안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
단량체가 서로 연결되어 거대한 고분자가 되는 과정은 크게 첨가 중합과 축합 중합으로 나뉩니다. 이 둘을 구분하는 가장 쉽고 명확한 기준은 반응 과정에서 무언가 빠져나오는가 하는 점입니다.
첨가 중합은 주로 탄소 사이의 이중 결합을 가진 단량체들 사이에서 일어납니다. 외부 자극에 의해 이중 결합이 풀리면서 단량체들이 마치 기차 칸이 연결되듯 차례차례 꼬리에 꼬리를 물고 이어지는 방식입니다. 이 과정에서는 단량체가 가진 모든 원자가 고스란히 고분자 구조 안으로 포함됩니다. 즉, 결합 구조만 바뀔 뿐 원자의 손실이 전혀 없기 때문에 반응 결과물로 고분자 외에 그 어떤 부산물도 생성되지 않는 것이 특징입니다. 우리가 흔히 사용하는 폴리에틸렌이나 폴리스타이렌이 이런 방식으로 만들어집니다.
반면 축합 중합은 두 개 이상의 작용기를 가진 단량체들이 반응할 때 발생합니다. 단량체들이 서로 결합하면서 안정적인 작은 분자를 하나씩 밀어내는데, 이때 빠져나오는 대표적인 부산물이 바로 물이나 메탄올, 염화수소 등입니다. 앞서 에스테르화 반응에서 물이 빠져나오는 원리와 유사하게, 작용기끼리 손을 잡는 대가로 작은 분자를 포기하는 셈입니다. 따라서 최종 생성된 고분자의 질량은 반응 전 단량체들의 전체 질량보다 빠져나간 부산물의 양만큼 줄어들게 됩니다. 나일론이나 폴리에스테르가 축합 중합의 대표적인 사례입니다.
정리하자면 첨가 중합은 버리는 것 없이 모든 원자를 다 가져가 부산물이 없는 경제적인 결합인 반면, 축합 중합은 결합할 때마다 물과 같은 작은 분자를 부산물로 내놓으며 연결되는 방식이라고 이해할 수 있습니다. 이러한 차이 때문에 축합 중합으로 만들어진 고분자는 사슬 중간중간에 부산물이 빠져나간 흔적인 특정 결합 구조가 반복되는 특징을 보이기도 합니다.