고분자(polymer)의 분류와 특징

1. 고분자(polymer)의 분류

 고분자는 생성 방식과 원료에 따라 천연 고분자와 합성 고분자로 분류할 수 있다.

1) 천연 고분자(natural polymer)

자연계에서 생성되어 발견되는 고분자를 말합니다. 살아있는 생명체에서 형성된 고분자는 생체고분자로 생물체의 구조적 및 기능적 요소로 작용합니다. 천연고분자의 대표적인 예는 다음과 같습니다. 

1. 단백질(protein) : 단분자의 아미노산이 펩타이드 결합을 통해 형성된 고분자로 생물체의 효소, 구조 단백질, 신호 전달 등에 중요한 역할을 합니다.
2. 다당류(polysaccharide) : 단분자의 포도당 등이 축합반응을 통해 셀룰로오스(cellulose), 전분(starch), 글리코겐(glycogen) 등으로 중합되는 고분자로 에너지원 및 구조 형성에 기여한다.
3. 핵산(nucleic acid) : DNA와 RNA로 구성되며, 유전 정보를 저장하고 전달하는 역할을 합니다.

2) 합성 고분자(synthetic polymer)

합성고분자는 중합과정과 같은 화학적 공정을 통해 인위적으로 합성된 고분자로, 현대 산업에서 폭넓게 활용됩니다. 

1. 열가소성 고분자(Thermoplastic) : 일정 온도 이상에서 가열하면 연화되었다가 냉각하면 다시 고체화되는 성질(가역적 변화)을 가진 고분자입니다. 주로 약한 반데르발스 힘을 가지는 선형 또는 가지형 구조를 가진 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스타이렌(PS)등이 해당됩니다. 
2. 열경화성 고분자(Thermosetting Polymer) : 한 번 경화되면 열을 가해도 다시 연화되지 않고 화학적으로 경화(curing)되어 고형화(비가역적 변화)되는 고분자입니다. 특징은 열적 안정성이 높고 강도가 우수합니다. 주로 망상 구조(Network Structure)를 가진 고분자들이 해당되며 에폭시 수지(epoxy resin), 폴리우레탄(polyurethane)이 대표적이다.
3. 탄성중합체(Elastomer) : 외부 힘을 가했을 때 변형되지만, 힘을 제거하면 원래 형태로 되돌아가는 고분자 물질을 의미합니다. 이러한 탄성은 고분자 사슬이 자유롭게 움직일 수 있는 구조와, 분자 간 약한 물리적 결합 또는 화학적 가교 결합(cross-linking) 덕분에 가능해집니다. 주로 천연 고무(Natural Rubber, NR), 합성 고무(Synthetic Rubber)로 나뉩니다. 

2. 고분자의 물리적, 화학적 성질

 고분자의 성질은 분자량, 결정성과 비결정성 여부, 상호작용하는 화학적 그룹 등에 의해 결정됩니다.

1. 기계적 성질 : 인장강도, 신장률, 탄성 계수 등이 중요한 요소이며, 산업적 활용도를 결정합니다.
2. 열적 성질 : 유리 전이온도(Tg) 및 융점(Tm) 등은 고분자의 열적 안정성과 내열성을 평가하는 기준이 됩니다.
3. 전기적 성질 : 전기전도성, 유전율 등이 전자산업에서 중요한 요소로 작용합니다. 전도성 고분자(예: 폴리아닐린, 폴리피롤, PEDOT:PSS 등)는 차세대 전자재료로 주목받고 있습니다.

3. 고분자의 응용 분야

고분자는 다양한 산업에서 필수적인 역할을 하며, 대표적인 활용 분야는 다음과 같습니다.

1. 의료 : 생체 적합성 소재(예: 생분해성 폴리머, 인공 혈관), 약물 전달 시스템, 조직 공학
2. 전자 : 전기 절연체, 반도체 소재, OLED 디스플레이
3. 건축 : 단열재, 방수재, 고성능 복합소재
4. 자동차 : 경량화 소재(탄소섬유 복합재), 내열성 부품
5. 친환경 분야 : 생분해성 플라스틱, 재활용 가능 고분자 개발

4. 미래 전망 및 연구 동향

 최근 고분자 연구는 지속 가능성과 고기능성 소재 개발에 중점을 두고 있습니다.

1. 친환경 고분자 개발 : 미세플라스틱 문제 해결을 위한 생분해성 플라스틱(PLA, PHA) 연구가 활발히 진행 중입니다.
2. 고성능 기능성 고분자 : 자가 치유(self-healing) 소재, 초발수(superhydrophobic) 표면 코팅 등이 첨단 기술과 융합되고 있습니다.
3. 나노기술과의 융합 : 나노복합재(nanocomposite) 및 스마트 폴리머(smart polymer)가 차세대 소재로 주목받고 있습니다.
4. 바이오 고분자 연구 : 유전자 치료, 인공 장기 개발 등에 사용될 수 있는 생체 적합성 폴리머 연구가 진행되고 있습니다.

 이처럼 고분자는 단순한 화학 물질이 아니라, 인류의 삶을 변화시키고 발전시키는 핵심 소재로 자리 잡고 있다. 특히, 지속 가능한 발전을 위한 친환경 고분자 개발과 첨단 산업과의 융합이 중요한 연구 분야로 부상하고 있다. 앞으로도 고분자 과학의 발전은 다양한 산업에 혁신적인 변화를 가져올 것이며, 인간의 삶의 질을 향상시키는 데 중요한 역할을 할 것이다.