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고분자공학

last modified: 2015-03-29 03:53:12 by Contributors

Contents

1. 개요
2. 발전
3. 현재
4. 연구 분야
5. 관련 항목

1. 개요

Polymer Engineering. 화학공학의 전공들중 하나다. 유기화학 물질의 고분자 재료를 전문적으로 다루는 학문. 쉽게 말해 플라스틱 제조 및 그 원료인 석유를 다루는 학문.

polymer라는 단어는 우리말로 폴리머, 고분자 혹은 중합체로, 단위체인 monomer가 수없이 많이 연결되어(이 연결 과정을 중합이라고 한다) 이루어진 분자를 말한다. 따라서 화학 물질 중 접두사에 poly-가 있는 단어가 있다면 그 물질은 높은 확률로 고분자 물질이다.

고분자는 수없이 많은 단위체가 연결되어 만들어지므로 일반적인 자연의 분자처럼 설명할 수 없다. 이는 유기화학의 주 원소인 탄소의 성질 때문이다. 탄소는 그 특성상 엄청나게 많은 화합물을 안정적으로 만들 수 있고, 고분자공학은 그 성질를 이용해 계속 새로운 화합물을 합성해내는 학문이다. 따라서 그 응용성이 엄청나게 넓으며, 자고 일어나면 새로운 고분자가 계속 탄생한다. 이러한 고분자 또한 유기 화합물이므로 합성법의 기본이 되는 유기화학은 필수적으로 알아야 한다.

2. 발전

인류산업 혁명을 겪고, 석유의 활용을 늘리자 자연스럽게 석유의 넓은 공업적 응용성을 다루는 화학공학이 생겨났는데, 석유재료를 파다 보니까 윗 문단에서 서술한 대로 이놈의 응용성이 끝이 없고 다른 재료들과 물리적 성질까지 크게 달라서 아예 학문이 분리되어 버렸다.

따라서 학문 자체는 오래되지 않았으며, 그 역사가 50~100년 정도인 신예 재료 중 하나이다. 즉 고분자는 특성상 일반적인 자연재료(대표적으로 나무), 유리, 세라믹(쉬운 예로 도자기), 금속을 잇는 최신의 소재인 셈. 특이한 점은 고분자의 합성 자체는 생각보다 일으키기 쉬운데, 아직 그 메커니즘이 정확하게 밝혀지지 않은 경우가 굉장히 많다. 만들어져서 쓰이긴 하는데 왜 그런지는 모르는 경우. 이는 고분자는 모노머들이 긴 사슬을 이루기 때문으로 중합 시 이 사슬 하나하나의 거동을 다 추적할 수가 없기 때문이다.

따라서 새로운 소재를 다루는 비교적 따끈따끈한 재료공학 분야이다 보니 이론적 원리가 확실하지 않아 이 분야가 생기는 초기에는 재료공학과 화학공학, 심지어 기계공학의 종사자들이 각자의 이론을 가지고 와서 고분자의 성질을 설명하려는 노력을 하셨고, 이제는 각 이론들을 통합해 설명할 수 있는 고분자공학만의 시도가 요구되기도 한다. 그래서 직접적인 이론적 배경이 되는 자연과학 분야가 없으므로 Polymer Science 라고도 한다.

3. 현재

고분자공학의 연구 대상은 새로운 폴리머의 개발과 그의 이론적 연구 등으로 요약할 수 있다.

고분자 연구를 살펴보려면 먼저 재료인 석유부터 다뤄야 한다. 모노머는 원유를 연료유로 정제하는 중 나오는 부산물에서 얻어지는데, 이 부산물 중에서도 화학공업에 쓰이는 물질들의 원료가 되는 나프타(Naphtha)에서 주로 얻어지며 전문용어로는 납싸라고 한다. 이 나프타에서 가장 기본적인 폴리머인 폴리에틸렌의 원료로 쓰이는 에틸렌이 얻어지며, 이렇게 가장 기본적인 모노머인 에틸렌을 얻고, 이것에서 다양한 조건 하에 여러 가지를 붙이고 떼고 하면서 다양하게 요구되는 목적에 맞는 새로운 폴리머를 합성함과 동시에 물리적 성질의 연구가 이루어지고 있고, 또한 더욱 순수하게 고분자들의 아직까지도 확실히 모르는 성질을 이론적으로 설명하는 연구도 이루어지고 있다.

또한 고분자 물질이 워낙 다방면으로 쓰이기 때문에 다른 학문과 연계해서 필요가 있을 때마다 자주 연구가 이루어진다. 이렇게 넓게 쓰이는 고분자 물질을 연구하는 것이 고분자공학이다.

4. 연구 분야

연구 분야는 크게 고분자화학, 고분자물성, 고분자재료, 생체고분자로 나뉘어진다. 고분자화학의 경우는 고분자 물질의 합성법 및 수득률과 중합도 조절 등 화학적인 컨트롤을 다룬다. 고분자물성은 고분자 물질의 물리적인 성질과 그 성질의 근원 메커니즘을 연구하며, 고분자재료는 이 지식들을 이용해 연구 목적에 맞는 새로운 재료를 개발하는 데 의의를 둔다. 또한 생체고분자는 생체 내에서 작동하는 합성 고분자의 합성을 목표로 한다.

각광을 받고 있는 디스플레이 재료 및 대체에너지 분야에도 고분자 재료의 연구가 필요하게 되어 연구 수요는 늘어나고 있다.


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