해설 보기
정답폴리카프로락탐(나일론 6)은 ε-카프로락탐 고리가 열리며 중합되는 대표적 개환중합 고분자입니다.
핵심 개념
개환중합(ROP)으로 만드는 고분자 — 나일론 6(폴리카프로락탐)
개환중합은 고리 모양 단량체의 고리가 열리면서 사슬로 이어지는 중합 방식입니다. 부가중합처럼 물 같은 부산물이 빠져나오지 않으면서도, 축합중합으로 얻는 것과 같은 반복단위(아마이드, 에스터, 에터 등)를 만들 수 있다는 것이 특징입니다. 대표 예로 ε-카프로락탐의 개환중합으로 나일론 6(폴리카프로락탐)이, 에틸렌옥사이드에서 폴리에틸렌옥사이드가, 락타이드에서 PLA가 얻어집니다. 반대로 폴리에틸렌·폴리프로필렌·폴리스타이렌처럼 C=C 이중결합을 가진 비닐 단량체 계열은 모두 이중결합이 끊어지며 이어지는 사슬(부가)중합 생성물이므로 개환중합과 무관합니다.
선지별 해설
①폴리카프로락탐은 나일론 6의 다른 이름으로, 7원자 고리 화합물인 ε-카프로락탐을 물·개시제와 함께 가열해 고리를 여는 개환중합으로 제조합니다. 개환중합 고분자의 교과서적 예시입니다.
②폴리에틸렌은 에틸렌(CH2=CH2)의 이중결합이 열리며 이어지는 부가중합(라디칼 고압법 또는 지글러-나타 배위중합) 생성물입니다. 고리 단량체를 쓰지 않으므로 개환중합이 아닙니다.
③폴리프로필렌도 프로필렌의 C=C를 이용한 배위 부가중합으로 만들며, 지글러-나타·메탈로센 촉매로 입체규칙성을 조절합니다. 개환 과정이 존재하지 않습니다.
④폴리스타이렌은 스타이렌의 비닐기가 라디칼 부가중합으로 연결되어 만들어지는 고분자입니다. 단량체가 고리형이 아니므로 개환중합 고분자가 아닙니다.
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정답분자량은 Sc = μ/(ρ·D_AB)의 정의에 들어가지 않는 물성입니다.
핵심 개념
슈미트수(Schmidt number)의 정의 — Sc = μ/(ρ·D_AB)
슈미트수는 운동량 확산도(동점도 ν)와 물질 확산도(D_AB)의 비로 정의되는 무차원수로, Sc = ν/D_AB = μ/(ρ·D_AB)로 씁니다. 정의식에 들어가는 물성은 점도(μ), 밀도(ρ), 물질 확산계수(D_AB) 세 가지뿐입니다. 물리적으로는 속도경계층과 농도경계층의 상대적 두께를 나타내며, 열전달에서의 프란틀수(Pr = ν/α)에 대응하는 물질전달 짝입니다. 기체는 Sc가 대략 1 부근, 액체는 수백~수천에 이릅니다. 분자량은 확산계수를 추정하는 상관식(Chapman–Enskog, Wilke–Chang 등)에서 쓰일 뿐, 슈미트수 정의 자체에는 포함되지 않는다는 점이 이 문제의 핵심입니다.