전기가 잘 통하는 금속들도 많은데 왜, 전기가 통하는 플라스틱이 필요할까요? 그 이유는 금속의 한계 때문입니다. 컴퓨터나 TV, 노트북, 휴대폰 등 전자제품에서 나오는 전자파를 차단하기 위해서는 케이스가 금속이어야 하는데요. 그렇게 되면 무겁고 생산 가격도 올라갑니다.
또, 디자인의 한계, 높은 가공비 등의 문제가 발생하면서 사용 한계를 드러냅니다. 전도성 플라스틱을 사용하면? 가벼우면서도 저렴한 가격에 전자파를 차단할 수 있는 제품을 생산할 수 있습니다. 즉, 전자제품의 경량화는 물론 가격 경쟁력까지 갖출 수 있게 되는 것입니다. 전기전도성 플라스틱의 개발은 이제 필연적입니다.
전기전도성 플라스틱은 그 말 그대로, 전기가 통하는 플라스틱을 말합니다. 전기전도성 플라스틱은 전자가 없는 기존 플라스틱과 달리 분자 구조를 특수하게 만들어, 전자가 분자 내에서 이동할 수 있습니다. 전기가 통할 수 있는 것인데요. 한 마디로 전기가 통하지 않는 플라스틱에 전기전도성을 입힌 플라스틱이라 할 수 있습니다.
플라스틱에 전기가 통하려면 내부에 전자가 자유롭게 이동할 수 있도록 만들어야 합니다. 과학자들은 흔한 절연체 중 하나인 폴리아세틸렌(Polyacetylene)을 요오드로 처리하면 금속에 버금가는 전기전도성을 갖게 된다는 사실을 발견하고 이를 기반으로 전기전도성 플라스틱을 만들었습니다.
전기전도성 플라스틱은 정전기가 한 곳으로 몰리는 현상을 방지해 다른 에너지 형태로 소멸을 시킵니다. 따라서 전자제품 생산 또는 사용 시, 발생할 수 있는 먼지 문제, 정전기 문제 등 여러 가지 문제를 해결할 수 있습니다. 예를 들어 제품 오작동, 제품 손상에 의한 수명 단축, 화재 등의 문제를 방지하는 효과가 있습니다.
뿐만 아니라, 구리 무게의 1/7정도이며, 대량생산이 가능하다는 장점이 있습니다. 따라서 자동차, 스마트폰을 비롯한 전자기기, 건축 등 산업분야부터 인공위성이나 항공산업 등 첨단 미래 산업, 스포츠 레저 등의 소비재 분야까지 철이 사용되는 모든 제품과 산업에 사용될 수 있을 정도로 활용도가 높습니다. 높은 부가가치를 지닌 전기전도성 플라스틱을 통한 산업 발전으로 인한 경제활성화 효과 역시 높을 것으로 기대되고 있습니다.
전기전도성 플라스틱은 전도성의 정도에 따라 구현할 수 있는 성능이 달라집니다. 전도성의 정도를 부여해주는 물질에는 금속이나 탄소계 필러가 있는데요. 탄소계 필러에는 크게 카본블랙(Carbon Black, CB), 탄소섬유(Carbon Fiber, CF), 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)가 있습니다. 탄소계 필러는 요구되는 특성에 다앙햐게 사용할 수 있습니다. 때문에 전기전도성 플라스틱의 주요 소재로 활용되고 있습니다.
카본블랙(CB)은 흑색의 미세한 탄소분말입니다. 흑연과 비슷하며 탄소입자는 1∼500nm입니다. 카본블랙(CB)은 색깔, 착색도 또는 기타 기능상 목적으로 열경화 및 열가소성 플라스틱에 혼합될 수 있으며 입자 크기, 응집 체크기(구조), 표면화학적 특성을 조합해 수많은 품종을 생산할 수 있습니다.
탄소섬유(CF)는 강철보다 가벼우면서도 강도는 10배 이상 뛰어난 소재 입니다. 탄소섬유는 철이 사용되는 대부분 산업에서 대체 소재로 쓰일 수 있습니다. 특히 고압을 견뎌야 하는 수소연료탱크 제작에 활용됩니다.
탄소나노튜브(CNT)는 탄소6개로 이루어진 육각형들이 서로 연결되어 관 모양을 이루는 원통 형태의 신소재입니다. 강도와 탄성계수, 내마모성이 우수하고 전기전도율과 열전도율이 뛰어난 소재로, 어떤 각도로 말려 있는지 또는 튜브 지름이 어느 정도인가에 따라 전기적으로 도체가 되기도 하고 반도체가 되기도 하는 물질입니다. 탄소나노튜브(CNT)는 물리적 특성이 우수하고 화학적으로 안정성을 지녀 강한 전기전도성 플라스틱을 만들 수 있습니다.
또, 카본블랙(CB)과 탄소섬유(CF)에 비해 아주 적은 양으로도 우수한 전도성을 발현할 수 있다는 장점이 있습니다. 이런 특성 덕분에 항공기, 자동차 내마모 소재, 경량화 소재, 우주항공, 스포츠 레저용품까지 광범위하게 사용되며 꿈의 소재, 플라스틱의 미래를 이끄는 소재로 각광받고 있습니다.
전도성 플라스틱은 아직 시작 단계에 불과하지만 앞으로 무한한 가능성을 가지고 있습니다.
전도성 플라스틱을 이용해 컴퓨터 스크린 보호기나 반도체성 고분자인 발광다이오드(LED) 등이 개발되고 있으며, 마음대로 휘어지는 플렉서블 디스플레이, 속이 훤하게 비치는 투명 전자제품, 기존의 10분의 1도 안 되는 가벼운 전자파 차단장치, 휴대폰 디스플레이 등의 개발을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있습니다.
미래에 더욱 무궁무진한 가능성을 지닌 전기전도성 플라스틱의 활약이 기대됩니다.
내용 출처: LG화학 테크센터 <폴리머 인사이트> 2019 봄호 P.2 전기전도성 플라스틱
글 잘 봤습니다. 궁굼한 것이 있어 문의 드립니다. 플라스틱과 흑연의 혼합이 가능한 것으로 보여지고 이 혼합원료를 이용해 제품 생산까지 가능하다니 놀랍습니다. 이 혼합물이 열 전도나 열에 대한 견딜 수 있는 한계점, 직접적인 열이 아닌 복사열로 어느 온도에서까지 견디는지 알 수 있나요?