플라스틱 재료의 책 6 Monomer의 화학구조와 합성수지의 성질

[YDfamily]

6. 합성수지의 기본적 성질을 결정하는 화학구조

합성수지의 기본적 성질을 결정하는 요인은, monomer(단량체)의 화학구조이다. 모노머의 구성 원소는, 수소, 탄소, 질소인데, 이것에 염소, 불소, 규소, 인, 황이 예외적으로 더해지고, 이것들의 원소의 조합에 따른 화학구조에 의해 수지의 기본적 성질이 결정된다.

① 에틸렌의 이웃들

합성수지의 가장 기본적인 모노머는 에틸렌인데, 에틸렌은 연결된 2개의 탄소에 4개의 수소가 붙어 있는 화학구조로, 에틸렌만의 중합으로 PE로 된다. 이 중 1개의 수소가 메틸기로 되는 프로필렌, 벤젠고리로 되면 스틸렌, 염소로 되면 염화 비닐로 된다. 에틸렌의 2개의 수소가 염소로 치환되면 염화 비닐리덴, 4개의 수소가 불소로 치환되면 4불화 에틸렌으로 된다. 이것만의 화학구조의 변화로 수지의 성질이 전혀 달라져 버린다.

② 주 사슬에 들어가는 다른 원소

에틸렌의 친구들은 탄소 만으로 주 사슬을 구성하여 있는데, 별도의 원소가 사슬의 구성 멤버로 되면, 다른 성질의 수지의 모노머로 된다. 예를 들어 원소만으로 주목해 보면, 탄소와 산소에 의한 주 사슬은 POM, 산소와 벤젠 고리와 탄소의 주 사슬은 PC, 질소와 탄소에서는 PA, 벤젠 고리와 황에서는 PPS 등이다.

③ 관능기의 영향

모노머의 수소를 다른 원소나 원자단으로 치환한 화학구조를 치환기라고 하는데, 이러한 치환기 및 탄소와 수소만의 치환기에 불포화 결합이 있는 것을 관능기라고 한다. 수산기, 카르보닐기, 아미노기, 페닐기, 니트릴기, 비닐기 등이 있고, 이들의 화학구조는 모노머의 성질의 중요한 결정요인으로 된다.

④ 주 사슬 형성에 관계하는 공유 결합 에너지

열분해나 자외선 열화 등의 주 사슬 절단에는 한 쌍의 전자가 원자 간에 공유되는 공유 결합이 관계한다.

요점 BOX
합성수지의 성질은, 화학 구조가 조금만 변하는 것 만으로도 차이가 나타난다.
화학구조란, 다양한 원소의 연결 방법

<에틸렌의 이웃>

에틸렌	프로필렌	염화 비닐	염화 비닐리덴	4불화 에틸렌

<주 사슬에 탄소 이외의 것이 들어가는 예(주 사슬만)>

폴리아세탈	탄소와 산소	- C – O – 의 반복
폴리아미드 6	질소와 탄소와 산소	- N–C – C – C – C – C - C – O – 의 반복
PBT	탄소와 벤젠 고리와 산소	- C -  - C – O – C – C – C – C – O – 의 반복
폴리카보네이트	벤젠 고리와 산소와 탄소	- O - - C -  - O – C – 의 반복
PPS	벤젠 고리와 황	-  - S – 의 반복

<관능기의 예>

PMMA의 메타크릴산의 메틸	CH3           | CH2 = C – COOCH3                   ↓ 여기에 카르보닐기 COOH가 있다. COOH의 H도 메틸기 CH3으로 치환되어 있다.
페놀수지에서는 모노머의 원료로 되는 페놀의 수산기 OH
염화 비닐의 비닐기	2중결합                     (불포화 결합의 하나)