초록 ▼

고분자의 물성을 근본적으로 이해하기 위해서는 분자수준의 변수를 고려해 주어야만 한다. 고분자의 미세구조의 변화는 입체상태의 변화를 수반하며, 이것은 다시 분자의 모폴로지를 결정하는데 직접적인 역할을 한다. 그리고 거시적인 고분자의물리적, 열적, 전기적, 화학적 성질 등이 이들 미세구조, 입체상태, 그리고 모폴로지에 의존하고 있다. 이러한 구조-물성 관계는 분자간 상호작용의 관점에서 통합적으로 고려해 볼수 있다. 본 연구에서는 택티서티를 구조 변수로 가지면서 수소 결합을 할 수 있는 관능기를 갖고 있는 폴리히드록시

고분자의 물성을 근본적으로 이해하기 위해서는 분자수준의 변수를 고려해 주어야만 한다. 고분자의 미세구조의 변화는 입체상태의 변화를 수반하며, 이것은 다시 분자의 모폴로지를 결정하는데 직접적인 역할을 한다. 그리고 거시적인 고분자의물리적, 열적, 전기적, 화학적 성질 등이 이들 미세구조, 입체상태, 그리고 모폴로지에 의존하고 있다. 이러한 구조-물성 관계는 분자간 상호작용의 관점에서 통합적으로 고려해 볼수 있다. 본 연구에서는 택티서티를 구조 변수로 가지면서 수소 결합을 할 수 있는 관능기를 갖고 있는 폴리히드록시에틸메타크릴레이트(PHEMA)를 중심으로 하여 고분자의 구조및 분자 상호작용이 고분자의 물성에 미치는 영향을 보다 상세하게 규명하고자 하였다.우선 다양한 정도의 입체규칙성을 갖는 PHEMA들을 제조하였다. 신디오택틱PHEMA는 저온에서 광중합에 의해 제조되었고, 아이소택틱 PHEMA는 이온 중합법으로 전구체인 poly(hydroxyethyl methacrylate)를 제조한 후 가수분해시켜 제조되었다. 그리고신디오택틱에서 어택틱에 이르는 PHEMA들은 중합온도를 저온에서부터 70 ℃ 전후까지 점진적으로 올려가며 제조할 수 있었다. 열분석, 분자량 측정 등의 기본적인 확인 실험을 행한 후 미세구조의 특성화를 위해서 다양한 핵자기공명분광(NMR) 실험을 행하였다. 일차원 1H과 13C NMR 기법, 그리고 2D 1H-1H COSY와 1H-13C HETCOR을 사용하여 NMR스펙트럼들의 피크 지정을 행하였다. 13C NMR 스펙트럼의 카보닐 탄소 영역으로부터 각각의 PHEMA 시료에서 펜타애드(pentad) 수준까지의 입체구조를 밝혀낼 수 있었다. 이결과를 이용하여 PHEMA 고분자 사슬의 성장단계의 통계적 모델을 검증한 결과 PHEMA사슬의 성장, 환언하면 입체구조는 랜덤 통계, 즉 Bernoullian 통계보다는 일차 Markov 통계를 따르는 것으로 밝혀졌다. 그리고 PHEMA 고분자의 입체상태를 알아보기 위해 직접적인 방법인 2D NOESY NMR 기법을 사용하였다. NOESY 혼합시간(mixing time)을 변화시켜가며 피크 강도들의 변화를 추적하여 각각의 택틱 고분자에서의 원자간 거리에 대한정보를 얻을 수 있었다. 그리고 변온 적외선분광법(FT-IR)을 사용하여 벌크 상태에서의입체화학적 활성화에너지를 구하여 고분자 분자간 상호작용을 규명하였다. 또한 이상의화학적 및 분광학적 정보들에 대하여 분자 모델링의 관점에서 해석을 시도하였다. 반경험적 양자역학 방법과 역장을 주의 깊게 조정한 분자역학 방법들을 사용하여 단량체, 이량체,오량체, 및 십량체의 분자들에 대하여 에너지 최소화과정과 분자 동력학 방법을 사용하여택틱 PHEMA가 취할 수 있는 타당한 입체상태들에 관한 결론을 얻을 수 있었다. 그리고반경험적 양자역학 방법에 입각한 직교좌표계에서의 정규좌표해석을 행하여 적외선진동 스펙트럼을 계산하여 실험 데이터와 비교 검토하였다. 이러한 전반적인 과정을 통하여 수소결합 능력과 입체규칙성이 고분자의 입체상태를 지배하는 방식과 그 근본 원리를 규명할 수있었다. 이를 통하여 분자 상호작용이 물성의 발현에 무엇보다 중요하게 작용하는 단일중합체나 블렌드 시스템, 그리고 충진재/매트릭스 시스템 등의 이해에 일조하였다고 판단된다.

Abstract ▼

Molecular interactions play an important role in the study ofpolymeric systems. They are highly correlated with the properties of polymer systemssuch as filler/matrix systems, blend systems, and adhesion. One of the most importantmolecular interactions is the hydrogen bonding. Therefore,

Molecular interactions play an important role in the study ofpolymeric systems. They are highly correlated with the properties of polymer systemssuch as filler/matrix systems, blend systems, and adhesion. One of the most importantmolecular interactions is the hydrogen bonding. Therefore, for hydrogen-bondingsystems, it is crucial to understand the effect of hydrogen bonding on the properties ofpolymers. In this study, poly(2-hydroxyethyl methacrylate)(PHEMA) was taken as amodel compound with the degree of stereospecificity as a structural variable. AfterPHEMA samples with differing tacticities were prepared by using UV polymerization,anionic polymerization, and radical polymerization techniques, their microstructures wereinvestigated mainly by using various NMR techniques such as 1D 1H and 13C NMRmethods and 2D 1H-1H COSY techniques. Also 2D NOESY spectra were measured asa function of the mixing time so that they provide direct evidences on theconformational states of tactic PHEMA polymers. All the NMR peaks were assigned.Using the concentrations of the pentads obtained from the carbonyl carbon region of13C NMR spectra, statistical models for the polymerization mechanism were tested. Itwas found that the PHEMA chains are more readily described by using the first-orderMarkovian statistics rather than the Bernoullian statistics. From the NOESY data,NOE intensities for the crosspeaks were determined and their buildup rates werecritacally tested the validity and then were used to extract informations for theinter-atomic distances in the tactic PHEMA polymers. Among others, the states ofside chains were shown to be very different between isotactic and syndiotactic PHEMAsamples. Also vibrational spectroscopic techniques were used to elucidate the role ofhydrogen bonding in determining the conformational state of a molecule. In detail, theconformational states were be investigated as a function of temperature and thecorresponding conformational energies were obtained and discussed. Then variousmodeling techniques were applied to further explore the detailed states of the tacticPHEMA samples. As a result of the study, we believe that the understanding on thePHEMA itself be fundamentally increased and furthermore the methodology becomeapplicable to the studies of many polymer systems with the stereospecific microstructureas a structural variable.

목차 Contents

• I. 서론...7
• II. 연구 방법 및 이론...13
• III. 결과...23
• IV. 고찰...48
• V. 결론...50
• VI. 참고문헌...51
• ${\divideontimes}$연구수행관련 논문발표목록서...53
• ${\divideontimes}$자체평가서...55