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폴리머는 거대분자, 즉 수백 또는 수천 개의 원자로 구성된 분자로, 동일한 작은 분자가 연속적으로 결합하여 형성됩니다. “폴리머”라는 용어는 “많은”을 의미하는 그리스어 접두사 poli 와 “부분”을 의미하는 접미사 mer 의 결합에서 유래합니다 . 이 단어는 1833년 스웨덴 화학자 Jons Jacob Berzelius에 의해 만들어졌습니다.
폴리머의 발전
천연 고분자는 옛날부터 사용되어 왔지만 고분자를 합성하는 능력은 최근에 개발되었습니다. 폴리머에서 개발된 최초의 소재는 니트로셀룰로오스 였습니다 . 이 공정은 1862년 영국의 화학자 Alexander Parkes에 의해 개발되었습니다. 그는 천연 셀룰로오스를 질산 및 용매와 결합한 다음 필름 산업에서 널리 사용되는 중합체인 장뇌 생산 셀룰로이드 로 처리했습니다. 에테르와 알코올에 니트로셀룰로오스를 용해하면 콜로디온이 생성됩니다 . 이 폴리머는 외과용 드레싱으로 사용되었습니다.
고무의 가황은 폴리머 개발의 또 다른 이정표였습니다. 독일의 화학자 프리드리히 루더스도르프와 미국의 발명가 나다니엘 헤이워드는 천연 고무에 황을 첨가하면 그 특성이 크게 향상된다는 사실을 발견했습니다. 유황을 첨가하고 열을 가하여 고무를 가황시키는 과정은 1843년 영국 공학자 Thomas Hancock과 1844년 미국 화학자 Charles Goodyear에 의해 기술되었습니다.
1926년 Hermann Staudinger는 이러한 물질의 화학 구조를 설명하고 오늘날에도 유효한 폴리스티렌 과 폴리옥시메틸렌 의 구조를 제안했습니다 . 그의 모델은 작은 분자의 공유 결합을 통한 반복적인 결합에 의해 형성된 원자의 긴 사슬이 생성된다는 것을 확립했습니다. 헤르만 슈타우딩거는 그의 연구로 1953년 노벨 화학상을 수상했습니다.
폴리머는 어떻게 형성됩니까?
고분자의 형성, 즉 중합은 작은 분자 안에 두 개의 결합, 일반적으로 같은 분자의 다른 단위가 결합하는 공유 결합이 생기는 화학 반응이다. 이 과정을 여러 번 반복하여 긴 원자 사슬을 형성합니다. 폴리머를 구성하는 분자를 모노머 라고 합니다 .
예를 들어 보겠습니다. 폴리에틸렌은 널리 사용되는 가장 간단한 폴리머인 플라스틱입니다.
폴리에틸렌의 단량체는 위의 그림과 같이 각 탄소 원자에 부착된 두 개의 수소 원자와 함께 이중 결합으로 연결된 두 개의 탄소 원자가 있는 간단한 유기 분자인 에틸렌입니다. 탄소 결합은 공유 결합입니다. 이중 결합이 끊어지면 각 탄소 원자는 다음 그림과 같이 구조 단위를 구성하는 다른 원자와 결합할 수 있는 공유 결합을 갖게 됩니다.
이 구조 단위의 반복된 결합은 가지가 없는 긴 선형 분자인 폴리에틸렌(다음 그림 참조)을 생성합니다.
또 다른 예는 여러 용도로 사용되는 폴리머인 폴리스티렌을 얻는 것입니다. 폴리스티렌의 단량체는 이중 결합으로 두 개의 탄소 원자에 부착된 벤젠 고리가 있는 분자인 스티렌입니다. 폴리에틸렌의 경우와 마찬가지로 이중 결합이 끊어지면 반복적으로 연결될 때 폴리스티렌을 형성하는 긴 사슬을 구성하는 구조 단위가 생성됩니다(다음 그림 참조).
폴리머
자연에는 폴리머인 생명체에 의해 생성된 많은 물질과 분자가 있습니다. 단백질, 핵산, DNA, 셀룰로오스와 같은 다당류는 천연 고분자의 예입니다. 이미 살펴본 바와 같이 니트로셀룰로오스 및 가황 고무와 같은 다른 폴리머는 천연 폴리머에서 얻은 인공 폴리머입니다. 그리고 인공 고분자는 화학 반응을 통해 실험실과 산업적으로 얻어집니다. 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 네오프렌 및 나일론은 다양한 응용 분야에서 사용되는 광범위한 인조 폴리머의 일부 예 입니다 .
인조 폴리머는 열가소성 폴리머 와 열경화성 폴리머의 두 가지 범주로 분류됩니다 . 중합체는 화학 반응을 통해 또는 고체 물질의 혼합물 또는 비가역 반응에서 열 또는 감마 방사선을 적용하여 중합이 유도되는 용액에서 얻을 수 있습니다.
- 반응이 완료되면 열경화성 폴리머는 경직되어 특정 온도 이상으로 가열하면 연화되지 않고 열화되거나 분해되는 경향이 있습니다. 에폭시 수지, 폴리에스테르, 아크릴 수지 및 폴리우레탄은 베이클라이트, 케블라 및 가황 고무와 같은 열경화성 중합체입니다.
- 열가소성 폴리머는 열경화성 수지와 달리 유연하고 연화되어 특정 온도 이상에서 녹기 때문에 성형이 가능합니다. 열가소성 폴리머의 몇 가지 예는 나일론, 테플론, 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌입니다.
인공 고분자의 응용 분야 중 하나는 직물을 만드는 데 사용되는 섬유 제조입니다. 이러한 폴리머는 제조 공정 및 최종 용도에서 취급할 수 있도록 높은 탄성을 가져야 하며 치수를 유지하기 위해 낮은 확장성을 가져야 합니다. 폴리머의 또 다른 응용 분야는 접착제입니다. 이 경우, 가정, 산업 및 상처 봉합 응용 분야에 사용되는 시아노아크릴레이트의 경우와 같이 접착제가 도포된 부분 또는 공기 중 수증기와의 화학 반응을 통해 제품을 도포할 때 중합이 일어나야 합니다. . 엘라스토머는 폴리머의 또 다른 광범위한 응용 분야입니다. 힘이 가해지면 변형되는 재료입니다.
메커니즘과 구조, 다양한 건축 자재, 전기 및 열 절연체를 구성하는 코팅, 페인트, 부품 및 부품은 엄청나게 다양한 폴리머 응용 분야 중 일부입니다.
출처
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