공중합(共重合, Copolymerization)
두 가지 이상의 다른 단위체(monomer)를 동시에 합성하여 하나의 고분자(polymer)를 형성하는 화학 반응을 말합니다.
일반적으로 공중합은 두 가지 이상의 단위체가 결합하여 새로운 특성을 지닌 고분자를 만들 때 사용됩니다.
공중합은 단일 단위체만을 사용하는 중합과 구별되며, 이로 인해 물리적, 화학적 성질을 조절할 수 있습니다.
공중합의 종류에는 여러 가지가 있으며, 각각 고유한 특성을 가지기 때문에 다양한 산업 분야에서 활용됩니다.
1. 공중합(共重合, Copolymerization)
1) 무작위 공중합 (Random Copolymerization): 두 단위체가 무작위로 결합하여 고분자를 형성하는 방식입니다.
각 단위체가 고르게 분포하는 것이 아니라, 서로 섞여 있는 형태입니다.
2) 블록 공중합 (Block Copolymerization): 두 종류의 단위체가 서로 구분된 블록(block) 형태로 결합하는 방식입니다.
즉, 하나의 블록은 하나의 단위체로, 다른 블록은 다른 단위체로 구성됩니다.
3) 교차 공중합 (Graft Copolymerization): 한 종류의 단위체가 다른 종류의 단위체 사슬에 '가지(branch)'처럼 결합되는 방식입니다.
즉, 한 고분자 사슬에 다른 고분자 사슬이 부가되는 형태입니다.
4) 교차형 공중합 (Alternating Copolymerization): 두 종류의 단위체가 번갈아 가며 규칙적으로 결합하는 방식입니다.
즉, 단위체 A와 단위체 B가 번갈아 배열됩니다.
2. 공중합(共重合, Copolymerization) 예
1) 스티렌-부타디엔 고무 (SBR, Styrene-Butadiene Rubber)
구성: 스티렌(Styrene)과 부타디엔(Butadiene)의 공중합
용도: 자동차 타이어, 신발 고무, 내구성이 중요한 고무 제품에 사용됩니다.
특징: 스티렌의 특징인 강도와 부타디엔의 탄성 덕분에 내구성이 높고, 내마모성 및 내충격성이 뛰어난 고무를 만들어냅니다.
2) 나일론 6,6 (Nylon 6,6)
구성: 헥사메틸렌디아민(Hexamethylenediamine)과 아디픽산(Adipic acid)의 공중합
용도: 섬유, 의류, 자동차 부품, 기계 부품 등에 사용됩니다.
특징: 강하고 내열성이 뛰어나며, 내구성이 우수하고, 특히 섬유 제품에서 널리 사용됩니다.
3) 스티렌-아크릴로니트릴 (SAN, Styrene-Acrylonitrile)
구성: 스티렌(Styrene)과 아크릴로니트릴(Acrylonitrile)의 공중합
용도: 가전제품 외관, 자동차 부품, 식품 용기 등
특징: 투명도가 높고, 내화학성이 좋으며, 내구성이 뛰어난 소재로 가전 및 전자 제품 외장에 사용됩니다.
4) 폴리우레탄 (Polyurethane)
구성: 이소시아네이트(isocyanate)와 폴리올(polyol)의 공중합
용도: 폼, 코팅, 접착제, 고무 등 다양한 용도로 사용됩니다.
특징: 탄력성과 내구성이 뛰어나며, 경도나 유연성을 조절할 수 있어 폭넓은 산업 분야에서 활용됩니다. 특히, 자동차, 가구, 건축 자재 등에 사용됩니다.
5) 폴리에틸렌-테레프탈레이트 (PET, Polyethylene Terephthalate)
구성: 에틸렌글리콜(Ethylene glycol)과 테레프탈산(Terephthalic acid)의 공중합
용도: 플라스틱 병, 섬유, 식품 포장 등
특징: 내구성이 뛰어나고, 투명하며, 내화학성 및 내열성이 좋아 일상적인 플라스틱 제품에 광범위하게 사용됩니다.
6) 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌) (SBS, Styrene-Butadiene-Styrene)
구성: 스티렌(Styrene)과 부타디엔(Butadiene)을 블록 공중합하여 얻는 고분자
용도: 타이어 제조, 접착제, 고무 제품
특징: 부드럽고 유연한 성질을 갖고 있어 고무의 탄성 및 내마모성을 향상시키는 데 사용됩니다. 특히, 타이어 및 고무 재료에서 중요한 역할을 합니다.
7) 폴리프로필렌-폴리스티렌 공중합 (PP-PS, Polypropylene-Polystyrene Copolymer)
구성: 폴리프로필렌(Polypropylene)과 폴리스티렌(Polystyrene)의 공중합
용도: 음식 포장재, 자동차 부품, 가전제품
특징: 두 고분자의 특성을 결합하여 내열성, 내화학성, 강도와 유연성의 균형을 맞춘 제품을 제공합니다.
8) 폴리카보네이트-폴리테트라플루오로에틸렌 (PC-PTFE)
구성: 폴리카보네이트(Polycarbonate)와 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE, Teflon)의 공중합
용도: 전자기기 부품, 의료기기, 고급 엔지니어링 플라스틱
특징: 뛰어난 내열성, 내화학성, 내마모성 등의 특성을 갖추어 고급 산업 제품에 사용됩니다.
9) 폴리(에틸렌-비닐아세테이트) (EVA, Ethylene-Vinyl Acetate)
구성: 에틸렌(Ethylene)과 비닐아세테이트(Vinyl acetate)의 공중합
용도: 신발, 스포츠 용품, 포장재, 의료용 기기
특징: 뛰어난 유연성과 투명성을 제공하며, 충격 흡수력이 좋아 신발 밑창이나 충격 흡수 재료로 사용됩니다.
10) 폴리(메타크릴산메틸)-폴리(스티렌) (PMMA-PS)
구성: 폴리(메타크릴산메틸)(PMMA, Poly(methyl methacrylate))와 폴리스티렌(PS, Polystyrene)의 공중합
용도: 아크릴 유리, 장식용 패널, 광고판 등
특징: 아크릴 유리는 투명도가 높고, 내구성이 뛰어나며, 표면이 깨끗하고 매끄럽습니다. 광고나 건축에서 많이 사용됩니다.
3. 공중합의 장점:
- 다양한 성질의 고분자를 만들 수 있어 응용 범위가 넓습니다.
- 물리적, 화학적 특성을 조절할 수 있어, 원하는 성질의 소재를 설계할 수 있습니다.
- 특정 기능을 부여한 고분자, 예를 들어, 내구성, 내열성, 유연성 등을 개선할 수 있습니다.
