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고분자화학
국준원 교수
연세대학교 화공생명공학 박사졸업
연세대학교 화공생명공학 박사졸업
현) 유니와이즈 전임교수
전공 및 연구분야) 식품 또는 천연물 소재를 활용하여
core-shell 구조의 고분자(또는 lipid) 나노입자 합성 및 특성
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총 8개 챕터, 43강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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| 오리엔테이션 | ||
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[1강] OT
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고분자화학 오리엔테이션: 개념, 분류, 응용 및 수업 개요
• 고분자 개념·분류: 단량체가 반복 결합한 고분자의 정의, 합성·천연 및 열가소성·열경화성 분류와 분자량·선형·가지·가교·결정성 구조 특성 정리 • 중합·해중합 및 물성: 첨가·축합·자유라디칼·이온·촉매 중합과 해중합 평형·속도론, 분자량 분포와 결정성, 탄성·점탄성·유리전이(Tg) 등 구조–물성 관계 요약 • 응용·진로와 강의 구성: 비닐계·비비닐계 고분자, 중합 열역학·속도론, 구조–물성–응용을 다루는 5부 커리큘럼과 플라스틱·섬유·의료·환경·전자재료·약물전달 등 산업·연구 진로 방향 제시 |
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| 1부. 고분자 구조 및 물성 | ||
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[2강] 기본원리, 명명법
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고분자 기본원리와 중합공정, 명명법 및 대표적 산업용 고분자
• 고분자 및 중합반응 개념: 고분자 정의·분자량 범위·유리전이온도(Tg)와 단계반응중합·사슬중합·부가중합·축합중합의 메커니즘 및 활성종(라디칼·음이온·양이온) 구조 정리 • 고분자 명명법 체계: IUPAC 반복단위 기반 명명법과 poly(…) 표기, 방향·우선도 규칙 및 PET·Nylon 6·Nylon 6,6 등 관용명과의 대응 관계 정리 • 대표 산업용 고분자 구조·성질·용도: PE·PP·PVC·PS·PET·폴리아미드(나일론)의 단량체와 반복구조, 가지 형태·결정성에 따른 물성 차이와 플라스틱·섬유·전선 피복·배관·발포체 등 주요 응용 분야 정리 |
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[3강] 분자량 및 고분자용액
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고분자 분자량, 측정법과 용해 특성 핵심 정리
• 고분자 분자량 분포·평균 분자량·다분산도: 수평균·중량평균·점도평균 분자량 정의와 계산식, PDI(=Mw/Mn)를 통한 분자량 분포 폭 및 단분산·다분산 특성 정량화 • 분자량 측정법과 용해 특성: 삼투압법·광산란(SLS/DLS)·점도법·GPC 원리와 측정 대상(Mn, Mw, 크기, 분포) 정리, Hansen 용해도 파라미터(δd, δp, δh), Ra·R0·RED로 고분자–용매 용해성 판단 • 온도·용매 품질·계산 적용: 온도와 점도·사슬 형상·good/poor solvent 관계, 말단기 적정과 혼합 시료 예제로 Mn·Mw·PDI 계산 및 방법 적용 한계 조건 정리 |
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[4강] 화학 구조와 모폴로지(형태학)
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고분자의 화학구조와 모폴로지, 결정성과 물성 관계 정리
• 고분자 구조·공중합체: 선형·분지·망상 사슬구조와 Random/Alternating/Block/Graft 공중합체 구조에 따른 밀도·용해도·유연성·탄성·열가소성/열경화성 차이 정리 • 결정성 구조와 초구조: 결정성·비결정성·반결정성 고분자, 결정화도, 결정/비결정영역 비율, 라멜라와 스페로라이트 초구조가 기계적·광학적·열적 성질에 미치는 영향 정리 • 열적 전이와 Tg·Tm: 결정성과 연관된 융점(Tm)·유리전이온도(Tg)의 정의, 결정/비결정 고분자의 열적 거동, 미세결정성에 의한 구속효과·자유부피 감소·사슬 배향을 통한 Tg 상승 메커니즘 정리 |
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[5강] 화학 구조와 물성(1)
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고분자 화학구조와 가공, 기계·열적 물성 및 가연성 정리
• 고분자 가공 및 가공성 구조 인자: 사출성형·압출성형·블로우몰딩 공정 원리와 용도, 가공성에 영향을 주는 분자량·점도·결정성(결정성/무정형)의 역할과 온도·냉각 조건 의존성 정리 • 기계적·열적 물성 지표: 인장강도·항복강도·파단강도·신율·탄성계수 정의와 응력–변형률 곡선 해석, Td·Tg·Tm 개념과 화학구조·분자간 힘·가교밀도에 따른 열적 안정성, TGA·DSC·TMA를 통한 분해·전이·치수 변화 평가 • 가연성·난연성 및 평가: 고분자 열분해와 연소 메커니즘, 화학구조·첨가제·난연제(기체상/고체상 작용) 기반 난연성 향상 원리, LOI와 UL‑94 수직연소시험을 활용한 난연 성능 평가 기준 정리 |
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[6강] 화학 구조와 물성(2)
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고분자의 내화학성, 분해성, 전도성, 첨가제 정리
• 고분자의 내화학성·분해성: 분자구조(극성, 결합에너지, 결정성, 가교도)와 환경조건에 따른 내산성·내알칼리성·내용제성 및 광분해·열분해·생분해 메커니즘 비교, PLA·PCL 등 생분해성 고분자의 구조·특성·용도 정리 • 전도성 고분자: 공액계 구조와 비편재화 π전자, 도핑에 의한 전도도 향상 원리, Polyacetylene·PANI·PPy·PEDOT:PSS 등의 구조적 특징과 전자·바이오·플렉서블 소자 응용 정리 • 고분자 첨가제: 안정제(열안정제·산화방지제·UV 안정제), 충전제(강도·치수안정·원가절감), 착색제(안료·염료)의 종류와 기능 및 PVC 등 고분자 물성·가공성·내구성 조절 역할 정리 |
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[7강] 고분자의 평가 및 분석(1)
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고분자의 평가 및 분석(1): 화학·분광·형광 분석 핵심 정리
• 고분자 특성평가 개념: 분자량·입체규칙성·화학조성·열·기계·광학 특성을 다각도로 측정해 성능·가공성·응용가능성을 진단하는 구조 중심 평가 • 화학·분광 분석법 개념: 원소분석·적정·크로마토그래피로 조성과 분자량·분포를 정량하고, IR·Raman·NMR·UV-Vis로 작용기·미세구조·전자상태를 규명하는 상호보완적 분석 체계 • 형광분석법 개념: 형광·프로브·퀀칭·편광·FRET 기법으로 고분자 사슬 거리·운동성·상분리·환경변화를 고감도·실시간으로 추적하는 나노스케일 구조·동역학 분석 방법 |
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[8강] 고분자의 평가 및 분석(2)
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고분자 평가 및 분석(2): 산란법·표면·열분석 정리
• X선·전자 산란 분석: XRD·SAXS·WAXS·TEM·SEM·FE-SEM을 이용해 고분자의 결정 구조, 나노·미세 구조, 배향성, 형태 및 나노복합 구조를 고해상도로 규명하는 기법 체계 • 고분자 표면·계면 분석: XPS·TOF-SIMS·AFM·접촉각·SFG로 표면 조성·화학결합·분자배향·거칠기·표면에너지·계면 구조와 오염·코팅층 특성을 정량·정성 평가하는 방법 • 광음향·열분석 기법: PAS와 TGA·DSC·TMA·DMA로 빛 흡수·열 발생·음파 신호, 질량·열량·치수·점탄성 변화를 측정해 고분자의 열적 안정성, 전이온도, 결정화도, 가교·경화·노화 거동을 해석하는 열·역학 특성 평가 방법 |
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| 2부. 비닐계 고분자 | ||
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[9강] 자유라디칼 비닐중합(1)
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비닐계 고분자: 자유라디칼 비닐중합(1) 개요와 개시제, 속도·분자량 제어 정리
• 자유라디칼 비닐중합 메커니즘: 비닐기 단량체를 라디칼 활성점으로 개시–전파–종결 연쇄반응으로 중합하여 고분자 사슬 형성, 재결합·불균등화 방식으로 종결되는 공정 구조 정리 • 라디칼 중합 특성 및 제어 인자: 다양한 비닐 단량체 적용·공정 단순·발열·넓은 분자량 분포·산소 억제·겔 효과 특징과 개시제 농도·단량체 농도·온도·사슬이동제에 따른 중합속도·분자량 제어 원리 정리 • 개시제 종류와 선택 기준: 열·과산화물(BPO, DTBP, H₂O₂, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드)·산화-환원·광개시제(α-분열형, 수소추출형)의 라디칼 생성 메커니즘, 사용 온도·파장 조건, 안전성·독성·용해도 기반 선택 원칙 정리 |
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[10강] 자유라디칼 비닐중합(2)
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전기화학적 개시와 자유라디칼 비닐중합 방법·속도론·입체규칙성 정리
• 전기화학적 중합·자유라디칼 중합법: 전극 산화·환원에 의한 라디칼 개시와 벌크·현탁·용액·유화·미니에멀젼 공정의 조성·열·질량전달·입자 크기·순도·응용 제품 특성 비교 정리 • 유화·미니에멀젼 중합 구조: CMC·micelle·계면활성제·보조 계면활성제·Ostwald ripening 개념을 통해 핵 형성 위치·입자 안정화 메커니즘·입자 크기 분포·나노캡슐·하이브리드 나노복합체·DDS 응용 구조화 • 자유라디칼 중합 속도론·입체규칙성: 개시·전파·종결 단계와 정상상태 가정에 의한 $R_p \propto [I]^{1/2}[M]$, styrene 열중합의 $R_p \propto [M]^2$와 $DP$의 [M] 무의존성, atactic 중심 tacticity와 온도·루이스산·용매·단량체 구조에 의한 입체규칙성 조절 원리 정리 |
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[11강] 자유라디칼 비닐중합(3)
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디엔 중합과 단량체 반응성, 공중합 구조·반응성비 정리
• 디엔 중합과 단량체 전자·입체효과: 공액·고립 디엔 구조와 1,4/1,2-부가, 공명안정성·가교 가능성으로 중합 방식·고분자 물성 결정 • Q-e 체계와 반응성비·Mayo-Lewis식: 치환기 전자·극성 효과를 Q, e로 정량화해 반응성비 r₁, r₂와 공중합 조성·단량체 서열 분포 예측 • 공중합체 구조 유형과 응용: 반응성비 조합에 따른 랜덤·교대·블록·그래프트 구조 설계로 합성고무, 양친매성·감응성·생체적합성 공중합체 기능·물성 제어 |
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[12강] 이온중합
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이온중합: 양이온·음이온·그룹전달 메커니즘과 속도론 정리
• 이온중합 일반 개념: 활성종이 이온/이온쌍인 사슬성장중합으로, 단량체 치환기의 전자 효과에 따라 양이온중합(전자 공여성 단량체)·음이온중합(전자 흡인성 단량체)·GTP로 구분, 고순도·불활성 조건에서 개시–성장–종결(또는 리빙) 진행 • 양이온·음이온중합: 양이온중합은 카보양이온과 강산·루이스산 계 개시제를 사용하며 재배열·사슬이동으로 제어성·입체규칙성 낮고, 음이온중합은 카보음이온과 강염기·유기금속 개시제로 리빙 특성을 통해 속도식 Rp = kp[M±][M], 분자량·분자량분포·블록 공중합 구조 및 입체화학을 용매·온도로 제어 • 음이온 리빙·GTP: 음이온 리빙중합과 그룹 전달 중합(GTP)은 종결 억제·활성 말단 유지(카보음이온 또는 실릴 케텐 아세탈)를 통해 단량체/개시제 몰비 기반 분자량 설계, PDI가 좁은 블록·복잡 구조 고분자 합성, acrylate·methacrylate 계 단량체에 대한 정밀 중합 및 나노소재·열가소성 엘라스토머·생의학 고분자 응용을 가능하게 함 |
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[13강] 배위 착물 촉매를 이용한 비닐중합
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배위착물 촉매를 이용한 비닐중합과 Ziegler–Natta·ROMP 정리
• 배위착물 촉매와 Ziegler–Natta 시스템: 전이금속–리간드 배위착물을 이용한 비닐중합 촉매로서 활성점 구조·coordination–insertion 메커니즘을 통해 분자량·입체규칙성·선형성 및 공단량체 도입을 정밀 제어 • 불균일계 vs 균일계 Ziegler–Natta(메탈로센): MgCl₂/TiCl₄/유기알루미늄/전자공여체 기반 다중 활성점 고체 촉매와 MAO·borate로 활성화되는 Cp₂M형 단일활성점 메탈로센 촉매를 비교하여 분자량 분포·입체규칙성·공단량체 분포·반응상태 차이 정리 • 복분해중합(ROMP·ADMET)과 촉매: Ru·Mo·W 카벤 촉매를 이용한 메탈라시아클로부탄 경유 C=C 복분해 메커니즘, 고리 변형력 구동 ROMP와 축합형 ADMET 특성, 이중결합 유지·선형성·구조 정의성을 활용한 기능성·특수 고분자 설계 원리 정리 |
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[14강] 비닐 고분자의 반응
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비닐 고분자의 관능기 반응, 가교, 분해 및 이오노머 특성 정리
• 비닐 고분자의 관능기 도입·전환: 비활성 비닐 고분자에 극성 관능기(–OH, –COOH 등)를 도입·전환하여 극성, 용해성, 접착성, 내화학성 등 물성을 설계·조절하는 개질 반응 • 고리형성·가교 및 공중합체 구조: PAN 고리화와 화학·방사선·광·이온 가교로 3차원 망상 구조 및 사다리 고분자 형성, SBS 블록·HIPS 그래프트 공중합체의 상분리·물리적 가교를 통한 열가소성탄성체·내충격성 발현 구조 • 고분자 분해 및 이오노머 거동: 열·화학·광 분해와 해중합(사슬말단 vs 임의 절단) 메커니즘으로 열적 안정성·재활용·생분해 설계 이해, 이온 클러스터 기반 이오노머의 가역적 물리적 가교에 의한 열가소성탄성체 거동 및 재활용 특성 정리 |
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| 중간고사 대비 특강 | ||
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[15강] 중간고사 대비 개념정리 및 실전문제풀이(1)
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중간고사 대비 고분자 기초·분자량·용해도 정리
• 고분자 및 중합 메커니즘: 고분자 정의·구조(선형·분지·가교)와 단계반응·사슬중합(라디칼·음이온·양이온), 부가·축합중합, 대표 상용 고분자(P E, P P, P V C, P S, P E T) 구조·특성, IUPAC 명명법 정리 • 평균분자량·분포 및 측정법: 수평균·중량평균·점도평균분자량, 다분산도(PDI) 개념과 관계 정리, 삼투압법·정적광산란(SLS)·점도법(Mark–Houwink)·GPC 원리 및 분자량·분자량분포 측정 절차 정리 • 고분자 용해·용해도 파라미터와 열역학: Hansen/Flory-Huggins 용해도 파라미터(δ, δd·δp·δh, RED·Ra·R0), 혼합 Gibbs 자유에너지(ΔGmix=ΔHmix−TΔSmix)와 팽윤 실험 원리, Acid number를 이용한 말단기 농도·평균분자량·중합도(DP) 계산 절차 정리 |
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[16강] 중간고사 대비 개념정리 및 실전문제풀이(2)
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고분자의 구조와 물성
• 고분자 구조·형태: 선상·분지·망상 구조와 공중합체(랜덤·교대·블록·그라프트) 및 결정성·비결정성·반결정성 구조에 따른 밀도·용해성·$T_g$·$T_m$·강도 변화 정리 • 기계적·열적 특성 및 가공: 인장강도·신율·탄성계수와 응력–변형률 특성, T_g·T_m·T_d·열분해·열산화분해와 TGA·DSC·TMA 측정, 사출·압출·블로우몰딩 공정의 원리 및 용도 정리 • 기능성 및 내구·환경 특성: 가연성·난연 설계(팽창형 난연, 반응형 난연제), 내화학성·불소계 고분자의 C–F 결합과 보호 구조, 광·열·생분해 메커니즘과 PLA·PCL 생분해성, 공액계·도핑 기반 전도성 고분자 구조와 응용 정리 |
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[17강] 중간고사 대비 개념정리 및 실전문제풀이(3)
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고분자 특성 평가 및 분석법 정리, 말단기·산가 기반 분자량 계산
• 고분자 구조·물성 개념: 분자량·분자량분포·입체규칙성·결정성·열적·기계적·표면·계면 특성으로 고분자 성능·가공성·품질을 정량 평가하고, 적정 분자량 설계와 구조–물성 상관관계 해석 • 분석 기법 체계: 화학적 분석(원소분석·적정·크로마토그래피), 분광학(IR·Raman·NMR·UV-Vis), X선 산란(XRD·SAXS·WAXS), 전자산란·전자현미경(TEM·SEM), 표면분석(XPS·TOF-SIMS·AFM·접촉각·SFG)을 상호보완적으로 사용해 조성·작용기·입체규칙성·나노/미세구조·표면/계면 화학 상태를 통합 해석 • 분자량·중합도 결정: 말단기 분석(NMR·적정법)과 산가(acid number)로 말단기 몰수와 사슬 몰수 관계를 설정하여 수평균분자량 Mn과 평균중합도 DPn을 계산하고, XPS 광전효과·화학적 이동 원리를 포함한 표면 화학 분석으로 고분자 설계·품질관리·공정 최적화에 활용 |
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[18강] 중간고사 대비 개념정리 및 실전문제풀이(4)
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자유라디칼 중합·유화/미니에멀젼·반응속도론 핵심 정리
• 자유라디칼 중합·개시제·반응속도론: 자유라디칼 연쇄 중합의 개시–전파–종결 메커니즘, 열·광·과산화물·전기화학 개시제 특성과 중합속도·평균중합도 결정식(정상상태 가정, 겔 효과 포함) 정리 • 공정 유형·분산계 중합: 벌크·현탁·용액·유화·미니에멀젼 중합의 조성(단량체·용매·계면활성제), 열·점도·입자크기 제어 원리와 라텍스·나노입자·에멀젼 응용 비교 • 디엔·공중합 구조 설계: 공액/고립 디엔의 부가양식·입체구조·가교 가능성, 반응성비(r1,r2)와 random·block·alternating·ideal 공중합체 구조의 상관관계 정리 |
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| 3부. 비-비닐계 고분자 | ||
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[19강] 단계반응 및 개환중합
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단계반응 및 개환중합 핵심 정리: 축합중합, 덴드리머, 개환중합 메커니즘
• 단계중합·축합중합 및 네트워크 중합: Carothers 관계식과 불균형 단량비에 의한 분자량 제어, 플로리 최확률 분포와 PDI, 작용기수·평균기능도 기반 젤포인트 및 겔화 조건 정량화 • 덴드리머(침상돌기고분자): 코어-분기-표면기 구조의 구형 고분자 설계, divergent/convergent 합성법을 통한 세대·분자량·기능기 제어와 협소한 분자량분포를 활용한 나노·약물전달 응용 • 개환중합 및 계면중합: ring strain 구동 양이온·음이온 개환중합 메커니즘과 리빙 특성에 의한 정밀 분자량 제어, 에폭사이드 ROP 특성, 계면중합에서 아민의 높은 친핵성으로 인한 지방족 폴리아마이드 우선 형성 원리 및 공정 특징 정리 |
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[20강] Polyethers, Polysulfides 및 관련고분자(1)
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폴리에테르 개환중합과 단계중합, PEG·PPG 구조와 응용 정리
• 사슬반응 개환중합(ROP)·천장온도·열역학: ring strain·깁스 자유에너지(ΔG=ΔH−TΔS)·천장온도(Tc=ΔH/ΔS) 개념을 통해 개환중합 자발성, 평형, 온도·농도·고리변형에너지·입체장애가 중합/해중합에 미치는 영향 및 ROP의 장단점 구조화 • ROP/단계반응중합 메커니즘과 폴리에테르 합성: 사슬반응 vs 단계반응 비교(활성중심, 전환율, 분자량분포, 구조 제어), THF·EO·PO 등 에테르형 모노머와 유기·금속 촉매에 의한 폴리에테르(PEO, PPO, PTMEG 등) 합성, 윌리엄슨 에테르화 기반 PEG 응축중합 경로·분자량 제어 정리 • PEG·PPG 구조·물성·응용: EO/PO 기반 폴리에테르의 선형/측쇄 구조 차이에 따른 친수성/소수성, 결정성, Tg·융점·기계적 특성, 분자량·PDI·용해도와 의료·바이오(DDS·hydrogel·전해질) 및 산업용(폴리우레탄, 계면활성제, 윤활제·코팅) 응용 분야 대비 정리 |
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[21강] Polyethers, Polysulfides 및 관련고분자(2)
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폴리설파이드·Poly(alkylene polysulfide)·폴리설폰 구조와 합성·물성 정리
• 폴리설파이드·poly(alkylene polysulfide) 구조·합성: R-Sx-R’ 골격 기반 응축중합(디할라이드+Na₂Sx), episulfide 음이온 개환·단계반응 중합에 의한 분자량·황함량·말단기 설계 및 elastomer·실란트·코팅·배터리용 고분자 합성 • 폴리설파이드·poly(alkylene polysulfide) 물성·응용: 내약품성·내오일성·저가스투과성·저Tg(-40~-20℃)을 바탕으로 건축·자동차·항공 실란트·접착제·밀봉재, 내화학 코팅, 리튬-황 전극·분리막, self-healing·복합재 소재로 활용 • 폴리설폰·에폭시·블록 공중합: BPA-phenoxide/DCDPS 친핵성 방향족 치환 polycondensation으로 고내열·고내화학성 polysulfone 멤브레인·의료·전자·항공 부품 제조, 에폭시 올리고머 평균분자량 설계 및 poly(alkylene disulfide) 기반 자유라디칼 블록 공중합 메커니즘 이해·설계 |
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[22강] 폴리에스테르
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폴리에스테르: 선형·가교·미생물 폴리에스테르와 응용
• 폴리에스테르·선형 폴리에스테르(PET/PC/PCL): 에스터 결합 기반 축중합·개환중합 메커니즘, 단량체 몰비·ROP에 의한 분자량·입체구조 제어와 PET·Polycarbonate·PCL 등의 구조–물성–용도 설계 • 미생물적 폴리에스테르(PHAs/PHB)·atactic PHB: 세균 대사에 의한 PHAs/PHB의 생분해성·생체적합성·탄소중립 특성과, racemic β-butyrolactone ROP·비입체선택 촉매에 의한 atactic PHB 합성 및 물성·블렌드·약물전달 응용 • 가교 폴리에스테르·포화/불포화 폴리에스테르 수지·폐 PET 업사이클링: 포화/불포화 수지의 C=C 유무에 따른 가교 방법·물성·용도 비교와, 폐 PET 글리콜리시스–Maleic anhydride 축합–Styrene 라디칼 가교 3단계 공정을 통한 UPR 제조·FRP 응용 구조화 |
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[23강] 폴리아미드 및 관련 고분자(1)
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폴리아미드 및 관련 고분자: 합성, 구조, 특성, 비교 요약
• 폴리아미드·나일론(나일론 66·나일론 6): 디아민–디카르복실산 축중합 및 락탐 개환중합(가수분해·음이온)으로 아마이드 결합 형성, 축합수 제거·1:1 mol 비·반응온도·압력 제어를 통해 고분자량과 결정성·수소결합·흡습성·기계적 강도와 내마모성 확보 및 섬유·엔지니어링 플라스틱·필름·전기부품 응용 • 락탐 개환중합 메커니즘 비교: 물·산/염기 촉매에 의한 단계성장 가수분해중합과 강염기·활성화제 기반 사슬성장 음이온 개환중합의 개시종·온도(250–260℃ vs ~150℃)·속도·분자량 제어·리빙 특성·공정(대량 섬유·필름 vs 반응사출·특수부품) 차이 정리 • Polyurea·Polyurethane 구조와 합성: 이소시아네이트–아민 우레아 결합(−NH−CO−NH−)과 이소시아네이트–폴리올 우레탄 결합(−NH−CO−O−) 형성 경로(디이소시아네이트–디아민, 물–디이소시아네이트 발포, 원샷·프리폴리머법) 및 미세상분리(연질/경질 세그먼트), 알로파네이트·바이유렛 가교, CO2 발포에 따른 폼·코팅·엘라스토머 물성 및 응용 정리 |
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[24강] 폴리아미드 및 관련 고분자(2)
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폴리하이드라자이드와 폴리이미드, 그리고 관련 연습문제 정리
• Polyhydrazide·Polyimide 구조·합성: 하이드라자이드 결합 및 이미드 고리를 갖는 방향족 고분자의 구조적 강직성, 축합·직접중합·PAA 경유 2단계/1단계 합성법과 탈수·탈염산 메커니즘 정리 • Polyhydrazide·Polyimide 물성·응용: 강한 수소결합·방향족 골격에 따른 고내열성·높은 결정성·용해성/가공성 특성과 전기·전자·디스플레이·섬유 등 고성능 소재 응용 정리 • 폴리아미드·PSA·Nylon-3 반응성: N-H 수소 유무와 사슬 규칙성이 융점·결정성에 미치는 영향, PSA의 염기 용해·N-메틸화, 아크릴아마이드·β-lactam·아실클로라이드로부터 Nylon-3 합성 경로 비교 정리 |
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[25강] 페놀-, 요소-, 및 멜라민-포름알데히드 고분자
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페놀·요소·멜라민-포름알데히드 수지의 합성, 구조, 특성 정리
• 포름알데히드 열경화성 수지군: 페놀·요소·멜라민·아닐린 등의 단량체가 포름알데히드와 부가(메틸올화)·축합반응을 거쳐 메틸렌/에테르/−NHCH2NH− 결합을 가진 3차원 망상구조의 열경화성 고분자를 형성하며, pH·촉매(산/염기)·F/P 비에 따라 구조·경화거동·치환위치(ortho/para)가 달라짐 • 페놀-포름알데히드 수지(레졸·노볼락·개질): 레졸은 염기성·F/P>1 조건에서 메틸올기를 포함한 자체경화형 분지 수지, 노볼락은 산성·F/P<1 조건에서 메틸렌결합 기반 선형 열가소성 수지로 HMTA 등 경화제 필요하며, 알킬페놀·식물성유·에폭시 개질로 유연성·접착력·내충격성·용해도 등 물성을 조절해 접착제·성형재·코팅·복합재 매트릭스로 활용됨 • 요소·멜라민·아닐린-포름알데히드 수지: 요소·멜라민은 아미노기의 메틸올화 후 메틸렌/에테르/−NHCH2NH− 가교를 통해 무색·전기절연성이 우수하나 내수성(요소는 약함)·내열성·난연성(멜라민 우수)이 서로 달라 목재접착제·단열재·식기·전기부품·코팅·섬유·종이가공 등에 사용되고, 아닐린은 산성에서 고리 ortho/para 치환형 가교수지, 염기성·중성에서 N-메틸올·이민계 저분자 올리고머를 형성하며, pH·용매·금속킬레이트가 ortho/para 치환비와 수지 구조 제어의 핵심 변수로 작용함 |
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[26강] 이종원자 고리 고분자(1)
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이종원자 고리 전도성 고분자와 Polycyanaurate·Polyphthalocyanine 개요
• 이종원자 고리 전도성 고분자(polypyrrole·polyfuran·polythiophene) : pyrrole·furan·thiophene의 산화중합–라디칼 양이온 결합–사슬 성장–도핑을 통한 전도성 부여 메커니즘과 전기화학적/화학적 중합 특징 및 전자소자·센서·에너지소자 응용 정리 • Polyisocyanurate(PIR) : 다이이소시아네이트의 삼량화로 형성된 isocyanurate 6원 고리 네트워크 구조, 독립 기포 기반 초저열전도도·고내열·난연(탄화층 형성) 특성과 건축·산업 단열재 응용 체계화 • Polyphthalocyanine : 방향족 tetranitrile의 고온 고리화중합과 금속 이온 배위로 형성된 2D/3D 공액 네트워크 구조, 금속 종류에 따른 전기·촉매·광학 특성 및 항공우주·전자·광전자·안료·의료(광역학요법) 응용 정리 |
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[27강] 이종원자 고리 고분자(2)
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고내열성 이종원자 고리 고분자: PBI·PBO·PBT·PPA 구조·특성·전도성 비교
• 고내열성 이종원자고리 고분자(PBI·PBO·PBT·PPA): 방향족 이종고리(benzimidazole·benzoxazole·benzothiazole·parabanic)와 전구체(polyamideamine, poly(hydroxyamide), polythioamide, polyurea)의 축합·열고리화 반응으로 합성되며, 공통적으로 높은 열 안정성과 내화학성을 가지나 기계적 강도·가공성·광학·전기 특성은 구조에 따라 상이함 • 고강도·내열 섬유 계열(PBO·PBT·PBI): PBO·PBT는 고배향·강직 사슬과 벤즈옥사졸/벤즈티아졸 고리로 초고강도·고탄성률·난연성·저열팽창을 보여 방탄·항공·고성능 복합재 강화섬유에 적합하며, PBI는 benzimidazole 고리와 강한 수소결합·친양성 질소로 난연 보호복·고온 필터·이온전도막(고온 연료전지용 막) 등에 활용됨 • 전도성·전자·광학 특성 계열(PPA·Ppy·Pfu·PT): PPA는 parabanic 고리 기반 고분자로 폴리이미드급 열 안정성·낮은 유전율·무색 투명성을 가져 전자절연재·광학 필름·투명 코팅에 적합하고, 전도성 이종고리 고분자 Ppy·PT·Pfu는 헤테로원자(N > S > O)의 전기음성도·고리 평면성·도핑 용이성에 따라 전도도 Ppy > PT > Pfu 순으로 달라지며, PBI·PBO·PPA는 구조·열·기계·전기·광학 특성 차이에 따라 연료전지막·고강도 섬유·전자·광학 재료로 선택적으로 응용됨 |
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[28강] 무기 및 부분무기고분자(1)
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무기 및 부분무기 고분자: Poly(sulfur nitride), Polysiloxane, Polysilane, Polyphosphazene 개요
• 무기·부분무기 고분자 개념: 주사슬에 Si, S, P, N 등 무기 골격을 가지는 고분자로, 탄소 기반 유기고분자와 구별되는 전기·광학·열·화학 특성 정리 • 대표 무기·부분무기 고분자 합성: Poly(sulfur nitride)의 S₄N₄·S₂N₂ 경유 3단계 고리열림중합, polysiloxane의 클로로실레인 가수분해–축합 및 양·음이온 개환중합, polysilane의 Wurtz형·Mg/Lewis산 중합, polyphosphazene의 (NPCl₂)₃ 열개환 후 치환 반응 경로 요약 • 대표 무기·부분무기 고분자 특성·응용: Poly(sulfur nitride)의 전도·초전도·이방성, polysiloxane의 내열·저Tg·소수성·기체투과성, polysilane의 σ-공액계에 의한 광·전기 특성, polyphosphazene의 난연성·열안정성·곁가지 기반 물성조절과 전자재료·의료·연료전지·막분리·난연 소재 응용 정리 |
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[29강] 무기 및 부분무기고분자(2)
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Carborane·유기금속·배위고분자 구조와 특성 및 응용 요약
• Carborane 고분자: C–B 케이지가 Si–O–Si 사슬에 포함된 무기·부분무기 고분자로, 축중합 기반 합성, 높은 열안정성·소수성·중성자포획 및 조절 가능한 전기·광학 특성을 바탕으로 내열재·바이오·전자·촉매 소재로 활용됨 • 유기금속고분자: 금속착물이 주사슬·곁사슬에 포함된 하이브리드 고분자로, 첨가중합·고리열림중합·축중합으로 합성되며 redox 활성·자기·촉매·열안정 특성을 이용해 전자재료·고성능 코팅·세라믹 전구체·생체재료로 응용됨 • 배위고분자(MOF): 금속 이온/클러스터 노드와 다가 유기리간드가 3D 다공성 결정망을 이루는 소재로, 용매열합성·조성 설계를 통해 초고 다공성·튜닝 가능한 기공·다양한 기능성을 확보하여 가스저장·분리·촉매·센서·약물전달 및 크로미즘 기반 스마트 재료로 활용됨 |
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[30강] 기타 유기고분자(1)
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기타 유기고분자: Polycarbodiimide, Polyimine, 아조·Friedel-Craft 고분자 핵심 정리
• Polycarbodiimide(PCI)·Polyimine: -N=C=N-, -C=N- 기반 축합·동적 공유결합 고분자의 구조·합성(디이소시아네이트 탈탄산 축합, 디아민-디알데하이드 축합)과 가수분해 저항·가교 반응성·자가치유·비트리머 네트워크 구현 원리 • 아조고분자: 아조벤젠(-N=N-) 도입 구조(측쇄형·주쇄형), 디아조커플링·라디칼 중합·고분자 개질 합성법과 trans/cis 광이성질화, 광 유도 복굴절·광유체화에 기반한 광학소자·표면제어·광응답 DDS 응용 • Friedel-Craft 고분자·PEEK: 루이스산 촉매 알킬화·아실화 중합 메커니즘과 다중 치환·교차결합·이성질체 문제, 아실화 기반 선형 폴리케톤·PEEK 합성과 방향족 골격에 의한 초고내열·내화학성 및 항공우주·의료·화학플랜트·다공성 소재 응용 |
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[31강] 기타 유기고분자(2)
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폴리아민, 전하이동·이온고분자 및 Friedel-Crafts·아조고분자 연습문제 정리
• 폴리아민·이온고분자: 아미노기·이온성 그룹 구조와 합성(에피클로로히드린/아지리딘/이온성 단량체 공중합·고분자 개질) 및 양이온성·이온 클러스터·가역 이온가교에 의한 수용성·열가소성 엘라스토머·수처리·포장·이온교환 멤브레인 응용 • 전하이동 고분자(D–A 공중합체): Stille·Suzuki·직접 아릴화 중합에 의한 D–A 구조 설계와 HOMO–LUMO 좁은 밴드갭·장파장 흡수·양극성 전하수송 특성을 이용한 OPV·OLED 등 유기전자소자 응용 • Friedel‑Crafts 아실화 vs 알킬화 및 아조고분자: 아실화의 자기 비활성화에 의한 선형 열가소성 고분자 형성 vs 알킬화의 자기 활성화에 의한 3D 가교망 형성 비교, 아조고분자의 편광광 선택적 흡수·trans–cis 이성질화·광표백에 의한 편광 방향 수직 배향 메커니즘 정리 |
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[32강] 천연고분자(1)
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천연고분자 개요와 고무·셀룰로오스·전분 유도체 정리
• 천연고분자 범주: 천연고무·합성고무·리그닌·부식토·석탄·케로겐·아스팔텐·셀락·톨유유도고분자 등 기원·구조·물성을 통해 에너지·재료·환경 분야에 활용되는 고분자 자원 체계 정리 • 다당류 구조 비교: 셀룰로오스(β-1,4-선형, 고결정·고강도·불용성)와 전분(아밀로스·아밀로펙틴, α-1,4/α-1,6-저결정, 소화 가능 저장다당)의 결합양식–구조–성질–생분해성 연계 정리 • 셀룰로오스·전분 변성체: 비스코스 공정 재생셀룰로오스와 전분 유도체(초산전분·양이온성전분·산화전분)의 반응 유형(용해·에스테르화·에테르화·산화)과 가공성·점도·전하·노화 안정성 및 응용(섬유·필름·제지·식품·접착제·생분해성 소재) 기능 설계 정리 |
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[33강] 천연고분자(2)
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천연고분자 단백질과 헥산 구조·합성 핵심 정리
• 아미노산·펩타이드·단백질 구조: 아미노산의 구조·합성·양쪽성전해질·광학활성 및 펩타이드 결합을 통한 폴리펩타이드·단백질 형성, 단백질의 1·2·3·4차 구조와 변성 개념 정리 • 단백질 섬유·재생고분자: 양모·비단·콜라겐 단백질 섬유의 2차·3차·초분자 구조와 인장강도·탄성·용도 비교, 재생단백질 섬유 제조(카제인·가교)와 비스코스·라이오셀 공정의 원리·환경영향·친환경성 분석 • 헥산과 재생셀룰로오스 공정: 헥산의 구조·원유 분별증류·벤젠 수소화 합성 경로와 비극성·휘발성·인화성·용매·독성 특성, 재생셀룰로오스 제조에서 비스코스 공정의 CS2·H2S 환경문제와 NMMO 기반 라이오셀 공정의 용매재활용·저독성 특징 정리 |
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| 기말고사 대비 특강 | ||
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[34강] 기말고사 대비 개념정리 및 실전문제풀이(1)
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단계반응·축합중합·개환중합(ROP) 및 PEG/PPG 정리
• 단계반응·축합중합 및 Carothers 방정식: 단계중합의 반응속도론·Carothers 식·불균형 단량비·플로리 최확률분포·망상중합과 젤 포인트를 통해 중합도·분자량분포·겔화 조건을 정량적으로 규정 • 개환중합(ROP) 메커니즘 및 촉매: 고리변형 에너지·ΔG=ΔH–TΔS 열역학, 양이온·음이온·배위촉매 ROP(에폭사이드·THF·락톤/락타이드)에서 활성종·분자량 제어·PDI·입체선택성 차이를 통해 PLA·poly(THF) 등 구조·물성 설계 • 폴리에테르(PEG/PPG) 단계·ROP 합성과 응용: EO/PO 기반 PEG·PPG의 단계중합·음이온 ROP 경로, 분자량·말단기·측쇄 구조에 따른 수용성·결정성·기계적·열적 특성과 약물전달·의료용 하이드로젤·폴리우레탄·계면활성제 등 응용 및 단계중합의 장점·한계 정리 |
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[35강] 기말고사 대비 개념정리 및 실전문제풀이(2)
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폴리설파이드·폴리설폰·축중합 고분자 기말 정리 핵심 요약
• 폴리설파이드·폴리설폰·폴리카보네이트 구조·합성: 황(-Sx-), 설폰(-SO₂-), 에터(-O-), 탄산에스터 결합과 방향족 고리 기반 축중합·친핵성 치환 반응을 통해 고내열·고강성·내약품성·투명성 확보 • 축중합 폴리에스터·폴리아미드·폴리우레탄·폴리우레아: 에스터·아마이드·우레탄·우레아 결합 형성과 부산물 제거·단량체 몰비·prepolymer/one-shot 공정 제어로 분자량·경도·탄성·발포 구조 조절 • 미생물 폴리머 PHA/PHB와 응용: 세포 내 에너지·탄소 저장 폴리에스터의 완전 생분해성·재생 자원 기반 생산을 활용해 의료용 소재·친환경 플라스틱 대체재 및 해양 플라스틱 저감 소재로 활용 |
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[36강] 기말고사 대비 개념정리 및 실전문제풀이(3)
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Polyimide, Polypyrrole, Polythiophene, Polysiloxane, 배위고분자, Polyimine 종합 정리
• Polyimide·Polysiloxane 구조·합성·물성: 이미드 고리·방향족 주쇄·가교망(Polyimide)와 Si–O 주사슬·알킬 곁사슬(Polysiloxane)의 축합·개환중합 메커니즘 및 내열성·유연성·기체투과성·저표면에너지 구조적 기원 정리 • 전도성 고분자·MOF: Polypyrrole·Polythiophene의 산화중합·라디칼 양이온·도핑 메커니즘과 공액계 기반 전도성, 금속이온–유기리간드로 형성되는 배위고분자·MOF의 다공성 3D 네트워크 구조·self-assembly 합성·가스저장·분리·촉매·센서 응용 체계화 • Polyimine 동적 공유결합·자가치유·재활용: 디아민–디알데히드 축합에 의한 이민(−C=N−) 네트워크 형성과 가역적 가수분해/재축합 평형, 금속이온 킬레이션, 자가치유 및 네트워크 해체·재형성을 통한 순환재활용 메커니즘 정리 |
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[37강] 기말고사 대비 개념정리 및 실전문제풀이(4)
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아조 고분자·Friedel-Crafts·이온고분자·셀룰로오스·단백질 종합 정리
• 아조 고분자·Friedel-Crafts 고분자: 아조벤젠 광이성질화·광 유도 복굴절·광유체화 기능, Friedel-Crafts 알킬화·아실화 중합을 통한 고내열 방향족 고분자 합성 원리·문제점·응용 정리 • 이온고분자·셀룰로오스 계열: 이온성 그룹 도입·미세 상 분리·이온클러스터 가교에 의한 열가소성 엘라스토머 거동, 천연 셀룰로오스와 비스코스 공정을 거친 재생 셀룰로오스의 구조·결정성·가공성 비교 • 아미노산·폴리펩타이드·단백질: α-아미노산 구조·α-aminonitrile 합성 경로·양쪽성 전해질·광학 활성, 펩타이드 결합 형성과 단백질 1~4차 구조 및 변성에 따른 구조-기능 관계 체계화 |
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| 4부. 중합 반응의 열역학과 속도론 | ||
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[38강] 중합과 해중합의 평형
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중합과 해중합 평형의 열역학과 분자구조 효과 요약
• 중합 평형 열역학: 중합·해중합 가역평형에서 ΔG = ΔH – TΔS, 한계온도 Tc = ΔH/ΔS, 압력·엔트로피·엔탈피에 따른 중합/해중합 우세 조건 정리 • 고리-사슬 평형 및 특수 시스템: 고리 장력 기반 ROP, 황 S8의 바닥온도(Tf) 평형, Jacobson–Stockmayer 통계적 고리–사슬 다중 평형 구조 정리 • 분자구조 효과와 실제 반응성: 결합에너지·고리 장력·방향족성·곁사슬 입체장애가 ΔH·ΔS·Tc에 미치는 영향과 열역학 vs 속도론 관점에서의 중합 가능성 분석 |
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[39강] 축합(단계성장) 중합의 속도론
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축합(단계성장) 중합 속도론 핵심 정리 및 출제 포인트
• 단계성장중합 속도론: 플로리 등반응성 원리와 축합중합 속도식(비촉매 3차·산촉매 2차 반응), 물 제거에 따른 평형 억제와 고분자량 형성 조건 정리 • Carothers 방정식과 분자량 특성: 반응도 p와 수평균중합도 Xn( Xn=1/(1-p), 산촉매 시 Xn=1+C0k't )의 시간 의존성, 비화학양론계 수정식(Xn=(1+r)/(1+r-2rpA)), 플로리 분포에 따른 분자량 분포·PDI( p→1에서 PDI→2 ) 정리 • 분지·가교와 겔화 조건: 기능기수와 평균 작용기수 favg 정의, 겔화 시점의 Carothers식(Xn=2/(2-pfavg)) 및 임계반응도 pc=2/favg에 따른 분지·가교 시스템의 겔 포인트 예측 및 설계 조건 정리 |
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[40강] 자유라디칼 중합과 이온 중합의 속도론
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자유라디칼·이온 중합 속도론 핵심 개념 정리
• 연쇄성장중합 속도론: 정상상태 근사 기반 활성점 농도·중합 속도·반응 차수·동역학적 사슬길이와 평균중합도, 분자량분포 및 연쇄이동(Mayo 방정식)으로 분자량·PDI 제어 원리 정리 • 자유라디칼중합 특성: $R_p \propto [M][I]^{1/2}$, $\bar{X}_n \propto [M]/[I]^{1/2}$ 관계와 개시제 농도–속도–분자량 상충, 정지 메커니즘(재결합·불균등화·연쇄이동)에 따른 PDI(≈1.5–2.0)와 공중합 반응성비·Mayo–Lewis 방정식을 통한 조성 예측 • 이온중합(음이온·양이온) 비교: 음이온중합의 정지·연쇄이동 거의 없음에 따른 living 특성, $\bar{X}_n \approx [M]_{\text{소모}}/[I]_0$, 좁은 PDI(≈1.05)와 정밀 분자량 제어 vs 양이온중합의 빈번한 연쇄이동, 복잡한 속도식, 낮은 분자량 및 분자량 제어 한계 |
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| 5부. 분자 구조, 물성 및 응용 | ||
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[41강] 고분자 구조와 물성, 전기활성 및 전기광학적 고분자
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고분자 구조와 전기활성·전기광학 특성 요약
• 고분자 미세구조와 물성: 분자량·분자량분포·사슬 구조(선형·분지·가교)·곁사슬·결정성/비정질 비율이 기계적 강도, 유연성, 가공성, 표면에너지, T_g/T_m 및 젖음·마찰·접착 특성을 결정 • 이온·전자 전도성 부여: PEO계 polymer electrolyte에서 비정질 영역과 segmental motion 기반 이온전도, PAN 열분해 탄소섬유·전도성 복합재(percolation)·공액 π-고분자와 도핑을 통한 전기전도 경로 설계 • 광전·전기발광 소자 응용: 공액 고분자의 photoconductivity와 electroluminescence를 이용한 유기 태양전지(OPV, bulk heterojunction, donor/acceptor)와 OLED(다층 전극·주입·수송·발광 구조)의 빛↔전기 상호변환 원리 정리 |
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[42강] 합성고분자의 생체의학적 응용
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합성고분자의 생체의학적 응용 핵심 정리
• 합성 고분자 생체재료: 생체안정성(비분해성)·생분해성 고분자의 정의와 구조, 생체적합성·혈액적합성·기계적 특성을 기반으로 심장관·인공혈관·인공신장·콘택트렌즈·조직접착제·인공피부 등에 적용되는 주요 재료(PMMA, 실리콘, e-PTFE, PET, PU, 초고분자량 PE 등)와 기능 정리 • 생분해성 고분자 및 조직재생: 가수분해성 에스터결합 기반 PGA, PLA, PLGA, PCL 등의 분해속도·조성비-물성 관계와 수술용 봉합사, 조직공학 스캐폴드에서의 세포 지지·조직재생 유도·분해 설계 원리 정리 • 약물전달·대체혈액 시스템: 고분자 매트릭스/저장소 구조에 의한 확산조절·분해조절·자극응답성(환경 감응성) 방출 메커니즘(Fick 법칙, Burst effect 포함)과 PLGA 기반 서방형 제제, PFC 유제 및 Hb 기반 산소운반체(PEGylation·가교)의 설계 개념 정리 |
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[43강]
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국준원 교수님
고분자화학
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