ABS 플라스틱: 재활용 가능할까? 생분해성은?

제2차 세계대전 당시 방탄 코폴리머 플라스틱 시트 개발 수요가 폴리머 플라스틱 생산을 촉진했습니다. 1948년 보그워너(Borg-Warner)사가 ABS 플라스틱 특허를 냈고, 6년 뒤 상용화되었습니다. 이들의 ABS 제품은 '사이콜락(Cycolac)'이란 상표로 출시되었고, 벨 전화회사가 가정용 전화기 부품에 처음 적용했습니다.

오늘날 6,000가지가 넘는 ABS 등급이 전화기뿐 아니라 다양한 용도로 쓰입니다. 일부 플라스틱은 재활용되기도 합니다. 재활용 프로그램은 대기·수질 오염 저감과 에너지 절감을 위해 마련되었습니다. ABS 플라스틱의 모든 것과 폐기물 저감을 위한 재생 가능 소재로서의 가능성을 알아보겠습니다.

ABS는 재활용 가능한가?

예, ABS는 열가소성 수지이므로 가열하여 다시 필라멘트로 압출하는 등 재사용이 가능하므로 '재활용 가능'으로 분류됩니다.

하지만 가열 사이클을 거칠 때마다 ABS의 분자 결합이 끊어져 내구성이 떨어집니다. 이를 보완하려면 순수 ABS를 혼합해야 합니다.

ABS 플라스틱이란?

아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(Acrylonitrile Butadiene Styrene), 약칭 ABS.

ABS는 석유 기반 폴리머 플라스틱으로, 온도에 따라 성형이 가능합니다. ABS 같은 열가소성 폴리머는 가열 시 유연/고무 상태가 되었다가 식으면 다시 굳습니다.

ABS는 비정질 화합물로, 일반 정렬 물질과 달리 상전이 양상이 다릅니다. 특정 온도에서 액체가 되는 진짜 녹는점(melting point)이 없고, 대신 유리 전이 온도(glass transition temperature) 105℃를 가집니다.

유리 전이 온도는 비정질 물질이 단단한 상태에서 고무 같은 상태가 되는 온도입니다.

ABS는 세 가지 폴리머로 구성된 테르폴리머(terpolymer)입니다. 폴리머는 거대 분자 서브유닛이 반복된 구조입니다. 이 사슬은 중합 반응으로 연결됩니다. 이름에서 알 수 있듯 ABS를 이루는 3대 폴리머는 아크릴로니트릴, 스티렌, 폴리부타디엔입니다. 분자 구조상 긴 폴리부타디엔 사슬에 스티렌과 아크릴로니트릴 짧은 사슬이 교차 결합되어 있습니다.

이 독특한 분자 구조와 각 폴리머 특성이 ABS의 전반적 물성을 결정합니다.

아크릴로니트릴: 사슬 내 인접 니트릴 기가 서로 끌어당겨 강도 증가. 강성, 경도, 변형 온도 상승, 내화학성·내기계적 응력성 부여.
스티렌: 광택, 불침투성, 경도, 강성 기여.
폴리부타디엔: 인성(타격 흡수)과 가공성(연성) 부여.

일반적 구성 비율: 아크릴로니트릴 15~30%, 부타디엔 5~30%, 스티렌 40~60%. 하지만 용도별 등급에 따라 비율이 달라집니다. 예: 스포츠 용품처럼 고무 같은 유연함이 필요하면 폴리부타디엔 비율을 높입니다.

ABS 제조 공정

ABS 제조에는 많은 과학이 적용됩니다. 먼저 3개 폴리머를 분리해야 합니다.

아크릴로니트릴: 석유와 암모니아 합성으로 제조.
부타디엔: 석유 탄화수소로 열분해 공정으로 생산.
스티렌: 에틸벤젠 탈수소 반응으로 합성(탈수소 = 수소 분자 제거 반응).

폴리머 준비 후 ABS는 두 방식으로 제조됩니다: 에멀전 중합과 연속 벌크 중합.

에멀전 중합

다단계 공정. 서로 섞이지 않는 액체들을 혼합(에멀전)합니다.

부타디엔과 물 에멀전 → 촉매 첨가 → 고무 라텍스 생성.
스티렌, 아크릴로니트릴, 고무 라텍스 에멀전 → 촉매 첨가.
최종적으로 물 속 ABS 입자 혼합물 → 원심분리로 ABS 펠릿 분리 → 건조 → 순수 ABS.

단계가 많아 제품 간 편차 발생 우려가 있고, 촉매·에멀전제 등 첨가제가 불순물로 남아 저품질·황색빛 ABS 수지가 나옵니다.

연속 벌크 중합

한 단계 연속 공정으로 첨가제가 적습니다.

중합된 부타디엔 고무 펠릿을 잘게 부숴 스티렌·아크릴로니트릴 혼합액에 녹임.
반응기에 넣어 스티렌·아크릴로니트릴 중합.
중합 중 지속 교반으로 입자 미세화. 미반응 모노머 회수·재활용.

연속 벌크 중합이 더 효과적입니다. 일관된 고품질 불투명 ABS를 생산합니다.

ABS 용도

FDM 3D 프린팅 소재 외에도 ABS는 다방면으로 쓰입니다. 물성과 폴리머 배합이 다재다능해 여러 산업에서 이상적 소재로 채택됩니다.

자동차: 경량화 위해 금속 대신 패널, 도어 핸들, 시트벨트, 대시보드 등에 사용.
가전·생활용품: 컨트롤 패널, 콘센트, 청소기, 푸드프로세서, 냉장고, 가구, 가방 등.
배관: 부식되지 않아 금속 파이프·피팅 대체재로 사용.
전자기기: 키보드 키캡, 컴퓨터 케이스.
장난감: 레고 블록이 대표적 ABS 제품.
악기: 리코더, 오보에, 클라리넷, 피아노 부품 등.
의료: 비흡수성 봉합사, 인공 힘줄, 기관튜브 약물전달 부착물, 흡입기, 네뷸라이저 등.

ABS 재활용 방법

ABS는 수지 코드 #7(기타 플라스틱) 분류됩니다. 대부분 재활용 공장에서 수거하지 않으나, 지자체별로 #7 플라스틱 수거 프로그램이 있을 수 있으니 확인해 보세요.

수거 시 타 플라스틱과 동일하게 처리됩니다. 수거 단계에서 부유 선별법(froth flotation)으로 ABS를 분리합니다. 물-기름 혼합물에서 다른 플라스틱 입자와 분리한 뒤 미세 입자로 분쇄합니다. 입자를 압출기에 넣어 시트, 필라멘트 등 다양한 형태로 성형하거나 사출 성형기에 직접 투입합니다.

출력된 ABS 소재도 필라스트루더(Filastruder) 같은 장비로 다시 필라멘트로 만들 수 있습니다. 원하는 색상·크기 필라멘트 제작 가능. 단, 장비별 공차 확인 필수.

재활용 ABS로 필라멘트 만들 때 주의사항:

펠릿 크기 5mm 이하. 크면 장비 막힘 또는 불균일 필라멘트 발생.
재활용 펠릿에 불순물이 있으면 결과물에도 남음. 분쇄 장비와 공정 관리 중요.
반복 가열로 분자 결합 끊어져 내열성 저하. 순수 ABS 펠릿 혼합으로 보완 필요.

ABS는 유독한가?

완제품(가전, 장난감 등) 상태의 ABS는 무독성으로 간주됩니다. 안정적, 비침출성, 발암성 미보고. 단, 식품용기나 체내 삽입 의료기기용으로는 미규제.

문제는 가공 과정에서 독성 발생입니다.

고온 노출 시 가연성, 일산화탄소·청산가스 등 유독 가스 발생 → 화재·흡입 위험.
모든 '용융 공정'에서 테르폴리머가 스티렌, 아크릴로니트릴 등 단량체로 분해 → 유해. 3D 프린트 후가공용 솔벤트(아세톤 등) 사용 시에도 해당.
생태계 위협 요인.
3D 프린팅 중 ABS 미세 분진·입자 비산 → 눈·피부·폐 자극, 건강 악영향 보고됨.
자외선 노출 시 분해되어 화학물질 용출 가능성.

ABS는 생분해되는가?

생분해성 물질은 박테리아·곰팡이 등 미생물에 의해 분해됩니다. ABS는 생분해되지 않습니다.

대부분 매립되며 일부 재활용 공장은 수거 거부. '생분해성 플라스틱'도 재활용 시설에서 안 받는 경우가 많고, 최종 퇴비 품질 저하 우려로 거절됩니다. 자연 분해에도 매우 긴 시간이 걸립니다.

맺음말

ABS는 '재활용 가능'하지만(가열 후 재사용), 장점만큼 단점도 명확합니다. 긁힘·열화에 취약하고, 후가공용 솔벤트 과용 시 형상 손실, 특정 오일/그리스 접촉 시 크랙 발생 우려가 있습니다. 이를 보완해 폴리카보네이트 합금 ABS도 개발되었습니다(강도·강성·내열성 향상).

3D 프린팅용으로는 더 적합한 대안이 있습니다.

PLA (폴리락트산): 폴리에스터 폴리머로 에스테르 결합. 발효 식물 등 재생 자원 원료. ABS보다 강하고 단단하며, 낮은 온도에서 유연해져 워핑 적음. 단, 중간 온도에서 내구성 저하·크랙 발생.
나일론: 최초 인공 열가소성 폴리머. 폴리아마이드(아마이드 결합). 인장강도·강성은 PLA·ABS보다 낮으나, ABS보다 내충격성·내화학성 우수해 산업용으로 적합. 고온 압출 필요. 최근 나일론 파이버 합금으로 강도 보완.

개인적으로 건강 측면에서 플라스틱과 고열 조합은 권하지 않습니다. 사용하려는 소재를 철저히 조사하세요. 더 친환경적인 옵션도 많습니다. ABS를 쓰기로 했다면 증기와 미세 입자 흡입을 피하세요. 프린터 인클로저 설치와 환기 잘 되는 작업 환경 확보를 강력 권장합니다.