석유화학제품의 개발 역사 스토리

석유화학제품의 개발 역사 스토리

◈ 석유화학제품 개발 연대기
1835년 폴리염화비닐(PVC) → 1839년 폴리스티렌(Polystyrene;PS) → 1856년 합성염료(Synthetic dyes) → 1879년 합성고무(Synthetic rubber) → 1925년 베이클라이트(Bakelite) → 1928년 합성연료(Synthetic fuels) → 1930년 플렉시 유리(PlexiglasⓇ) → 1930년 부동액과 냉각제(Antifreeze and Cooling Agents) → 1933년 용제(Solvents) → 1935년 폴리에틸렌(Polyethylene;PE) → 1937년 나일론(NylonⓇ) → 1938년 폴리우레탄(Polyurethane;PU) → 1941년 테프론(TeflonⓇ) → 1946년 폴리에스터(Polyester) → 1951년 세제(Detergents) → 1954년 발포폴리스티렌(Polystyrene foam) → 1960년 폴리프로필렌(Polypropylene;PP) → 1960년 공중합체(Copolymer) → 1965년 고흡수성 수지(Superabsorbent;SAP) → 1970년 케블라(KevlarⓇ) → 1977년 PET병(PET bottles) → 1988년 전도성 고분자(Conducting Polymers) → 1988년 액정 고분자(Liquid Crystal Polymer)

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[1835년] PVC

프랑스 화학자이자 물리학자인 앙리 빅터 르뇨(Henri Victor Regnault)는 염화비닐 가스를 실험하던 중 햇볕에 샘플을 두고 떠났다가 플라스크 바닥에 하얀 고체가 생긴 것을 보고 깜짝 놀랐다. 우연히 발견된 이 물질은 추후 PVC라고 불리는 폴리화비닐로 밝혀졌다.
그로부터 80년 후, 1912년 독일 화학자 프리츠 클라테(Dr. FritzKlatte)는 햇빛을 이용한 폴리염화비닐PVC)을 제조하는 새로운 공정을 개발하여 PVC 관련 특허를 받은 최초의 과학자가 되었다. 그러나 당시 개발된 PVC는 딱딱고 부서지기 쉬워, 1926년 미국발명가 왈도 세몬(Waldo Semon)이 PVC에 가소성을 부여하는 방법을 개발하기 전까지 아도 제대로 활용하지 못하였다.
왈도 세몬은 각종 첨가제와 함께 PVC를 혼합하여 가공성을 크게 향상시켰다. 그 결과, 샤워커은 유연한 제품부터 골프공, 구두굽과 같은 제품에도 PVC를 사용할 수 있게 되었다. 오늘날 PVC는 우비, 전선, 창틀, 바닥, 페인트, 수도배관, 병 등 수백 가지가 넘는 제품에 사용되고 있다.

 

[1839년] 폴리스티렌(Polystyrene)

1839년 독일 베를린의 약사 에듀워드 사이먼(Eduard Simon)은 ‘Storax(방향족 수지의 일종)’라고 불리는 천연 수지를 증류하던 중 ‘Styrol(영어로는 Styrene)’이라는 유성 물질을 얻었다. 며칠 뒤 그 물질이 산화로 인해 굳어진 것을 발견하였지만, 그것이 최초로 발견된 ‘폴리스티렌’ 이었다는 것은 알지 못하였다.
그 후, 1920년 독일 화학자 헤르만 슈타우딩거(Hermann Staudinger)는 처음으로 폴리스티렌에서 많은 분자들이 순차적으로 결합돼있는 모습을 발견하였다. 슈타우딩거의 발견을 기반으로 바스프(BASF)社에서 폴리스티렌을 상업화하는 제조 방법을 개발하였고, 몇 년 후 대량생산 시대가 시작되었다.
오늘날 폴리스티렌은 다양한 모양과 색상의 플라스틱 제품을 만드는데 사용되며, 저렴한 가격 덕분에 식기류에서부터 CD케이스 까지 다방면으로 사용되고 있다.

 

[1856년] 합성염료(Synthetic dyes)

19세기 말 이전 까지만 해도 직물 염색을 하기 위해서는 껍질, 열매, 해초, 이끼 등과 같은 천연 재료가 필요하였다. 하지만 1856년 윌리엄 퍼킨(William Henry Perkin)이 최초로 연보라색의 합성염료를 발견하면서 새로운 직물염색 시대가 시작되었다. 18세의 윌리엄 퍼킨은 런던 왕립화학대학의 학생이었다. 그는 인도에서 말라리아로 고통받고 있는 영국군의 치료를 위해 아닐린(Anylin)으로부터 말라리아 특효약인 퀴닌을 합성하는 실험을 진행하였는데, 실험을 하던 중 아닐린이 산화되면서 자줏빛을 띠는 침천물이 발견되었다. 그는 이 침천물이 색이 빠지지 않고 변색되지 않는 직물 염색의 색소로써 사용가능하다는 것을 발견하여 이듬해부터 염료 제조를 시작하였다.
퍼킨은 자연계에는 존재하지 않는 아름다운 빛깔의 ‘아닐린 퍼플(Aniline purple)’이라는 염료를 만들어 프랑스 들판에 피는 보라색 들꽃의 이름을 따라 ‘모브(mauve)’라는 이름을 붙였다. 이후 모브는 영국 왕실 및 프랑스 왕실의 지원에 힘입어 대중들로 부터 인기가 하늘로 치솟았다. 영국 빅토리아 여왕은 퍼킨의 보랏빛 물감에 매혹되어 공주의 결혼식에 모브 드레스를 입고 나갔으며, 프랑스 황후 유제니(Eugenie)를 위시하여 프랑스 궁정이 가장 선호하는 색상이 되었다.
퍼킨의 발명이 있기 전까지 천연 염료는 대량생산이 불가능하고 희소가치가 높아 가격이 비쌌기 때문에 왕이나 귀족만이 사용할 수 있었다. 하지만 퍼킨의 발명으로 최신 유행하는 컬러의 옷을 누구나 소유할 수 있게 되었다.
모브의 발견은 젊은 화학자들로 하여금 유기화학이 매우 재미있고 경제적이며 다양한 용도로 활용이 가능하다는 것을 인식하게 만들면서 석유화학산업의 발전을 촉진하는 결과를 가져왔다.현재는 상이한 착색 견뢰도와 물성을 가진 7,000개 이상의 합성 착색제들이 다양한 분야에 이용되고 있다.
대부분의 염료는 섬유산업에서 이용되지만, 가죽, 종이, 식품 및 화장품 산업 등도 염료의 중요한 사용처이다. 또한 인공 염료는 유전자 식별 및 암 치료를 위한 레이저 치료 착색제로 이용되는 등 현대 의학에서도 혁명적인 역할을 담당하고 있다.

 

[1879년] 합성고무(Synthetic rubber)

천연고무는 매우 오랜 기간 동안 라텍스(Latex, 고무나무 수액을 채취해 굳힌 것) 형태로 채집되어 돌과 금속 도구를 고정하는 고무줄이나 고무신, 방수옷 등을 만드는데 사용되었다. 합성고무는 1879년 처음 탄생되었으며, 대량생산은 1차 세계 대전 당시 독일에서 시작되었다. 전쟁 종료 후에도 독일의 과학자들에 의해 연구가 계속되어 나트륨을 촉매로 부타디엔을 중합시켜 부타디엔의 ‘부(Bu)’와 나트륨의 ‘나(Na)’를 딴 ‘부나(Buna)’ 고무를 개발하였다. 이후 부타디엔 일부를 스티렌으로 변경·중합시켜 부나-S라는 새로운 합성고무를 개발하여 자동차 타이어를 만드는데 주로 사용하였다.
같은 기간 미국 듀폰(Dupont)社의 과학자들은 유기화학자 율리우스 뉴랜드(Julius Nieuwland) 박사의 연구를 토대로 “네오프렌(Neoprene)”이라는 물질을 개발하였다.
(*벨기에 태생 성직자이자 화학교수인 뉴랜드박사는 1920년 아세틸렌을 중합하여 디비닐아세틸렌을 합성, 1923년 이를 이염화황과 반응시킬 때 고무와 매우 닮은 물질이 만들어진다는 것을 발견하였으며, 1925년부터 듀폰의 과학자들과 공동으로 연구를 진행하였다.)
네오프렌은 내열성이 크고 유기 용매에도 잘 녹지 않아 다방면으로 뛰어난 고무로 여겨졌다. 특히 네오프렌으로 만든 잠수복은 몸의 열 손실을 줄여 몸을 따뜻하게 유지시켜주고 차가운 물속에서도 편안하게 수영을 할 수 있게 해주어 가장 인기있는 제품으로 여겨졌다. 또한 네오프렌의 절연성 및 보호특성은 보호용 장갑, 스쿠버 다이빙 장비, 휴대폰의 보호 커버(덮개) 뿐만 아니라 부식방지를 위한 코팅 및 접착제 등과 같은 제품에서도 인기 소재로 사용되고 있다.

 

[1925년] 베이클라이트(Bakelite)

벨기에 출신 화학자 리오 베이클랜드(Leo Hendric Baekeland)는 천연 수지의 일종인 셸락(Shellac)을 대체할 합성물질 관련 연구를 하던 중, 칼 하인리히 메이어(Carl Heinrich Meyer)의 페놀수지 연구를 바탕으로 페놀과 포름알데히드를 반응시켜 세계 최초의 합성 플라스틱을 발견하였다. 그는 이것을 그의 이름을 딴 ‘베이클라이트’라고 명명하고 1906년에 특허를 받았다.
베이클라이트의 발명은 생활에 많은 변화를 불러일으켰다. 베이클라이트는 열경화성을 지녀 한번 성형되면 열에 의해 변형되지 않고 절연성이 뛰어나며 부식되지 않아 전기제품 재료로 사용하기에도 안성맞춤이었다. 이러한 특성으로 베이클라이트는 발명되자마자 전화기 케이스, 비행기 프로펠러, 라디오 케이스, 배관용 파이드 등 금속이나 목재를 대체하는 재료로 다양한 분야에서 사용되면서 이른바 ‘플라스틱 시대’를 열었고, 특히 1930년대 자동차 및 라디오 산업 발전에 많은 기여를 하였다.

 

[1928년]  합성연료(Synthetic fuels)

합성연료(Synthetic fuel 또는 Synfuel)는 석탄, 천연가스 또는 바 이오매스로부터 만들어지며, 재료에 따라서 Coal-To-Liquids (CTL), Gas-To-Liquids (GTL) 또는 Biomass-To-Liquids (BTL) 로 구분된다. 석유의 대체연료 개발은 1925년 독일의 F.피셔(Franz Fischer)와 H.트롭슈(Hans Tropsch)가 석탄, 바이오매스, 천연가스를 합성연료로 변환하는 Fischer-Tropsch(피셔-트롭쉬) 공정을 개발하면 서부터 시작되었다.
이 공정은 2차 세계대전 당시 석유는 없지만 석탄은 풍부하게 갖고 있던 독일이 비행기와 탱크 연료를 생산하는데 광범위하게 이용되었다. 또한 1955년부터 남아프리카공화국도 이 공정을 사용 하여 연료를 생산하였으며, 이후 수십 년에 걸쳐 주로 남아프리카와 말레이시아 지역에서 공정이 개선되었다. 가장 친환경적인 합성연료는 BTL(Biomass-To-Liquids) 기술을 기반으로 한 것으로, 오늘날 바이오연료의 주요 원료인 콩, 유채씨와 같은 식용작물을 대신하여 나무조각, 지푸라기 등과 같이 버려지는 식물자원을 이용하여 합성연료를 생산한다. 이러한 기술은 20세기 초부터 시작되었으며 특히 해외로부터 많은 양의 석유를 수입하는 국가들로부터 관심을 끌고 있다. 또한 세계적인 엔지 니어와 과학자들, 그리고 학자들은 지구 환경 보전을 위해 BTL 연구에 매진하고 있다.

 

[1930년] 플렉시 유리(PlexiglasⓇ)

Plexiglas*는 1930년대 독일의 오토 룀(Otto Röhm) 박사의 실험실에서 그의 연구 동료 중 한명이 두 장의 유리를 결합하기 위한 접착제로 아크릴폴리머라는 물질을 사용하면서 개발되었다. 접착제를 대신하여 사용된 아크릴폴리머는 가벼우면서 투명한 플라스틱 시트로 건조되었고, 이것을 본 오토 룀 박사는 즉시 이 물질이 유리를 대체하는 용도로 사용될 수 있겠다는 생각을 떠올렸다.
이후 박사는 Plexiglas의 다양한 사용처 및 저렴한 제조 방법을 개발하기 위해 직접 그의 자동차 유리 및 안경에 사용하는 등 다양한 방법으로 실험을 진행하였다. Plexiglas는 투명하면서 강하기 때문에 군용 항공기의 조종석, 전 투기의 노즈콘(로켓·항공기 등의 원추형 앞부분), 항공기의 캐노 피(항공기 조종실을 덮고 있는 투명한 덮개)등을 생산하는데 이용되었다.
또한 강화플라스틱과 함께 보강된 아크릴시트는 1974년 처음으로 자동차 외관에 사용되기 시작하였다. 오늘날 Plexiglas는 투명·불투명 등 다양한 형태로 제작이 가능하고 깨지는 일이 거의 없기 때문에, 비행기, 자동차, 조명기구, 수 족관, 표지판, 가전제품 등에 유리를 대신하여 사용되고 있다. (*독일 및 미국 Rohm&Haas社의 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA) 수지의 상품명)

 

[1930년] 부동액과 냉각제(Antifreeze and Cooling Agents)

부동액과 냉각제는 에너지를 보유할 수 있기 때문에 물리적 상태 가 변하지 않아 0℃ 이하에서도 액체 상태를 유지할 수 있다. 부동액은 보통 차량이 동결되는 것과 과열되는 것을 방지하기 위해 자동차 라디에이터에 사용되며, 메탄올 보다 에틸렌글리콜이 비점이 높고(197.2℃) 응고점이 낮아(-50℃) 보편적으로 가장 널리 사용되고 있다. 냉각제로 사용되는 프로필렌글리콜은 부식성과 독성이 없고 영하 30℃ 정도의 저온에서 급속히 동결할 수 있기 때문에 주로 식품 동결용으로 쓰이며, 수분보유효과와 약간의 방부효과가 있어 품질보호유지제로도 사용된다. 

 

[1933년] 용제(Solvents)

페인트를 흘러내리게 만들면서, 인쇄된 잡지의 잉크가 번지지 않게 해주는 역할을 하는 것은 모두 솔벤트이다. 솔벤트는 다른 물질을 용해시키기 위해 사용하는 액체나 가스로, 용제의 형태로 만들어지는데 1930년대부터 사용되어지고 있다. 특히 2차 세계대전 당시에는 항공 연료의 재료, 낙하산 및 나일론과 같은 제품 생산, 그리고 접착제 제조 및 고무 산업 등에서 중요한 역할을 담당하였다. 석유정제가스(나프타)로부터 생산되는 화학 솔벤트는 크게 산소계 솔벤트, 탄화수소계 솔벤트, 염소계 솔벤트로 나뉘어진다. 산소계 솔벤트는 페인트, 의약품, 잉크, 화장품, 세제 등과 같이 다양한 제품에 사용되며, 염소계 솔벤트는 드라이 클리닝, 금속 세척, 의약품, 전자제품 등에 사용된다. 탄화수소계 솔벤트는 인쇄에 사용되는 잉크와 알루미늄 압연, 그리고 냉장고와 냉동고의 절연 플라스틱 폼을 만들기 위한 용도 등으로 사용된다.

 

[1935년] 폴리에틸렌(Polyethylene)

폴리에틸렌은 연구 중에 생겨난 뜻밖의 결과로 발견하게 되었는 데, 우연이라는 것이 얼마나 중요한 역할을 하는지 알 수 있는 좋은 예이다. 1933년 영국 ICI社의 유기화학자는 에틸렌과 벤즈알데하이드 혼합 물에 수백기압의 압력을 가하는 실험을 하던 중 왁스와 같은 흰색의 물질인 폴리에틸렌이 만들어지는 것을 발견하였다.
그러나 이 실험은 재현되지 못하고 수수께끼로 남게 되었다. 이 반응의 수수께끼를 푼 사람은 ICI社의 또 다른 화학자 페린 (Michael Perrin)이었다. 그는 고압 실험 장치 속에 불순물로 미량 들어간 산소가 반응을 일으킨 것을 알아내었고, 폴리에틸렌을 생산하기위한 고압 합성 공정을 개발하였다. 이 공정은 1939년 시작된 저밀도 폴리에틸렌을 상업적으로 생산하는데 기초가 되었다. 가볍고 얇은 폴리에틸렌은 2차 세계대전 당시 이전의 무거운 절연체를 대신하여 항공 및 군용무기의 레이더 절연체 등으로 사용되며 중요한 역할을 담당하였고, 전쟁 종료 후에는 일반에 알려지면 서 엄청난 수요를 창출하였다. 이후 포장백, 건축자재, 전선 절연재 등 용도에 따라 저밀도에서부터 고밀도까지 다양하게 생산·적용되는 방법이 개발되었으며, 1950년대에는 훌라후프에 고밀도 폴리에틸렌이 사용되면서 장난감 산업을 점령하기도 하였다.

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[1937년] 나일론(NylonⓇ)

1935년 미국 화학자 월리스 흄 캐러더스(Wallace Hume Carothers)는 천연 섬유보다 튼튼하고 탄력 있으면서 실크같이 부 드러운 나일론(Nylon) 섬유를 개발하여, 하루아침에 여성들 사이에서 큰 인기를 얻게 되었다. 1939년 나일론 스타킹이 등장했을 때 사람들은 굉장한 호평을 쏟아냈고, 1940년 5월 14일, 나일론 스타킹이 처음 미국 시장에서 판매를 시작했을 당시에는 뉴욕에서만 하루에 4백만개가 팔려나 갈 정도로 큰 센세이션을 불러 일으켰다.
1941년에는 미국이 2차 세계대전에 참전하면서 낙하산, 로프, 방 탄조끼, 타이어, 전투복 및 군용 물품 등에도 사용되었다. 오늘날 나일론은 플라스틱 장난감에서부터 가전제품, 자동차에까지 우리가 알지 못하는 여러 분야에서 사용되고 있다.

 

[1938년] 폴리우레탄(Polyurethane)

1930년대 독일 화학자 오토 바이어(Otto Bayer)는 이소시아네이트 (Isocyanate)에서 새로운 고분자를 찾기 위한 실험을 진행하였다. 그의 동료 중 일부는 그의 실험에 대해 회의적인 반응을 보였지만, 그는 1937년 이소시아네이트와 폴리올(Polyol)을 혼합 반응시키고 첨가제 등을 추가하여 폴리우레탄을 개발, 특허까지 받았다. 폴리우레탄은 2차 세계대전이 진행되는 동안 프로펠러, 항공기 스 키드, 잠수함 등 군사용 무기나 장비에 사용되었으나 일급 비밀에 부쳐졌다가, 전쟁 종료 후 폴리우레탄을 이용한 다양한 연구와 제품이 개발되면서 성공가도를 달렸다.
폴리우레탄은 오늘날 침대 매트리스, 가구패드, 단열재뿐만 아니라 페인트, 접착제, 라이크라와 같은 운동복 섬유에도 사용되고 있다. 폴리우레탄폼은 나일론에 경쟁할 수 있는 섬유에 대한 연구를 진행하다가 우연히 발견되었다. 어느 날 오토 바이어가 진행 중이던 연구가 잘못되어 기포로 가득한 성형제품이 나왔는데, 사람들은 그것을 보고 가짜 스위스치즈도 만들 수 있겠다며 비꼬았다. 하지만 오토 바이어는 흔들리지 않고, 기포 성형제품이 나오게 된 이유를 찾아내었으며, 결국 폴리우레탄폼 개발에 성공하였다. 폴리 우레탄폼은 보온성이 우수하고 가벼워 방한복, 완충재 등으로 사용되고 있다.

 

[1941년] 테프론(TeflonⓇ)

과학에서는 우연히 발명된 것들이 많이 있는데 테프론도 그 중 하 나이다. 1930년대 말 듀폰(Dupont)社는 무독성 냉장고의 냉매를 개발하기위해 사불화에틸렌(Tetrafluoroethlene)이라는 물질을 조사하였다. 이때 미국 화학자인 로이 플렁킷(Roy Plunkett)도 이 조사에 참여하였는데, 어느 날 새로 산 사불화에틸렌의 가스가 나오지 않아 통 속을 확인해보니 하얀 분말이 생겨있었다. 가스통에서 사불화에틸렌이 자연 중합되어 폴리사불화에틸렌(PTFE)이라는 물질을 만든 것이었다.
사불화에틸렌에 대한 연구는 곧 PTFE로 이어졌고, PTFE의 독특한 분자구조가 우수한 내열성, 화학적 불활성, 비접착성, 비유성(물이나 기름이 잘 붙지않는 성질), 강한 내구력 등의 놀라운 특성을 가지고 있다는 것을 밝혀냈다. 이후 듀 폰은 PTFE로 조리기구 코팅 등의 다양한 응용제품을 개발하여 테프론(TeflonⓇ)이라는 상표명으로 소개하였다.
테프론은 현재 의료용 튜브, 초소형 전자공학 등의 분야에서도 광범위하게 사용되고 있다. 또한 테프론 처리된 합성 폴리머 고어텍스Ⓡ는 통기성이 뛰어나고 방수기능이 있어 부츠, 등산용 코트와 같은 고기능성 제품에 사용되며, 나일론과 같은 일반적인 합성 섬유와는 달리 비는 막아주지만 땀은 밖으로 배출시켜주어 건조함을 유지시켜준다. 

 

[1946년] 폴리에스터(Polyester)

최초의 폴리에스터 섬유는 1941년 영국 화학자 윈필드(John R. Whinfield)와 딕슨(James T. Dickson)이 나일론 발명가인 월리 스 캐러더스(Wallace Carothers, 듀폰社)의 미완의 PET연구를 참고하여 개발하였다. 이 섬유는 에틸렌글리콜(EG)과 테레프탈산(TPA)의 중합반응에 의해 만들어진 것으로 영국의 ICI社가 특허권을 얻어 최초의 폴리에스터 섬유인 테릴렌(Terylene)을 발표 하였다. 이후 1946년, 미국 듀폰社에서 폴리에스터 특허를 양도받아 데이 크론(DacronⓇ)이라는 이름을 붙여 두 번째 폴리에스터 섬유를 생산하였다. 데이크론은 저렴한데다 내구성이 뛰어나 순식간에 섬유시장을 점령하였으며, 68일동안 다림질을 하지 않아도 주름지지 않는 기적의 소재라고 소개되기도 하였다. 폴리에스터의 가장 큰 장점 중 하나는 방수기능으로 대부분의 아웃도어(야외활동) 장비들이 폴리에스터로 만들어졌다. 그 외 폴리 에틸렌 테레프탈레이트는 폴리에스터 제품군의 하나로 투명하고 가벼우면서 저렴하고 내구성이 뛰어나 유리병을 대신하여 탄산음료 등 식음료 용기로 많이 사용되고 있다.

 

[1951년] 세제(Detergents)

합성세제는 세탁 혹은 세척을 위해서 쓰이는 화학 물질로 가루, 액체, 고체, 조각 등 다양한 형태로 가공이 가능하며, 용도에 따라 주방용 세제, 세탁세제와 같은 가정용 합성세제와 자동차, 항공기, 전자부품의 세척을 위한 공업용 합성세제 등으로 나뉘어 사용 된다.
최초의 합성 세제는 1차 세계 대전 중 비누를 만들기 위한 유지자원, 즉 천연기름이 부족했던 독일이 석탄으로 제조된 나프탈린을 이용한 비누 대용품을 개발하면서 탄생되었다. 본격적인 세제 산업의 발전은 1940년대 후반, 미국에 최초의 계면 활성제가 도입되고 전기세탁기가 보급되면서부터 시작되었다. 계면활성제는 액체에 소량만 첨가하여도 그 액체의 표면장력을 크게 저하시키는 물질로, 물에 넣으면 섬유나 피부가 젖기 쉬워져 표면의 오염, 얼룩 등을 쉽게 제거할 수 있고, 세정력, 살균력등이 뛰어나 가정용 세제를 시작으로 각종 공업에 널리 사용되고 있다.

 

[1954년] 발포폴리스티렌(Polystyrene foam)

폴리스티렌 발포 공정에 대한 연구는 1949년 독일 바스프(BASF) 社의 화학자 Fritz Stastny에 의해 시작되었다. 연구시작 2년 후, 그는 폴리스티렌을 발포시키기 위한 정확한 팽창 성분과 혼합물을 찾아 성공적인 결과를 얻게 되었다. 폴리스티렌은 간단한 제조 공정뿐만 아니라 다양한 응용이 가능하였으며, 상당량의 석유와 가스가 절감되어 가장 성공적인 플라스틱 중의 하나인 새로운 발포체로 이목을 집중시켰다.
스타이론(StyronⓇ, 미국 Dow Chemical과 일본 아사히 다우KK가 제조하고 있는 폴리스티렌의 상품명)은 98%의 공기로 이루어져 있으며, 견고하고 내구성이 뛰어나 주로 포장 및 단열재로 사용된다. 또한 1964년 쿠웨이트 항구에 화물선이 침몰하였을 당시에는 2,500㎥의 스타이론을 이용하여 침몰한 화물선을 성공적으로 들어 올리는 굉장한 모습을 보여주기도 하였다. 이에 스타이론을 이용한 아이디어를 특허로 등록하려고 하였으나, 1949년 월트디즈니의 만화 도널드덕에서 탁구공을 이용하여 침몰한 배를 들어 올리는 장면이 있었다는 이유로 거부당했다.

 

[1960년] 폴리프로필렌(Polypropylene)

1931년 영국에서 폴리에틸렌(고분자 형태로 사람이 만든 최초의 중합체)이 제조되면서 전 세계 플라스틱 시장을 지배하였다. 그러나 폴리에틸렌의 약한 성질에 실망한 과학자들은 더 나은 플라스틱 개발을 위한 경쟁을 시작하였다. 이탈리아 과학자인 줄리오 나타(Giulio Natta)는 독일 과학자인 카를 지글러(Karl Ziegler)와 함께 새로운 중합체 개발을 도울 수 있는 촉매제를 개발하고 있었다.
티타늄을 기반으로 한 지글러와 나타의 새로운 촉매제는 중합체 제작의 새로운 길을 열어주었다. 1954년 나타는 지글러 촉매를 변형해서 프로필렌의 중합반응을 연구하여 매우 규칙적인 구조를 가지는 폴리프로필렌을 개발하였다. 폴리프로필렌은 폴리에틸렌과 유사하지만 훨씬 단단하고 녹는점이 높기 때문에 현재 세계에서 가장 중요한 플라스틱 중 하나로 여겨지며, 카펫, 로프, 스피커, 자동차 부품, 지폐뿐만 아니라 살균, 식기세척 등과 같이 고온이 필요한 의료용 및 가정용 제품으로도 사용되고 있다.

 

[1960년] 코폴리머(Copolymer)

공중합체는 2종 이상의 다른 단량체(모노머)를 중합하면서 유도된 고분자이다. 공중합 방법은 여러 산업분야 및 삶의 요구를 충족시키기 위해 수년에 걸쳐 발전되어 왔으며, 구조적인 차이 와 각 성분의 특성 및 성능에 따라 여러 종류로 나뉘어 최종 제품에 고유한 특성을 제공한다. 상업적 분야에서는 대표적으로 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer), SBR(Stryrene Butadiene Rubber) 등에 이용되고 있다.
ABS는 아크릴로니트릴(AN)과 부타디엔, 스티렌을 중합하여 얻어 지는 공중합체의 가장 일반적인 예이다. ABS의 가장 중요한 특성은 저항성과 내구성이지만, 표면광택, 내 충격성, 긁힘저항성, 품질수명 등과 같은 세부적인 특성을 개선하여 다양하게 제작이 가능하기 때문에, 산업디자인, IT장비, 가정용·사무실용 전자제품, 포장, 의료기기, 자동차의 표면 소재 등에 다방면으로 사용되며 무한한 가능성을 제시하고 있다. 

 

[1965년] 고흡수성 수지(Super absorbent)

고흡수성 수지(SAP, Super Absorbent Polymer)는 아크릴산과 수산화나트륨을 중합해 만든 백색 분말 형태의 합성수지로, 자기 무게의 수십, 수백배에 달하는 액체를 흡수할 수 있다. 최초의 고흡수성 수지는 1960년대 초 미국 농무부에서 토양의 물 보전 능력을 향상시키기 위한 연구를 하던 중 겔 형태로된 수지를 개발한 것이었다. 이후 약 40개 기업에 고흡수성 수지 제조에 관한 기술을 제공하였으나, 정작 농업용 수요는 크게 늘지 않았다.
고흡수성 수지의 상업 생산은 1978년 일본에서 시작되었으며, 1980년 유럽 국가들이 아기 기저귀에 사용되는 고흡수성 수지를 개발하면서부터 기존 소재(펄프, 탈지면 등) 사용에 불편함을 느끼고 있던 고객들의 호응에 힘입어 수요가 급증하였다. 오늘날 고흡수성 수지는 아기 기저귀, 성인 요실금 제품, 개인 위생용품 등뿐만 아니라 의료분야에서 의료 폐기물 고형화 등에, 식품유통 분야에서는 식품의 신선도를 유지하기 위한 포장재료 등에 사용되고 있다.

 

[1970년] 케블라(KevlarⓇ)

미국의 화학자인 스테파니 퀄럭(Stephanie Kwolek)은 의대 진학을 위한 학비 마련을 위해 듀폰(Dupont)社에 임시직으로 취직하였다. 점차 일에 흥미를 느낀 그녀는 1984년 은퇴할 때까지 듀폰에서 근무하였으며, 1965년에는 ‘섬유혁명의 완성판’이라고도 불 리는 ‘케블라’를 발명하였다.
방탄복의 핵심 재료로 사용되는 케블라는 같은 무게의 강철보다 5배 강하면서, 5mm의 가느다란 실로 만들어지지만 2톤의 자동차를 들어 올릴 수 있는 힘을 가지고 있다. 또한 녹이나 부식이 발생되지 않고 금속보다 훨씬 가벼워 자동차 타이어의 스틸 벨트를 대체하는 데에도 사용되며, 방탄 헬멧, 방탄복 외에도 공격헬기 바닥 내장재, 낙하산, 건축 자재 등에서 단독 사용되거나 또는 복합체 형태로 다양하게 사용되어지고 있다.

 

[1977년] PET병(PET bottles)

1941년 최초로 개발된 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)는 본래 석유화학 원료인 에틸렌과 파라자일렌을 화학 반응시켜 PET 수지를 생산, 합성 섬유 소재로써 사용되었다. 이후 1960년대 중반에 들어서면서 포장을 위한 용도로 사용되기 시작하였고, 1970년대 초에는 투명하고 가볍지만 충격에 강한 페트병(불어서 만든 병)이 개발되었다.
현재 PET는 의류용 폴리에스테르 섬유를 만드는 것 외에 생활용품, 장난감, 전기절연체, 라디오와 텔레비전 케이스, 포장재에까지 다양하게 사용되고 있다.
과거 PET 산업은 환경오염을 일으키는 주범으로 여겨졌지만, 오늘날에는 완전하게 재활용되고 있다. 처음 PET를 재활용하기 시작한 것은 1977년으로 사용한 PET병을 다시 병으로 재활용하는 수준이었으나, 점차 재활용산업이 발달하면서 현재는 섬유, 카펫, 부직포 등 다양한 용도로 재활용되고 있다.

 

[1988년] 전도성 고분자(Conducting Polymers)

전도성 고분자에 대한 연구는 1963년 호주에서부터 시작되었다. 일반적으로 플라스틱은 금속과 달리 전기를 통과하지 않는다고 여겨졌으나, 전도성 고분자를 개발한 3명의 화학자 앨런 히거(Alan Jay Heeger)와 앨런 그레이엄 맥더미드(Alan Graham MacDiarmid), 시라카와 히데키(Hideki Shirakawa)는 플라스틱도 특정 상황에서 금속처럼 전도체로 사용할 수 있다는 것을 보여주었고, 이것의 개발로 2000년 노벨 화학상을 수여받았다. 최초로 발견된 전도성 고분자는 폴리아세틸렌인데 그 자체로는 반도체에 불과하지만 이를 요오드로 처리하면 금속에 버금가는 전기 전도성을 갖게 된다. 이후 전도성 고분자는 플라스틱처럼 휠 수도 있고 가벼운 특성 때문에 화학이나 물리학 분야뿐만 아니라 광범위한 산업적 응용성을 갖게 되었다.
전도성 고분자는 사진 필름에 쓰이는 정전기 방지 물질, 컴퓨터 화면 보호필름, 스마트 윈도우 등에 응용 개발되고 있다. 최근엔 특히 반도체성 고분자로 응용되어 발광 다이오드(LED), 태양 전지, 휴대폰 및 소형 텔레비전 등의 디스플레이에 이용되고 있다.

 

[1988년] 액정고분자(Liquid Crystal Polymer)

1888년, 오스트리아의 식물학자 프리드리히 라이니처(Friedrich Reinitzer)는 식물의 콜레스테롤 성분을 분석하다가 콜레스테일 벤 조에이트(Cholesteryl benzoate)라는 신기한 물질을 발견했다. 평소엔 투명한 이 물질이 섭씨 146도로 가열하면 불투명해졌다가 179도에 이르면 다시 투명해지는 것이다. 당시엔 고체, 액체, 기체 만이 있다고 생각했는데 고체와 액체의 중간 성질을 가진 액정은 많은 이슈가 되었다.
라이니처는 액정을 좀 더 분석하기 위해 독일 물리학자인 오토 레만(Otto Lehmann)에게 시료를 보냈고, 2년 후 레만은 이 물질의 이름을 액정(Liquid Crystal)이라고 이름 지었다. 하지만 당시엔 응용할 수 있는 분야가 없었기 때문에 액정에 대한 관심도 시들해져갔다. 한참이 지난 1960년대에 이르러서야 액정에 대한 본격적인 연구가 재개되었다. 액정을 이용한 스크린과 디스플레이의 개발로 평면 텔레비전 등과 같은 전자기기에 액정이 사용되면서 폭발적인 성장을 이루었고, 컴퓨터, 휴대폰 시장도 빠르게 성장하였다.
이렇듯 액정은 생활의 많은 부분에서 매일 사용되어지고 있지만, 대부분의 사람들은 우리가 사용하는 제품들에 얼마나 많은 화학기술 이 사용되었는지 깨닫지 못한다. 1996년 일어난 다마고치 붐*도 화학없이는 절대 일어날 수 없었을 것이다. (*일본에서 개발한 휴대용 디지털 애완동물로, 출시 이후 전 세계적으로 폭발적인 인기를 얻었다.)

 

< 참 고 내 용 >

2022.07.07 - [시험정보/화학공학 자료] - 주요 석유화학 제품 정보 안내

2022.07.07 - [시험정보/화학공학 자료] - 석유화학산업의 특징

2022.07.07 - [시험정보/화학공학 자료] - 석유화학산업의 원료와 제조공정

출처 : 한국석유화학협회(석유화학으로만드는세상)