플라스틱 A to Z

사인의 입체화, LED조명 수요의 증가 등 트렌드의 변화와 더불어 아크릴을 비롯한 플라스틱 소재에 대한 관심이 대두되고 있다. 갈수록 입체적인 사인의 표현, LED조명의 접목 등에 대한 소비자의 니즈도 높아지고 있다. 이에 따라 사인 및 인테리어 분야에서는 새로운 트렌드에 적합한 소재를 찾는 시도들을 이어가고 있다. 이에 본지는 아크릴을 비롯한 플라스틱 기반의 소재의 이해를 돕기위한 지면을 마련했다. 이번호에는 연재의 마지막으로 ABS의 특성을 소개한다. <끝> 

정의
냉장고, 세탁기를 비롯해 주변에서 흔히 볼 수 있는 가전제품, 각종 자동차 부품, 어린이들의 대표적인 장난감 레고 등은 ABS 수지로 만들어진다.
ABS 수지는 아크릴로나이트릴 부타디엔 스타일렌 공중합체(acrylonitrile butadiene styrene copolymer)의 약자로, 아크릴로 니트릴, 부타디엔 및 스티렌 3가지 성분으로 이루어져 있으며 이들 머릿 글자를 합해 ABS라 총칭한다.  
하지만 ABS는 이들 세가지 성분의 단순한 공중합체는 아니고 유리상 폴리머인 AS수지의 연속상에 BR, SBR, NBR 등의 고무상 폴리머가 미세하게 분산한 2상불균일계의 구조를 갖는 폴리머 블렌드라는 점이다.
특히 이들의 배합으로 특성이 크게 변화하는데, 배합 후 도금도 가능해 메탈라이즈드 플라스틱으로서 사용도 점차 늘고 있는 추세다. 도금된 것은 금속 대용품•가전제품•사무용품•기구 하우징 등에, ABS 발포재는 합성 목재•목각 대용품•가구 등에 사용된다.

제조법
ABS수지의 기본적인 제조법은 블렌드법, 그래프트법과 블렌드와 그래프트를 병행하는 그래프트 블렌드 복합법 세가지로 구분된다. 
이중 블렌드법은 HI폴리스티렌의 경우와 같이 AS수지와 NBR를 가열하거나 밀을 사용해 기계적으로 혼합한다든가, 혹은 또 수지와 고무를 라텍스 상에서 혼합하는 방법도 있다.
이 블렌드형 ABS수지에 있어서는 사용하는 고무의 가교도가 수지와 고무와의 상용성에 크게 영향을 주어 가교도가 클수록 충격강도는 커진다. 이 때문에 NBR를 제조할 때 혹은 최초 혼련할 때에 소량의 가교제를 첨가하고 고무의 가교도를 높이는 등 연구가 이루어지고 있다.
또한 충격강도는 고무함량이 약 15%에 달하기까지는 고무의 양이 증가해도 거의 변화하지 않고 15%를 넘으면 급격하게 증대해 오는데 다른 성질과의 균형상, 고무함량은 20∼30%범위가 적당하다. 또한 보통 이 블렌드에 사용되는 고무의 부타디엔 함량은 약 65%인데 이보다도 부타디엔이 많은 고무를 사용하면 저온내충격성이 대단히 개선된다.
그래프트형 ABS수지는 예컨대 폴리부타디엔 라텍스의 공존하에 스티렌과 아크릴로 니트릴을 중합시킴으로써 만들어진다. 따라서 이 타입의 ABS수지는 폴리부타디엔, 스티렌과 아크릴로 니트릴이 그래프트한 폴리부타디엔 및 스티렌-아크릴로 니트릴 공중합체의 단순한 혼합물은 매우 약하고 연하다. 이들 두 가지 성분을 결합하여 ABS수지를 강인한 수지로 하는 것이 스티렌과 아크릴로 니트릴이 그래프트한 폴리부타디엔이다. 이 그래프트형 ABS수지의 주축이 되는 그래프트 고무로서 특히 중요한 성질은 고무에 그래프트한 아크릴로 니트릴-스티렌코폴리머와 간 고무와의 비율(그래프트율)이며 이 비율은 중합조건에 의해 결정된다.충격강도는 고무함량이 약 30%에 달하기까지 고무함량과 더불어 커지지만 동일 고무함량에서도 그래프트율에 따라 충 격강도가 다르며 또한 고무의 입자지름에 따라 최적 그래프트율이 다르다는 것은 중요하며 또한 흥미 깊은 점이기도 하다. 그래프트형 ABS수지의 폴리부타디엔 함량은 대체로 10∼30%이다. 폴리부타디엔은 유리전이온도가 매우 낮기 때문에 그래프트형 ABS수지는 저온에서도 뛰어난 내충격성을 유지할 수가 있다. 그래프트법에는 유화 중합법이외에 HI폴리스티렌의 경우와 같이 고무를 아크릴로 니트릴, 스티렌의 두 모노머에 용해하여 괴상 또는 현탁상에서 중합하는 방법, 혹은 괴상이 어느 정도 예비 중합한 다음 물속에 현탁하여 중합을 진행하는 괴상현탁법등의 여러 방법이 있다.
그래프트법으로 만든 ABS수지 라텍스와 이것과는 별도로 만든 AS수지 라텍스를 블렌드하는 방법이다. 통상의 그래프트 블렌드법에서는 비교적 작은 입자 지름의 고무 라텍스를 이용, 또한 고무함량을 70%정도까지 높인 계에서 그래프트 중합된다.
아크릴로니트릴과 부타디엔의 혼성중합체 및 스티렌과 부타디엔의 혼성중합체를 혼합(블렌드)하는 것이 일반적이며, 각각의 혼성중합체의 성질을 동시에 가지는 혼합수지를 얻는다. 혼성중합체의 성분 조합이 다르면 제품 성능도 미묘하게 변화하므로 용도에 따라 조합을 바꾼다. 일반적으로 가공하기 쉽고 내충격성이 크고 내열성도 좋다.

특징
ABS수지는 스티렌에 아크릴로니트릴을 공중합시킨 것으로, 일반용 폴리스티렌의 뛰어난 투명성, 가공성, 전기적 특성은 그대로 유지하면서 기계적 강도, 내열성, 내유성, 내후성 등을 개선한 것이다. 그러나 내충격성은 완벽하게 보완되지는 않았다.
그런가하면 일반용 폴리스틸렌의 취약성은 합성고무와 블렌드 또는 그래프트 중합체인 내충격용 폴리스티렌에 의해서 일단 해결되었지만, 역으로 내열성, 강성의부족이라는 결점이 있었다. 이같은 공중합 및 합성고무 강화라는 두 가지의 수단을 조합함으로써 일반용 폴리스틸렌의 결점과 AS수지 및 내충격용 폴리스틸렌에 남아 있는 약점을 한꺼번에 해결한 것이 ABS수지이다.
ABS수지의 특성은 세 성분의 배분비에 따라서 크게 달라진다. 아크릴로니트릴이 증가하면 경도, 인장강도, 탄성계수, 내충격성, 내용제성, 내열성이 증대되고, 고주파 절연성이 저하된다. 부타디엔이 증가하면 인장강도, 탄성계수, 경도가 감소되고, 내충격성, 내마모성, 신장이 증대되어 연한 성질의 것이 된다. 스틸렌이 증가하면 용융유동성이 증대되고, 단단해지며 취약한 성질이 된다. 시판되고 있는 ABS수지의 성분은 아크릴로니트릴 성분이 25~30%, 부타디엔 성분이 25~30%이고, 나머지 부분이 스틸렌 성분이다.
ABS는 비중이 1.07~1.15정도이고, 비결정성이며 유백색의 반투명한 플라스틱이다. 착색도 자유롭고, 가공적응성이 좋아서 사출성형, 압출성형, 취입성형, 열성형, 캘린더가공 등 모든 성형법이 적용될 수 있다. 또한 치수안정성이 뛰어난 아름다운 광택을 갖는 성형품을 만들 수 있다. ABS수지는 인장강도, 굽힘강도, 강성, 경도, 충격강도, 내크리프성 등 각종 기계적 성질의 균형이 갖추어진 재료이다. 특히 저온에서는 높은 내충격성을 가지며, 열변형온도가 높다. 게다가 전기적 성질, 내유성, 내약품성이 일반적으로 뛰어나다. 하지만 고주파 절연성은 뒤떨어지며, 아세톤, 벤젠 등의 유기약품에 침해되고 부분 용해된다. 그리고 모든 플라스틱 중에서 가장 도금하기 쉬운 재료라는 것도 커다란 특징의 하나이다.

용도
ABS수지는 냉장고, 세탁기, 청소기, 선풍기, 라디오, 텔레비전, 테이프리코더 등 가정용 전기기구의 모든 것에 걸쳐서 이용되고 있으며, 라디에이터 그릴, 인스트루먼트 패널, 도어 패널, 암레스트 등의 차량용 내외장부품에 사용되고 있다. 그밖에 문방구, 완구, 가방 종류, 구두 뒷굽, 가정용품, 스포츠용품 등의 잡화용도, 방적기기, 사무기기, 재봉틀, 편직기, 시계, 광학기기, 악기, 등과 기타 기기류, 가구, 건재 등 실로 모든 분야에 이용되고 있다.
특히 도금한 제품은 아름다운 금속적인 외관을 나타내기 때문에 가전, 자동차 등의 외장품으로서 널리 사용되고 있으며, 경질 폴리(염화비닐), 폴리카보네이트 등 다른 플라스틱에 블렌드하여 개질보강재로서도 사용되고 있다. 또한, ABS수지의 저배율 발포재는 강인하고 강성이 가하기 때문에 목재 대용 재료로서 사용된다.
하지만 ABS의 경우 강도와 발색이 좋은 반면 투명도가 좋지 않아 투명한 틀라스틱 재질로는 PS, PP 등이 많이 쓰인다. 이들 소재는 ABS와 비교해 투명도가 좋은 대신 강도가 약한 단점이 있다.




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