[새로 고침] 항산화제의 세 가지 유형 설명

2026년 6월 업데이트됨 · 난징 웰트 케미컬 기술팀 검토 완료

플라스틱용 산화방지제는 산화를 억제하여 고분자가 부서지기 쉽거나, 황변하거나, 약해지는 것을 방지하는 첨가제입니다. 플라스틱에 적합한 산화방지제를 선택하는 것은 단순히 상품명을 암기하는 것이 아니라, 산화방지제의 세 가지 역할을 이해하는 데 달려 있습니다. 이 고분자 첨가제 범주에 속하는 모든 첨가제는 자유 라디칼 제거, 과산화수소 분해, 또는 이 두 가지 기능을 시너지 효과를 내는 조합의 세 가지 유형 중 하나에 속합니다. 이 세 가지를 숙지하면 ( 입체 장애 페놀 , 아인산염 또는 기성 혼합물 등) 적합한 산화방지제를 추측 없이 선택할 수 있습니다.

플라스틱 산화와 항산화제의 역할

폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE)과 같은 폴리올레핀은 비교적 저렴하고 밀도가 낮으며 강도가 우수하다는 장점이 있습니다. 그러나 가장 큰 단점은 탄소와 수소 원자로만 구성된 골격 때문에 주변 환경, 특히 산소와 쉽게 반응한다는 점입니다. 예를 들어 압출 공정에서 발생하는 열과 기계적 전단력은 수소 원자를 해리시켜 자유 라디칼을 생성합니다. 이 자유 라디칼은 주변의 산소 분자와 결합하여 과산화 라디칼을 형성하고, 이 과산화 라디칼은 인접한 고분자 사슬에서 수소 원자를 떼어냅니다. 최종적으로 과산화수소가 생성되고, 과산화수소는 다시 해리되어 더 많은 자유 라디칼과 산소 분자를 생성하는 악순환을 반복합니다. 이러한 자가 강화성 연쇄 반응 고리를 자동산화라고 합니다. 자동산화는 고온에서 기하급수적으로 활성화되기 때문에 고분자 사슬을 절단하여 분자량을 감소시키고 용융 유동성을 증가시키며, 결국 변색, 인장 강도 및 신장률 감소, 취성 증가를 초래합니다.

산화방지제는 이러한 자동산화 반응을 억제하는 역할을 합니다. 가장 일반적인 의미에서 산화방지제는 플라스틱 첨가제 또는 안정제로, 산소에 노출될 때 고분자가 분해되어 기능을 잃는 것을 방지하기 위해 미량으로 첨가됩니다. 산화방지제는 합성 후에도, 그리고 고분자 부품이 실제 사용되는 과정에서 용융 후에도 계속되는 고분자 산화로부터 플라스틱을 보호합니다. 이러한 산화 작용, 즉 재료의 물리적 특성 손실은 부품 자체에 눈에 띄는 물리적 변화가 나타나기 훨씬 전에 발생합니다. 재료 분해는 열 산화를 통해 진행됩니다. ScienceDirect 에 실린 , 널리 인용되는 설문 조사에서 해당 저널 편집자들이 다양한 플라스틱에 사용되는 재료 첨가제의 기능에 대한 요약을 제공했는데, 이 조사에 따르면, 분해는 원료 수지가 용융되는 순간부터 발생하기 때문에 안정제가 필요합니다. 따라서 플라스틱에 첨가되는 산화방지제는 용융 가공 단계에서 단 몇 분 동안 견뎌야 하는 가혹한 조건뿐만 아니라 최종 사용 단계에서 수년간 견뎌야 하는 조건까지 모두 견딜 수 있어야 합니다. 어떤 산화방지제 분자도 두 단계를 똑같이 잘 견딜 수는 없으며, 바로 이 때문에 다양한 종류의 산화방지제가 필요합니다. 웰트에서는 이를 하나의 원칙으로 여깁니다. 폴리머용 산화방지제는 폴리머를 보호하는 안정제이며, 폴리머의 산화(중합 과정에서 시작되어 열적으로 더 빠르게 진행되는 자유 라디칼 연쇄 반응)는 부품이 손상되기 훨씬 전에 기계적 특성과 최종 사용 가치를 조용히 저하시키기 때문에 첨가됩니다.

유형 1: 주요 항산화제(입체 장애 페놀)

1차 항산화제는 활성산소를 제거하는 물질로, 연쇄 반응을 차단하는 항산화제라고도 합니다. 여기서 핵심적인 역할을 하는 것은 입체적으로 차폐된 페놀이라는 분자입니다. 페놀은 부피가 큰 tert-butyl 치환기가 반응성이 매우 높은 하이드록실기를 차폐하는 분자입니다. 이 하이드록실기는 과산화 라디칼에 수소 원자를 제공하여 공격적인 자유 라디칼을 안정한 분자로 바꾸고 연쇄 반응의 한 단계를 차단합니다. 이러한 입체적 부피가 핵심적인 역할을 합니다. 페놀 자체의 산화 속도를 늦춰 분자가 오랫동안 수소 원자를 제공할 수 있도록 합니다. 이것이 바로 차폐된 페놀이 장기적인 열 안정성의 기반이 되는 이유입니다. 잘못된 1차 항산화제를 선택하면 부품이 수년 일찍 고장 날 수 있습니다. 페놀이 소모되면 연쇄 반응이 제어되지 않고 계속 진행되기 때문입니다. 잔류 페놀 함량을 약 0.05% 이상으로 유지하는 것이 이러한 연쇄 반응을 방지하는 핵심입니다.

입체 장애 페놀 항산화제란 무엇인가요?

입체 장애 페놀 항산화제는 하나 이상의 페놀기를 포함하지만, 하이드록실기의 오르토 위치에 입체 장애기가 치환되어 있어 매우 효과적이고 강력한 수소 원자 공여체 역할을 하는 항산화제입니다. 실제로 널리 사용되는 대표적인 항산화제로는 고분자량의 입체 장애 페놀인 Irganox 1010 과 저분자량의 Irganox 1076이 있습니다.

간단히 말해, Irganox 1010은 분자량이 높아 휘발성이 낮고 고온 처리 중 손실이 적지만 박막으로의 이동성이 떨어집니다. 반면 Irganox 1076은 분산성이 좋고 이동성이 뛰어납니다.

분자량이 높으면 첨가제가 부품에서 절대 빠져나가지 않는다는 것은 잘못된 통념입니다. 플라스틱 식품 접촉 재료에 사용되는 20가지 항산화제를 대상으로 한 동료 검토 연구(PMC, 2024) 에서 이르가녹스 1010이 지방 모사 시험에서 가장 많은 용출량(0.29mg/kg)을 보였으며, 그 뒤를 이르가녹스 1076과 이르가포스 168이 이었습니다. 분자량이 높으면 휘발이 최소화되어 지방 모사 시험으로의 용출이 줄어들지만 완전히 제거되지는 않습니다. 구매자는 용출량에 대한 규제 기준치를 고려해야 합니다. 부틸화히드록시톨루엔(BHT)과 같은 분자량이 작은 페놀류는 비교적 가벼운 용도에는 적합하지만, 수명이 긴 용도에서는 너무 빨리 증발합니다. 페놀류의 또 다른 단점은 열/산화 분해 방지용으로 사용되는 반면 자외선 차단에는 광안정제가 필요하다는 점입니다. 아민(또 다른 주요 항산화제 계열) 역시 열/산화에 대항하지만 황변/얼룩을 유발하며 주로 내구성이 약한 작업이나 고무에 사용됩니다.

"공장 현장에서 페놀은 향후 10년을 위한 보험이지, 당장 10분을 위한 보험이 아닙니다. '페놀 부족' 때문에 황변 현상이 발생한다고 주장하는 사람들은 대개 공정 중에 아인산염이 부족한 경우입니다."

유형 2: 이차 항산화제(인산염 및 티오에스테르)

[새로 고침] 이르가포스 168: 용도, 장점 및 사양Adria가 작성
2025 년 9 월 23 일

이차 항산화제는 반대로 작용합니다. 활성산소를 포착하는 대신, 활성산소가 남긴 하이드로퍼옥사이드를 제거하여 새로운 활성산소로 분해되기 전에 안정적인 생성물로 전환시킵니다. BASF의 설명에 따르면, 포스파이트와 티오에스테르 계열의 항산화제는 하이드로퍼옥사이드와 반응하여 비활성 생성물을 생성합니다. 이 계열에는 두 가지 하위 계열이 있으며, 이들을 혼동하는 것은 흔한 선택 오류입니다. 이차 항산화제를 잘못 선택하면 고온 압출 공정 중 부품이 황변 현상을 일으킬 수 있는데, 이는 특히 250°C 이상에서 작동하는 자동차 및 포장재 화합물에서 Wellt가 가장 자주 목격하는 값비싼 문제입니다.

압출 과정에서 인산염 산화방지제는 어떤 역할을 하나요?

압출 과정에서 인산염 항산화제인 이르가포스 168은 "최전선에서 대부분의 역할을 수행합니다". 즉, 열과 전단력 하에서 생성되는 과산화수소를 분해하여 용융물의 유동성을 안정시키고 밝고 흰색 부품을 손상시킬 수 있는 황변 현상을 방지합니다.

물론, 주의할 점은 아인산염의 보관이 중요하다는 것입니다. 아인산염은 습한 환경에서 가수분해될 수 있기 때문에( 맨체스터 메트로폴리탄 대학교의 아인산염 가수분해 연구에 따르면, 원료 아인산염이 보관 중 분해될 수 있다는 점을 고려하여 시너지 효과를 내는 혼합물과 가수분해 저항성 등급이 존재한다고 합니다), 밀봉하여 건조한 곳에 보관하거나 가수분해 안정화 등급을 선택해야 합니다. 고온에서 장기간 성능이 요구되는 경우에는 아인산염의 역할을 대신하여 DLTDP 및 DSTDP와 같은 황 에스테르(티오에스테르) 계 항산화제가 사용됩니다. 이와 관련된 보조제로는 전선 및 케이블 제조에 흔히 사용되는 촉매 금속 이온(구리 등)을 착화시키는 데 사용되는 금속 비활성화제가 있습니다.

유형 3: 시너지 시스템 (혼합물 및 공동 안정화)

세 번째는 의도적으로 결합된 시스템, 즉 앞의 두 가지를 조합한 시스템입니다. 실제로 대부분의 공장에서 이러한 시스템을 구매합니다. 1차 페놀과 2차 포스파이트는 폴리머 수명 주기의 서로 다른 단계(가공 중 열과 전단력에 의한 보호, 사용 중 점진적인 분해에 의한 보호)에서 보호 작용을 하기 때문에, 두 가지 보호 효과를 모두 제공하는 시스템을 사용하면 이점을 얻을 수 있습니다. 시너지 효과는 이미 입증되었습니다. 현장 시험에서 입체 장애 페놀/포스파이트 시너지 효과를 이용한 안정화 패키지는 폴리올레핀 파이프의 산화 유도 시간(OIT)을 각 구성 요소 시스템을 단독으로 적용했을 때보다 40% 이상 향상시켰습니다. 이것이 바로 항산화 시스템에서 1+1>2의 실질적인 정의입니다.

가장 인기 있는 기성품 항산화 시스템은 단연 Irganox B215로, Irganox 1010과 Irgafos 168을 1:2 비율로 혼합한 제품 입니다. 이러한 복합 항산화제 혼합물을 제조하는 입장에서 , 두 성분을 별도로 첨가해야 할 특별한 이유가 없다면 당사의 사전 혼합된 시너지 시스템을 사용하는 것이 가장 좋습니다. 이러한 시스템은 계량 오류를 방지하고, 고정된 비율을 보장하며, 하나의 펠릿으로 분산됩니다. 표준 1:2 비율에서 벗어나는 것은 매우 특정한 용도에서만 정당화될 수 있습니다. 중요한 것은 투입량 조절입니다. 2차 산화제가 너무 적으면 가공 과정에서 색상 손실이 발생할 위험이 있고, 0.3%를 초과하면 첨가제가 용출되거나 백화 현상이 발생할 수 있습니다. Wellt는 복합 패키지를 혼합할 때 이러한 균형점을 찾아냅니다.

고분자 종류와 용도에 맞는 적절한 항산화제 유형 선택

적절한 산화방지제를 선택하는 것은 가공 온도와 필요한 수명이라는 두 가지 변수를 고려하여 결정해야 합니다. 대부분의 폴리올레핀의 경우, 페놀과 포스파이트 혼합물을 0.05~0.2%로 사용하는 것이 좋습니다. 고온 환경에서는 티오에스테르를, 전선 및 케이블에는 금속 비활성화제를 추가하십시오. 산화방지제 선택은 두 가지 질문에 대한 답을 찾는 것으로 귀결됩니다. 가공 온도는 얼마이며, 부품의 수명은 얼마나 되어야 합니까? 아래의 폴리머-산화방지제 유형 선택 도구(당사의 10가지 수지 산화방지제 지도) 는 시작 패키지를 제안합니다. 첨가량은 업계 관행에 대한 일반적인 값이며 시작점으로만 사용해야 합니다. 실제 첨가량은 폴리머의 등급, 가공 공정 및 최종 부품 형상에 따라 달라집니다.

예시: 일반적인 성형을 위해 PP 1,000kg을 배합해야 하고, 총 첨가제 농도가 0.1%인 B215형 시너지 항산화제 패키지를 사용하기로 했다고 가정해 보겠습니다. 이는 배치당 1,000kg * 0.001 = 1kg의 혼합물이 필요하다는 것을 의미합니다. 이 1kg의 혼합물에는 Irganox 1010이 약 0.033%, Irgafos 168이 약 0.067% 함유되어 있으며, 두 항산화제는 1:2의 비율로 혼합됩니다. 만약 자동차 엔진룸 클립과 같이 사용 중 열 안정성이 요구되는 부품의 경우, 열 안정성을 향상시키기 위해 인산염 일부를 티오에스테르로 대체하여 함량을 0.2%에서 0.3% 사이로 높일 수 있습니다. 항산화제는 일반적으로 항산화제 마스터배치 또는 플라스틱-항산화제 패키지의 일부로 첨가되어 소량으로도 수지에 고르게 분산됩니다.

산화방지제 계열의 플라스틱 첨가제는 다양한 분야에서 열로부터 보호 기능을 제공합니다. 건축 및 포장 제품에 사용되는 이러한 산화방지제 첨가제는 의료 기기, 합성 섬유, 폴리우레탄 폼, 건축 자재 등에 사용되는 플라스틱과 같은 유기 기질을 안정화하는 역할도 합니다. 아인산염은 가공 안정성에 가장 효과적이며, 폴리에틸렌 및 PP 플라스틱과 같은 고분자를 가공하고 보호하는 데 도움을 줍니다. 반면 페놀은 플라스틱 제품의 수명 동안 제품을 보호합니다. 일부 플라스틱 첨가제는 과다 사용 시(과량 투입 시) 변색(블루밍) 현상이 발생할 수 있으므로, 고온으로 인한 산화로부터 부품을 보호하는 데 필요한 최소 사용량을 목표로 해야 합니다. 대부분의 플라스틱 부품에는 1% 미만의 매우 적은 양의 산화방지제가 필요합니다.

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Essential Ultranox™ 626 항산화제를 알아보세요: 2024년 완벽한 가이드Adria가 작성
2025 년 9 월 23 일

PP 섬유 또는 테이프를 사용하는 경우, 전체 산화방지제 사용량의 약 0.1% 이하로 유지하고 아인산염을 사용하십시오. 페놀계 산화방지제를 과다하게 첨가하면 플라스틱이 연소 가스에 많이 노출될 때 변색이나 분홍색으로 변할 수 있습니다. 특히 제품을 보관해야 하거나 천연가스 연소 등으로 발생하는 가스에 노출될 수 있는 환경에서 이러한 현상이 발생할 수 있습니다. 당사 연구실에서는 DSC(시차주사열량분석) 방법을 사용하여 ASTM D3895 표준에 따라 다양한 산화방지제의 산화 성능을 신속하게 분석할 수 있습니다.

흔히 저지르는 선발 실수 (현장 사례)

항산화제 관련 문제 또는 불만의 주요 원인은 세 가지입니다. 1) 과다 사용, 2) 아인산염 첨가가 선택 사항인 경우, 3) 아인산염의 가수분해.

• 과도한 산화방지제 첨가는 플라스틱에 더 많은 양의 산화방지제를 첨가한다고 해서 성능이 비례적으로 향상되는 것은 아니며, 오히려 표면에 백화 현상이 발생하여 부품의 외관이 흐릿해지고 금형 및 부품 가공 장비에 결함이 생길 수 있습니다.
• 2차 산화방지제(인산염)를 선택사항으로 취급하는 경우가 많습니다. 많은 가공업체는 비용 절감을 위해 인산염을 배합물에 사용하지 않아도 된다고 생각하며, 플라스틱 부품에 필요한 전반적인 보호는 단 하나의 산화방지제에만 의존합니다. 하지만 압출 공정 중 제품 보호를 위해 인산염 산화방지제를 생략하면 색상 손실이 심각하게 발생할 수 있습니다. 인산염 산화방지제는 압출 공정 중 제품의 색상과 투명도를 보호하는 가공 보조제 역할을 하기 때문입니다.
• 아인산염의 보관 및 취급 시 주의 사항: 많은 화합물은 재고에 개방된 용기에 담긴 아인산염을 포함하고 있으며, 이는 습기에 노출될 경우 아인산염의 가수분해를 직접적으로 유발합니다. 따라서 밀폐되고 건조한 곳에 보관하거나 가수분해에 강한 등급의 아인산염을 구입하십시오.

한 가지 예를 들면, 플라스틱 재활용 업체에서 폐 PP를 두 단계에 걸쳐 재압출하는 과정에서 용융 유동성이 증가하고 회색 부품이 생성되었습니다. 여기에 시너지 효과를 내는 산화방지제 혼합물을 약 0.2% 첨가하자 재활용 제품의 용융 유동성과 기계적 특성이 원래 사양으로 복원되었습니다. 이는 약 230°C의 고온에서 PP 재분쇄물을 처리하는 생산 재활용 라인에서 흔히 발생하는 문제 해결 방법입니다. 이와 같은 반복적인 열처리 과정은 플라스틱 첨가제에서 흔히 나타나는 첨가제 손실 및 이동 현상을 유발합니다.

규제 및 재활용 전망: 무엇이 변화하고 있는가

플라스틱 산업의 가장 큰 변화는 새로운 화학 물질이 아니라 규제, 지속 가능성 및 순환 경제입니다. 이러한 요인들은 재활용 재료의 사용을 증가시키고 있으며, 결과적으로 플라스틱 가공업체가 제품에 사용할 수 있는 첨가제의 종류에도 영향을 미치고 있습니다. 미국에서 생산되는 식품 접촉 재료는 FDA의 폴리머용 산화방지제 및 안정제 목록인 21 CFR 178.2010 에 따라 승인된 등급을 사용하여 제조해야 하며 , EU의 경우 이에 상응하는 규정인 Regulation 10/2011을 따라야 합니다. Irganox 1010 및 Irgafos 168과 같은 일반적인 산화방지제는 이러한 데이터베이스에 등재되어 있지만, 규정은 용출 한도 준수를 요구하므로 산화방지제를 선택할 때, 특히 2026년까지의 용출 데이터가 매우 중요합니다.

재활용 과정에서 산화방지제를 첨가하는 것이 더 나은 선택입니다. 플라스틱을 기계적으로 재활용할 경우 기존의 산화방지제가 완전히 제거되는 것이 아니라 오히려 소모됩니다. 모든 공정 단계에서 열이 가해지면서 안정제가 일부 연소되기 때문입니다. PLASTICS에서 재활용 식품 포장재에 대해 지적했듯이 , 일반적인 기계적 재활용은 기존 산화방지제를 복원하지 않고 그대로 남겨두기 때문에 재활용 업체는 용융 안정성을 회복하기 위해 새로운 안정제를 첨가해야 합니다. 2026년 OECD 보고서에서도 재활용 플라스틱의 화학 성분 검증 과 관련 하여 EU EN 15343 추적성을 식품 접촉 재활용 함량과 연관지어 설명하고 있습니다. 2026년에 재활용 소재를 사용하는 프로젝트를 계획하고 있다면, 고용량 시너지제 패키지 비용을 예산에 반영하고 최종 배합을 결정하기 전에 지역별 식품 접촉 규정 준수 여부를 다시 한번 확인해야 합니다. (다양한 연구 기관의 2025년 플라스틱 산화방지제 시장 규모 예측치는 약 2.6억 달러에서 5.9억 달러까지 매우 다양하므로, 이러한 수치는 계획 수립 시 참고 자료로만 활용하시기 바랍니다.)

여기서의 위험은 구체적이고 비용이 많이 드는 문제입니다. 기준에 부합하지 않는 등급을 지정하면 2026년 식품 접촉 프로젝트가 인증 후반 단계에서 이행 시험에 불합격될 수 있으며, 이는 막대한 손실을 초래할 수 있습니다. 기계적 재활용은 고온에 반복적으로 노출되는 과정을 거치기 때문에 재활용 업체는 열로 인한 열 및 산화적 분해에 대한 안정화 처리를 다시 해야 합니다. Wellt는 포장재, 건축 자재, 자동차 및 의료 분야에 사용되는 재활용 등급 포장재를 제조하며, 이러한 제품은 21 CFR 178.2010 및 EU EN 15343 기준을 충족해야 합니다. 플라스틱 산업에서 점점 더 다양한 분야에 사용되는 첨가제인 이러한 종류의 산화방지제가 재활용 소재로 전환됨에 따라, 검증되고 기준을 준수하는 산화방지 시스템을 사용하여 수지를 처리하고 보호하는 제품만이 감사를 통과할 수 있습니다.

자주 묻는 질문