 개념 및 정의
고분자(高分子, polymer)는 단량체 분자들의 화학반응을 통하여 규칙적인 반복단위를 가진 긴 사슬로 이루어진 분자이다. 그리스어의 polus(many)와 meros(parts)의 합성어로 거대분자(macromolecules)라고도 부른다.
고분자공학(高分子工學, polymer engineering)은 고분자의 전반적인 분야를 다루는 학문으로, 일반적으로 고분자의 전반적인 개념과 중합 및 반응을 다루는 고분자화학(高分子化學, polymer chemistry), 고분자과학(高分子科學), 고분자의 구조와 성질에 관한 고분자물리, 고분자의 중합과 천연고분자의 응용에 관한 고분자중합, 고분자의 특성인 점탄성 거동을 다룬 고분자유변학(高分子流?學, polymer rheology), 고분자재료의 가공과 응용을 다룬 고분자가공과 고분자구조 및 특성, 생체고분자, 고분자분석, 고분자나노소재, 고분자복합재료, 합성수지(플라스틱), 합성섬유, 접착제, 코팅제, 페인트, 전기·전자 재료용 고분자소재 등을 다루는 분야이다.
고분자는 학문적으로 고분자화학, 고분자물리, 고분자특성으로 분류할 수 있는데, 고분자화학은 화학반응과 고분자의 화학적 성질을 다루고 있으며, 고분자 물리는 고분자 재료의 성질과 공업적 응용을 다루는 것이다. 고분자특성은 화학적 구조와 형상을 분석하고, 조성과 구조적 인자에 따른 물리적 특성을 다루는 것이다
고분자공학의 중요성 및 연구영역
고분자의 개념은 약 100년 전에 정립되었지만, 고분자공학은 학문적 뿐만 아니라 고 업적으로 비약적인 발전을 해, 현재 매년 약 3억 톤의 합성고분자가 생산되고 있으며 화학 분야에 종사하는 인구 중 약 40% 정도가 고분자에 대하여 연구하고 있다. 또한, 물리학(物理學, physics), 전자공학(電子工學, electronics), 기계공학(機械工學, mechanical engineering), 생물리학(生物理學, biophysics), 생물학(生物學, biology), 의학(醫學, medicine, medical science), 약학(藥學, pharmacy, pharmacology) 분야에서도 고분자에 대한 연구가 차지하는 비중이 확대되고 있다.
고분자 소재는 우주항공, 에너지 및 IT산업과 같은 첨단산업에 적용될 뿐만 아니라 자동차, 가전, 생활용품, 의류, 산업용 섬유, 건축 등 일상생활에 매일 사용되는 재료가 바로 고분자이다.
만약 광감응형 고분자인 포토레지스트의 개발이 없었다면 반도체, 디스플레이, 스마트폰 등과 같은 IT 산업의 발전은 없었을 것이다. 영화나 음악 등의 문화산업 역시도 각종 고분자 필름의 발전으로 가능해진 것이다. 고분자공학의 발전으로 고분자 소재는 생활용품, 전기전자기기, 자동차부품, IT용 부품, 의료용 등에 많이 사용되고 있으며, 재활용 분야, 생분해성 고분자 분야, 자동차/항공 부품분야 및 전자/반도체 부품 분야에 대한 중용성이 확대되고 있다.
이러한 고분자공학은 다음과 같이 고분자화학, 고분자물리, 고분자응용으로 크게 분류할 수 있다.
 고분자화학
고분자화학은 고분자의 중합, 중합 메커니즘, 중합속도, 중합법, 단량체의 합성, 고분자 반응 등에 관한 내용을 다루는 분야이다. 중합, 중합메커니즘 및 중합 속도는 축합중합과 부가중합에 대하여 각각 다루고 있으며, 부가중합에서는 음이온중합, 양이온중합, 라디칼중합, 배위중합, 개환중합에 대하여 각각의 중합법과 특징에 관하여 다루고 있다.
고분자화학에서는 고분자의 설계, 입체규칙성, 공중합체의 조성 및 미세구조 조절에 관한 연구와 함께 유-무기 하이브리드 고분자의 합성과 그 성질에 대한 연구와 천연고분자의 합성과 개질에 관한 내용도 함께 다루어 원하는 분자구조의 설계와 정밀중합을 통한 맞춤형 구조의 고분자합성에 관한 연구도 포함하고 있다. 여기에는 합성고무(synthetic rubber), 합성섬유(synthetic fiber), 생체고분자(biopolymer), 유-무기고분자(organic-inorganic hybrid polymer), 무기고분자(inorganic polymer), 금속함유 고분자(metallo-polymer)의 합성도 포함된다.
고분자물리
고분자물리는 고분자의 구조를 명확히 이해하고 그 성질을 해석하는 분야로 용액상태, 벌크(bulk)상에서의 분자구조와 형상을 이론 및 실험적으로 규명하여 구조에 따른 성질을 예측하고 이에 맞는 고분자를 설계/합성하는 기본적인 정보를 다루고 분야이다. 고분자 사슬의 메조스코픽(mesoscopic) 조직은 열역학적, 가공조건에 의해 결정되기 때문에 조건에 따른 광학적, 전기적, 열적 및 기계적 성질의 변화를 해석/예측하는 연구 분야이다. 고분자물리에서는 고분자의 성질에 영향을 미치는 인자를 해석 분석하는 것으로 용액상태에서의 거동, 고체상태에서의 거동, 유변학적 특성을 다루고 있으며, 고분자분석, 고분자구조 등도 이 분야에 포함된다. 고분자의 기능을 다양화하기 위한 방법인 고분자블랜드(polymer blend), 고분자복합체(polymer composites) 및 나노구조물을 함유하는 고분자나노복합체(polymer nanocomposites) 등도 고분자 물리에서 다루고 있다.
고분자응용
고분자공학의 궁극적인 목적은 단순한 일상생활에 사용되는 일회용 제품에서부터 첨단 산업에 이르기까지 인류사회에 필요한 유용한 제품을 만드는 것이다. 고분자응용은 고분자화학, 고분자물리를 바탕으로 고분자의 구조와 물성의 관계를 이해하고 이들의 유변학적 특성과 기계적 성질, 열적 성질 등을 이용하여 원하는 제품을 제조하는 것이다. 이 분야는 고분자유변학, 고분자구조, 고분자가공, 고분자블랜드, 고분자복합체 등을 포함한다.
고분자가공에서는 용액가공(solution process), 용융가공(melt process), 코팅(coating), 미세패턴(micro-, nanopattern process), 표면가공(surface process) 등을 다루고 있으며, 가공 시 다양한 기능을 부여할 수 있는 방법도 연구되고 있다. 최근에는 다양한 구조의 나노물질을 함유한 복합체의 연구가 이루어져 고분자나노복합체도 생산되고 있다. 또한 신재생에너지인 태양열에너지, 연료전지 및 2차전지에 대한 연구 분야도 확대되고 있으며, 스마트폰을 비롯한 디스플레이 분야, 의료용 및 치료용 분야에 대한 응용 연구와 디스플레이 분야 중에서 유기발광소자(organic light emmiting diodes, OLED)와 플렉스블 디스플레이(flexible display) 분야 및 나노분자 분야에 대한 응용연구가 더욱 활발해 지고 있다.
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