플라스틱이나 합성섬유 같은 고분자 화합물이 단위체들이 사슬처럼 끊임없이 연결되는 중합 반응을 거쳐 만들어질 때 분자량에 따라 성질이 어떻게 변하는지 궁금합니다.

Question

플라스틱이나 합성섬유 같은 고분자 화합물이 단위체들이 사슬처럼 끊임없이 연결되는 중합 반응을 거쳐 만들어질 때 분자량에 따라 성질이 어떻게 변하는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

같은 탄소와 수소 사슬도 길이에 따라 전혀 다른 물질이 돼요. 탄소 8개 안팎이면 휘발유 같은 액체, 20~40개면 양초의 파라핀, 분자량 수만~수십만이면 비닐봉지와 물통의 폴리에틸렌이 되고, 수백만까지 늘리면 방탄복과 인공관절에 쓰는 초고분자량 폴리에틸렌이 돼요.

성질을 가르는 건 사슬끼리 얼마나 엉키느냐예요. 사슬이 짧으면 서로 미끄러져 쉽게 빠지니 힘을 주면 부스러지는데, 일정 길이(임계 엉킴 분자량)를 넘어서면 삶은 스파게티처럼 서로 휘감겨 쉽게 풀리지 않아요. 이 지점을 지나면 인장 강도와 질긴 성질이 크게 올라가요. 그 뒤로는 강도 증가가 점점 둔해지고, 사슬 끝이 줄어드는 만큼 유리전이온도도 조금씩 올라 일정 값에 수렴해요.

대신 녹였을 때 끈적임이 급격히 늘어요. 엉킴 이상에서 용융 점도는 분자량의 약 3.4제곱에 비례해서, 분자량을 두 배로 늘리면 점도는 열 배 가까이 높아져요. 초고분자량 폴리에틸렌은 녹여도 거의 흐르지 않아 사출 대신 가루를 눌러 굳혀 만들어요. 실제 제품은 용도에 맞춰 분자량을 골라서, 섬유나 고강도 부품은 높은 분자량을, 빠르게 찍어내는 사출 제품은 잘 흐르는 중간 분자량을 써요 :)

Answer 2

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

고분자 화합물은 단위체가 사슬처럼 길게 연결되는 중합반응을 거쳐 생성되며 이때 분자량은 물질의 물리적 기계적 성질을 결정하는 핵심 요인입니다 분자량이 너무 낮으면 사슬 간의 결합력의 약해 액체나 왁스 상태를 기계적 강도와 내구성이 크게 저하됩니다 반면 분자량이 증가할 수록 사슬 간 얽힘이 촘촘해져 인장 강도 충격 저항성 탄성과 같은 기계쩍 물성이 눈에 띄게 향상됩니다 아울러 녹는점과 점도가 함께 높아져 내열성과 형태 유지력이 우수해지지만 지나치게 높으면 가공할 때 다루기 어려워지는 특성이 있습니다 그래서 플라스틱이나 합성섬유를 제조할 때는 의도하는 용도와 가공성에 맞춰 분자량 범위를 최적의 상태로 정밀하게 제어해야 합니다