21.5: 폴리머 분류: 구조

폴리머는 사슬 구조에 따라 선형 또는 폴리머로 분류됩니다. 선형 폴리머의 폴리머 사슬은 분지가 전혀 없거나 최소화된 긴 사슬형 구조를 가지고 있습니다. 폴리머가 단량체에 골격에 대한 가지로 나타나는 큰 치환기를 특징으로 한다고 하더라도 이는 가지형 폴리머로 간주되지 않습니다. 분지형 폴리머는 주 폴리머 사슬에서 발생하는 2차 폴리머 사슬을 포함합니다. 분지는 중합체 성장이 성장하는 중합체의 가장자리에서 사슬의 다른 영역으로 이동할 때 발생합니다. 작은 분자와 유사하게 분기는 밀집된 패킹을 방지하고 개방형 구조는 두 폴리머 사슬 사이에 분산력이 작용할 수 있는 위치를 최소화합니다.

에틸렌 중합의 예를 생각해 보세요. 중합 조건을 변경하여 다양한 등급의 폴리에틸렌을 제조합니다. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)도 그 중 하나입니다. 이름에서 알 수 있듯이 선형 폴리머 사슬이 촘촘하게 패킹되어 분기가 최소화되어 밀도가 높습니다. 이 폴리머는 135°C에서 녹으며 병뚜껑, 텔레비전 캐비닛 등과 같이 상대적으로 단단한 물체를 제조하는 데 사용됩니다. 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)은 폴리에틸렌의 또 다른 등급으로, 폴리머 사슬의 광범위한 분기로 인해 밀도가 낮은 폴리머입니다. 이 폴리머의 용융 전이 온도는 120°C로 고밀도 폴리에틸렌보다 낮습니다. 스퀴즈 병, 플라스틱 휴대용 가방 등과 같은 유연한 물체를 만드는 데 사용됩니다. 고밀도 폴리에틸렌과 저밀도 폴리에틸렌의 구조는 그림 1에 나와 있습니다.

Figure 1: 고밀도 폴리에틸렌(위)과 저밀도 폴리에틸렌(아래)의 골격 구조

폴리머 사슬 구조에 대한 일부 수정은 후처리를 통해 이루어집니다. 예를 들어, 고무의 가황. 가황 과정에서 황은 폴리이소프렌과 반응하여 일부 C-H 결합을 이황화 결합으로 대체합니다. 이러한 이황화 결합은 서로 다른 폴리이소프렌 사슬을 연결할 수 있으며 이러한 유형의 결합을 가교라고 합니다. 가교는 대부분의 사슬이 연결되어 있기 때문에 중합체의 강성을 증가시킵니다. 그 결과 인접한 체인의 상대적인 움직임이 감소합니다. 따라서 가황에 사용되는 유황의 양을 조절하여 고무의 강성과 탄성을 조정합니다.

폴리머는 폴리머 사슬의 고유한 아키텍처에 따라 선형 또는 분지형으로 분류할 수 있습니다.

선형 폴리머는 분기가 최소화되거나 전혀 없습니다. 중요한 것은 단량체에서 치환 그룹이 분기로 간주되지 않는다는 것입니다.

분지형 폴리머에서 2차 폴리머 사슬 분기는 주 폴리머 사슬에 연결됩니다. 그들은 다른 구조적 변형을 가질 수 있습니다.

중합 중에 고분자 성장 부위가 고분자 사슬의 가장자리에서 다른 영역으로 이동하면 분기가 발생합니다.

분기의 영향에 주목하려면 폴리에틸렌을 고려하십시오. 고밀도 폴리에틸렌 변형은 선형인 반면 저밀도 폴리에틸렌 변형은 심하게 분기됩니다.

결과적으로, 고밀도 변형은 효율적인 밀착 보압과 증가된 분산력으로 인해 높은 융점과 강성을 나타냅니다.

폴리머에서는 폴리머 사슬 사이에 공유 가교를 도입하여 추가적인 구조적 변화를 얻을 수 있습니다. 예를 들어, 고무의 가황은 폴리머 사슬 사이의 이황화 가교를 유발합니다.