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무궁무진한 가능성! 고분자의 세계

2015년 11월 23일

김효준 효파 24 유기신소재파이버공학 "안녕하세요! 정많고 말많은 알려줄 것도 많은 대학생 에디터 2기 김효준입니다~저희 교수님이 항상 그러셨습니다. 가르치는 사람에게 어떻게든 무엇이든 알아가라고요. 저도 여러분에게 교수님처럼, 하지만 더 재미있게! 화학에 대한 모든 것을 알려드리겠습니다."

여러분은 화학을 좋아하시나요? 화학에 관심이 있으신 분들이기 때문에 LG화학의 케미토피아에 오셨겠죠? 오늘의 토픽은 고분자입니다! 우리가 많이 쓰는 스마트폰은 무엇으로 만들었을까요? 지금 우리가 입고 있는 옷은요? 바로 고분자입니다. 주변에 항상 있어서 생각해 보지 않았던 것들, 고분자는 옷부터 우주산업까지 우리 생활에서 없어서는 안 될 중요한 물질이랍니다. 지금 여러분 눈앞에 있는 물건의 90%는 고분자로 만들어졌다고 할 수 있는데요! 이쯤 되면 고분자가 무엇인지 궁금하실 거라 생각합니다. 오늘 신소재 전공자인 저 효파가 고분자의 세계로 이끌어 드리겠습니다!


고분자, 어떻게 생겼니?

고분자의 구조ⓒwikipedia

고분자의 구조ⓒwikipedia

어떻게 생겼는지도 모르는데 우리 눈앞에 많이 있다고 말씀드려서 당황하셨죠? 고분자가 어떻게 생겼는지를 한번 알아보겠습니다. 고분자의 크기는 이름과 달리 매우 작답니다. 보통 몇십 나노미터(nm), 즉 0.000001mm 내외의 크기를 가지고 있답니다! 정말 작지 않나요? 하지만 저 정도의 길이를 이루는 데에는 더욱 작은 분자 몇 백 개가 사진처럼 붙어서 만들어진답니다. 저렇게 길게 만들어진 고분자는 종류에 따라서 구부러져서 실 뭉치 등 다양한 형태를 만들 수 있습니다. 고분자의 모양이 자유롭기 때문에 고분자의 크기를 측정할 때에는 길이보다는 뭉치의 크기를 가지고 측정합니다.

고분자의 결합과 신기한 원리

고분자의 점탄성ⓒRory MacLeod, flickr.com

고분자의 점탄성ⓒRory MacLeod, flickr.com

이렇게 작은 고분자로 어떻게 우리 눈에 보이는 많은 물질을 만들 수 있는 걸까요? 이는 고분자끼리 뭉쳐서 우리 눈에 보일 수 있는 정도까지 커져서 그렇답니다! 이렇듯 고분자는 서로 뭉치는 성질이 있는데요,  이들이 뭉치는 원리는 자석의 인력과 척력처럼 밀고 당기는 힘이라 할 수 있죠. 자세하게는 수소결합과 반데르 발스 결합, 파이결합, 공유결합 등이 있답니다. 더 들어가면 너무 어려울 것 같으니 여기까지! 이러한 결합이 여러 개 존재하기 때문에 고분자가 뭉칠 수 있고, 플라스틱이나, 섬유, DNA 등 물질마다 다른 특징을 보여 줄 수 있답니다.

고분자의 이러한 상호작용 때문에 나타나는 신기한 현상, 무엇이 있을까요? 바로 점탄성이 있는데요. 꿀이 흐르듯이 흐르는 점성과 스프링이 튕기는 것과 같은 탄성이 혼합된 성질입니다. 점탄성이 뭔지 느껴보고 싶으시다면 녹말 전분과 물을 2:1로 섞은 뒤에 강하게 때려주면 손이 팅 하고 튕겨 나온답니다! 천천히 만지면 다시 액체와 같이 흐르지만, 또다시 액체를 힘껏 움켜쥐면 손에 무엇을 잡고 있는 것처럼 딱딱해진답니다! 직접 체험하기는 좀 그렇지만 영상으로 보고 싶으신 분들은 여기에서 감상해보세요(11분 20초 부터 보시면 돼요)! 보는 것만으로도 매우 신기한 고분자의 점탄성 성질이랍니다!

고분자, 내 주변 10cm 안에 있다!!

(상단 좌측)DNAⓒwikipedia, (상단 우측)지퍼백ⓒJinho Jung, flickr.com, (하단 좌측)플라스틱병ⓒwikipedia, (하단 우측)우주선ⓒwikipedia

(상단 좌측)DNAⓒwikipedia, (상단 우측)지퍼백ⓒJinho Jung, flickr.com, (하단 좌측)플라스틱병ⓒwikipedia, (하단 우측)우주선ⓒwikipedia

지금까지 고분자에 대해서 알아보았어요. 그렇다면 위의 네 사진 중에 고분자를 사용한 것은 어떤 것일까요? 정답은 4개 다 입니다! 이처럼 고분자는 다양한 곳에 사용되는데요. 비닐봉지와 페트병뿐만 아니라, 우리가 상상하지 못했던 많은 곳에 사용하고 있죠. 우리 몸을 이루고 있는 단백질, 뉴런 등을 이루는 뼈대도 고분자이고, 나무, 실의 섬유 등도 고분자를 구조로 만들어진 것입니다. 생물뿐만 아니라, LG화학의 기초소재와 이를 활용한 플라스틱, 배터리도 모두 고분자로 이루어진 물질이죠! 기술이 발전하면서 고분자는 금속 등의 물질을 대체하고 있습니다. 요약하면 우리는 고분자로 이루어져 고분자를 입고, 고분자를 사용하고 있는 것입니다.

지금까지 고분자에 대해서 알아보았습니다. 고분자와 조금은 가까워진 것 같나요? 화학을 잘 모르셨던 분들도 오늘 제 글을 통해 고분자에 대한 기본적인 개념은 다들 알게 되셨을 거라 생각합니다! 고분자는 알면 알수록 신기하고 재미있는 분야랍니다. 앞으로 고분자가 어떤 분야에서 활용이 될지, 그 무궁무진한 활약이 더욱 기대됩니다!

고분자의 신기한 성질, 또 뭐가 있을까?

PDLC의 성질ⓒwikimedia

PDLC의 성질ⓒwikimedia

앞서 고분자의 점탄성으로 인한 신기한 성질을 알아보았는데요. 그렇다면 조금 더 흥미로운 다른 성질을 알아볼까요?? 이번에 소개할 신기한 고분자의 성질은 PDLC라는 고분자 분산형 액정입니다. PDLC는 고분자와 액정의 굴절률을 이용한 성질입니다. 전기를 흘러주면 밖이 보이고 전기가 없으면 불투명해지는 유리입니다! 앞으로 집이나 사무실에 블라인드를 할 필요도 없지 않을까요? 

※ 특성화 이미지 출처: wikipedia.org

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