소개글
"벌크중합 용액중합 chain polymerizaiotion"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적
2. 실험 이론 및 원리
2.1. 라디칼중합 (Radical Polymerization)
2.2. 괴상중합 (Bulk Polymerization)
2.3. Poly(methyl methacrylate) (PMMA)
2.4. 벌크중합
3. 실험 결과 예측
3.1. PMMA 중합
4. 실험 준비물
4.1. 실험기구 및 장치
4.2. 시약에 대한 유의사항 (MSDS)
5. 실험 방법
6. Monomer 정제
6.1. 원리
6.1.1. 액-액 추출법
6.1.2. 감압증류법
7. 방법
7.1. MMA 정제
8. 개시제 정제
8.1. 실험 원리
8.1.1. 재결정의 원리
8.1.2. 재결정에 영향 끼치는 요인
8.2. 방법
9. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적
실험 목적은 벌크 중합법을 습득하고 라디칼 메커니즘으로 진행되는 중합반응을 이해하는 것이다. 벌크중합은 용매나 분산 매체를 사용하지 않고 단량체만으로 또는 소량의 개시제를 가하여 중합체를 얻는 라디칼 중합법이다. 이 중합방법은 간편하면서도 고순도 및 높은 분자량의 중합체를 얻을 수 있는 장점이 있지만 반응 시 열제거가 어렵다는 단점이 있다. 본 실험에서는 메틸메타크릴레이트(MMA)를 벌크중합하며 개시제로 AIBN, 연쇄 이동제로 n-부틸멀캅탄을 사용하여 분자량을 조절하는 실험을 진행한다. 이를 통해 라디칼 중합 메커니즘 중 개시반응, 성장반응, 정지반응, 연쇄이동반응을 이해하고, 벌크중합의 특징인 자동촉진화 현상과 확산 저항 현상 등을 파악하고자 한다. 또한 단량체 정제와 개시제 정제 과정을 통해 중합에 미치는 불순물의 영향도 확인할 수 있을 것이다.[1,2]
2. 실험 이론 및 원리
2.1. 라디칼중합 (Radical Polymerization)
라디칼중합 (Radical Polymerization)은 개시제가 열 또는 빛에 의해서 라디칼을 생성하는 개시반응(initiation)을 시작으로, 라디칼과 단량체의 이중결합이 반응하는 성장반응(propagation)으로 고분자가 생성된다. 라디칼이 서로 반응하여 반응이 종결되는 정지반응(termination)으로 고분자의 성장이 종료된다. 정지반응은 경우에 따라 coupling과 disproportionation으로 나뉘고, 라디칼이 소멸되지 않으며 다른 분자로 이동되는 사슬이동반응(chain transfer)이 있다. 개시제와 단량체, 사슬이동물질(chain transfer agent)등으로 고분자의 분자량을 조절할 수 있다. 개시반응에서는 개시제가 두 개로 쪼개져 라디칼을 만들고, 이 라디칼이 단량체와 결합하여 탄소 라디칼을 만들면서 중합을 개시하게 된다. 성장반응에서는 개시반응으로 생성된 개시제의 탄소라디칼이 단량체를 만나 연쇄적으로 라디칼이 형성되고, 그 과정에서 고분자 중합이 이루어지며 사슬이 성장한다. 정지반응은 성장반응으로 통해 늘어난 고분자 사슬이 성장을 멈추는 단계로, 두 개의 고분자 사슬이 만나 하나의 고분자 사슬을 만드는 라디칼 짝지음 반응, 한 족의 라디칼이 다른 쪽 고분자 사슬 끝으로 이동해 두 개의 고분자 사슬이 되어 성장이 멈추는 라디칼 불균등 반응이 있다. 사슬이동에서는 생성된 고분자 사슬 중간 중간에 다른 고분자 사슬의 라디칼이 치환되어 고분자 사슬에 곁가지가 생성되는 반응이 일어나며, 이를 통해 고분자의 분자량 및 반응속도 등을 유추해낼 수 있다.
2.2. 괴상중합 (Bulk Polymerization)
괴상중합(Bulk Polymerization)은 용매나 분산매체를 사용하지 않고 단량체만으로 또는 소량의 개시제를 가하여 중합체를 얻는 라디칼 중합법이다. 이 중합방법은 간편하면서도 고순도 및 높은 분자량의 중합체를 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나 반응 시 열제거가 어렵고 경우에 따라서는 생성된 중합체가 단량체에 용해되지 않으며 또한 반응계의 점도가 높아 중합에 기술적인 문제점이 발생할 수 있다.
대부분 괴상중합은 단량체나 중합체의 녹는점 이상의 온도에서 이루어진다. 반응이 진행되면서 분자량과 융점도가 증가하므로 낮은 압력하에서도 반응계에 생성된 부반응물(물, 알코올 등)의 제거를 어렵게 한다. 따라서 온도를 서서히 올리며 중합을 시켜야 하며, 아주 높은 분자량의 중합체를 얻기 위해서는 반응 종결단계에서 온도를 250℃까지 올려야 하는 경우가 있어 최종 중합체의 열안정성이 양호해야 한다.
괴상중합에서 사용되는 개시제는 열이나 빛에 의해 쉽게 분해되어 라디칼을 생성할 수 있는 유기 및 무기 화합물로, 과산화벤조일(benzoyl peroxide;BPO), 과산화디큐밀(dicumyl peroxide;DCP), K2SO3(potassium persulfate) 등의 과산화물과 AIBN(2,2'-azobisisoburyronitrile), 아조비스 메틸부티로니트릴 (2,2'-azobis-2-methyl-butyronitrile) 등의 아조화합물이 있다. 과산화물은 산소-산소 결합이 쉽게 끊어져 산소 라디칼을 만들며, 아조화합물은 질소가 제거되면서 탄소에 라디칼이 생성된다. 이들 라디칼들은 단량체에 작용, 연속...
참고 자료
고분자합성실험(p48~53)
Odian, George, “고분자화학”, 3판, 희중당, 1996
https://en.wikipedia.org/wiki/Methyl_methacrylate
https://en.wikipedia.org/wiki/Radical_polymerization
포스터 인용, “액-액 추출법”, “감압증류법”, “라디칼중합”, “괴상중합”, “PMMA”, “실험 준비물”
“Principle of Polymerization" George Odian
고분자화학입문(3판) Malcolm P.Stevens
Peter Atkins, (2020), 물리화학, 교보문고
Raymond Chang, (2020), 일반화학, 사이플러스
여인형, (2013), Harris 최신분석화학, 자유아카데미
한국고분자학회, (2005), 고분자실험, 자유아카데미
제니스 고진스키 스미스, (2018), 스미스의 유기화학, 카오스북
