고분자는 온도에 따라 탄성 혹은 점성이 나타나게 된다. 이는 고분자가 탄성과 점성의 두 요소를 모두 지닌 물질로서 온도 및 실험 조건에 따라 어느 한 요소가 지배적으로 나타나기 때문이다. 일반적으로 물체의 운동은 점성과 탄성의 두 요소를 어느 정도 지니고 있으며, 고분자는 자체의 긴 사슬로 인하여 점탄성이 현저하게 나타난다.
온도뿐만 아니라 실험을 행하는 시간척도에 따라서도 고분자의 점탄성은 다르게 나타난다. 예를 들어 가교화시키지 않은 고무를 아주 빨리 잡아당길 경우 탄성체와 같이 탄성을 나타내나, 아주 천천히 잡아당길 경우 흘러버리는 것을 알 수 있다. 다른 예로서, 가교화시키지 않은 고무공을 딱딱한 바닥에 떨어뜨리면 잘 튀어 오르나, 동일한 공을 바닥에 오랜 시간 그냥 두면 흘러서 바닥 부분이 먼저 평평해지고 결국 납작한 형태로 변하게 된다. 이는 분자운동의 시간대와 외부에서 가하는 기계적 운동의 시간대가 서로 연관이 있다는 것을 나타낸다. 이와 같이 고분자의 점탄성에 관한 연구는 고분자의 탄성 및 흐름과 분자운동 및 분자구조와의 상관관계에 관한 것으로, 고분자의 응용 및 가공기술을 개발하는데 기초가 된다.
고무 탄성의 비밀
고무탄성은 고무줄을 수백 퍼센트 늘엿다 놓으며 거의 원래의 길이로 회복된다. 그러나 이와는 대조적으로 강철선은 몇 퍼센트의 번위에서만 가역적으로 변형될 뿐이며, 이 범위를 넘으면 비가역적 변형, 즉 소성변형을 하게 되고 결국 끊어지게 된다. 이와 같이 큰 인장 범위 내에서 가역적으로 탄성을 지는 것을 고무 탄성이라 하며, 이는 고무상 물질의 중용한 특성이다. 이러한 성질 외에도 고무는 늘이면 온도가 올라가고, 줄어들 때 온도가 내려가게 된다. 또한 일정한 하중을 가한 상태에서, 늘어난 길이는 가열하면 감소하고 냉각시키면 증가하게 된다. 이것은 금속과는 반대되는 성질이다.
천연에서 채취된 고무는 Polyisoprene으로서 선형의 사슬구조를 지니며 상온보다도 낮은 유리전이온도를 지니는 비결정성 고분자이다. 따라서 상온에서 응력을 가하면 흐리게 되어 그대로의 사용은 제한되어 있다. 이러한 성질을 보강하는 방법이 가교화인데 , 가교화시키게 되면 유동성이 억제되어 유리 전이 온도보다 높은 온도에서도 탄성을 나타내게 된다.
고분자의 가교화 됨으로서 생기는 변화
가교는 3차원적으로 일어나 공간에서 그물구조를 형성하게 된다. 가교화된 고분자의 이상적인 구조를 나타내었는데, 고분자의 주사슬을 따라 많은 점에서 가교 결합이 형성되어 있음을 알 수 있다. 가교반응에 의한 화학적 가교뿐만 아니라 고분자 사슬이 서로 얽혀서 이루어진 물리적 가교도 고무 탄성을 나타내는데 중요한 역할을 한다. 특히 천연고무는 분자량이 매우 높으므로 많은 물리적 가교가 이루어져 있다. 가교가 일어나면 하나의 고분자 사슬이 다른 고분자 사슬을 지나서 흐르려는 성질이 억제되어 구조적 안정성이 중대되므로 다양한 용도로 사용할 수 있게 된다.
가교화 시킨 고무는 높은 인장강도를 지니며 응력을 제거하면 원래의 상태로 회복된다. 가교화 시키지 않은 고무는 낮은 인장강도를 가지며, 응력을 제거해도 원래의 길이로 돌아오지 않고 고분자 사슬의 상당부분이 흘러버림을 알 수 있다. 고무줄, 타이어, gasket 등의 고무제품은 가교화 되어 있으며, 가교화 정도에 따라 유연한 것으로부터 딱딱한 것에 이르기까지 탄성 및 기계적 물성에 큰 차이를 보인다.