고분자 tacticity의 세 종류인 atactic, isotactic, syndiotactic을 설명해보세요.

Tacticity란 고분자의 주사슬에 결합된 가지 기(pendant group)가 어떻게 배열되어 있는지를 설명하기 위한 단어이다. 이 단어는 비닐 고분자를 이야기할 때 자주 등장하는데, Tacticity가 무엇인지에 대한 이해를 돕기 위해 비닐 고분자인 폴리스티렌을 살펴볼까 한다.

폴리스티렌을 평면적으로 그리면 위와 같다.

그러나 주사슬이 sp3 결합으로 되어 있어 실제로는 평면이 아니다. 아래와 같이 zigzag 형으로 되어 있다.

가지 기는 주사슬로부터 바깥쪽으로 결합되려는 경향이 있다.

이렇게 되면 모든 페닐 기는 같은 방향으로 놓이게 된다. 그러나 반드시 위와 같이 배열될 이유는 없다. 아래와 같이 여러 가지 방법으로 페닐기가 결합될 수 있다. 페닐기가 같은 방향으로 위치하여 결합되어 있는 경우, 우리는 그 고분

자를 이소택틱(isotactic)이라 부르고, 결합된 방향이 교차되어 규칙적으로 되어 있는 경우를 신디오택틱(syndiotactic), 규칙성 없이 결합되어 있는 고분자를 어택틱(atactic)이라 부른다.

이런 것들이 대체 우리와 무슨 관계가 있습니까? 이소택틱과 신디오택틱 폴리스티렌과 같이 어떤 고분자 규칙적인 배열을 가진 원자로 되어 있으면 함께 규칙적인 모양으로 쌓여 결정과 섬유로 된다. 어택틱 폴리스티렌과 같이 규칙성이 없으면 결정으로 성장할 수 없다. 분자는 자기와 비슷한 모양으로 생긴 고분자와 규칙적으로 배열될 수 있기 때문이다. 공과 공이나 상자와 상자를 공간 내에 쌓기는 쉬우나 공과 상자를 함께 쌓기는 어렵지 않은가?

하지만 이와 같은 다양한 배열이 때로 큰 문제가 될 수도 있다. Tacticity에 의한 문제는 폴리스티렌에서도 발견된다. 유리라디칼 중합에 의하여 고분자를 제조하면 열역학적으로 엔트로피가 가장 높아 안정한 어택틱 폴리스티렌이 생산된다. 이 고분자는 완전한 무정형으로 결정화가 전혀 되지 않는다. 메탈로센 촉매를 이용한 중합을 이용하면 특이하게도 신디오택틱 펄리스티렌을 생산할 수 있다. 이것은 결정성이며 270^oC의 온도까지 녹지 않는다.

다른 비닐 고분자인 폴리프로필렌도 tacticity의 효과를 보기 위한 좋은 예이다. 처음에는 폴리스티렌과 마찬가지로 어택틱 폴리프로필렌밖에 생산할 수 없었다. 이것은 부드럽고 끈적거리는 성질이 있어 구조 재료로서 아무런 가치도 없다. 폴리프로필렌을 가치 있게 만든 것은 두 과학자인 Ziegler와 Natta가 독립적으로 연구 덕이다.

이들이 발명한 촉매를 이용한 소위 Ziegler-Natta 중합을 이용하여 프로필렌을 중합하면 오늘날 우리가 널리 사용하고 있는 이소택틱 폴리프로필렌을 제조할 수 있다. 이 고분자는 결정화할 수 있어 열가소성 물론 실내 카펫 용 섬유로도 사용할 수 있다.