고분자의 발전

역사

 

고분자가 학문으로 인식되고 주목받기 시작한 것은 1920년 경이다. 이후 고분자의 분자 구조 및 특성이 밝혀지기 시작하면서 새로운 고분자들이 차례로 개발되었다. 산업계에서는 다양한 고기능성, 범용 고분자들이 생산 및 공급되었고, 현재는 일상생활에서 흔히 볼 수 있을 뿐만 아니라, 산업, 농업 분야는 물론 우주항공, 의료 및 미용, 전자, 정보 소재 분야 등 특수한 분야에서도 그 기능과 물성을 갖추어 활용되고 있다.

 

최초로 사용된 플라스틱 물질은 천연물질로부터 얻거나 그것들을 변형한 것이었다. 17세기에 이미 천연 중합체인 뿔로부터 치장용 장식들이 생산되었고, 1841년 찰스 굿이어는 고무를 황과 함께 가열하면 그 성질이 향상된다는 사실을 발견하였다. 가황화라고 알려진 이 과정은 최초로 물성을 향상해 더 우수한 제품을 생산하기 위해 천연 중합체를 변형한 사례로 볼 수 있다.

 

(찰스 굿이어: 미국 코네티컷주 뉴헤이븐 출생으로, 아버지가 경영하는 철물상에서 일하면서 고무의 가공법에 관심을 가지기 시작하였다. 헤이워드와 함께 생고무에 황을 혼합하는 실험을 거듭하다가 1839년 우연히 뜨거운 난로에 떨어뜨린 가황 고무 조각에서 고무가 찬 곳에서도 견디는 성질을 가지게 된 것을 발견하였다. 1844년 특허를 받았으나, 특허권 침해 소송에 시달리다가 1852년에 이르러서야 승소 판결을 받았다. 이후 특허권을 가지고 영국에서 공장을 세우려고 했으나 실패했다.)

 

1862년 알렉산더 파크스는 셀룰로오스 섬유를 질산으로 처리하여 질산셀룰로오스를 합성하였으며, 이를 ‘파크신’이라는 이름으로 런던 국제 박람회에서 소개했다.

 

(알렉산더 파크스: 영국 버밍엄 출생으로, 금속가공업에 종사하며 미술품의 은도금 방식을 개량하는 실험을 계속하던 중 나이트로셀룰로오스의 내수성에 관심을 가지게 되었다. 그 결과 질산셀룰로오스 합성법을 개발했으며, 이는 미국보다 앞서 1855년에 특허를 획득하였다.)

 

최초의 완전한 합성 플라스틱 물질은 벨기에 화학자인 레오 헨드릭 베이클랜드가 촉매 조건하에서 페놀과 포름알데히드를 축합시켜 만든 것으로, 1909년부터 ‘베이클라이트’라는 이름으로 시판되었다.

 

‘고분자’라는 개념은 1926년 독일의 화학자 헤르만 슈타우딩거에 의해 정의되었다. 그는 단백질과 셀룰로오스 등이 비슷한 성질을 가지는 단위체가 다수 결합된 사슬 모양의 거대분자라고 주장하였고, 거대분자의 성질이 이 구조에서 비롯된다고 했다. 그는 고분자 화합물 용액의 농도와 점도, 그리고 그 물질의 분자량 사이의 관계를 연구한 공로로 1953년 노벨 화학상을 수상하였다.

 

(헤르만 슈타우딩거: 독일 라인 강변의 보름스 출생으로 다름슈타트대학교, 뮌헨대학교, 할레대학교에서 학업을 마쳤고, 1903년 박사학위를 받았다. 이후 1912년 취리히공업대학 교수, 1926년 프라이부르크대학 교수가 되었다. 당시 학계에서 논란이 있었던 고분자 화합물의 화학 구조가 긴 사슬 모양의 분자라는 것을 밝혀냈으며, 고분자화학 연구의 창시자로서 인정받았다. 그는 1953년에 노벨 화학상을 수상하였다.)

1947년 피터 요셉 빌헬름 디바이는 기체에 의한 광산란이론을 이용하여 고분자의 분자량 측정방법을 확립하였다. 

(피터 디바이: 네덜란드계 독일인으로 네덜란드에서 출생하였다. 뮌헨대학에서 공부하고 위트레흐트, 괴팅겐, 취리히, 라이프치히 대학 교수를 역임한 후 베를린의 카이저빌헬름연구소 물리학주임이 되고 1940년 미국으로 건너간 뒤 코넬대학 교수로 있다가 귀하 하였다. 저온에서의 비열이론으로 아인슈타인의 비열식을 개량한 ‘디바이의 비열식‘(1912)을 제출함으로써 양자론 진보에 공한하였고 또 디바이세러법을 고안, 작은 결정으로 된 물질에 대해서 결정의 구조해석에 유력한 수단을 제공하였다. 그밖에 X선 산란의 이론이 있고, 1923년 강전해질 용액 이론에서는 이온 간의 쿨롱힘을 고려하여 이상용액과의 차를 설명하고 아레니우스 이후 의문시되어 온 강전해질의 특이성을 해명하였다. 유극분자의 연구로도 유명하며 1936년 노벨 화학상을 수상하였다.)

프러시아계의 화학자 칼 지글러는 다양한 촉매의 전이 금속 화합물을 사용하여 폴리에틸렌 합성에 성공하였다. 

(카를 지글러: 카셀 부근의 헬자 출생으로 저압 폴리에틸렌 합성법의 발명자로 유명하다. 1920년 마르부르크대학을 마치고 강의도 하였다. 제2차 세계대전 후인 1945~1969년 막스 플랑크 연구서의 석탄화학 분야에서 유기금속화합물을 연구하던 중에 트라이에틸알루미늄과 사염화타이타늄을 촉매로서 이용하면 통상정인 온도와 압력하에서 에틸렌중합이 급속하게 진행된다는 사실을 발견, 저압법으로 폴리에틸렌을 제조할 수 있는 길을 열었으며, 이 제조 기술은 고분자화학이 비약적인 발전을 이루는 계기가 되었다. 1963년 노벨 화학상을 수상하였다.)