다작용기 카복실산과 다작용기 알코올이 반응하여 폴리에스테르가 만들어지는 과정을 '축합 중합'의 정의를 포함하여 설명해주세요.

Question

다작용기 카복실산과 다작용기 알코올이 반응하여 폴리에스테르가 만들어지는 과정을 '축합 중합'의 정의를 포함하여 설명해주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

다작용기 카복실산과 다작용기 알코올이 반응하여 폴리에스테르가 형성되는 과정은 축합 중합의 원리로 설명됩니다.

​축합 중합이란 두 개 이상의 작용기를 가진 단위체들이 서로 결합할 때, 물이나 염화수소 같은 작은 분자가 빠져나오면서 새로운 결합을 형성하고 이 과정이 반복되어 거대한 고분자 사슬을 만드는 반응을 말합니다.

​폴리에스테르의 생성 과정을 보면, 먼저 두 개의 카복실기(-COOH)를 가진 카복실산과 두 개의 하이드록시기(-OH)를 가진 알코올이 만납니다. 이때 카복실산의 카복실기와 알코올의 하이드록시기가 반응하면 에스테르 결합(-COO-)이 만들어지면서 물 분자 하나가 빠져나오게 됩니다.

​이 반응의 핵심은 사용된 단위체들이 양 끝에 작용기를 최소 두 개씩 가지고 있다는 점입니다. 한 번의 반응으로 에스테르 결합이 형성되어도 분자의 양 끝에는 여전히 반응이 가능한 카복실기와 하이드록시기가 남아 있습니다. 따라서 이 끝부분에 또 다른 알코올이나 카복실산 분자들이 줄지어 결합하며 사슬이 양방향으로 길게 자라나게 됩니다.

​이러한 연속적인 에스테르화 반응이 반복된 결과, 수많은 에스테르 결합이 사슬처럼 이어진 고분자인 폴리에스테르가 만들어집니다. 대표적인 예로 테레프탈산과 에틸렌글리콜이 결합하여 만들어지는 페트(PET)가 있습니다. 결국 폴리에스테르는 작은 분자를 배출하며 질서 있게 연결되는 축합 중합을 통해 완성되는 결과물입니다.

Answer 2

안녕하세요.

질문해주신 '축합 중합 반응'은 두 개 이상의 반응성 작용기를 가진 분자들이 반복적으로 결합하면서 고분자를 만들고, 그 과정에서 물이나 알코올 같은 작은 분자가 함께 빠져나오는 중합 반응이라고 정의할 수 있습니다. 이러한 축합 중합 방식은 나일론이나 폴리에스터 같은 고분자를 만드는 데 매우 중요하게 사용됩니다.

우선 폴리에스테르가 만들어질 때는 보통 두 개 이상의 카복실기를 가진 다작용기 카복실산과, 두 개 이상의 수산기를 가진 다작용기 알코올이 반응하는데요, 먼저 카복실산의 카복실기와 알코올의 수산기가 만나면 에스터 결합이 형성되는데, 이때 물 분자 한 개가 함께 생성됩니다. 즉 처음에는 작은 분자끼리 결합하지만, 반응이 계속 진행되면 분자 양쪽 끝에 아직 반응할 수 있는 작용기가 남아 있기 때문에 계속 다른 분자들과 연결되는 것입니다. 이 과정이 반복되면서 긴 사슬 형태의 고분자가 형성되고, 최종적으로 폴리에스테르가 만들어집니다. 대표적인 예로 폴리에틸렌 테레프탈레이트가 있으며, 이는 섬유나 페트병 재료로 널리 사용됩니다. 즉, 폴리에스테르는 다작용기를 가진 산과 다작용기를 가진 알코올이 서로 반복적으로 결합하는 과정에서 물을 방출하고, 에스터 결합을 계속 만들어 긴 고분자 사슬로 성장하는 과정에서 만들어지는 것이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.