중합 * 중합체(polymer) ; 많은 mer * 단량체(monomer) ; 중합체를 이루는 단위가 되는 한 개의 mer ○ 중합방법에 의한 분류 - 연쇄성장(chain growth) : 첨가중합(addition polymerization) = 반응부산물 없음 = 급격한 연쇄반응 = 이중결합(double bonds)의 풀림에 의한 연쇄반응 = 이중 기능적(bifunctional) 선형구조 - 계단성장(step growth) : 축합중합(condensation polymerization) = 반응부산물 있음 = 느린 화학반응 = 반응성 기(functional group)의 반응에 의한 화학반응 = 다중 기능적(polyfunctional) 망상구조 ○ 형태에 따른 분류 - 공중합체(copolymer) = 서로 다른 종류의 단량체들이 결합한 중합체 = 불규칙 공중합체(random copolymer) = 교대 공중합체(alternating copolymer) = 블록 공중합체(block copolymer) = 이식 공중합체(graft copolymer) - 혼합체(blend) ; 이미 형성된 중합체분자들이 물리적으로 섞여 있는 것 ○ 중합과정 - 개시(initiation) ; 자유기(free radical)를 갖는 개시제(initiator)가 하나의 단량체와 결합하여 이중결합을 단일결합으로 바꾸고, 1개의 미반응 전자가 단량체의 끝으로 이동하여 다음의 단량체와 결합하도록 준비 - 성장(growth) ; 자유기를 지닌 단량체가 다음의 단량체와 연속적으로 결합하여 사슬이 성장 - 종결(termination) ; 성장 사슬의 미반응 전자와 다른 자유기가 결합하여 안정된 분자구조를 형성 중합체의 구조적 특징 ○ 중합도(degree of polymerization; DP) - 중합체 분자의 길이를 나타내는 척도 - 중합체 분자사슬에 들어있는 평균 단량체의 수 - 점도나 빛의 산란도와 같은 물리적 특성으로 측정 가능 - 상업용 중합체의 경우 대개 100～1000의 범위로 정규분포 ○ 분자량 - 중합체의 평균 분자량 - 중합도와 단량체 분자량의 곱 ○ 분자 길이 ; 선형구조인 경우 중합체 분자의 평균 길이 - 평균 평방근 길이(root-mean-square length) ; 대개의 탄소사슬은 결합각도가 109.5°로서 코일과 같이 꼬여 있고, 공간에서 자유롭게 회전 가능하며, 선형 구조의 실제 유효길이는 아래 식과 같이 평균-평방근-길이에 의존 L = i √m where, L : 평균 평방근 길이 i : 탄소간 사슬구조의 단일 결합의 길이 m : 결합 횟수 - 편길이(extended length) ; 결합각에 의한 뒤틀림 없이 최대한 직선으로 곧게 펴진 길이 Lext = m l sin(109.5°/2)
각 단량체마다 2개의 결합 길이가 되므로, m = 2n
○ 기본 사슬을 형성하는 작용기의 결합 위치에 따른 분류 - isotactic ; 균일한 위치에 규칙적으로 작용기가 결합된 배열 - syndiotactic ; 교대되는 위치에 규칙적으로 작용기가 결합된 배열 - atactic ; 위치의 규칙성이 없이 무질서하게 작용기가 결합된 배열 - 가지결합(branching) ; 기본사슬에 곁가지처럼 다른 사슬이 결합한 구조 - 교차결합(crosslinking) ; 사슬구조간에 서로 연결되어 망상으로 결합한 구조
열가소성 중합체
○ 열가소성 중합체(thermoplastic polymers) - 열을 받으면 연해지고 변형이 잘 일어나므로 가열해서 성형하는 중합체 - 고온에서 분자들이 서로 미끄러짐에 의해 열가소성이 발생하는 현상을 이용 - 통상 100℃ 부근에서 변형 유도 ① 범용 중합체(general-use polymers) = 일상 생활에서 널리 사용되는 중합체 = PE, PVC, polypropylene, polystyrene, acrylics, ABS ② 엔지니어링 중합체(engineering polymers) = 150-175℃에서도 적당한 강도와 인성 유지 = 금속 대체용 = nylon, polycarbonate, acetal ③ 열가소성 탄성중합체(thermoplastic elastomers) = 결정질 열가소성 중합체로 탄성체 = polyester
열경화성 중합체
○ 열경화성 중합체(thermosetting polymers) - 열을 가하면 굳어서 강해지는 중합체 - 계단성장(step growth)하여 형성된 망상구조(network) 분자 - 화학반응은 고온에서 활발하며 비가역적 ① 열경화성 중합체 = 금속 대체용 = 용융 온도가 높으나 재활용 곤란 = phenolics, polyurethane, amino resin, epoxy ② 탄성 중합체 = 실리콘, butadien, isoprene, chloroprene, isobutene, vinylidene fluoride ③ 망상구조 공중합체 = 망상구조를 형성함으로써 열에 강하여 열가소성 없음 = 블록 공중합체나 이식 공중합체 등이며 교차결합을 많이 갖고 있음
첨가제
○ 첨가제(additive) ; 중합체에 특정 성질을 부여하기 위하여 첨가하는 물질 - 가소제(plasticizer) ; 중합체를 연화시키기 위하여 첨가 - 충진재(filler) ; 사슬의 이동을 제한하여 강도 증진 - 보강제(reinforcement) ; 강도를 보강하기 위해 첨가 - 안정화제(stabilizer) ; 중합체의 물성 저하 방지 - 연소 억제제(flame retardant) ; 중합체의 연소성 저하 - 착색제(colorant) ; 중합체에 색조 부여 = 안료형(pigment) ; 분말 형태로 첨가하는 불용성 물질 = 염색형(dye) ; 수용성이며 투명한 색을 부여하는 유기 착색제
○ 복합체 ; 첨가제의 양이 부피비로 50% 이상인 경우에는 복합체(composite) | 