고분자 구조 (4) - 분자 모양과 분자 구조

고분자의 거대 분자에서 골격 원자들이 평면이 아님을 고분자 구조(2)에서 설명하였다. 이들은 구부러져서 지그재그 배열을 하고 있다. 단일 사슬 결합은 3자춴적으로 회전하거나 구부러질 수 있다. 

고분자 사슬

이런식으로 탄소 골격으로 보았을 때 결합각 109도를 유지하면서 원뿔의 밑면 원의 어디든 위치 할 수 있으므로 많은 부분이 구부러지고, 비틀린 모양을 하게 된다. 이는 마치 주머니 속 이어폰 줄을 연상 시킨다.

무작위로 형성된 사슬 구조에서 끝부분과 끝부분을 직선으로 연결한 말단거리는 물론 사슬 전체 길이보다 짧을 것이다.

이러한 무작위한 꼬임과 얽힘은 고무 성질의 물질이 가진 탄성 인장을 포함한 고분자의 많은 중요한 특성의 근원이다.

이런 모양의 사슬이 분자구조는 어떤 형태를 지니게 될까?

고분자의 물리적 특성은 분자량, 모양뿐 아니라 분자 사슬 구조의 차이에 따라 변화하는데, 

 

4가지 분자 사슬구조에 대해 소개하겠다.

1. 선형 고분자

2. 가지친 고분자

3. 가교된 고분자

4. 그물망 고분자

 

1. 선형 고분자

선형 고분자

선형 고분자는 반복기가 말단끼리 서로 연결된 긴 선형 구조이다. 선형 고분자의 경우, 사슬 사이에 반데르발스 결합과

수소 결합이 있을 수 있다. 선형 구조를 가지는 범용 고분자에는 폴리에틸렌, 폴리(비닐클로라이드), 폴리 스타이렌, 폴리(메틸 메탈크릴레이트) 등이 있다.

 

2. 가지친 고분자

가지친 고분자

가지친 고분자는 주사슬에 곁사슬이 결합되어 있는 형태로 이러한 형태를 가지친 고분자 라고 불부른다. 주사슬 분자의 일부로 볼 수 있는 가지는 고분자 합성 중에 발생하는 부 반응으로 인하여 생성된다. 가지로 인하여 고분자들이 서로 밀접하게 쌓이기 어려워 밀도가 낮아진다. 선형 고분자를 형성하는 단량체들은 가지친 형태의 고분자로 제조 될 수 있다. 예를들어 고밀도 폴리에틸렌이 선형이라면 저밀도 폴리에틸렌이 가치친 형태이다.

 

3. 가교된 고분자

가교된 고분자

가교된 고분자에서는 인접한 선형 사슬이 여러 위치에서 공유결합으로 연결되 있다. 고분자를 합성하는 과정에서 가교되거나 고온에서 비가역적인 화학 반응을 일으켜 가교시키기도 한다. 사슬에 공유결합하는 원자를 넣어 가교시키기도 하는데, 많은 고무 탄성체는 가교되어 있다. 고무 분야에서는 가교를 가황 경화라고 한다.

 

4. 그물망 고분자

삼중활성 반복기는 3개의 공유결합을 할 수 있으므로 3차원 그물망을 형성한다. 이렇게 얻어진 고분자를 그물망 고분자 라고 한다. 심하게 가교되어 있는 고분자도 그물망 고분자에 포함시키기도 한다. 

 

고분자는 한가지 형태의 구조만으로 되어 있지 않은 경우가 일반적이다. 예를들어 주로 선형 고분자로 된 고분자도 일부 가지를 가지고 있거나 가교되어 있다.