공중합
공중합은 두 가지 이상의 다른 단량체를 단일 사슬로 연결하는 과정이며, 각 성장 사슬 말단에 대한 단량체들의 상대적 반응성은 생성물의 배열이 무작위(random), 교대(alternating), 기울기(gradient) 또는 블록(blocky) 형태가 될지 결정합니다.
Definition
공중합은 화학적으로 다른 두 가지 이상의 단량체를 동시에 또는 순차적으로 중합하여 두 가지 이상의 반복 단위를 포함하는 단일 고분자(macromolecule)인 공중합체를 형성하는 과정입니다.
Scope
이 주제는 공중합체의 합성 및 서열 제어에 대해 다룹니다: 공중합체 조성(Mayo-Lewis) 방정식, 단량체 반응성 비율 및 그 측정, 통계적(statistical), 교대(alternating), 기울기(gradient), 블록(block), 또는 그래프트(graft) 공중합체로서의 분류, 전환율에 따른 조성 변화(composition drift), 그리고 제어된(controlled) 및 리빙(living) 방법을 사용하여 잘 정의된 블록 및 그래프트 구조를 구축하는 방법.
Core questions
- 반응성 비율은 공중합체의 순간적인 조성을 어떻게 결정하는가?
- 어떤 조건에서 교대, 무작위, 기울기 또는 블록 형태의 서열이 생성되는가?
- 전환이 진행됨에 따라 공중합체 조성이 왜 변화하며, 어떻게 제어되는가?
- 잘 정의된 블록 및 그래프트 공중합체는 어떻게 합성되는가?
Key theories
- Mayo-Lewis 공중합체 조성 방정식
- 각 사슬 말단이 자신의 단량체와 공단량체를 추가하는 속도를 비교하는 두 가지 반응성 비율은 공급물의 함수로서 순간적인 공중합체 조성을 결정합니다; 이들의 값은 공비 조성(azeotropic compositions), 교대 경향(alternating tendency), 그리고 전환율에 따른 조성 변화(drift of composition)를 예측합니다.
- 반응성 비율을 통한 서열 제어
- 반응성 비율 곱이 0에 가까우면 교대 공중합체를, 1에 가까우면 무작위 공중합체를, 그리고 1보다 훨씬 크면 단독 중합 또는 블록을 형성하는 경향을 나타내므로, 동일한 단량체 쌍으로도 매우 다른 미세 구조와 특성을 얻을 수 있습니다.
Mechanisms
각 전파 단계에서 성장하는 사슬 말단은 반응성 비율에 따라 사용 가능한 단량체를 선택하는데, 이는 결과로 생성되는 라디칼 또는 이온의 안정성 및 입체적, 극성 효과에 의해 결정되는 동역학적 선호도입니다. 반응이 진행됨에 따라 반응성이 더 높은 단량체가 더 빠르게 소모되므로, 단량체가 보충되지 않는 한 공급 조성 및 이에 따른 사슬 조성은 변화합니다. 블록 공중합체는 대신 리빙(living) 또는 제어된(controlled) 방법을 통해 첫 번째 단량체가 모두 소모된 후에 두 번째 단량체를 추가하여 만들어집니다; 그래프트 공중합체는 주쇄(backbone)의 반응성 부위에서 가지를 중합하여 만들어집니다.
Clinical relevance
공중합은 고분자 특성을 지속적으로 조절하는 주요 방법입니다: 스티렌-아크릴로니트릴 및 ABS는 강성과 강도를 결합하고, 에틸렌-비닐 아세테이트는 유연성과 접착력을 조절하며, 스티렌-부타디엔-스티렌과 같은 블록 공중합체는 열가소성 엘라스토머 및 나노구조 재료, 막, 약물 운반체를 위한 자가 조립 템플릿으로 작용합니다.
History
공중합의 정량적 이론은 1940년대에 Mayo와 Lewis가 공중합체 조성 방정식을 도출하고 Alfrey와 Price가 반응성 비율을 합리화하기 위해 Q-e 체계를 도입하면서 발전했습니다. 이는 화학자들이 공중합체 조성에 대한 예측적 제어력을 갖게 하여 전후 합성 공중합체의 성장을 뒷받침했습니다.
Key figures
- Frank Mayo
- Frederick Lewis
- Turner Alfrey
- Cheves Walling
Related topics
Seminal works
- odian2004
- young2011
Frequently asked questions
- 반응성 비율이란 무엇인가요?
- 이는 각 성장 사슬 말단이 자신의 단량체를 추가하는 속도와 다른 단량체를 추가하는 속도의 비율입니다. 이들은 함께 공중합체의 조성과 서열을 예측합니다: 값이 0에 가까우면 교대 공중합체를, 1에 가까우면 무작위 공중합체를, 그리고 큰 값은 블록 구조를 선호합니다.
- 회분식 반응(batch reaction) 중에 공중합체 조성이 왜 변하나요?
- 반응성이 더 높은 단량체가 더 빠르게 통합되고 더 빨리 고갈되므로, 초기에 형성된 사슬은 이 단량체가 더 풍부하고 나중에 형성된 사슬은 더 느린 단량체가 더 풍부합니다. 이러한 조성 변화는 단량체를 지속적으로 공급하거나 리빙(living) 방법을 사용하여 제어됩니다.