Applications of Polymer Materials/2nd Semester, 2005 Chapter 18. 기능성고분자 Outline of Chapter 기능성고분자
기능성고분자 (Functional Polymers)
기능성고분자 오늘날오늘날주요고분자들은그들의그들의물리적물리적성질과성질과경제성에기인하여존재존재 20 20세기세기말부터,, 고분자고분자과학은과학은기능성기능성고분자에많은많은초점이초점이맞추어져왔으며으며,, 기능성기능성고분자의가치는가치는물리적물리적성질보다는그들의그들의기능성에있다있다.. 이온교환수지와중공사중공사막,, 광고분자고분자,, 전기전도성고분자고분자,, 광섬유광섬유,, 생물고생물고분자분자 광고분자의경우경우,, 최근의최근의전자산업에지대한지대한영향을영향을끼쳐끼쳐산업의산업의발달을견인하고있음있음 Photolithography
광전도성고분자 전자사진은 1937 1937년 C. C. F. F. Carlson 에의해의해개발되었고,, 최초의최초의상품은 1950 1950년에년에출시 건식인쇄에대표적인전자사진의공정단계는다음과다음과같다..
전기전도성고분자 1977 1977년일본의일본의shirakawa, 미국의미국의MacDiarmid, Heeger 는요오드로폴리폴리아세틸렌필름을필름을부분부분산화시키면광전도성이상당히상당히증가하는것을것을발견 2000 2000년노벨상노벨상수상 화학적화학적산화,, 환원에환원에의하여의하여고분자가전도성전도성형태로형태로변형되는것을것을도핑 (doping) 이라고이라고함.. 트란스트란스구조의구조의폴리폴리아세틸렌이높은높은전도성을지닌다지닌다.. 모든모든전도성전도성고분자는자는콘쥬게이션이중결합을가지고가지고있다.. 참조표참조표46 46 폴리아세틸렌,, 폴리피롤,, 폴리티오펜등은등은용융되거나녹지녹지않으므로가공하기공하기어렵다.. 이때이때,, 곁가지를치환한치환한폴리티오펜 (3- (3-알킬 ) 은) 용해도와용융성을증대시켜가공성을증대증대시킬시킬수있다있다..
전도성고분자의분류
Conductivity of Polymer
전도성고분자
전도성고분자
압전성고분자 압전성압전성고분자 ( 변형에 ( 변형에의해의해전기가전기가발생됨 )) 는폴리폴리비닐리덴플루오라이드이다드이다.. PVDF PVDF는동질이상과분자에분자에있는있는두게의두게의쌍극자기 (CF (CF 2 ) 에 2 ) 의해의해큰유전성유전성질 (Dielectric property) 를가지게가지게됨.. 용도용도 :: 마이크로폰,, 이어폰이어폰,, 확성기확성기,, 도난방지기,, 화재경보장치장치
감광성고분자 전자사진이일시적인영상을영상을만드는만드는반면,, 영구영상은광중합광중합또는또는광가교결합에의해의해제조 광중합광중합공정에서단위체가빛에빛에노출되면선택적인중합이중합이일어난다.. 즉,, 자외선이노출된노출된부분은부분은가교결합이일어나일어나불용이불용이된반면반면,, 노출되지않은부분은부분은용해성의성형성형고분자의특징을특징을가지고가지고있어,, 용매에용매에쉽게쉽게녹여낼수있음있음 ( 네가티브 ( 형 )) 용도용도 :: 광제작광제작,, 인쇄용판,, 마이크로영상영상 ( 전자회로 ( 패턴패턴 )) 자외선자외선노출된노출된부분이부분이용융상태로전이되는고분자고분자 ( 포지티브 ( 형 ) 이) 많이많이쓰임쓰임 퀴논아자이드가고분자고분자매트릭스에첨가시켜염기에염기에녹게함
광가교결합
Roadmap of Semiconductor Technology 10 1.0 0.1 - C.Rubber - Bisazide 16 K 1977 5.0 64 K 1980 3.0 256 K 1983 2.0 Novolak - DNQ 1 M 1986 1.2 4 M 1989 0.8 16 M 1992 0.5 64 M 1995 0.35 KrF CAR 256 M 1998 0.25 ArF CAR 1 G 2001 0.18 4G 2004 0.13 F 2, EUV, X-Ray CAR 16 G 2007 0.09 Resolution R = k λ NA Contact Printer g-line Stepper i-line Stepper KrF ArF F 2, EUV, X-Ray 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Light intensity(output) of Hg-lamp as a function of wavelength I-line G-line DUV Thompson, L. F.; Willson, C. G.; Bowden, M. J. Introduction to Microlithography; 2nd Ed; ACS Professional Reference Book; American Chemical Society; Washington, DC, 1994
Photoresist Photoresist is an organic polymer which changes its chemical structure when exposed to ultraviolet light. It contains a light-sensitive substance whose properties allow image transfer onto a printed circuit board. There are two types of photoresist: positive and negative
PR Process Photoresist Substrate hu Coating Mask Negative Positive Exposure Develop Etch Strip
중공사막 중공사막은바닷물과소금기가있는있는물의물의담수화에서역삼투역삼투시스템에사용됨사용됨.. 한외여과 (Ultrafilteration), 미세여과 (microfilteration), 혈액투석,, 기체기체분리막으로응용할응용할수있다있다.. 중공사막은 1mm 1mm이하의이하의직경의직경의모세관으로벽은벽은반투막과같은같은기능을가짐가짐,, 통상통상원통형원통형막으로막으로제조하여생산성을극대화극대화시킴.. 초산셀룰로오스,, 폴리술폰,, 폴리아크릴로니트릴,, 폴리메틸메타크릴레이트,, 폴리아마이드,, 폴리벤즈이미다졸
Types of Membrane Separation ( 역삼투법 : 1nm 이내의용질을분리하는막공정 ) 해수의담수화 ( 확산투석법 : 농도차를이용분리 ) ( 전해투석법 : 전위차를이용분리 ) 인공신장
Types of Membrane Separation ( 정밀여과법 ):0.1-10micrometer 정도의분리 : 압력차를이용 ( 한외여과법 ): 1-100nm 정도의분리 : 압력차를이용 ( 투과증류법 ): 흡착, 확산탈착현상을이용
Types of Membrane Separation ( 기체분리법 ): 막내에서의확산계수의차이를이용 ( 액막법 ): 선택적용해도차이를이용추출 / 역추출이용
이온교환수지 2.1 이온교환수지의제조원리 STM(Styrene Monomer) CH CH 2 + DVB(Divinyl Benzene) CH CH 2 현탁중합현탁중합 중합 Polymer (R) 2.2 이온교환수지의교환원리 CH CH 2 교환기 이온교환수지 (R-SO + 3 ) 기도입환교 -SO + 3 이온교환수지의반응은가역반응 (Reversible Reaction) 이온교환수지 + Target Ion 이온교환수지 -Target Ion (ex) R-SOR 3 H+Na + R-SO 3 Na + H + 이온교환수지 -Target Ion + 재생제 이온교환수지 + Target Ion (ex) R-SOR 3 Na + H + R-SO 3 H+Na + 가역반응 1회용이아니고재생을통하여지속적으로사용가능
이온교환수지
Gel, Porous Type 이온교환수지 구 분 Gel Type Porous Porous Type Type 구조모형 Micro Pore 0 數 100A Micro Pore 0 數 100A Macro Pore 數 10 數 1000A 수지외관 수지표면 내열성 내유기오염성 반응속도반응속도 투명구상 Micropore 비교적높다 낮다 빠름빠름 불투명구상불투명구상 Micropore+Macropore Micropore+Macropore Macropore 높다높다높다높다매우매우빠름빠름
이온교환막 테트라플루오르에틸렌과비닐이터퍼플로로엑시드와의공중합체로제조제조된막은막은높은높은전도성과나트륨이온에대한대한투과성,, 염소와염소와가성소다에우수한수한내화학성을지님지님
고분자시약
Merrifield 수지 Merrifield 수지수지 :: 고분자와결합된결합된촉매와촉매와시약시약 고분자고분자촉매는촉매는반응반응혼합물로합물로부터부터제거가제거가쉬운쉬운장점을장점을지닌다.. 고분자와결합된결합된carbodiimide 는카르복시산으로부터무수울을제조제조,, 또는불안정한알코올로부터부터알데히드를합성하는반응에반응에사용할사용할수있음있음..
Starburst Dendrimer 덴드리머 :: 별이별이폭발하는모양을모양을가지는가지는3 차원차원분지상의고분자고분자 1980 1980년대년대중반중반Dow Chemical 에서에서개발,, 최초의최초의덴드리머는암모니아와메틸아크릴레이트그리고그리고과량의과량의에틸렌에틸렌디아민으로반응반응시킨시킨세개의가지가가지가달린달린중심에서성장된성장된Polyamidoamine (PAMAM) 임 용도용도 :: 마이크로전자공학에서의체의체의눈금측정,, NMR NMR 영상의영상의콘트라스트시약시약,, 촉매담체
Biopolymer 천연거대분자 :: 단백질단백질,, 핵산핵산, 다당류, 다당류 일차구조 :: 사슬에사슬에따른따른단위체의순서순서 이차구조 :: 서로서로사슬에사슬에따라따라단위체의상호작용으로형성형성 수소결합에의한의한DNA DNA의나선구조 단백질단백질 :: 아미노산으로만들어진천연천연생물생물고분자고분자 RNA, RNA, DNA DNA
다당류의일반조성 생물학적고분자의종류다당류, 단백질과폴리펩티드류, 핵산고분자류 생체고분자는축합중합체임 α-d-glucose β-d-glucose 다당류는당류의축합반응으로생성된선형폴리에테르 셀룰로오스, 녹말, 글리코겐 : 글루코스의단독중합체 키틴 : N-아세틸-D-글루코사민의단독중합체 N- 아세틸 -D- 글루코사민
단백질류의반응
천연아미노산
Merrifield 단백질합성기
폴리뉴클레오티드의일반조성
폴리뉴클레오티드의역할
DNA 의이중나선구조