 단순한 재활용을 넘어 플라스틱 생산량 감소에 대해 논의했다. 이는 유엔과 미국 로런스 버클리 국립연구소에 따르면 플라스틱이 배출량의 3~5%를 차지하며, 2060년까지 이 수치가 세 배가 될 수 있기 때문에 기후 변화 문제 해결에 필수적인 부분으로 간주될 수 있다. 한 가지 이유는 플라스틱 연소가 블랙카본을 방출하는데, 이는 CO2보다 최대 5,000배 더 큰 지구 온난화 지수를 가지고 있기 때문이다.[101]
플라스틱 생산
원유에서 플라스틱을 생산하는 데는 파운드당 7.9~13.7kWh의 에너지가 필요하다(미국 발전소의 평균 효율 35%를 고려할 때). 현대 전자 장비용 실리콘 및 반도체를 생산하는 데는 훨씬 더 많은 에너지가 소비된다. 실리콘은 파운드당 29.2~29.8kWh, 반도체는 약 381kWh/lb가 필요하다.[102] 이는 다른 많은 재료를 생산하는 데 필요한 에너지보다 훨씬 높다. 예를 들어, 철(철광석에서)을 생산하는 데는 2.5~3.2kWh/lb의 에너지가 필요하고, 유리(모래 등에서)는 2.3~4.4kWh/lb, 강철(철에서)은 2.5~6.4kWh/lb, 종이(목재에서)는 3.2~6.4kWh/lb가 필요하다.[103]
플라스틱 소각
플라스틱을 매우 높은 온도에서 빠르게 연소시키면 다이옥신 및 퓨란과 같은 많은 유독성 성분이 분해된다. 이 방법은 도시 고형 쓰레기 소각에 널리 사용된다. 도시 고형 폐기물 소각로는 또한 오염 물질을 더욱 줄이기 위해 일반적으로 연도가스를 처리하는데, 이는 플라스틱의 통제되지 않은 소각이 발암물질인 폴리염화 다이벤조다이옥신을 생성하기 때문에 필요하다.[104] 플라스틱의 야외 연소는 더 낮은 온도에서 발생하며 일반적으로 유독 가스를 방출한다.
유럽 연합에서는 도시 폐기물 소각이 산업 배출 지침에 의해 규제되며,[105] 최소 2초 동안 850°C 이상의 온도를 유지하도록 규정한다.[106]
자연 분해 촉진
바퀴벌레 종인 Blaptica dubia는 상업용 폴리스타이렌 분해를 돕는다고 주장된다. 이러한 생분해는 바퀴벌레의 위장에 서식하는 일부 플라스틱 분해 박테리아에서 발생하는 것으로 보인다. 생분해 산물은 배설물에서도 발견되었다.[107]
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요약
관점
플라스틱의 발전은 자연적으로 소성이 있는 재료(예: 천연 고무 및 셀락)의 사용에서 시작하여, 이러한 재료의 화학적 변형(예: 천연 고무, 셀룰로스, 콜라겐 및 우유 단백질)을 거쳐, 최종적으로 완전히 합성된 플라스틱(예: 베이클라이트, 에폭시 및 PVC)에 이르렀다. 초기 플라스틱은 달걀 및 혈액 단백질과 같은 생체 유래 물질이었으며, 이는 유기 중합체였다. 기원전 1600년경, 메소아메리카 사람들은 천연 고무를 공, 밴드, 입상에 사용했다.[6] 중세 시대에는 처리된 소뿔이 등불 창문으로 사용되었다. 잿물로 우유 단백질을 처리하여 뿔의 특성을 모방한 재료가 개발되었다. 19세기 산업 혁명 동안 화학이 발전하면서 많은 재료가 보고되었다. 플라스틱의 발전은 찰스 굿이어가 1839년 천연 고무를 경화시키기 위한 가황을 발견하면서 가속화되었다.
알렉산더 파크스가 1855년에 발명하고 다음 해에 특허를 받은 파크신은 최초의 인공 플라스틱으로 간주된다.[108] 이는 질산을 용매로 사용하여 처리된 셀룰로스(식물 세포벽의 주요 구성 요소)로 제조되었다. 이 과정의 결과물(일반적으로 셀룰로스 질산염 또는 피록실린으로 알려짐)은 알코올에 용해되어 가열 시 성형될 수 있는 투명하고 탄성 있는 재료로 경화될 수 있었다.[109] 제품에 안료를 첨가하여 상아와 유사하게 만들 수 있었다. 파크신은 1862년 런던 만국 박람회에서 공개되어 파크스에게 동메달을 안겨주었다.[110]
1893년, 프랑스 화학자 오귀스트 트릴라트(Auguste Trillat)는 폼알데하이드에 담가 카세인(우유 단백질)을 불용화하는 방법을 발견하여 갈라리트라는 이름으로 판매되는 물질을 생산했다.[111] 1897년, 독일 하노버의 대량 인쇄소 소유주 빌헬름 크리셰(Wilhelm Krische)는 칠판의 대안을 개발하도록 의뢰받았다.[111] 오스트리아 화학자 (프리드리히) 아돌프 슈피텔러(Friedrich Adolph Spitteler, 1846–1940)와의 협력을 통해 카세인으로 만든 뿔과 같은 플라스틱이 개발되었다. 원래 의도된 목적에는 부적합했지만, 다른 용도가 발견되었다.[111]
세계 최초의 완전 합성 플라스틱은 1907년 뉴욕에서 리오 베이클랜드가 발명한 베이클라이트이며,[7] 그가 플라스틱이라는 용어를 만들었다.[8] 많은 화학자들이 플라스틱의 재료과학에 기여했으며, 그중에는 "고분자화학의 아버지"로 불리는 노벨상 수상자 헤르만 슈타우딩거와 "고분자물리학의 아버지"로 알려진 헤르만 마크도 있다.[9] 제1차 세계 대전 이후, 화학의 발전은 새로운 형태의 플라스틱의 폭발적인 증가로 이어졌고, 1940년대와 1950년대에 대량 생산이 시작되었다.[54] 새로운 중합체 물결의 초기 사례 중에는 폴리스타이렌(1930년대 바스프에서 처음 생산됨)[6]과 폴리염화 비닐(1872년에 처음 만들어졌지만 1920년대 후반에 상업적으로 생산됨)[6]이 있었다. 1923년, Durite Plastics, Inc.는 페놀-푸르푸랄 수지의 최초 제조업체였다.[112] 1933년, 임페리얼 케미컬 인더스트리스(ICI) 연구원 레지날드 깁슨(Reginald Gibson)과 에릭 포셋(Eric Fawcett)이 폴리에틸렌을 발견했다.[6]
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PETE)의 발견은 1941년 영국의 캘리코 프린터스 협회 직원들에게 공로가 인정되며, 미국에서는 듀폰에, 다른 지역에서는 ICI에 라이센스가 부여되었으며, 여러 상황에서 유리를 대체할 수 있는 몇 안 되는 플라스틱 중 하나로서 유럽에서 병에 널리 사용되게 되었다.[6] 1954년 줄리오 나타가 폴리프로필렌을 발견했으며, 1957년에 제조되기 시작했다.[6] 또한 1954년에는 다우 케미칼이 발포 폴리스타이렌(건축 단열재, 포장재 및 컵에 사용됨)을 발명했다.[6] 1960년대 이후, 폴리카보네이트와 HDPE의 등장으로 플라스틱 생산이 급증했으며, 이는 다양한 제품에 널리 사용되었다.[113] 1980년대와 1990년대에는 환경 영향을 완화하기 위해 플라스틱 재활용 및 생분해성 플라스틱 개발이 활발해지기 시작했다.[114][115] 2000년부터 현재까지 재생 가능한 자원으로부터의 바이오플라스틱과 미세플라스틱에 대한 인식이 플라스틱 오염을 통제하기 위한 광범위한 연구 및 정책을 촉진했다.[116]
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정책
세계 플라스틱 오염 조약 문서를 참고하십시오.현재 세계 플라스틱 오염 조약 개발을 위한 작업이 진행 중이다. 2022년 3월 2일, 유엔 회원국들은 재개된 제5차 유엔 환경 총회(UNEA-5.2)에서 플라스틱에 관한 법적 구속력 있는 국제 협정을 진전시키기 위한 위임을 가진 정부간 협상 위원회(INC)를 설립하기로 투표했다.[117] 이 결의안의 제목은 "플라스틱 오염 종식: 법적 구속력 있는 국제 협정을 향하여"이다. 위임 사항은 INC가 2022년 말까지 작업을 시작하여 "2024년 말까지 법적 구속력 있는 세계 협정 초안을 완성하는 것"을 목표로 한다고 명시하고 있다.[118]
같이 보기
각주
출처
추가 자료
외부 링크
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