poly는 여러, 다(多), 복(複)의 뜻을 가진 접두사입니다. 폴리머(polymer)는 ‘다수의 분자가 모여 형성된 거대분자’를 의미하며 ‘고분자’로 불리죠. 폴리머에는 폴리프로필렌(poly-propylene), 폴리에틸렌(poly-ethylene), 폴리우레탄(polyurethane) 등 수없이 다양한 종류가 있습니다. 이 중에서 오늘은 GS칼텍스에서 생산하고 있는 대표 폴리머, 폴리프로필렌에 대한 이야기를 해보려고 합니다.
폴리프로필렌(poly-propylene)이라는 이름에서 다수의 프로필렌이 모여있는 모습이 연상되시나요? 같은 종류의 단위체를 대량으로 결합시켜 큰 분자량의 화합물로 만드는 행위를 중합(重合)이라고 합니다. 다수의 프로필렌을 중합시켜 만드는 폴리프로필렌의 출발점은 프로필렌입니다!
원유를 들여와 정제한 후 약 50%를 차지하는 저가 벙커C유. 이를 재처리하는 고도화설비는 지상유전으로 불립니다. GS칼텍스의 제1고도화 시설인 RFCC(Residue Fluid Catalytic Cracker) 공정은 벙커C유 재처리 과정에서 에탄, 프로판, 프로필렌과 같은 가스들을 생산해냅니다. C3 Splitter 공정은 이러한 혼합 상태의 가스에 높은 압력을 가해 99.5% 순도의 액상의 프로필렌을 분리해내죠.
그다음 순서로는 프로필렌을 중합해야 합니다. GS칼텍스는 지난 1987년 여수공장에서 폴리프로필렌의 상업생산을 개시했는데요. 미국 UCC 사의 기술을 도입, 세계 최초로 기상중합 방식을 적용했답니다. 기상중합이라는 용어가 생소하시죠? 액상의 프로필렌을 반응기 아래쪽에 투입한 뒤 반응기 내부에서 기화시킨 후 촉매와 함께 반응시켜 반응기 중간 부분에서 파우더 상태로 회수합니다.
이때 프로필렌 이외에도 에틸렌, 수소, 질소가 부재료로 투입되어 반응기 내부에서 마구마구 움직이며 고체 상태의 가루로 이어 붙여지는 원리입니다. 이러한 기상중합공정의 장점은 열전달이 균일하다는 것이라고 합니다.
한가지 더, 상부로 올라 갈수록 지름이 커지는 열기구와 같은 모습으로 설계한 이유는 단면적을 증가시켜 기체의 유속을 감소시킴으로써 파우더가 반응기 상부로 넘어가 컴프레서나 쿨러에 영향을 미치는 것을 방지하기 위해서라고 하네요.
폴리프로필렌은 중합 형태에 따라서 호모, 임팩트, 랜덤으로 구분할 수 있는데요. 호모는 단순히 프로필렌만으로 이루어져 있습니다. 프로필렌이 에틸렌과 함께 결합되어 있는 것이 임팩트와 랜덤인데요. 프로필렌과 에틸렌의 배열에 따라 덩어리진 블록 형태로 결합되어 있는 것이 임팩트, 불규칙하게 결합되어 있는 형태가 랜덤입니다.
이처럼 중합 형태에 따라 강성, 내열성, 충격강도, 투명성, 연성 등의 물성에 차이가 발생하기 때문에 고객의 다양한 요구를 만족시킬 수 있다고 합니다.
이제는 파우더에 열을 가하여 녹인 후 펠릿(pellet) 형태로 뭉치는 제립입니다. 대전 방지제, 산화 방지제, 자외선 안정제 등 각종 첨가제를 투입해서 제품을 안정화시키는 공정인데요. 펠릿은 지름 또는 한 변의 길이가 2~5mm 정도의 구(球), 원주, 각주형(角柱形)으로 만들어진 작은 입자라고 사전에서 정의되어 있습니다.
가루 상태에 비해 물성을 쉽게 조절할 수 있고, 첨가제의 분산성을 향상시키며 보다 쉽게 제품을 취급할 수 있기 때문에 제립화 공정을 거친다고 합니다. 이렇게 펠릿 형태로 만들어진 폴리프로필렌은 품질을 전체적으로 균일화시키기 위해 고루 섞는 혼합 공정을 거친 뒤 25kg, 500kg, 1ton 용기에 담는 포장공정을 거치게 됩니다.
세상을 바꾼 발명품 중 하나로 꼽히기도 할 만큼 석유화학산업에서 중요한 위치를 차지하고 있는 폴리프로필렌. 우리 일상생활에서 쓰이는 모든 플라스틱 제품에 쓰이고 있다고 해도 과언이 아닙니다. 펠릿 형태의 폴리프로필렌은 다운스 트림, 즉 각종 최종제품을 생산하는 가공 업체들에게 판매됩니다.
폴리프로필렌을 녹여 유동 상태로 만든 다음 얇은 필름처럼 뽑아내는 압출성형과 금형에 채워 냉각시켜 원하는 모양의 제품을 반복 성형하는 사출성형의 방식을 이용해서 원하는 제품을 생산해내는 것이죠.
폴리프로필렌을 원료로 하는 최종 생산품은 너무나도 광범위합니다. 낚시 그물, 의료용 주사기, 식품 용기, 라면 봉지, 젖병, 생수병, 엔진오일 용기, 배터리 케이스, 세탁기와 냉장고, 자동차 충격 흡수 부품까지 일일이 열거하기 숨이 찰 정도랍니다. GS칼텍스 지난 25여 년 가까이 지속적인 증설로 현재 연간 18만 톤의 폴리프로필렌을 생산하고 있습니다.
보다 높은 부가가치를 창출할 수 있는 제품 개발과 연구에 박차를 가하며 미래를 준비하는 모습에 파이팅을 외쳐봅니다!
writer
- 박주영 대리 / 홍보부문 브랜드관리팀
씩씩하고 털털하다 자부하는 성격파 GS칼텍스 사보 담당.
매년 빡센 여행을 통해
사람을 배우고, 인생을 배우고, 세상을 배우고 있다.인사이트한 이야기가 있는 Insight of GS Caltex에서 다양한 즐거움을 만나보세요.