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폴리에틸렌(Polyethylene, PE)의 개요

1. 폴리에틸렌의 역사

폴리에틸렌은 현재 전 세계에서 가장 많이 사용되는 고분자 물질로, 포장재, 전선피복, 용기, 파이프 등 다양한 분야에 활용되고 있습니다.

가. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)

• 1933년 영국 ICI 연구실에서 처음 발견

• 1939년 ICI에서 대규모 상업 생산 개시 (연 100톤 규모)

• 1942년 DuPont가 ICI 기술을 도입하여 미국에서 생산 시작

• 1943년 UCC에서 생산 개시

• 1958년 Sumitomo 화학이 ICI와 협약, 1959년 Mitsubishi 유화가 BASF와 협력 생산

• 1973년 한양화학(현 한화솔루션)이 DOW와 협약해 용산공장 생산 시작

나. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)

• 1955년 미국 Phillips, Ziegler에 의해 고밀도 폴리에틸렌 기술 개발

• 1958년 Mitsubishi 유화 생산 시작

• 1975년 한국 호남석유 생산 시작

다. 저밀도 선형 폴리에틸렌(LLDPE)

• 1950년 캐나다 Dupont에서 최초 개발

• 1977년 미국 Union Carbide에서 상업 생산 시작

• 1986년 한국 UCC공장에서 국내 생산 시작

2. 폴리에틸렌의 제조공정

폴리에틸렌은 오레핀 계열의 탄화수소(Ethylene, Propylene 등)를 중합시켜 제조하며, 주요 공정은 다음과 같습니다:

• Polyolefin 공정: 오레핀을 적절한 조건 하에서 중합시켜 제품화

• 올레핀 원료: 에틸렌, 프로필렌, 1-부텐, 이소부텐 등

• Higher α-olefin: 1-헥센, 1-옥텐 등 포함

제조공정 분류

가. 조업조건

• 고압: 1000kgf/cm² 이상

• 중압: 수백 kgf/cm²

• 저압: 수 kgf/cm²

나. 반응매질

• 슬러리(Slurry): 희석제에 고분자가 녹지 않은 상태

• 퍼슘슬러리(Bulk Slurry): 별도 희석제 없이 Monomer에만 고분자가 분산

• 기상(Gas): 고분자가 반응기에 기상 상태로 존재

• 용액(Solution): 고분자가 Monomer와 함께 용액 상태

• 벌크(Bulk): Monomer가 고분자의 용매 역할

다. 반응기 형태

• 튜블러형, 루프형

• TANK 반응기(CSTR형): 교반기 있는 반응기, Autoclave 형태도 존재

• 유동층 반응기: Recycle Gas로 Powder Bed를 교반

라. 반응기구

• 자유 라디칼형: Monomer가 연속적으로 결합

마. 반응기 형태

• 촉매중합형: 촉매 표면 사이로 Monomer가 침투해 반응

3. 폴리에틸렌의 일반적 특성

• 유백색이며 반투명한 플라스틱

• 내수성, 내약품성, 전기 절연성 우수

• 유연하고 내충격성 우수

• 탄산가스, 기름, 향료 등의 투과도는 높아 밀봉 용도엔 부적합

• 내후성은 보통이나 안정화제를 첨가하면 개선 가능

• 밀도, 분자량, 분자량 분포에 따라 성질이 다름

4. 폴리에틸렌의 용도