A multicyclic polymer chain can form novel multicyclic polymer molecular structures depending on the number of rings, the number of linear side branches and the junction points. In this study, we investigated the effect of polymer molecular structure on the change in polymer properties using lasso and manacle polymers of the same molecular weight, consisting of a ring and a linear side branch. To investigate the ideal behaviour of the polymer chains, we adopted a freely jointed bead-rod model in a free-draining solution system and performed a mesoscopic Brownian dynamics simulation. Despite having the same molecular weight, linear, ring (or cyclic), lasso-shaped and manacle-shaped polymer chains exhibit different physical and dynamic properties in equilibrium and nonequilibrium (or shear flow) states. In particular, lasso-shaped and manacle-shaped polymer chains, which differ in the number and size of the rings and their position in the chain, exhibit completely different physical properties and tumbling behaviour depending on their molecular architecture.

멀티 고리형 고분자 체인(multicyclic polymer chain)은 고리(ring)의 개수, 선형 곁가지(linear side branch) 개수, 분기점(junction point)에 따라 새로운 멀티 고리형 고분자 분자 구조를 만들어 낼 수 있다. 본 연구에서는 하나의 고리와 하나의 선형 곁가지로 이루어진 동일한 분자량의 올가미형 고분자(lasso polymer)와 수갑형 고분자(manacle polymer)를 이용하여 고분자 분자 구조가 고분자의 특성 변화에 미치는 영향을 조사하였다. 고분자 체인의 이상적인 거동을 살펴보기 위해 자유 배수 용액(free-draining solution system)하 랜덤하게 연결된 비드-로드 모델(freely jointed bead-rod model)을 채용하여 중시 기반 브라운 동역학 전산 모사를 진행하였다. 선형, 고리형, 올가미형, 수갑형 고분자 체인들은 동일한 분자량을 가짐에도 불구하고 평형 및 비평형(또는 전단 유동) 상태에서 상이한 물리적, 동역학적 성질을 보여주었다. 특히, 고리의 개수와 크기 및 체인 내의 위치가 다른 올가미형 고분자 체인과 수갑형 고분자 체인은 분자 구조에 따라 완전히 다른 물리적 특성 및 텀블링 거동을 확인할 수 있었다.

Keywords: multicyclic polymer, brownian dynamics, shear flow, free-draining system.