축차중합 (Step-Growth Polymerization)
한 줄 정의: 작용기를 가진 단량체나 올리고머들이 서로 반응하여 단계적으로 사슬 길이를 늘려가는 중합 방식입니다.
쉽게 풀면
축차중합은 여러 사람이 짝을 지어 손을 잡고, 그 짝들이 다시 다른 짝과 연결되는 과정을 반복하는 모습과 비슷합니다. 처음에는 짧은 이합체, 삼합체들이 여기저기서 생기다가 반응이 진행될수록 이들이 서로 이어져 점점 긴 사슬이 됩니다. 그래서 반응 초기에는 분자량이 낮은 상태가 오래 지속되고, 반응이 거의 끝나갈 무렵에야 분자량이 급격히 커지는 특징이 있습니다.
왜 중요한가
폴리에스터, 폴리아마이드(나일론), 폴리우레탄 등 산업적으로 중요한 축합형 고분자 대부분이 축차중합으로 만들어지기 때문에 고분자 합성 공정 설계에서 기본이 되는 개념입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"Polyesters were prepared via step-growth polymerization between a diol and a diacid monomer."
다이올과 다이산 단량체 사이의 축차중합을 통해 폴리에스터를 제조했다는 뜻입니다.
"High molecular weight was achieved only at high conversion, consistent with step-growth kinetics."
전환율이 높아진 후에야 고분자량에 도달했다는 것으로, 축차중합 특유의 반응 속도론을 확인한 문장입니다.
조금 더 깊게 보면
축차중합의 분자량은 카로더스 식(Carothers equation)으로 대략적으로 설명되며, 반응이 완전히 진행되어 전환율이 매우 높아져야만 실용적인 수준의 분자량에 도달합니다. 단량체의 작용기 비율이 정확히 맞지 않으면 최종 분자량이 크게 제한될 수 있습니다.
주의할 점
축차중합은 연쇄중합에 비해 고분자량에 도달하기까지 전환율이 매우 높아야 하므로, 부반응이나 작용기 불균형에 민감하다는 점에 유의해야 합니다.