PP 소재란 무엇인가요?

폴리프로필렌(PP)은 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 플라스틱 소재 중 하나입니다. 1951년에 처음 중합된 반결정성 강성 열가소성 수지인 PP는 현재 다양한 상업 및 주거용으로 널리 사용되고 있습니다. 현재 폴리프로필렌 수요는 약 45톤으로, 역대 최고치를 기록할 것으로 예상됩니다.

일부 소식통에 따르면, 세계적 수요 증가로 인해 이 소재의 시장 규모는 현재 연간 4,500만 톤에 불과하며, 2020년까지는 6,200만 톤에 달할 것으로 예상된다고 합니다.

또한, 폴리프로필렌 소재는 일반적으로 안전한 것으로 간주되어 다양한 산업 분야에 사용하기 적합합니다. 더욱이, 부드럽고 유연하여 요구르트 용기 제작과 같은 여러 용도에 적합합니다.

PP 소재의 응용 분야

앞서 언급했듯이 PP 플라스틱은 재료 특성상 다양한 용도에 적합합니다. 폴리프로필렌의 매끄럽고 촉감이 좋은 표면은 다음과 같은 용도에 적합합니다.

• 기계 기어와 같은 저마찰 응용 분야
• 플라스틱 가구

또한 PP는 내화학성이 높아 부식에 취약하지 않아 다음과 같은 품목을 포장하는 데 매우 적합합니다.

• 응급처치 제품
• 표백제
• 세척 물질

또한, PP는 뛰어난 피로 저항성과 유연성 덕분에 경도와 내구성이 뛰어나다는 평판을 받고 있습니다. 폴리프로필렌은 또한 뛰어난 절연성을 갖추고 있어 케이블 및 전기 장비의 플라스틱 케이스에 안전하게 사용할 수 있습니다.

폴리프로필렌은 섬유 형태로 토트백 외에도 다음과 같은 훨씬 더 다양한 제품에 사용될 수 있습니다.

• 로프
• 꼬기
• 줄자
• 카펫
• 실내 장식 가구
• 의복
• 캠핑 장비

폴리프로필렌은 방수 기능 덕분에 해양 산업에 특히 적합합니다. 또한, 유연성, 방수 기능, 강도, 그리고 곰팡이, 박테리아, 화학적 부식에 대한 저항성은 의료 산업에서 높이 평가됩니다.

또한, 폴리프로필렌은 세척력이 뛰어나고 증기 살균에도 견딜 수 있습니다. 따라서 PP는 다음과 같은 의료기기 제작에 적합합니다.

• 표본병
• 약물 용기
• 주사기
• 페트리 접시

폴리프로필렌이 자주 사용되는 또 다른 분야는 자동차 산업입니다. 배터리 케이스, 트레이, 음료 홀더, 범퍼, 인테리어 악센트, 계기판, 도어 트림 등에 사용됩니다.

화학적 및 물리적 특성

폴리프로필렌은 여러 용도에 적합한 여러 가지 특성을 가지고 있습니다. 주요 특성은 다음과 같습니다.

1. 투과율: 폴리프로필렌은 투명하게 만들 수 있음에도 불구하고 일반적으로 불투명한 색조로 생산됩니다. 빛 전달이 중요하거나 미적인 가치가 있는 응용 분야에서는 폴리프로필렌을 사용할 수 있습니다. 투과율이 높은 폴리머 소재로는 아크릴과 폴리카보네이트가 선호됩니다.
2. 내화학성: 폴리프로필렌은 약한 염기나 산과 쉽게 반응하지 않으므로 세척액, 응급처치 용품 등의 액체를 담는 용기에 이상적인 소재입니다.
3. 피로 저항성: 폴리프로필렌은 상당한 비틀림, 굽힘, 그리고 휘어짐을 받아도 형태를 유지합니다. 살아있는 경첩을 만드는 것은 이러한 특성을 유용하게 활용하는 방법입니다.
4. 탄력성과 인성: 일반적으로 폴리프로필렌은 모든 재료와 마찬가지로 특정 변형 범위에서 탄성을 나타내지만, 변형 과정 초기에는 소성 변형을 겪기 때문에 "인성"이 뛰어난 재료로 여겨집니다. 재료가 파손되지 않고 (탄성이 아닌 소성적으로) 변형될 수 있는 능력을 공학에서는 인성이라고 합니다.
5. 격리: 폴리프로필렌은 전기 저항이 높아 전자 부품에 적합합니다.

또한, PP는 고온에서 응력 균열 문제가 발생하지 않으며, 뛰어난 전기적 및 내화학성을 제공합니다. PP의 특성은 폴리에틸렌과 유사하지만, 몇 가지 주요 차이점이 있습니다.

폴리프로필렌의 재료 특성:

이러한 특성에는 낮은 밀도, 높은 강성 및 경도, 그리고 높은 연화점이 포함됩니다(PP는 160°C 이하에서는 녹지 않지만, 더 널리 사용되는 플라스틱인 폴리에틸렌은 약 100°C에서 어닐링됩니다). 모든 상업적으로 생산되는 폴리프로필렌 수지에는 생산 과정에서 폴리머를 보존하고 최종 사용자 성능을 향상시키기 위한 첨가제가 포함되어 있습니다.

따라서 PP 소재의 주요 물성은 다음과 같습니다.

• 녹는점: 단일중합체의 녹는점은 섭씨 160~165도이고, 공중합체의 녹는점은 섭씨 135~159도입니다.
• 밀도: PP는 모든 일반 플라스틱 중에서 가장 가벼운 폴리머 중 하나입니다. 뛰어난 성능 덕분에 경량 응용 분야에 적합한 대안입니다. 다양한 폴리머의 밀도는 다음과 같습니다.
• 0.904~0.908g/cm3 호모폴리머
• 랜덤 공중합체의 경우 0.904~0.908g/cm3입니다.
• 충격 공중합체의 경우 0.898~0.900g/cm3
• 내화학성: 앞서 언급했듯이 PP는 화학 반응에 대한 내성이 매우 높습니다. 희석 및 농축된 산, 알코올, 염기에 대한 내성이 우수합니다. 또한 지방족 탄화수소, 에스테르, 알데히드, 케톤에도 내성이 있습니다. 또한 산화제, 방향족 및 할로겐화 탄화수소, 그리고 이 두 가지 모두에 대한 내성이 제한적입니다.

또한 낮은 녹는점으로 인해 인화성도 매우 강합니다.

폴리프로필렌의 종류

시중에는 두 가지 주요 유형의 폴리프로필렌이 판매됩니다.

폴리프로필렌 호모폴리머

이 제품은 가장 많이 사용되는 범용 등급입니다. 프로필렌 모노머만을 함유하며, 반결정성 고체로 존재합니다. 가장 일반적으로 사용되는 분야는 포장, 섬유, 파이프라인, 의료 및 전기 분야입니다.

폴리프로필렌 공중합체

이 패밀리에는 다음이 포함됩니다.

• 블록 공중합체: 이 범주에는 에텐 함량이 더 높습니다(5~15%). 공단량체 단위는 예측 가능한 패턴(또는 블록)으로 구성됩니다. 따라서 규칙적인 패턴은 열가소성 수지를 랜덤 공중합체보다 더 강하고 취성이 낮게 만듭니다. 이러한 폴리머는 높은 강도가 요구되는 산업용을 포함한 다양한 용도에 적합합니다.
• 랜덤 공중합체: 이 제품은 에텐과 프로펜을 혼합하여 폴리머를 형성합니다. 폴리프로필렌 사슬에 에텐 단위가 무작위로 삽입되어 있으며, 일반적으로 질량 기준으로 최대 6%입니다. 이 폴리머는 적응성이 뛰어나고 광학적으로 투명하여 외관이 뛰어나야 하는 제품이나 투명성이 필요한 용도에 적합합니다.

사용할 유형은 속성과 적합성에 따라 달라집니다.

폴리프로필렌 유도체

폴리프로필렌 유도체의 주요 특징적 사례는 다음과 같습니다.

• 발포 폴리프로필렌(EPP): EPP는 비드로 만들어진 폐쇄 셀의 초저밀도 폼입니다. 3차원 폴리머 폼 제품은 EPP를 사용하여 제작됩니다. EPP 비드 폼은 더 나은 강도 대 중량비, 뛰어난 충격 저항성, 탁월한 단열성, 그리고 내화학성과 내수성을 제공합니다.

EPP는 소비재, 포장재, 건축 자재, 자동차를 포함한 다양한 제품과 응용 분야에 사용됩니다.

• 생물 기반 폴리프로필렌: 이는 폴리프로필렌의 바이오 기반 변형이며, 모노머 바이오 기반 프로필렌을 만드는 데 사용되는 원료는 재생 가능합니다. 바이오 기반 구성 요소의 범위는 30%에서 100%까지 다양합니다.
• 폴리프로필렌 삼원중합체: 이는 에틸렌과 부탄이라는 공단량체에 의해 결합된 프로필렌 부분으로 구성되며, 중합체 사슬을 따라 무작위 위치에 나타납니다.

PP 삼원공중합체는 PP 호모공중합체보다 투명성이 우수합니다. 또한, 공단량체 첨가로 인해 폴리머의 결정 균질성이 낮아져 필름 밀봉에 적합합니다.

이러한 파생상품의 특성은 폴리프로필렌을 일반 플라스틱으로 사용하는 제조업체에게 필수적입니다.

폴리프로필렌의 장점

PP 소재를 사용하면 다음과 같은 장점이 있습니다.

• 폴리프로필렌은 최대 360도까지 비틀어도 끊어지지 않기 때문에 끊어지기 매우 어렵습니다. 생산이 쉽고 가격도 합리적이며, 다양한 국가와 문화권에서 쉽게 구할 수 있습니다.
• 내구성과 포장재로서의 적응성이 뛰어나고, 얇은 플라스틱 층으로 주병에 결합된 힌지와 병뚜껑에 적합한 소재이며, 높은 내화학성과 피로 저항성을 갖추고 있습니다.
• 불투명 또는 투명 열가소성 플라스틱으로 제작될 수 있으며, 빛 전달이 필요한 곳에 사용되기 때문에 다양한 색상을 구현할 수 있습니다. 또한, 밀도가 낮아 무게 감량이 최우선인 분야에도 적용 가능합니다.
• 폴리프로필렌은 불침투성이고 습기 흡수에 대한 저항성이 매우 강하기 때문에 포장에 있어서 추가적인 이점과 다용성을 가지고 있습니다.
• 높은 굽힘 강도와 반결정 구조로 인해 일반적인 마모와 파손에 대한 저항성이 뛰어나, 상당한 양의 물리적 스트레스를 견뎌야 하는 제품에 적합합니다.
• 또한 세균, 썩음, 곰팡이, 녹에 대한 저항성이 뛰어납니다.

이러한 이점은 PP 소재를 사용할지 여부를 결정할 때 필수적입니다.

폴리프로필렌의 단점

PP 소재는 일반적으로 다양한 산업 분야에서 사용하기에 적합하지만, 다음과 같은 몇 가지 단점도 있습니다.

• 폴리프로필렌은 재활용이 쉽지 않은데, 이는 환경과 세계 자원을 보호하는 데 큰 단점입니다.
• 연소하면 돌이킬 수 없는 화학 변화가 일어납니다.
• 이미 녹아서 형성된 폴리프로필렌은 다시 가열하면 타버릴 뿐, 다시 액화되지 않습니다.
• PP 소재를 사용하는 경우 훨씬 더 비용이 많이 드는 재활용이나 재생 기술을 고려해야 합니다.
• 폴리프로필렌은 녹는점이 낮기 때문에 가연성이 매우 높고, 고온에 대한 내성이 제한적이며, 산화와 자외선 손상에 취약합니다.
• 폴리프로필렌은 광택이 있어 다루기 편리하고 미적으로도 아름답지만, 페인트나 접착제 등 다른 표면이나 재료가 부착되기 어렵다는 단점이 있습니다.
• 폴리프로필렌은 용접과 같은 대체 접합 기술 없이는 조인트나 힌지를 만드는 데 사용할 수 없습니다.

따라서 다양한 응용 분야에 사용할 재료를 선택할 때 폴리프로필렌의 단점도 고려해야 합니다.

폴리프로필렌의 안전성 및 독성

폴리프로필렌은 잠재적으로 유해한 화학 물질을 사용하여 생산되지만, 일반적으로 안전한 완제품으로 인식됩니다. 식품, 음료, 의료용품 등의 플라스틱 포장재에 자주 사용됩니다.

폴리프로필렌 제품은 안전하게 재사용이 가능하며, 재활용 과정의 어려움으로 인해 친환경 소재로 널리 여겨지지는 않지만 다양한 용도로 사용할 수 있을 만큼 견고합니다.

폴리프로필렌은 안전성 때문에 다음 품목을 만드는 데 사용됩니다.

• 식품 용기
• 아기용 젖병
• 뜨거운 음료 컵
• 컵, 접시 등 일회용 식기류
• 빨대

연구에 따르면 플라스틱에 흠집이 나거나 가열되면 용기, 접시, 병에서 나온 화학 물질이 음식으로 스며듭니다. 폴리프로필렌은 비스페놀 A(BPA)를 포함하지 않기 때문에 다른 플라스틱보다 덜 해롭습니다.

합성 에스트로겐인 BPA는 폴리프로필렌과 같은 유연한 플라스틱보다는 딱딱한 플라스틱에 사용됩니다.

폴리프로필렌 가공

폴리프로필렌 가공 방법에는 사출 성형, 블로우 성형, 압출, 3D 인쇄 등 여러 가지가 있습니다.

사출 성형

폴리프로필렌 사출 성형 공정에서 용융 온도는 200~300°C, 금형 온도는 10~80°C로 설정됩니다. 금형 온도가 높을수록 부품의 광택과 미관이 더욱 향상됩니다.

적절하게 보관하면 건조가 필요하지 않습니다. 또한, 성형 수축률은 가공 환경, 폴리머의 유동 특성, 그리고 완제품의 두께에 따라 1.5~3% 범위에 이릅니다.

압출

이 공정은 케이블, 튜브, 블로우앤캐스트 필름 제조에 사용됩니다. 용융 온도는 200~300°C 범위여야 하며, 실린더 압축비는 3:1이고 온도는 205~180°C여야 합니다. 작업이 완료되면 105~110°C(221~230°F)에서 3시간 동안 예비 건조하는 대신 재연마를 진행해야 합니다.

3D 프린팅

폴리프로필렌은 튼튼하고 단단한 소재라 3D로 인쇄하기 어렵지만, 구성 요소는 여전히 조작이 가능합니다.

오늘날 많은 생산업체가 PP의 물리적 특성을 향상시키거나 심지어 3D 인쇄 용도에 적합하도록 강도를 높인 혼합물을 개발하기도 했습니다.

따라서 폴리프로필렌으로 3D 프린팅을 할 때는 공급업체의 설명서에서 프린팅 온도, 프린팅 베드 등에 대한 내용을 주의 깊게 검토하는 것이 좋습니다.

3D 프린팅을 사용하면 다음과 같은 폴리프로필렌 PP 제품을 만들 수 있습니다.

• 프로토타입
• 복잡한 모델
• 기능 모델

그러나 폴리프로필렌을 3D 프린팅에 적합하게 만들기 위해 다른 물질과 혼합하기 위한 화학식은 정확해야 합니다.

폴리프로필렌이 인기 있는 이유

폴리프로필렌은 가정 및 상업 시설 모두에서 활용됩니다. 폴리프로필렌은 특별한 품질과 다양한 생산 기술에 적응하는 능력 덕분에 다양한 용도로 활용되는 귀중한 소재입니다.

폴리프로필렌은 플라스틱과 섬유의 두 가지 기능을 가지고 있는데, 이는 (이벤트나 경주 등에서 무료로 제공하는 홍보용 토트백과 마찬가지로) 중요한 특성입니다.

폴리프로필렌은 다양한 방식과 용도로 생산될 수 있기 때문에, 특히 포장, 섬유, 사출 성형 분야에서 기존의 여러 대체재를 빠르게 대체하기 시작했습니다. 폴리프로필렌은 수년간 성장을 거듭해 왔으며, 여전히 글로벌 플라스틱 산업에서 중요한 위치를 차지하고 있습니다.

결론

폴리프로필렌은 종종 플라스틱과 혼동됩니다. 하지만 폴리프로필렌과 플라스틱의 주요 차이점은 플라스틱 소재가 일반적으로 불투명한 반면, 폴리프로필렌을 사용하여 매우 투명한 소재를 만들 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 물건을 포장하는 가방의 소재를 선택할 때 우리는 종종 소재의 특성을 고려합니다.

제품을 노출하려면 완전히 투명한 비닐봉지가 필요합니다. 이 경우 비닐봉지는 불투명하기 때문에 현명한 해결책이 아닙니다. 하지만 폴리프로필렌은 이러한 용도에 가장 적합한 소재 중 하나입니다.