소개글
"전도성 고분자 합성"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
2. 이론적 배경
2.1. 고분자 중합의 분류
2.2. 중합 공정
2.2.1. 괴상중합
2.2.2. 용액중합
2.2.3. 현탁중합
2.2.4. 유화중합
2.3. 라디칼 중합 단계
2.3.1. 개시
2.3.2. 성장
2.3.3. 정지
2.4. 전도성 고분자의 이해
2.4.1. 폴리아닐린
2.4.2. 전도성 고분자의 가스 감지 메커니즘
2.5. 이온성 액체
2.6. 전도성 고분자와 이온성 액체의 상호작용
3. 실험 설계 및 결과
3.1. 설계의 방향성
3.2. 최대 허용 Dopant 양 계산
3.3. 실험 진행 및 결과
4. 고찰
5. PEDOT 중합
5.1. PEDOT의 특성 및 원리
5.2. PEDOT 중합 실험
5.3. PEDOT 중합 결과 및 토의
6. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
고분자 중합과 전도성 고분자에 대한 이해를 바탕으로, 전도성 고분자인 폴리아닐린과 이온성 액체의 상호작용에 대한 연구가 최근 관심을 받고 있다. 이러한 연구는 기존 전도성 고분자의 단점을 보완하고 응용 분야를 확장하는데 기여할 것으로 기대된다. 본 연구에서는 폴리아닐린과 이온성 액체의 상호작용을 통해 전기화학적, 광학적, 물리적 특성을 향상시키고자 한다. 이를 위해 폴리아닐린의 합성 방법과 이온성 액체의 특성, 그리고 두 물질 간의 상호작용에 대한 이론적 배경을 살펴보고자 한다. 또한 실험을 통해 얻은 결과를 바탕으로 폴리아닐린과 이온성 액체의 최적 조합을 도출하고자 한다.
2. 이론적 배경
2.1. 고분자 중합의 분류
고분자 중합의 분류는 크게 축합중합(Condensation Polymerization)과 첨가중합(Addition Polymerization)으로 나뉜다. 축합중합은 두 물질이 결합할 때 작용기들이 반응하여 물과 같은 저분자 물질이 생성되면서 중합하는 것으로, 대표적으로 에스테르화 반응이 있다. 반면 첨가중합은 저분자 물질이 생성되지 않고 단량체(monomer)가 반복단위(repeating unit)와 같다는 특징이 있다. 이번 실험은 첨가 중합에 해당한다.
또한 사슬 구조에 따라 선형고분자(Linear polymer), 가지고분자(Branched Polymer), 다리결합 고분자(Cross-linked Polymer)로도 분류할 수 있다. 선형고분자는 단량체가 일직선으로 결합한 구조이고, 가지고분자는 주사슬에서 곁가지가 형성된 구조이며, 다리결합 고분자는 주사슬과 주사슬 사이가 가교결합된 구조이다.
따라서 고분자 중합은 축합중합과 첨가중합으로 크게 구분되며, 각각의 특성에 따라 다양한 형태의 고분자 구조를 가질 수 있다고 할 수 있다."
2.2. 중합 공정
2.2.1. 괴상중합
괴상중합은 가장 간단한 중합 방법으로, 단량체, 촉매, 분자량 조절제 등을 반응기에 모두 넣은 후 중합을 진행하는 방법이다. 용매를 사용하지 않아 순도가 매우 높은 수지를 생산할 수 있는 특징이 있다. 그러나 고분자만 만들어지는 특성상 반응 후반부에 교반 및 제열이 쉽지 않은 경우가 발생할 수 있다.
괴상중합은 단량체, 개시제, 분자량 조절제 등의 원료를 모두 반응기에 넣고 교반하여 중합을 진행한다. 제품의 순도가 높고 추가적인 공정이 필요 없다는 장점이 있다. 그러나 고분자 수지만 생성되므로 반응이 진행됨에 따라 점도가 급격히 증가하여 교반과 열 제거가 어려워질 수 있다. 따라서 열 제거와 교반이 용이한 반응기와 교반기가 필요하다.
괴상중합은 간단한 공정이지만 점도 증가에 따른 교반 및 제열의 어려움이 단점으로 지적되어 왔다. 이를 극복하기 위해 반응기 및 교반기 설계, 개시제 및 분자량 조절제 선정 등에 관한 연구가 진행되고 있다. 또한 특수한 몰드를 이용하여 직접 성형하는 방식도 개발되고 있다.
2.2.2. 용액중합
용액중합(solution)은 용매에 단량체를 녹여 중합하는 방법으로, 용매로 인해 점도가 낮아 괴상중합과 비교해서 교반과 제열이 쉽다는 특징이 있다.
용액중합은 단량체를 용매에 녹여 중합을 진행한다. 단량체가 용매에 잘 용해되어야 하므로 단량체와 용매의 극성이 잘 맞아야 한다. 이때 사용되는 용매는 중합 반응 동안 단량체, 고분자, 촉매 등을 잘 용해해야 하며, 최종 제품에도 영향을 미치지 않아야 한다. 또한 중합 반응이 끝난 후에는 분리와 정제가 용이해야 한다.
용액중합의 장점은 용매로 인해 점도가 낮아 교반과 제열이 쉽다는 것이다. 그러나 단점은 중합이 끝난 뒤 용매를 제거해야 한다는 것이다. 이를 위해 탈용매 공정이 필요하며, 이 과정에서 고분자 사슬이 손상될 수 있다. 또한 반응기 부피가 크다는 단점이 있다.
용액중합은 고분자 합성 방법 중 하나로, 용매를 이용하여 단량체를 중합하는 방법이다. 용매로 인해 점도가 낮아 교반과 제열이 쉽다는 장점이 있지만, 탈용매 공정이 필요하다는 단점이 있다."
2.2.3. 현탁중합
현탁중합은 불용성 단량체를 물과 함께 교반하여 작은 단량체 방울로 만들고 촉매를 투입하여 중합을 진행하는 방법이다. 단량체 방울 하나가 작은 반응기와 같이 작용하며 단량체/분산매의 비에 따라 중합도와 크기가 정해진다. 이는 괴상중합과 달리 용매를 사용하므로 점도가 낮아 교반과 제열이 쉽다. 물과 단량체가 혼합되면 단량체가 작은 방울 형태로 분산되고, 개시제가 이 방울 안으로 들어가 중합반응이 일어나게 된다. 중합이 진행되면서 단량체 방울 안의 고분자 사슬이 성장하여 최종적으로 고분자 입자가 된다. 단량체 방울 내부에서만 중합이 일어나므로 입자 크기 및 분자량을 제어할 수 있는 장점이 있다. 또한 단량체와 반응매체가 서로 용해되지 않으므로 단량체의 순도가 높다는 장점도 있다. 그러나 개시제가 균일하게 분산되지 않으면 입자 크기 분포가 넓어지고 중합도 조절이 어려운 단점이 있다.
2.2.4. 유화중합
유화중합은 친수성 용매에 소수성 유화제를 넣고 micelle을 형성시킨 다음 소수성 단량체를 넣어 micelle 안에 들어가게 하는 방법이다. 개시제를 넣으면 확산에 의해 micelle 안으로 들어가고 반응을 시작한다. 현탁중합과 같이 각 micelle이 하나의 반응기처럼 작용한다.
유화중합은 용매에 소수성 단량체가 잘 녹지 않는 경우에 사용할 수 있는 중합 방법이다. 소수성 단량체를 친수성 용매에서 유화제를 이용해 미셀을 만든 후 개시제를 넣어 micelle 안에서 중합시킨다. 이 경우 각각의 micelle이 하나의 반응기 역할을 하게 된다. 미셀 내부에서 중합이 일어나 중합체가 생성되므로 중합체 분자량 조절과 제어가 용이하다는 장점이 있다. 또한 반응 중에 열 및 교반 제어가 용이해 대량 생산에 유리하다.
유화중합에서는 친수성 용매에 소수성 유화제가 들어있는 상태에서 소수성 단량체가 유화제 미셀 내부로 확산되어 들어가게 된다. 그리고 개시제가 미셀 내부로 확산되어 들어가 중합 반응을 개시한다. 이렇게 각각의 미셀 내부가 하나의 작은 반응기 역할을 하게 되어 ...
참고 자료
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