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고분자 결정의 고차구조 형성기구

전문가 제언: ○ 폴리에틸렌(PE)으로 대표되는 반결정성 고분자와 폴리불화비닐리덴으로 대표되는 결정성 고분자는 플라스틱 공업의 기본 재료로, 이들을 이용한 상품의 성공은 결정에 대한 깊은 이해에서 비롯된 바가 크다.

○ 고분자 용융 결정의 기초인 구정(spherulite)은 편광현미경 사진에서 동심원상의 고리(또는 띠) 모양으로 반경방향에서 일정한 간격으로 반복해 나타나는 소광 무늬를 갖는 아름다운 결정의 고차구조이다. 이의 생성 기구는 구정이 발견된 이래 장기간에 걸쳐 화제와 논의가 되었다.

○ 구정이 반경방향으로 일정 주기에서 동심원상의 소광(消光) 무늬로 나타날 수 있는 것은 결정성 고분자가 굴절율과 편광성에서 비등방성을 갖고, 라멜라(lamellar)가 일정 주기의 비틀림을 가져 편광축과 같은 방향일 때가 주기적으로 있기 때문이다.

○ 라멜라 비틀림 기구로는, 결정 성장 시의 주기적 재료 공급 차이에 의해 발생 한다는 이론과 현재 대세를 이룬 라멜라의 구조적 특징에 따른 것이란 이론의 두 가지가 있다. 후자는 성장면에 경사진(tilted) 고분자 사슬에서 라멜라 상하면 상 무정형 접힘 고분자의 불균형 붐빔(congestion)에 따른 표면응력의 불균형 때문에 비틀림이 생긴다는 KP모델 이론이 있다. 또 PE의 의자형 결정 등에서 계속 발생하는 키랄성 미세 스크류 전위의 축적에 의해 비틀림이 발생한다는 설도 유력하다.

○ 고분자 결정 이론에는 Avrami 이후 Keith와 Padden이 큰 공헌을 하였고, 본문에서 Akihiko Toda 교수는 고분자 고리 구정 형성기구의 최근의 연구 현황을 KP모델과 의자형 결정에 역점을 두어 소개하였다.

○ 고분자의 결정 이론에는 비틀림 방향 결정에 미치는 스크류 전위와 표면응력의 역할 차이, 의자형 결정에서 스크류 전위의 위치 등에 관해 학자들 사이에 논의가 활발하고, 본문에서는 추정적인 표현이 많은 것이 특징이다. 이러한 기초 연구가 한국에서도 활발하여 전자 시대의 핵심이 되는 첨단 고분자 기술에서 세계를 지원해 주기를 기대해 본다.

저자: Akihiko Toda
자료유형: 학술정보