연쇄중합 (Chain-Growth Polymerization)
쉽게 풀면
연쇄중합은 이미 불이 붙은 도화선에 단량체 알갱이가 하나씩 계속 달라붙어 순식간에 길어지는 모습에 비유할 수 있습니다. 한번 활성화된 사슬 말단은 매우 빠르게 반응하기 때문에, 반응이 시작되자마자 개별 사슬은 짧은 시간 안에 최종 길이에 가까워집니다. 그래서 반응이 진행되는 동안 짧은 사슬과 긴 사슬, 그리고 아직 반응하지 않은 단량체가 함께 섞여 있는 것이 특징입니다.
왜 중요한가
폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트 등 범용 플라스틱 대부분이 연쇄중합으로 생산되며, 라디칼·이온·배위 등 다양한 개시 방식이 산업 공정에 맞춰 선택됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
라디칼 개시제에 의해 고온에서 연쇄중합이 일어났다는 의미로, 범용 고분자 합성 논문에 자주 등장하는 표현입니다.
낮은 단량체 전환율에서도 사슬이 빠르게 성장해 고분자량 고분자가 얻어졌다는 것으로, 축차중합과 대비되는 연쇄중합의 특징을 보여줍니다.
조금 더 깊게 보면
연쇄중합은 개시-성장-정지(또는 사슬이동)의 세 단계로 나뉘며, 각 단계의 상대 속도가 최종 분자량과 분자량 분포를 결정합니다. ATRP나 RAFT 같은 리빙/제어 라디칼 중합 기법은 이 정지 단계를 억제해 분자량 분포를 좁히는 방식으로 발전했습니다. 연쇄중합은 개시, 성장, 사슬이동, 정지 단계로 나누어 설명되며, 사슬이동 반응이 활발하면 성장 중인 사슬이 일찍 끊기고 새 사슬이 시작되어 평균 분자량이 낮아지고 사슬 말단 구조도 달라집니다. ATRP, RAFT, 니트록사이드 매개 중합(NMP) 같은 가역적 비활성화 라디칼 중합 기법은 비가역적 정지를 억제해 분자량 분포를 좁히고 블록공중합체 합성까지 가능하게 합니다.
주의할 점
일반적인(제어되지 않은) 연쇄중합은 정지 반응이 무작위로 일어나기 때문에 분자량 분포가 넓어지기 쉬우며, 이는 축차중합의 거동과 근본적으로 다릅니다.
일반 자유라디칼 중합은 정지 반응이 두 사슬의 결합(재결합) 또는 불균등화 중 어느 쪽으로 일어나느냐에 따라서도 최종 분자량 분포와 사슬 말단 구조가 달라진다는 점에 유의해야 합니다.