폴리에틸렌 테레프타레이트(PET) - a.k.a 페트병

 

안녕하세요.

오늘은 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET) , 소위 말하는 페트병에 대해 한번 알아보겠습니다.

 

 

 

 

PET

폴리에틸렌 테레프타레이트(PET)는 1941년 영국의 J. R. Whinfield 등에 의해 테레프탈산 디메틸과 에틸렌그리콜에서 합성되는 것이 발견되어 1948년 ICI사, 듀폰사에 의해 섬유로 공업화되었습니다.

일본에서는 1958년 데이진, 도레이가 처음으로 합성 섬유로 만들기 시작했습니다.

지금도 듀폰사와 도레이사는 아직도 유명하죠.

 

 

 

▣ 물성

결정성 플라스틱으로서 내열성, 강성, 전기적 성질, 내유성 등이 뛰어나지만 결정화가 늦어 사출성형에는 부적합니다.

PET는 강도, 내열성, 내후성, 내약품성 등이 뛰어나며, PET 필름과 PET 볼트 등 비섬유 분야에 대한 사용도 늘어나고 있습니다. 

 

그래서인지 우지 주변에서 가장 흔히 보이는 플라스틱제품 중 하나인 페트병!

혹시 여러분들은 페트병에 붙여져있는 라벨을 유심히 보신 적 있으신가요? 라벨에 적혀있는 내용을 보면 몸통은 PET로 만들었다고 써있고, 마개 뚜껑은 HDPE, 띠라벨 또는 스티커는 PP로 구성된 것을 알 수 있습니다.

아니 PET면 PET, PP면 PP 한가지로 다 만들면 편할 것을 왜 몸통, 뚜껑, 라벨은 각각 다른 재질로 만든거지??라는 궁금증이 들었는데 여러분들도 이런 생각을 해보신 분이 있을거라 생각합니다.

 

 

 

 

 

 

어떤 이유가 있는건지 함께 알아보면서 오늘의 주제인 PET에 대해 다뤄보겠습니다.

우선 몸통을 이루는 PET에 대해 알아보겠습니다.

 

 

 

 

아래 도식과 같이 폴리에틸렌은 일직선으로 탄소와 수소가 구성되어 있지만 PET는 육각형의 벤젠기, COO기 등 다양한 작용기들이 포함되어 직선형태에 그치지 않고 구조적 차이를 보이고 있습니다.

이러한 구조의 차이는 무엇을 의미하는걸까요?

바로 ‘결정화’의 차이를 나타냅니다. *결정화(용액이나 융해물 따위로부터 결정이 이루어짐)

구조식이 단순한 폴리에틸렌의 경우에는 결정화도가 높고, 반대로 PET의 경우에는 복잡한 구조로 인해서 결정화도가 낮게 됩니다. 결정화도가 낮으면 물질이 투명하고, 가볍습니다.

이로 인해서 페트병의 몸통은 PET를 사용한답니다. 페트병이 불투명하면 내용물이 잘 안 보여서 답답하겠죠? 추가로 한가지 상식! 페트병에 뜨거운 물을 넣으면 뿌옇게 되는 이유는 온도가 높아지면 결정화가 일어나기 때문이랍니다.

 

 

 

 

 

 

 

*참고(용어설명)

1. 결정화도 : 결정성고분자 고체 전체에 대한 결정 부분의 무게분율이다.

고분자는 결정부분, 비결정부분으로 이루어져 있습니다. 이중 전체에서 결정부분이 차지하는 정도를

결정화도라고 합니다.

2. 결정이란 분자가 일정한 규칙적인 배열을 갖는 것을 말하며, 고분자에서는 고분자사슬이 일정한 방향으로

규칙적으로 배열될 때 결정화가 됩니다. 이때 불규칙한 고분자사슬이 규칙적인 배열을 갖을때의 온도를 결정화

온도라 하며, 이때 결정화가 됩니다.

3. 결정화도가 낮다는 것은 낮은온도에서 고분자사슬이 움직여서 배열을 갖는 것이고 따라서 결정화 온도가

낮은 겁니다.

4. 고분자는 결정성과 비결정성이 혼합되어 있는 glass transition 상태입니다. 겉으로는 고체라서 100% 결정같지

만 결정이 아닌부분도 있습니다. 고분자는 열이 가해지면 사슬의 유동성이 생기게 되고 충분한 시간동안 열이 가해

지면 열역학적으로 안정한 방향으로 움직이게 됩니다. 열역학적으로 안정한 방향이란 에너지가 기존보다 낮은

상태를 말하며, 구조적으로 보았을때는 사슬이 배열된 것이 무질서한 것보다 안정하기 때문에 고분자사슬이

규칙적으로 배열하게 되고, 따라서 결정성을 갖게 됩니다.

 

 

 

 

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페트병에 뜨거운 물 부으면 유해물질 나온다?

 

식약처가 밝힌 내용을 살펴보면, 페트병은 일회 사용을 목적으로 만들어진 제품이어서 가급적 재사용을 하지 않는 것이 좋습니다. 사용한 페트병을 재사용 한다고 해서 유해물질이 용출되지는 않지만 통상 입구가 좁은 형태인 페트병은 깨끗이 세척·건조하기가 어려워 미생물 오염 가능성이 있습니다.

 

또 페트병은 뜨거운 물을 담으면 하얗게 변하거나 찌그러지는 경우가 있는데 이는 제조 시 열처리 여부에 따라 나타나는 현상으로 유해물질 용출과는 상관없습니다. 백화(하얗게 변하는 현상)나 찌그러지는 등 물리적 변형이 일어나는 것은 탄산음료나 생수병 등에 열처리 공정을 하지 않기 때문이고 열처리 공정을 거치는 오렌지병은 90℃ 정도의 뜨거운 물을 담아도 병의 변형이 일어나지 않습니다.

 

간혹 글씨가 찌그러져 보이는 페트병을 제품 이상으로 오인하는 경우도 있는데 이는 수축라벨 사용으로 인한 현상으로 제품 품질과는 무관합니다. 페트병 재활용이 쉽도록 페트(PET)나 폴리스티렌(PS) 재질의 수축라벨을 사용하면 병 디자인에 따라 오목하거나 요철이 있는 부분에서 글씨가 수축될 수 있기 때문입니다.

 

페트병 안전 관리는 페트 재질로부터 식품에 이행될 수 있는 납, 안티몬 등 유해물질이나 불순물을 관리하기 위해 식품위생법에서 정한 기준·규격을 준수하도록 하고 있습니다. 페트병의 뚜껑(라이너(liner) 포함)은 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP) 재질로 이 역시 식품에 이행될 우려가 있는 유해물질 등에 대한 기준·규격을 마련해 관리하고 있습니다.

 

아울러 식약처는 페트병에서 내분비계장애추정물질이 검출될 것이라는 소비자 인식이 있지만 페트(PET) 제조 시 DEHP나 비스페놀A가 원료로 사용되지 않아 내분비계장애추정물질이 검출될 우려가 없다고 밝혔습니다.

 

 

 

사기나 스테인레스강으로 된 그릇은 뜨거운 물을 부었다고 해서 찌그러지거나 하지 않습니다. 하지만 페트병은 열에 의해 쉽게 변형되는 성질을 가지고 있습니다. 페트병을 만드는 플라스틱을 열가소성수지라고 합니다. 이런 플라스틱은 열에 의해 쉽게 다른 모양으로 바꿀 수 있습니다. 다른 물질들은 높은 온도에도 견딜수 있어 뜨거운 물을 부어도 모양이 변하지 않습니다. 하지만 페트병은 뜨거운 물 정도의 열에도 쉽게 변형됩니다.

 

 

 

 

뚜껑으로 사용되는 HDPE는 폴리에틸렌(PE)의 종류 중 하나입니다. PE는 보통 밀도에 따라서 HDPE, LDPE LLDPE 등으로 분류한답니다. 그 중 HDPE는 High Density PolyEthlyrene로써 고밀도폴리에틸렌입니다. HDPE는 PE 중 곁가지의 숫자가 가장 적어서 가장 높은 밀도를 가진답니다. 그리고 단순한 분자구조로 인해 높은 결정화도를 가져서 튼튼하고 불투명한 물리적 성질을 가지게 됩니다. HDPE는 뚜껑 이외에도 각종 용기에 많이 쓰인답니다.

HDPE를 페트병의 몸통으로 사용할 경우 PET보다 튼튼하긴 하지만 무거워져서 운반할 시에 불편하게 된답니다. 페트병은 강한 충격을 견디는 강도 보다는 휴대성에 초점을 맞추었다고 볼 수 있죠!

 

 

 

 

 

마지막으로 라벨로 사용되는 PP 즉 폴리프로필렌입니다. PP를 가장 쉽게 볼 수 있는 곳은 담배의 표면포장지입니다. 포장지로는 왜 PP가 사용되는 걸까요? PP는 C, H로만 구성돼 물과 친하게 지내지 않으려는 성질이 있답니다. 그로 인해서 흡습성이 매우 낮고 투명합니다. 담뱃갑은 종이로 이루어져 수분에 취약하므로 이러한 PP를 사용하여 포장한답니다. 이 외에도 테이프, 각종 포장재로 흔히 사용됩니다.

페트병의 라벨에 PP를 쓰는 이유는 PP의 물을 흡수하지 않는 성질과 착색제로 쉽게 색깔을 입힐 수 있고 인쇄성이 좋습니다. 표면에서 제품의 여러 가지 내용을 나타내는 라벨인 만큼 PP가 가장 적절 할 것으로 생각합니다.

 

 

 

 

오늘은 PET를 한번 알아보았는데 우리나라에서 PET를 가장 많이 만드는 곳은 어디인지도 궁금하실 듯 합니다.

롯데케미칼은 국내 1위 PET 생산업체입니다. 플라스틱 환경 문제 때문에 바이오-PET 생산도 일찍이 시작했습니다.

바이오페트를 생산하는 기업은 태국의 인도라마(Indorama), 대만의 파이스턴(Far Eastern)과 함께 롯데케미칼까지 3곳뿐이라고 합니다. 

 

 

바이오 페트는 기존 PET공정 대비 이산화탄소(CO2)를 약 20% 저감해 제품생산이 가능한 데다 100% 재사용‧재활용이 가능하다는 장점이 있습니다. 일반 페트와 달리 구성 원료 중 30%를 차지하는 MEG를 석유가 아닌 사탕수수를 이용해 생산한 바이오 MEG로 대체해 만듭니다. 이 과정에서 일반 페트보다 탄소를 적게 배출하게 되고 이렇게 만들어진 바이오 페트는 생수용이나 화장품 용기는 물론 섬유, 자동차 부품 및 내장재, 전기‧전자 구성 제품 등으로 폭넓게 쓰인다고 합니다. 

롯데케미칼 관계자는 “바이오 PET 생산량이 연간 8000톤일 때, 기존 PET 공정 대비 이산화탄소를 약 3800톤 저감할 수 있다”며 “1만1000가구가 한 달 동안 사용할 수 있는 전력을 생산할 때 발생하는 이산화탄소 양과 비슷하다”고 말했습니다.