폴리머(Polymer, 고분자)는 분자량이 낮은 분자인 단위체(모노머)가 수많이 결합되어 높은 분자량을 갖는 물질이다. 고대 그리스인들은 “많은 부분을 가지고 있다”는 의미의 “Polymeres”가 오늘날 각종 물질과 소재의 이름으로 사용될 줄은 상상하지 못했을 것이다.
대개 폴리머가 인공적으로 만들어진 물질을 의미한다고 생각하지만, 인공 합성 폴리머 등장 이전에 자연에서 훨씬 먼저 만들어졌다. 단백질, 탄수화물, 머리카락, 손톱, 심지어 DNA도 폴리머의 일종이다. 그리 길지 않은 역사를 가진 인공 폴리머는 오늘날 어디에서나 찾을 수 있으며 현대인의 삶 곳곳에서 핵심적인 역할을 한다.
현재 연간 약 3억 톤의 폴리머가 생산되고 있으며, 이는 전세계 석유 및 가스 소비량의 최대 6% 정도를 차지한다. 폴리머는 크게 열경화성 수지(thermoset)와 열가소성 수지(thermoplastic)로 구분된다. 열경화성 수지는 점성이 있는 액체로 시작해 열이나 압력을 받으면 경화되어 다시 녹을 수 없는 고체가 된다. 일례로 아랄다이트(Araldite®) 접착제를 들 수 있다. 반면, 열가소성 수지는 가열하면 성형할 수 있도록 연화, 용융되며 그런 다음 냉각되면 경화된다. 다시 녹여 재성형할 수 있다.
폴리머 피라미드
폴리머는 기능성(폴리머 피라미드 내 높이)에 따라 크게 세 가지로 구분된다.
- 범용 폴리머 (Commodity polymers)
- 엔지니어링 폴리머 (Engineering polymers)
- 고기능 폴리머 (High-performance polymers)
범용 폴리머
폴리머 피라미드의 가장 하단에 위치한 범용 폴리머에는 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 등이 포함된다. 범용 폴리머는 대량으로 쉽게 이용할 수 있고, 사용되는 분야에서 필요한 성능 수준을 발휘한다. 예를 들어 PE는 비닐봉지, 포장재와 같은 대량의 제품의 만드는 데 사용되며, 이때 고온이나 극한의 강도는 핵심 요소가 아니다.
한편 폴리염화비닐(PVC)은 건설업에서 널리 사용되고 있으며 경질과 연질의 두 가지 형태가 있다. 경질 PVC는 창틀, 홈통 및 배관에 사용되고 연질 PVC는 전기 케이블 절연용으로 사용된다. 일부를 제외하고 일반적으로 범용 폴리머의 원료는 석유 및 석유화학 유도체에서 얻으며 생산 비용이 저렴하다.
엔지니어링 폴리머
엔지니어링 폴리머는 범용 폴리머보다 상위 단계에 있는 물질로, 특히 기계 및 열 성능 측면에서 탁월한 특성을 제공한다. 성능이 우수한 만큼 가격 역시 상승한다. 예를 들어 폴리아미드 계열 (나일론)은 의류용 직물, 식품 및 음료 용기, 가전제품, 자동차 부품과 같은 엔지니어링 부문 등 다양한 분야에 활용된다.
