아크릴이란(Acrylic)?

아크릴의 역사

최초 아크릴은 Polymethyl Acrylate로서 조지 칼바움이라는 스위스의 화학자가 1880년에 발견하였다.

1933년 독일의 Rohm&Hass 사의 PlexiglasTM 라는 브랜드로 MMA(Methayl Meth Acrylate) 중합방식 (강화유리판 양쪽에 MMA를 주입하여 밀봉한 후 투명한 아크릴판을 만드는 방법)을 개발하였으며, 1937년 영국의 Imperial Chemical Industries 사의 PerspexTM 라는 브랜드로 PMMA(Polymethyl methacrylate)로 주입중합한 판을 처음 생산하여 공업용으로 보급하였다.

비슷한 시기 미국의 화학회사인 듀퐁에서도 LuciteTM 라는 브랜드로 아크릴 평판시트의 시장에 뛰어 들게 된다.

개발초기에는 주로 군수분야 ( 비행기 캐노피와 창, 전함과 잠수함의창 등)에 사용되었다.그 후 많은 합성수지가 발명 개발되면서 오늘날 각 사회분야에 없어서는 안되는 원자재로 자리를 굳건히 지키고 있다. 아크릴은 우수한 특징을 많이 가지고 있었으나 개발 발명 당시에는 가격이 높다는 장애요소로 인하여 일반적으로 널리 보급이 되지 못하다가 원료가격이 저렴한 석유화학제품으로 전환되고 제조방식 또한 합리화됨에 따라 저가로 보급이 가능해지면서 경제성장에 중대했다. 그중 고품질인 아크릴도 대량생산과 대량소비가 가능해져 용도가 더욱 다양해지고 있는 추세이다.

아크릴 원료 소개

MMA (Methyl methacrylate)

  • Melocular formula : C5H802
  • Molar mass:100.12 g/mol
  • Appearance : colourless liquid
  • Density : 0.94 g/㎠
  • Melting point : -48℃ (225K)
  • Boiling point : 101℃ (374k)
  • Solubility in water : 1.5 g/100 ml (25℃)
  • Viscosity : 0.6 cP at 20℃
제조공정
MMA는 C4 유분을 원룔 하여 제조된 TBA(Tertiary butanol)를 기상에서 산화시켜 메타크릴산을 제조한 뒤 메탄올로 에스테르화하여 생산됩니다.
용도
의료용, 스프레이 접착제, 무자극성 붕대 용제, 정형외과 수술에서 아크릴 뼈 시멘트로 사용되며, 아크릴 고분자, PMMA, 아크릴 표면 코팅제, 유화혼합물의 제조, 불포화 폴리에스터 수지의 변형, 아크릴 필름, 잉크, 목재의 복사 중합 주입물, 폴리염화비닐 충격 완충제, Casting Sheet, Tube, Rod로 사용합니다.
주요특징
  • ① MMA 수지는 무독성으로 인체에 해가 없다.
  • ② 투명성이 우수하고 아름다운 광택 및 매끈한 표면을 자랑하며, 92%의 빛투과율을 가진다.
  • ③ 동일한 두께의 유리에 비해 15배 정도의 뛰어난 강도를 가지며, 무게는 유리의 1/2정도로 가볍다.
  • ④ 공작기계에 의한 절삭, 절단, 구멍가공이 손쉬우며 그 가공면 또한 연마에 의해 투명성과 광택을 부활시킬 수 있다.

PMMA (Polymethly methacrylate)

  • Melocular formula : (C502H8)n
  • Molar mass:varies
  • Density : 1.19 g/㎠
  • Melting point : 130-140℃ (265-285℉)
  • Boiling point : 200.0℃ (392℉)
개요
메타크릴산 메틸(MMA)을 종합하여 얻는 수치로서 MMA 100%의 호모 폴리머(PMMA)와 아크릴(acryl)산 에스테르등의 코폴리머(copolymer)(JIS 규격이나 ISO 규격에 의한 정의에서는 80%이상 포함하는 것을 메타크릴산 메틸수지라고 부른다)가 있다. 또한, 내충격성을 높이기 위해서 아크릴산 에스테르를 주성분으로 하는 아크릴 고무로 보강한 내충격 등급이 있다.
PMMA는 빛투과율(93%)이나 굴절률(1.49)이 높기 때문에 그 성형물이 대단히 아름다워 렌즈나 디스크 등 광학(光學)부품에도 쓰인다.
주요특징
  • ① PMMA 수지는 비정성(非晶性) 폴리머로서 투명하고 또한 광학적 이방성이나 광(光) 탄성계수가 작기 때문에 광합 용도에 적합하다.
  • ② 뛰어난 색조와 광택을 가지고 의장성이 뛰어나다.
  • ③ 내후성에 우수하기 때문에 실외 사용 용도에 적합하다.
  • ④ 표면 경도가 열가소성 수지 중에서 가장 단단한(2H) 부류에 속한다.(상처가 나기 어렵다)
  • ⑤ 시트로서 뛰어난 두께 정밀도를 가지고 있다.
  • ⑥ 내구성이 좋다. 90℃, 1,000시간 연속 가영에 있어서 강도 열화가 극히 작은 등급도 있다.
  • ⑦ 가열 가공, 기계 가공, 인쇄 가공 등 모든 가공이 용이하다.
  • ⑧ 비교적 용이하게 모노머(monomer)로 분해되고 리사이클성이 뛰어나다.

PC (Polycabonate)

  • Melocular formula : -O-R-O-CO-
  • Molar mass:varies
  • Density : 1.20-1.22 g/㎠
  • Melting temperature(Tm) : 267℃
  • Izod impact strength : 600-850 J/m
  • water absorption - Equilibrium(ASTM) 0.16-0.35%
  • water absorption - over 24 hours 0.1 %
제조공정
비스페놀 A와 포스겐의 계면 중축함 반응에 의한 용제법(溶制法). 비스페놀 A와 디페닐카보네이트의 에스테르 교환반응에 의한 용융법의 두 가지 제조법이 공업적으로 이용되며, 분자량은 2만 수천 이상입니다.
용도
투명하고 뛰어난 기계적 성질(특히 내충격성)-내열성-내한성-전기적 성질을 균형 있게 갖추고, 무독하고 자기소화성도 있는 엔지니어링 플라스틱입니다.
미국 아폴로계획에서 월면활동을 실시한 비행사의 우주모에도 사용되기도 하였습니다.
안경렌즈와 각종 스위치·헤어드라이어 등 전기부품, 자동차 부품, 헬멧·카메라바디 등의 기계부품에 사용됩니다.
주요특징
  • ① 엔지니어링 플라스틱 중에서는 뛰어난 내충격성을 가지고 있다. 밀도를 충분히 고려해야 한다.
  • ② 가시광선의 투과율은 89%(2mm두께)이고 아크릴 수지와 거의 동등한 투명성을 가지고 있다.
  • ③ 실용 온도 범위는 40~120℃이고, 넓은 온도범위에 걸쳐 사용할 수 있다.
  • ④ 비결정성 수지로서 성형 수축률이 작고, 성형시 치추 정밀도가 우수하다. 또한, 크랙 변형이나 흡수 치수 안정성이 뛰어나, 정밀 성형품에 적합하다.
  • ⑤ 자기 소화성 수지로서 전기, 차량, 건재 등 화재 위험이 있는 분야에 많이 사용되고 있다.
  • ⑥ 내후성이 뛰어나 옥외용이나 자동차 라이트용 등에 사용되고 있다.
  • ⑦ 일반적으로 가소제등의 첨가제는 포함하지 않기 때문에 무독성이라서 식품용기, 의료 기구 등에도 사용되고 있다.
  • ⑧ 전기적 특성이 넓은 범위에 걸쳐 변화하지 않기 때문에 절연재료로서 적합하다.
사용상의 주의사항
  • ① 성형품의 중량에 적당한 용량의 성형기를 선택하여 체류에 의한 분자량의 저하를 적극 억제하는 것이 바람직하다.
  • ② 고온하에서 물이나 수증기에 접촉하면 가수 분해되어 분자량이 저하하기 때문에 기계적 강도가 현저하게 떨어진다.
    성형 가공시 필렛의 충분한 건조(수분 0.02% 이하)가 필요하다.
  • ③ 암모니아의 존재하에서는 가수분해가 촉진되기 때문에 암모니아와의 접촉은 피해야 한다.
  • ④ 유기용제나 기름류에 접촉하면 낮은 응력하에서도 스트레스성 크랙이 발생하는 원인이 된다. 또한 고무나 pvc수지에 포함된 가소제에 따라서도 스트레스 크랙이 발생할 수 있다. 이러한 재료와의 접촉은 피해야 한다.
  • ⑤ 방향족 탄화수소나 염소화 탄화수소에 의해 팽윤, 혹은 융해가 된다.
  • ⑥ 반복 응력에 의해 의외로 간단히 깨질 수 있다(피로파괴). 이러한 경우 유리강화 등급 또는 고분자량 등급을 쓴다.
  • ⑦ 표면경도는 연필경도로서 HB이기 때누에 아크릴 수지(2H)에 비해 상처가 나기 쉽다.
  • ⑧ 제품 두께와 응력 집중부의 R에 따라서는 내충격성이 손상되고, 취성파괴가 발생할 가능성이 있다.
    두께는 3mm 이하로 하고, R은 0.5mm 이상으로 하는 것이 바람직하다.
분열에 관한 원인적 통계
  • ① 성형시의 분자량 저하 - 40%
  • ② 사용할 때 약품과의 접촉 - 40%
  • ③ 경시 열화 요인에 의함 - 10%
  • ④ 디자인이나 설계 오류 - 5%
  • ⑤ 기타 - 5%

아크릴의 특성

투명성이 높다.
아크릴 수지의 무색품은 현존하는 플라스틱 가운데에서도 가장 무색성, 투명도가 높다.
아크릴 수지 중 가장 투명성이 높은 주입판은 2M 이상의 두께로서 투시하여도 완전히 물체를 투시할 정도이다.
색조의 종류가 풍부하다.
표면상태가 대단히 좋다.
주입 아크릴 수지판은 무색 유리면 위에서 주입 중합되므로 그 표면이 평각성이 대단히 좋고 완전한 경면 상태가 얻어진다.
가볍고 강인하다.
비중은 1.19이고 무기 유리의 약 1/2이며 강인성은 무기강화 유리에 필적하고 특히 뜨거운 것에서는 무기강화유리보다 격단과 충격에 대해 강하다.
성형성이 우수하다.
아크릴 수지는 판상품, 성형재료 모두 열가소성이며 각종의 성형이 되고 거의 모든 형상의 성형물이 얻어진다.
성형에 따라 변색이 일어나지 않고 성형 로트에 의해 희미하게 되는 일이 적다.
가공성이 우수하다.
아크릴 수지는 절단, 절삭, 천공, 조각, 연마 등의 기계가공이 가능하며 또 접착, 도장, 인쇄, 염색, 금속증착 등의 각종 가공을 쉽게 할수 있다.
무독성이다.
아크릴 수지는 사람과 가축에 대하여 독성이 있는 물질을 함유하지 않고, 식기 등은 물론 인체 내에 사용하는 의치, 치과용 충진재, 의안, 의골 등에 널리 이용되고 있다.
내후성이 높다.
아크릴 수지의 최대 특징은 옥외의 자연환경에 대하여 대단히 저항성이 높다는 것이다.
내후성이 뛰어난 플라스틱의 경우도 없지는 않지만 옥외에서 사용하여 일광이나 비바람에 방치됐을 경우 사용당초의 상태와는 아주 딴판인 상태가 되어 버리는 것이 대부분이다.
아크릴 수지의 경우는 오랜 세월 옥외에 방치 되어도 그 외관상의 변화는 물론 물리적, 기계적 성질도 거의 변화하지 않고 장기간 옥외에서 견딘다.