[고분자공학]NMR을 이용한 고분자의 tacticity 분석

소개

고분자 물리학 term paper로 쓴 자료입니다. NMR을 이용하여 고분자의 대표적인 입체규칙성인 tacticity를 분석하는 방법에 대한 term paper입니다.

목차

1. Introduction

2. Basic theory
2.1. NMR의 원리
2.2 Tacticity

3. Appilcation to
3.1. 고분자의 tacticity의 분석
3.2. NMR의 tacticity의 분석

4. Example
4.1. PVA의 Tacticity 분석

5. Reference

본문내용

NMR의 역사): 1946년 Harvard의 Purcell과 Stanford의 Bloch가 독립적으로 원자 핵의 행동에 관한 중요한 발견을 발표하였다. 이 이전에 양성자와 전자뿐 아니라 대부분의 핵은 고유한 자기장을 가지고 있어, 강한 자기장 속에서 핵은 상당하는 위치에너지 준위를 가진 특정 배향을 가정할 수 있었다. 위 두 물리학자는 한 에너지 준위에서 다른 준위로 핵이 뛰어 들어갈 때 흡수하거나 방출하는 적은 양의 에너지를 검출할 수 있는 기술을 발견한 것이다. 이 기술이 핵자기공명(nuclear magnetic resonance) 분광법으로 그 후 개량되어 순수한 이론적인 연구뿐 아니라 복잡한 고분자 물질의 구조까지도 자세히 알 수 있게 응용되었다.
NMR 현상: 어떤 특정한 핵들은 자기적 성질은 가졌다는 것이 알려져 있다. 그런 핵들은 자기장을 걸면 어떤 일정한 방식으로 반응한다. 고분자 분야에서 흔히 사용되는 이러한 ‘자기 활성’을 가진 핵들은 1H, 2H, 13C, 19F, 29Si 등이다. 유기 고분자는 주로 C, H, O 등으로 이루어져 있기 때문에 이중 1H, 과 13C가 가장 중요하다. 한편 12C는 자기 활성이 없다.
자기 활성을 가진 핵들을 세기가 B0인 외부자장 안에 놓으면 각각의 핵은 2I+1 종류의 에너지 상태를 취하게 된다. 여기서 I는 ‘스핀양자수’라 불리는데, 정수(0, 1, 2, …)이며, 핵의 종류에 따라서 각기 다른 값을 갖는다.(1H과 13C은 I = 1/2, -1/2의 두 가지가 가능하다.)
분자수준에서 보면 물질은 핵들이 전자구름에 쌓여 있는 것으로 묘사된다. 그런데 전자구름의 밀도 분포가 각 핵마다 다르고 외부에서 건 자기장은 전자구름과 상호작용하므로 핵들이 느끼는 자장의 세기는 각기 다르게 된다. 바꾸어 말하면 핵마다 그 자기적 환경이 다르다. 이러한 다른 환경에 핵들을 검출하여 나타낸 것이 NMR spectrum 이다.
NMR분석의 응용: 고분자의 관점에서 NMR은 고분자의 구조 확인, 입체배열(configuration), 입체상태(conformation), 연속구조(sequence), 분자와 가교, 공중합체 조성, diene류 고분자의 이성질화(isomerism), 블렌드/공중합체 종류의 구별, 중합반응 메커니즘, 산화와 분해, 고분자 용액, 말단기 등을 분석할 수 있다

참고자료

· 1) 김영백, 이후성(원저자 G. Odian), "Principles of Polymerization", pp. 663-684, 3rd Ed., 사이텍미디어(원출판사 John Wiley and Sons), 1996.
· 2) 윤창주, “고분자 연구의 NMR기술 이용 -원리와 양성자 NMR의 응용”, 폴리머, 1(3), pp.131-137(1977).
· 3) 류주환, “NMR Spectroscopy", 고분자과학과 기술, 4(3), pp.211-225(1993).
· 4) 류원석, “고교대배열 초고분자량 폴리비닐알코올의 합성, 고강력 마이크로피브릴 폴리비닐알코올 섬유의 제조 및 특성 해석”, 서울대학교 대학원 박사논문, 1994.
· 5) Y. Nagara, T. Nakano, Y. Okamoto, Y. Gotoh, M. Nagura, “Properties of highly syndiotactic poly(vinyl alcohol)", Polymer, 42, 9679-9686(2001).