- Poly = many / mer-meros = part

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1 - Poly = many / mer-meros = part
고분자 - Polymers - Poly = many / mer-meros = part “많은 부분들” 이란 뜻 = Giant Molecule - 자연고분자 (유기고분자 / 무기고분자) 단백질, DNA, RNA, 셀룰로오즈, 녹말 / Silica,모래,운모

2 - 식물성 섬유-화학적 내성이 크다. 셀룰로오스(다당류)
자연섬유 - 식물성 섬유-화학적 내성이 크다. 셀룰로오스(다당류) 마(麻,hemp)- 마의 줄기, BC 3000년 전부터 사용. 삼의 잎과 꽃에는 마취 물질이 들어 있어 담배로 만들 어 흡연하면 중독 증세를 보인다. 이것을 대마초라고 한다. 면(綿,cotton)- 식물의 섬유소 - 동물성 섬유-보온력, 탄력성. 촉감이 좋다. 단백질이 주성분 견 (絹,silk) – 누에고치가 원료, BC 4000년 전부터 사용. 모(毛,wool) – 양의 털,기타 동물의 털.

3 - 최초의 인조섬유 (1846년) 레이온 솜을 황산과 질산에 작용시켜 니트로셀룰로오스를 합성.
독일의 화학자 Schönbein 화학섬유 제 1호 - viscose rayon (1912년 실용화) 목재펄프를 NaOH에 녹여 알칼리셀룰로오스-이황화탄소 처리. 영국의 화학자 Cross와 Bevan이 방식은 제조방법이 쉽고 생산비도 싸기 때문에 많은 발전을 하였으며, 지금은 이 방법이 레이온 제조에 가장 많이 쓰이고 있다. - 1924년 공식적으로 rayon으로 부르게 되었다 (Salvage 사). 나일론 이전에는 인기독점/ 실제로 이 섬유는 자연고분자 에서 재생산한 것이라고 볼 수 있음.

4 합성섬유 1차 세계대전 전까지는 고분자 화합물을 만들기 쉽다고 생각하지 못하고 있었다. 그러던 중 아미노산이 어떻게 결합되어 고분자를 형성 하는 가를 연구하던 중 미국의 Carothers( )이 아디픽산(adipic acid)과 헥사메틸렌디아민(hexamethylenediamine)을 반응시켜 나일론(Nylon-6,6)을 합성. Polyamide. - 듀퐁 회사에서 상업화 1943년10월‘석탄과 공기와 물로 만든 거미줄 같은 강철보다 강한 실’

5 플라스틱(합성수지) - 플라스틱 물질의 홍수 나무, 철 같은 천연자원의 감소 인건비 절감(더 싸고 균일한 제품의 생산 가능)
물성의 변화 용이 1972년 플라스틱 물질이 철의 소비량을 앞지름 석기-청동기-철기-플라스틱 시대 - 플라스틱의 정의 : 적당한 온도에서 소성을 가지게 함으로서 마음대로 그 형태를 바꾸어 성형할 수 있는 것. 합성수지라고도 함(synthetic resins)

6 - Bakelite Baekeland (1863~1944,벨기에-미국)가 1906년에 페놀과 포름알데히드로부터 베클라이트(bakelite, 페놀수지)를 합성, 금속이나 돌보다 가볍고 단단하고 열과 약품에도 견디며 썩지 않고, 가공성이 좋은 재질 - 열 경화성 수지: 요소 수지, 규소 수지 - 열 가소성 수지: 알키이드 수지, 아크릴 수지, 스틸렌수지, 플로오르 수지(테플론)

7 FRP(fiber reinforced plastic) 유리섬유-불포화폴리
- 복합재료 FRP(fiber reinforced plastic) 유리섬유-불포화폴리 에스테르 수지 100톤 정도의 선체 건조 가능, 철보다 강한 물질.송유관으로도 사용. - 폴리에틸렌(polyethylene); etylene의 중합체 LDPE (low density d=0.94 이하) 곁가지가 달린 고분자 화합물. 부드럽고 휘기 쉬움. HDPE (high density d=0.96 이상) 규칙적인 사슬. 딱딱하고 강함. - 폴리스타이렌(polystyrene); styrene의 중합체 유리와 같은 투명, 발포한 폴리스타이렌 좋은 단열재로 사용.(styrofoam)

8 비료(Fertilizer) 1.식물 생장에 필요한 원소들 식물 구성 원소 (탄소,수소,산소) 대기중의 CO2와 물로부터 얻음.
주영양소 (Primary nutrients) 3종 N,P,K 부영양소 (Secondary nutrients) 3종 Ca,Mg,S 미량영양소(Micronutrients) 9종 B,Ce,Cu,Fe,Mn,Mo,Na,V,Zn

9 1890년 William Crooks( ,영국) 영국과학협회에서 고정질소의 수급문제에 관하여 논함 “미래 세계의 식량공급은 비료로 사용할 수 있는 질소화합물의 양에 의하여 결정될 것임” 그 당시의 질소화합물의 자원 칠레 초석(질산나트륨)과 페루의 구아노(조류의 분비물, Guano, 鳥糞石(조분석))

10 비료: 자연 토양에 결여된 성분을 보충해주는 역할
전세계 곡물 재배 면적: 약 40억 acre (1 acre = 1226평) 전 인구로 나누면 평균 0.7 acre/person (약 850평) 1 acre 당 약 $40의 비료를 사용하면 50%정도 증산이 가능함. 1600억불의 비료가 필요함.

11 1. 질소비료 1. 대기 중 N2 의 산화로 부터 HNO3 생성 2. 콩과 식물의 뿌리 혹 박테리아에 의한 질소고정 3. 죽은 생물체나 동물의 배설물 4. 칠레 초석 → 질산 페루의 구아노 → 암모니아 질산암모늄

12 질소(Nitrogen) 공기중의 79%가 질소이지만 그대로 흡수하지는 못함 NH4+ 나 NO3- 형태의 이온으로 물에 녹아 있는 상태 로 식물이 흡수 질소고정(Nitrogen Fixation) 1. 번개 칠때나 불이 탈때 N2 + O2 → 2NO 2NO + O2 → 2NO2 2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2 질산 아질산 2. 콩과 식물의 뿌리 혹 박테리아에 의한 질소고정

13 Nobel 화학상 수상 1918. 암모니아의 합성 Fritz Haber(1868~1934,독일)
Poland태생 유대인, Swiss에서 사망 N2 + 3H NH3 90g/h 185atm 500℃ Os계 촉매 1908년 Karlsruhe 고등학교 교수 Kaiser Wilhelm Instute for Physical Chemsitry at Berlin-Dahlem 의 Director 가 됨. 1911 Nobel 화학상 수상 1918.

14 Carl Bosch(1874~1940,독일) 산화철 촉매를 사용하여 암모니아의 공업적 생산 에 성공.1911 Nobel 화학상 수상 1931 High Pressure Chemistry Ostwald Process에 의한 HNO3생산 1908 NH3 + O2 → NO → NO2 → HNO3 Wihelm Ostwald (1853~1932, 독일) Leipzig 대 물리화학 교수

15 현재 미국서는 Haber- Bosch process에 의하여 매년
NH3를 108 ton 생산 이중 80% 가 비료로 사용됨 NH3 + HNO3 → NH4NO3 (질산암모늄) 3NH3 + H3PO4 → (NH4)3PO4 (인산암모늄) 2NH3 + CO2 → (NH2)2CO (요소, Urea) Liquid nitrogen: Slurry of NH4NO3 and Urea in water(질소함량~30%) 보관, 운반, 사용이 용이한 질소 비료

16 Fritz Haber

17 Carl Bosch

18 2.인산 비료 자연산의 인회석(Apatite) : Ca5(PO4)3(F,OH) Ca3(PO4)2 로 표시. Water insoluble Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 2H3PO4 + 3CaSO4 인산 H3PO4 + 3NH3 → (NH4)3PO4 (인산 암모늄) N,P의 좋은 비료

19 3. 칼륨비료 식물을 태운 재 속에 존재. 칼륨 광석으로부터 K추출, 사용 지각에 7번째로 많은 원소 Saskatchewan(Canada): World laigest deposit Deposit as KCl(sylvite) or KCl/NaCl (sylvinite) mixture Mining or solution mining(1 km depth)

20 복합비료 Three numbers indicate % of nitrogen, phosphate and potash N P2O K2O 예:

21 TNT(Trinitrotoluene)의 제조 석탄건류 → 코올타르 → Toluele N2 fixation NH3 HNO3
Haber Bosch process Ostwald process Toluene + HNO3 → TNT

22 식량증산을 위한 작물의 보호 - 식물을 해치는 것 바이러스, 곰팡이, 조류 등 8만가지 이상의 질병
3만여종의 잡초, 3천종의 선충류, 1만여종의 곤충 *전세계적으로 1/3의 식량농작물 손실, 200억달러/년 - 살충제 (병충해 방지) 제초제 (잡초의 성장억제), 살균제 를 사용 1.대표적인 살충제 DDT (1,1-bis(p-chlorophenyl)-2,2,2-trichloroethane) = dichlorodiphenyltrichloroethane

23 1873년 최초로 스위스의 Zeidler가 합성-1939년 스위스
Geigy 제약회사의 Paul Müller(1899 ~ 1965,Swiss)에 의해 살충성을 재발견. 2차 세계대전 중 대량생산. 장점: 값싸고, 약한 독성 (LD mg/Kg) - 문제점 병충해의 저항이 생기므로 더 많은 양을 사용해야 함. 생물학적 반감기가 8년/생물농축 현상이 일어남. (어류수리,백로) 조류의 칼슘대사에 이상이 생겨 알껍질이 약하게 됨- 번식이 어려워짐 1973년 미국내에서 사용금지 1978년 미시건호 고기내 DDT 함량이 90% 감소.

24 Pesticides: Chemicals used to control pests.
Classified according to the pests they control. 1. Insecticides(살충제) kill insects 2. Herbicides(제초제) kill weeds 3. Fungicides(살균제) kill fungi

25 1962년 Rachel Carson; 미국의 해양생물학자, 작가(1907-1964)
침묵의 봄 1962년 Rachel Carson; 미국의 해양생물학자, 작가( ) : 침묵의 봄(silent spring) 출판 (케네디 대통령 검토지시) 농약에 의한 환경 문제. 해양생물의 생태를 묘사한 《우리를 둘러싼 바다 The Sea Around Us》(1951)로 생물 저널리스트로 4년에 걸쳐 완성한 《침묵의 봄》은 농약의 무서움이 과학적이며 감성 풍부한 필치로 묘사되어 환경보전의 중요함을 인류에게 널리 인식시켰다. 저서에서는 농약이 환경 속에서의 확산, 잔류농약의 생체내 축적-연쇄작용 발암성 물질은 다음 세대에게도 피해를 준다는 것 등을 다루어 인류가 잘못된 삶의 방식을 취하였을 때 멸망을 피할 수 없음을 예고하고 있다.

26 《침묵의 봄》의 영향으로 주민, 학자 및 여론의 지지
속에 수많은 주의회가 유기염소계 농약 사용 규제를 결의하였다. 1963년에는 대통령 과학고문위원회가 ‘농약에 관한 조사 보고서’를 발표하여 카슨 이론의 정당성을 입증하였다. 카슨은 바로 다음해인 1964년 사망하였다. 해결책 비지속성 살충제(nonpersistent insecticides)를 개발 하여 사용(DDT는 지속성 살충제의 범주) Hard pesticide(경성 농약) / Soft Pesticide (연성 농약) 분해가 용이

27 제초제(Herbicides) 1. Selective Herbicides 성장호르몬,식물의 세포를 팽창시켜 잎과 뿌리를 두껍게
하여 물과 영양소 흡수를 막음 잎이 넓은 식물. 2. Nonselective Herbicides: 선택성 없이 모든 식물을 고사시킴 광합성을 방해하여 식물이 말라 죽게 함. 2,4-D(2,4-dichlorophenoxyacetic acid / 2,4,5-T (2,4,5-trichlorophenoxyacetic acid) 월남전에서 사용한 고엽제 (오렌지색 통) 이중에 부산물로 포함된 다이옥신(2,3,7,8- tetra- chlorodibenzo-p-dioxin)이 독극물이다.

28 Rachel Carson (1907-1964, USA) Rachel Carson (1907-1964, USA)