환경과 고분자(3)

1. 아스팔트

 

아스팔트는 원유에서 석유를 추출하고 남은 검은색의 정유 공장 및 석유화학 공장의 부산물이다. 또한, 아스팔트는 산소, 질소, 유황을 조금 함유하는 방향족 탄화수소 고분자이다.

아스팔트는 점도가 높아 이를 포장용으로 사용하려면 170도 이상으로 가열해야 유동성이 생긴다. 이를 용융 아스팔트라고 한다. 이것을 자갈 및 모래와 섞은 것이 아스콘이다. 이를 포장에 쓰려면 용융을 유지한 채 목적지까지 이동할 수 있는 특수 운반 차량이 필요하다. 용융 아스팔트는 도로나 대형 공간을 한꺼번에 대량으로 포장하는 데 적합하다. 이 외에도 포장의 편리성을 위해 경유를 섞은 희석 아스팔트, 포장 시 증기 발산을 막기 위해 물에 분산시킨 에멀션 아스팔트도 있다.

아스팔트는 자동차 문화의 바탕을 이루는 중요한 재료이기 때문인지, 그 단점에 대해 지적하는 사람이 없었다. 최근에서야 이런 면에 대한 연구와 지적이 나오고 있다. 아스팔트의 문제점은 다음과 같다. 첫째, 용융된 상태로 포장하려면 170도 이상으로 가열이 필요한데, 이때 증기로 휘발하는 유기화합물이 80가지를 넘는다는 보고가 있다. 지방족, 방향족, 헤테로 고리계, 유기산, 프탈레이트 가소제, 유황유도체, 질소유도체 등 다양한 유기화합물이 발생한다. 포장은 주로 야외에서 이루어지고, 끝나면 빨리 냉각되기에 심각한 문제가 아닐 수도 있다. 작업자 또한 충분한 훈련과 안전장치를 통해 보호받을 수 있다.

두 번째 문제점은 포장된 아스팔트가 몇 년간 지속적으로 사용되면서 햇빛에 의해 지속적으로 노출된다는 것이다. 햇빛에 의해 광분해되면서 수많은 화합물을 대기 중으로 지속적으로 방출한다. 시간이 지남에 따라 아스팔트의 색과 무게가 줄어드는 것을 보면 이를 확인할 수 있다. 처음의 검은색은 사라진다. 아스팔트의 분해는 햇빛에 의해 촉진되며, 자외선에 의해 화학결합이 쉽게 끊어진다. 분해 중에 얼마나 많은 유해 물질이 대기 중으로 발산되는지 알 수 없다. 아스팔트 위에서 장시간 놀거나 체류하는 것은 건강에 좋다고 보기 어렵다.

세 번째 문제점은 지구 온난화에 대한 우려이다. 선진화와 도시화를 이룬 대부분의 나라들은 국토의 많은 부분이 아스팔트로 포장되어 있다. 이러한 광대한 면적의 아스팔트가 태양 에너지를 흡수한다면 그 양은 엄청날 것이고, 이 에너지가 온실가스를 만들어 지구 온난화의 주범이 된다는 주장도 있다. 하지만 아스팔트를 대체할 도로포장 재료는 찾기 어렵고, 이미 존재하는 아스팔트 포장도 제거하기 힘들다. 그렇지만 새로운 재료의 발견과 기술 개발은 지속적으로 이루어져야 할 것이다.

 

2. 필름

 

폐필름은 태워버리면 유독한 물질을 뿜어내어 환경오염의 원인이 되지만, 올바른 분리수거를 통해 재생하면 귀중한 자원이 될 수 있다. 과학자들은 이 문제를 해결하기 위해 햇빛에 의해 분해되는 광분해성, 흙 속에 묻히면 토양의 미생물에 의해 분해될 수 있는 생분해성을 부여하였다. 폴리에틸렌 같은 필름에 광분해성을 부여하기 위해서는 에틸렌을 중합할 때 소량의 일산화탄소를 투입하여 공중합시킨다. 일산화탄소/에틸렌 공중합 수지 필름이 햇빛을 받고 수분에 노출되면 탄소와 산소의 이중 결합 옆 탄소에서 사슬이 끊어진다. 사슬이 끊어지면 사슬의 말단에 산이나 알코올 기를 가지는 짧은 사슬로 전환되어 기계적 강도를 잃게 되고, 흙에 묻히면 미생물에 의한 분해가 쉬워진다.

흙 속에 묻힌 폴리에틸렌 필름을 분해시키기 위해서는 미생물이 좋아할 수 있도록 고분자의 구조를 바꿔야 한다. 이렇게 되면 고분자의 성질도 바뀌기 때문에 많은 노력이 필요하다. 처음 개발된 생분해성 필름은 비닐 고분자에 전분 가루를 첨가한 것이었다. 이 필름이 흙 속에 묻히면 미생물이 전분을 빠른 속도로 분해시키고, 고분자는 미세한 분말로 변하게 된다. 전분은 생분해성이 매우 우수해서 쉽게 분해되기 때문이다. 그러나 겉으로 보기에는 분해된 것처럼 보이지만 실제로는 분해되지 않고 분말 상태로 남아 있다. 이 재료의 또 다른 문제점은 강도가 너무 낮다는 것이다. 또한, 강도에 비해 가격이 비싸다. 이러한 단점들은 이 재료의 활용도를 떨어뜨린다. 최근에는 이러한 단점을 극복하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 몇몇 재료는 개발에 성공하여 생산되고 있다. 또한, 분해되는 특징과 친환경 이미지로 인해 식품 포장용 필름으로도 많이 사용되고 있다.