Effect of the Molecular Weight on the Synthesis and Properties of the Discrete Molecular Weight Cyclic Polymer

Abstract

When the chain of cyclic polymer becomes long enough to dismiss the structural strain, only the conformation and composition of repeating units affect to the chemical properties of cyclic molecule. At this level, cyclic polymer has physical homogeneity from absence of chain ends. But in order to observe these unique properties of cyclic polymer, it is important to remove every linear impurity which can drastically affect the property of the material with only trace amount. Herein, we synthesized unimolecular cyclic polymer with the iterative exponential growth mechanism and the intramolecular cyclization of end-functionalized polylactide. By using polymer backbone with extremely low dispersity, It is available to separate cyclic polymer from linear precursors with Prep-SEC since hydrodynamic volume of the polymer shrinks after cyclization. To improve the producibility of the cyclic polymer, cyclization condition is optimized by choosing the solvent, changing the injection rate, and controlling the injection concentration. By selecting copper sulfate and sodium ascorbate catalyst with DMSO solvent with high temperature and diluting the concentration at high molecular weight, cyclic polylactic acid producibility is increased. Based on these findings, we took a step closer to the practical application of cyclic polymers.

고리형 중합체 사슬의 길이를 충분히 늘려 구조에 따른 힘을 무시할 수 있게 되면, 반복 단위의 형태와 구성만이 고리형 분자의 화학적 특성에 영향을 미치게 되는데, 이때 고리형 고분자는 사슬의 말단이 존재하지 않기 때문에 구조상 모든 부분이 동일하여 균질한 화학적 특성을 갖게 된다. 그러나 고리형 고분자의 이러한 고유한 특성을 관찰하기 위해서는 물성에 큰 영향을 미칠 수 있는 선형의 미량 불순물을 모두 제거하는 것이 중요하다. 이때 반복 과정을 거쳐 기하급수적으로 성장하는 고분자 구조의 말단에 작용기를 달아 이 분자가 해당 분자 내부에서 고리 형태로 결합을 형성하게 하여 단분자 고리형 폴리머를 합성했다. 분자량의 분산이 극히 낮은 단일 화학종 고분자를 뼈대로 사용함으로써 고리형태를 갖춘 고분자의 유체역학적 부피가 감소하였을 때 이 부피 차이를 이용하여 선형 전구체에서 고리형 폴리머를 분리하였다. 이후 고리형 고분자의 생산성을 향상시키기 위해 용매 선택, 주입 속도 변경, 주입 농도 조절 등을 통해 고리화 조건을 최적화하였으며, 각각의 요인이 영향을 미치는 정도와 그 원인을 파악하여 고리형 고분자의 생산성을 높였다. 이를 바탕으로 유용한 성질을 가진 고리형 고분자의 실제 적용에 한발 다가갔다.