▲ 전단 흐름에 따른 얽힌 선형 고분자와 얽힌 짧은 가지가 달린 고분자의 변화. (a) 전단 흐름에 따른 고분자들의 구조적 특성 변화 (b) 전단 흐름에 따른 고분자들의 유변학적 특성 변화(사진 및 설명=UNIST)  © 특허뉴스

짧은 가지가 달린 고분자의 특성을 체계적으로 분석한 연구 결과가 나왔다. 고분자 재료의 성능을 높여 다양한 산업 분야에 적용될 것으로 기대된다.

UNIST 에너지화학공학과 백충기 교수팀이 짧은 가지가 달린 고분자의 얽힘과 거동을 분석해 다양한 산업적 응용 가능성을 제시했다. 분자 수준에서 고분자의 구조적 거동을 이해하고, 이를 이론적 분석과 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 상세히 밝혀냈다.

짧은 가지가 달린 고분자는 기존의 선형 고분자와 다른 독특한 특성을 지닌다. 이를 체계적으로 분석해 고분자가 포장재, 전자 장치, 자동차 부품, 의료 기기 등에서 탁월한 성능을 발휘할 것으로 전망했다.

선형 고분자보다 밀집된 사슬 구조로 더 큰 동적 저항을 나타냈다. 특히 짧은 가지의 무작위 움직임과 저항성이 향상된 체인 구조로 더 가볍고 단단한 포장재를 개발할 수 있다.

연구팀은 2~6개의 짧은 가지를 가진 작은 분자들을 분석했다. 기존 연구들이 주목하지 않던 분야로, 고분자가 압력을 받을 때 짧은 가지가 달린 고분자가 어떻게 반응하는지를 규명한 것이다.

짧은 가지가 달린 고분자는 여러 가닥의 실이 얽힌 모습과 비슷하다. 긴 털실 덩어리 사이에 작은 가닥들이 삐져나온 것과 같다. 이러한 구조는 고분자의 특성을 변화시켜 더 견고하고 탄력 있게 만들며, 고분자의 저항성을 높인다.

제1저자 최동훈 연구원은 “짧은 가지가 달린 고분자 유변학과 모델링의 새로운 방향을 제시했다”며, “독특한 고분자의 특성을 산업에 활용하면 비용 절감과 효율성 증대를 기대할 수 있다”고 설명했다.

백충기 교수는 “고분자 재료의 성능을 높이면 물류비 절감과 환경 보호에 도움이 될 수 있다”며, “다양한 형태의 포장재 디자인이 가능해져 제품 보호와 미적 가치를 동시에 높일 수 있다”고 말했다.

본 연구 결과는 미국 유변학회(The Society of Rheology)에서 발행하는 고분자 유변학 분야 최고 권위있는 저널인 Journal of Rheology에 2024년 6월 4일 온라인으로 게재됐고, 저널의 주요 논문(Featured article)으로 선정됐다. 

논문명은 Structural, topological, and rheological characteristics of entangled short-chain branched polymer melts under shear flow in comparison with the linear analog 이다.