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고분자의 결정화 메커니즘

전문가 제언: ○ 고분자의 자기조직화 메커니즘은 현재로선 아직 인공제어 및 응용이 불가능한 단계이다. 이유는 매우 단순한 일차원 사슬에서 출발한 위상학적 성질이 저분자 계열에서는 존재하기 힘든 매우 복잡한 운동을 보이며 또한 거대분자라는 점이 심한 비평형성을 가져오기 때문이다. 본고에서는 자기조직화의 대표적 예인 결정화 메커니즘을 규명하기 위해 핵생성을 직접 관찰하고 위상학적 성질의 역할을 설명하였다.

○ 결정핵 생성에는 나노 크기의 ‘나노 핵’이 발생해 생성･소멸하면서 거시적 결정으로 성장해 가는 과정이라 할 수 있다. 이 과정은 나노 핵의 수밀도(數密度)가 너무 작으므로 X-ray 소각산란(小角散亂)에 잡히지 않아 고분자물질의 결정핵 생성 메커니즘을 X-ray 산란법으로는 볼 수 없었으나 핵제를 첨가하여 핵의 수밀도(數密度)를 1만 배가량 증대시켜 X-ray 소각산란법을 이용하여 나노 핵생성과정을 직접 관찰할 수 있어 모식화 할 수 있게 된 것이다.

○ 핵제 첨가시료와 시료를 첨가하지 않은 폴리에틸렌(PE) 과의 비교실험 결과는 ‘소각산란 강도의 급격한 증가’라는 차이를 보였고 이는 ‘나노 핵생성과 수밀도의 증대에 의한 것’이라는 결론을 얻게 되었다. 또한 고분자의 용액구조는 유동장에 의해 큰 영향을 받는다. 용액구조는 결정화 거동을 지배하므로 결과적으로 고분자재료의 특성을 지배한다고 할 수 있는 만큼 유동장은 고분자재료의 물성에 큰 영향을 주는 것이다. 실험을 통하여 정량적인 회전운동에 의한 유동장 결정화 메커니즘을 규명하였다.

○ 결정화작용의 검출이 불가능했던 나노 크기의 결정핵 생성 반응을 나노 핵의 수밀도 증대를 이용해 가시적으로 관찰할 수 있게 한 본 연구는 결정화 메커니즘의 초기단계 즉, 핵생성 단계의 메커니즘을 규명하는데 많은 도움을 줄 것이라 판단된다. 결정화 공정이 아직 인공적 제어 및 응용이 불가능한 상태이지만 직접 관찰할 수 있다는 점에서 큰 의의를 가진다 할 것이다.

저자: Kiyoka OKADA, Kaori WATANABE, Masamichi HIKOSAKA
자료유형: 학술정보