고분자 기초 - 고분자는 어떤 특성이 나타날까?

06. 평균 분자량과 분자량 분포 (2)

    2018-06-25 02:56

#PDI(다분산지수)
#MI(응용흐름지수)

[1] 고분자 분자량 (분자량 분포)

1(빨강)2(검정)3(녹색)분자량 분포 그래프에서 수량평균이 모두 같다고 합시다.
중량평균은 전체 질량에서 각 사슬의 분자량이 차지하는 비중을 고려한 가중치를 구하여 계산한다고 했잖아요.
수량평균 분자량이 같아도 분자량 분포가 넓을수록, 분자량이 큰 사슬들이 많아서 가중치가 크게 계산되겠죠. 
분자량 분포가 넓을수록 중량평균이 더 크게 나오겠죠.

2(검정)보다3(녹색)그래프의 중량평균이 더 큰 이유입니다.
1번 그래프(빨강)는 각 사슬의 분자량이 동일하여 수량평균과 중량평균이 같네요.
1 그래프를 단분산이라고 부르기도 해요. 2,3그래프는 단분산의 반대말인다분산이 되겠네요.

 
 

[2] 분자량 분포 (PDI)

조금 더 생각을 확장해보죠.
왼쪽 그래프를 자세히 보니, 분자량 분포가 넓을수록 수량평균과 중량평균의 차이가 많이 나죠.
중량평균과 수량평균의 비가 클수록, 분자량 분포가 넓어지겠네요.
중량평균과 수량평균의 비를 구하면, 분자량 분포 정도를 숫자로 나타낼 수 있지 않을까요?
방금 생각했던 개념에서 나온것이 PDI(Poly Dipersity Index: 다분산성 지수)입니다.
PDI로 분자량 분포 정도를 수치로 표현할 수 있죠. 
수량평균과 중량평균이 같은 단분산은 PDI가 1이 되네요. PDI는 적어도 1 이상 값을 가지게 되죠.

 
 
수량평균과 중량평균 분자량 말고도 다른 분자량도 존재해요.
하지만, 가장 기초적이면서 중요하기 때문에 수량평균과 중량평균 위주로 설명했어요.
그렇다면 지금껏 평균 분자량에 대해서 배웠는데, 평균 분자량을 실제로 어떻게 측정할까요?
평균 분자량을 측정하는 다양한 방법들이 있는데, 산업에서 많이 쓰는 측정법을 소개할게요.
 
[3] Melt Index (MI: 응용지수)와 분자량

평균 분자량 측정할 때시간과 경비가 많이 들기 때문에 산업에서 주로 용융지수(MI)를 측정해요.
MI는 어떻게 측정할까요? MI를 측정하는 기계 모식도입니다.
MI는 용융된 수지에 일정한 하중을 가하여정해진 시간 동안 노즐을 통과하여 나오는 수지의 양으로 측정해요.
용융지수가 실제로 분자량은 의미하지는 않지만고분자 수지들의 용융지수 값을 비교해 분자량을 상대적으로 비교해 볼 수 있어요.

하중을 가했을 때, 분자량이 낮은 고분자는 노즐을 빠져 나오기 쉽지만 분자량이 큰 고분자는 빠져 나오기 힘들겠죠.

수량평균 분자량이 비슷해도 분자량 분포가 넓을수록, 분자량이 작은 사슬이 먼저 빠져나가기 때문에 흐름성이 좋겠죠.
용융지수는 크게 분자량과 분자량분포 2가지에 의해 주로 결정됩니다.