| [ KoreaUniv ] in KIDS 글 쓴 이(By): TigerKU ( 월) 날 짜 (Date): 1995년04월15일(토) 03시36분03초 KST 제 목(Title): [고대신문]4/10 8면(과학면) 고대신문/고대신문열린마당 () 제목 : [고대신문]4/10 8면(과학면) #518/525 보낸이:전상균 (KUNEWS ) 04/13 11:39 조회:1 1/15 __________________________목__________차_______________________________ - 고분자과학과 현대생활 - 플라스틱의 신개념 전기전도성, 내열성 등 지닌 플라스틱 제조 가능 - <이야기 과학사> ### 활성슬러지공법 가장 보편적인 하수^산업폐수 처리공정 - <이것이 발명이다> ### 안전면도기 빗에 칼날 붙여 사용한 간단한 아이디어 ----------------------------------------------------------------------- 고분자과학과 현대생활 @범용성^엔지니어링 고분자 일상생활에 광범위하게 이용@자연분 해 가능한 분해성^생붕괴성 고분자 개발로 환경문제 극복하기도 金 宇 年 공과대교수^고분자공학 @고분자란 쉽게 생활용어로 표현하면 플라스틱이다. 1943년 나일 론이 개발되어 일반 대중 속에 자리를 잡기 시작하면서 현재는 우리가 쓰는 생활용품 가운데 플라스틱 재료가 포함되지 않은 것 은 거의 찾아 보기 힘들 정도이다. 아침 세면시에 사용하는 칫 솔의 경우를 보더라도 나일론, 폴리프로필렌 또는 폴리카보네이 트 등의 고분자로 만들어져 있다. 출근시 타고 다니는 승용차 내 장제도 대부분 고분자 또는 고분자 복합재료로 만들어져 있으며 자동차 범퍼에 쓰이는 폴리프로필렌, 폴리우레탄 또는 폴리카보 네이트와 폴리부틸렌, 테레프탈레이트와의 블렌드 등도 고분자 물질이다. @이렇게 우리 생활에 광범위하게 사용되는 고분자는 용도에 따라 범용성 고분자, 엔지니어링고분자, 특수엔지니어링고분자, 그리 고 기능성 고분자 등으로 구분할 수가 있다. 범용성고분자는 일상생활에 주로 이용되는 것으로서 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 등이 이들에 속한다. 이들의 가격은 1kg당 약 7백원 정도로써 필름의 형태로 제조되어 농촌의 비닐하우스 등에 이용되어지고, 또한 어린이들의 장난감 그리고 식품포장용 비닐 등 일상생활에 서 널리 이용되어지고 있다. @엔지니어링 고분자는 공업적으로 주로 이용되어지는 것으로서 섬유로 많이 사용되는 나일론, 폴리에스터, 그리고 안경의 렌 즈 및 컴팩트디스크 등에 이용되는 폴리카보네이트 등이 이에 속하며 가격은 1kg당 약 3천원 정도이다. @특수엔지니어링 고분자는 고강도와 내열성을 갖는 것이며 폴리 에테르에테르키톤과 폴리에테르이미드 등이 이에 속한다. 특수엔 지니어링 고분자는 금속, 세라믹, 목재와 같은 구조물을 대체할 수 있는데 무게가 가볍고 금속 등에 비해 가격이 싸기 때문에 기계, 우주, 항공 등의 분야에 폭넓게 사용되어지고 있다. @고분자 중에는 특수한 성질을 스스로 가지고 있는 기능성 고분 자들도 있다. 예를 들면 액정고분자는 높은 인장강도 및 탄성율 그리고 내열성을 가지고 있어 방탄조끼 등에 이용되며 분자량이 비교적 적은 액정고분자는 컴퓨터의 LCD(Liquid Crystal Display) 등에도 이용되고 있다. 탄소분말 또는 알루미늄 분말 등과 혼합하여 제조된 고분자 복합재료는 전도성을 가지고 있 어 전자파 차폐용으로 사용되고 있다. 1973년에 발견된 폴리에틸 렌옥사이드 고분자는 전기가 흐를수 있는 특성을 가지고 있어 전 도성 고분자로 사용되고 있으며 1987년에 개발된 폴리아세틸렌은 구리와 맞먹는 정도의 전기 전도도를 가지고 있다. 고분자는 얇은 막으로 제조되었을 때 기체나 액체를 선택적으로 투과시켜 분리막으로 사용되어져 가정용 정수기에 이용되어지고 있으며 셀 룰로오스로 만든 분리막은 인공신장에 이용되기도 한다. 또한 실리콘고무로 만든 분리막은 인공심폐기에 이용되며 천식환자에 게 사용되는 산소부화막은 폴리디메틸실록산과 폴리카보네이트 의 공중합체를 이용하여 제조되고 있다. 이처럼 개발된지 채 1백년도 못된 플라스틱이지만 가공의 편리함과 우수한 특성 때 문에 널리 이용되고 있다. @국내에서 총생산되는 고분자는 1993년 기준으로 1년에 약 6백만 톤이며, 현재 국내에서 배출되는 전체 쓰레기 중 플라스틱이 차 지하는 비율은 약 15%로서 [철기시대] 이후에 현대를 [고분자시 대]라고 부를 수 있을 만큼 고분자의 사용은 더욱 일반화되고 있는 추세이다. 한가지 재미있는 것은 고분자는 강한 내구성을 지니고 있어서 생활용품 등으로 많이 사용되어지게 되었지만 오 늘날에는 오히려 강한 내구성 때문에 분해가 되지 않는다는 점이 환경오염문제를 야기시키고 있다는 것이다. 이러한 문제는 세계 적으로 큰 사회문제가 되고 있으며, 이에 따라 플라스틱 폐기물 의 처리에 관한 방법들이 제기되고 있으나 불행히도 아직까지는 플라스틱 폐기물 처리에 대한 통일된 기본방향은 제시되지 않고 있다. 플라스틱 폐기물 처리방법 중 소각을 하는 방법이 있는데 소각시 유해한 가스가 방출되므로 좋은 방법이라고 할 수 없다. 최근에는 몇가지 유해방법이 제시되고 있으나 가장 주목을 받고 있는 것은 분해성 고분자의 개발이다. 쓰레기 종량제의 도입으로 요즈음 가정에서 사용하고 있는 쓰레기 봉지는 분해성 고분자의 일종이다. @분해성 고분자는 광분해성과 생분해성으로 나눌 수 있는데 광분 해서 고분자는 오랜시간동안 햇빛에 노출되었을 때 햇빛속에 있 는 자외선 에너지를 받아 분해되는 고분자이다. 생분해성 고분 자는 미생물의 몸속에서 처음 발견된 이래로 미생물이 고분자를 합성하는 과정을 연구하기 시작하였으며 1973년 이후부터는 많은 연구가 이루어지기 시작했다. 그러나 지금까지 개발된 분 해성 고분자는 완전히 분해가 되지는 못하는 경우가 많이 있 으며 몇가지 상품화가 된 예가 있으나 종류는 다양하지 못하다. 또한 지금까지 개발된 분해성 고분자는 기계적 강도가 강하지 못하여 일상생활에 사용되는 다양한 고분자들을 대체하기에는 많은 문제점을 가지고 있다. @이러한 문제를 보완하기 위하여 사용되어지는 것이 생붕괴성 고분자이다. 생붕괴성 플라스틱은 전분과 같은 자연적으로 분해 되는 고분자물질을 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리스티렌 등 과 같은 플라스틱에 섞어서 만든다. 생붕괴서 고분자는 생분 해성 고분자와 같이 완전히 분해가 되는 것은 아니지만 보통의 분해속도보다 분해가 빠르고 기계적인 강도도 좋기 때문에 현재 미국에서는 폴리에틸렌에 전분을 적게는 6%에서 많게는 90%까지 섞는 생붕괴성 플라스틱이 실용화되고 있으며 수퍼마켓의 봉지 등으로 활용되고 있다. 국내의 경우에도 분해성 고분자의 개발은 상당히 활발하게 진행되고 있으며 현재 실용화한 제품도 있다. @고분자로 인한 환경오염은 고분자 제조과정에서 발생하는 유 해가스와 폐수 등에 의해서도 발생하고 있다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 경제적인 방법으로서 최근에는 고분자와 고분자 를 섞는 기술로서 각각의 고분자가 가지는 장점들을 살리면서 새론운 물질을 개발할 수 있어 매우 경제적이며 공해물질의 배 출이 비교적 적은 자점을 가지고 있다. @이와같이 일상생활에 편리함을 주는 고분자이지만 사용이 늘어 남에 따라 환경을 파괴할 수도 있기 때문에 미래 고분자 산업에 있어서 환경을 고려한 고분자의 개발이 필수적이라 하겠다. ### 플라스틱의 신개념 @전기전도성, 내열성 등 지닌 플라스틱 제조 가능 @플라스틱은 어린이 장난감에서 음식물의 포장재료에 이르기까지 많은 부분에서 우리 생활에 이용되고 있다. 이런 플라스틱은 전 기가 통하지 않는 절연체이며 강도가 그리 크지 않고, 열에 약 하다는 일반적인 인식을 갖고 있다. 하지만 최근, 이런 인식의 많은 부분을 플라스틱의 [분자설계]라는 기술을 이용해 바꾸어 가고 있다. @[분자설계]란 탄소와 수소, 산소를 주축으로 하여 질소, 염소, 플루오드, 유황 등을 일부 결합하도록 계획하는 것으로, 이런 방 식을 통해 일반적 상식에서 벗어난 플라스틱을 얼마든지 만들어 낼 수 있다. @우리 생활에서 많이 쓰이는 전선은 전기가 흐르는 구리선과 이 구리선을 절연하기 위한 플라스틱으로 이루어져 있다. 플라스틱 이 이렇게 절연체인 이유는 전자 이동이 어렵기 때문이다. 즉, 전기가 통하는 금속에서는 전자가 그 속을 쉽게 이동할 수 있지 만 플라스틱에서는 이것이 거의 불가능하다. 하지만 이런 플라 스틱의 분자구조를 금속의 그것과 비슷하게 한다면 플라스틱도 전기를 통하게 할 수 있다. @이는 공액이중결합을 가진 물질을 이온이나 금속으로 도핑 - 약 물을 먹이는 것 - 하면 플라스틱은 금속에 버금가는 전기전도성 을 가지게 된다. 전기전도성을 가지는 플라스틱의 발명은 거의 우연에 가깝다. 1975년 카바이드를 물속에 넣으면 발생하는 아 세틸렌을 고분자로 만드는 실험중에 실수로 폴리아세틸렌필름 을 얻게 되었고, 이후 2년 뒤에 폴리아세틸렌필름을 요오드로 도핑하면 절연체가 도체로 변한다는 사실을 알게 되었다. 이런 전기전도성 플라스틱은 대량생산이 가능하고 비중이 구리의 7분 의1 밖에 되지 않아 그 사용 전망이 밝으나, 전기전도성이 좋은 폴리아세틸렌이 공기 중에서 쉽게 반응하여 전기전도성을 잃게 되기 쉬우므로 앞으로 많은 보완^연구작업이 필요하다 하겠다. @이런 전기전도성 플라스틱 외에도 2백~3백 까지 견디는 내열성 플라스틱도 있다. 보통 철이 5백 이상 견디는 것에 비해 플라 스틱은 보통 1백 에서 그 형태가 변한다. 하지만 이런 플라스틱 들도 분자내의 방향족기 - 벤젠구조 - 와 복소환기 및 강한 수소 결합단위의 구조가 있다면 이의 조작을 통해서 내열성 플라스틱 을 제조할 수 있다. @이외에도 탄소강에 맞먹는 강도를 가지는 고강도 플라스틱이나 컴퓨터 화면, 자동차 계기판 등에 두루 사용되는 액정고분자 등 의 제조도 플라스틱의 [분자설계]로 대부분 가능하다. @플라스틱은 1백년도 안 된 짧은 역사를 가지고 있지만 지금까지 우리의 생활이나 산업분야에서 차지해 온 공로는 매우 크다. 이 제 플라스틱의 [분자설계]를 이용한 새로운 개념의 플라스틱이 속속 등장하고 있으니 앞으로 플라스틱이 우리 산업에 끼칠 영향 은 매우 막대해다 하겠다. <李承勳 記者> <이야기 과학사> ### 활성슬러지공법 @가장 보편적인 하수^산업폐수 처리공정 杜鐘烈 대학원 석사과정^폐수처리 @우리는 더러운 물이 하천을 흐르는 사이에 깨끗해지는 것을 볼 수 있다. -물론 우리의 현실은 중간 오염원에 의해 깨끗한 물이 하천을 흐르면서 점점 더러워지는 경우가 대부분이지만 - 이를 우리는 물의 자정작용이라 부른다. @그러나 그 형태중 물에 의한 희석, 확산, 침전 등은 단지 오염 물질의 분포만 변하는 것이므로 진정한 의미의 자정작용이라 볼 수 없다. 진정한 의미의 자정작용이란 물속의 미생물이 유기물 을 분해하고 그에 따라 오염된 물이 정화되는 과정을 말한다. @이러한 자정작용은 그 물의 수질의 평가하는 기준이 되기도 하 지만 [활성슬러지법(activated sludge process)]을 이해 하는데 에 있어서도 매우 중요하다. @[활성슬러지 공정]은 바로 이러한 물의 자정작용을 응용한 것 으로 이 과정을 인공적으로 Tank에 도입,능률적으로 진행시키 는 공정이기 때문이다. 다시 말해 유기물을 분해시키는 특정 미생물을 고농도로 유지하 고, 이 미생물 대사에 필요한 산소를 인공적으로 주입함으로써 그 오염물 감소 속도를 하천보다 높게 유지시키며 하수를 처리 하는 공법인 것이다. @하수처리에 가장 보편적인 [활성슬러지 공정]은 1914년 영국의 Arden과 Lockett에 의해 개발되었는 데, 하수를 호기성 - 용존산소가 있는 - 상태에서 안정화시키는 활성미생물의 생산과 관련지어 명명되었다. @1916년 미국에서 실용화된 이래, 세계 각국에 보급되어 도시하 수뿐 아니라 산업폐수에 있어서도 반세기이상 동안 널리 사용되 어 왔다. 또한 1960년대 초를 기점으로 변형되고 더욱더 합리적 인 방법으로 발전하고 있다. 오늘날의 공정은 여러 변형으로 쓰 이고 있으나 근본적으로 이들은 유사하다. @[활성슬러지 공정]은 우선 <그림>에서 보는 것과 같이, 하수내 무거운 고형물들을 침전시키는 [1차침전지]로의 유입에서 시작 된다. 이 과정을 거친후 고농도의 미생물이 존재하고 인공적으 로 공기가 주입되고 있는 포기조로 유입된다. 여기서는 미생물을 유기물질을 분해한다. @[2차침전지]에 유입된 후 슬러지 - 미생 물 - 은 가라앉히고, 위부분이 깨끗한 상징액을 방류한다. 그후 밑에 가라ㅉ은 슬러지의 일부는 반송하고 일부는 소각 또는 매립 등의 방법으로 폐기시킨다. @위와 같은 활성슬러지법은 우리나라에서도 매우 많이 사용되고 있고 - 하수처리장의 경우 100% - 앞으로도 이외의 대안은 없는 것으로 알고 있다. [활성슬러지 공법!] 아마도 미생물이 지구에 있어서 분해자 역할을 계속하는 한 하 수뿐 아니라 산업폐수처리에 있어서도 불후의 명작으로 남아 있 을 것이다. <이것이 발명이다> ### 안전면도기 @빗에 칼날 붙여 사용한 간단한 아이디어 王然中 발명특허협회 홍보부장 @세계적인 다국적 기업으로 지구촌 곳곳을 누비는 질레트社도 작은 발명인 안전면도기로부터 탄생했다. 1백여전 동안 전세계 남성들의 필수품으로 인기를 독점해온 안전면도기의 발명가는 평범한 세일즈맨 출신의 질레트. @이야기는 1895년 어느 여름 아침에서 시작된다. @보스턴에 출장간 질레트는 과중한 업무에 지쳐 그만 낮잠을 자 고 말았다. 거래처와의 약속시간은 닥쳐오는데 시간은 촉박해 서 둘러 면도를 하다가 얼굴을 몇 군데나 베고 말았다. 몹시 화가 난 것은 당연. 질레트는 그날 밤부터 살갗을 베지 않는 면도기를 만들겠다고 다짐한다. 그러나 매일 시간에 쫓기다보니 생각처 럼 쉬운일은 아니었다. 틈틈이 짬을 내 1년이 넘도록 예리한 칼 날과 씨름했지만 연구는 제자리걸음을 하고 있었다. @그러던 어느날 질레트는 이발소에 들렀다가 재미있는 장면을 목 겼했다. 이발사가 가위를 빗에 눌러대고 머리털을 자르는 것이었 다. 빗 사이로 빠져 나온 머리털만 잘라내므로 전혀 피부를 다 칠 염려가 없었다. 실로 당연하고 평범한 원리였으나, 그는 여 기서 자신의 운명을 송두리째 바꿔놓을 아이디러를 생각해냈 다. @{그렇지! 빗에 얇은 칼날을 붙이면 되겠구나.} @일단 아이디어를 잡았으니 나머지는 一瀉千里. 서둘러 특허 출 원을 마친 그는 친구인 니커슨의 도움으로 공장을 세우고 생산 에 들어간다. @대히트였다. 한달도 채 못돼 1년내내 풀가동해도 모자랄 엄청난 물량의 주문이 쇄도했다. 공장설립 첫 해 순이익 이 자그마치 당시 돈으로 5백만달러를 넘어섰으니 안전면도기의 인기가 어느정도였는지를 쉽게 짐작할 수 있다. 2년후 세계 20 여개국에 수출됐고 10년후에는 50여개국에 현지공장이 세워졌다. @지금은 도시의 샐러리맨부터 아프리카 오지의 추장에 이르기까 지 털난(?) 남성이면 누구나 사용하는 안전면도기. 하찮은 실수 를 위대한 발명으로 끌어 올린 질레트는 명성과 재력을 세계에 떨쳤고, 그의 이름을 딴 질레트社는 지금도 면도기의 대명사로 통하고 있다. *********************** 재 키즈 고대 동문회 짱~ *********************** |