고분자 점도 측정 실험

본 내용은 " (A+)단국대학교 고분자공학과 고분자기초실험 <점도> " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.11.23

문서 내 토픽

• 1. 점도의 정의 및 표현법

  점도는 유체의 내부 마찰력으로 유체가 다른 부분에 대하여 운동할 때 받는 저항력을 나타낸다. 점도의 표현법으로는 상대점도(η_r = η/η_0), 비점도(η_sp = η_r - 1), 환원점도(η_red = η_sp/c), 고유점도([η] = lim(C→0) η_sp/C) 등이 있다. 이들은 고분자 용액의 특성을 파악하는 데 중요한 지표이다.

• 2. 고분자와 점도의 관계

  선형 고분자와 가지형 고분자의 분자량이 증가함에 따라 가교 및 분지수가 증가하면 사슬끼리의 뒤엉킴이 심해지고 분자 간 상호작용력이 발생한다. 이에 따라 점도가 증가하여 흐름에 대한 저항이 증가한다. 고유점도 측정을 통해 분자량을 계산할 수 있으며, 이를 통해 가공 조건을 결정하고 제품의 적절한 점도로 생산하여 품질을 개선할 수 있다.

• 3. Ostwald 점도계를 이용한 측정 방법

  Ostwald 점도계는 용액이 일정한 구멍을 통과하는 데 걸리는 시간으로부터 용액의 점성을 측정하는 모세관 점도 측정기이다. 순수 용매의 낙하시간(t_0)과 고분자 용액의 낙하시간(t)을 측정하여 비점도와 환원점도를 계산한다. 실험에서는 0, 5, 10, 15 wt% 농도의 시료를 제작하여 각각의 낙하시간을 측정하였다.

• 4. Mark-Houwink 식과 분자량 계산

  고유점도를 이용하여 고분자의 분자량을 구하기 위해 Mark-Houwink 식 [η] = K·M_v^a를 사용한다. 여기서 K와 a는 고분자의 종류, 용매, 온도에 따라 결정되는 상수이다. a는 0.5~0.8 범위이며, K는 a가 증가하거나 유연한 사슬인 경우 감소하는 경향이 있다. 실험에서는 고분자의 종류를 모르기 때문에 정확한 분자량 계산이 불가능하였다.

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• 1. 점도의 정의 및 표현법

  점도는 유체의 흐름에 대한 저항성을 나타내는 중요한 물리적 성질입니다. 절대점도(동적점도)와 동점도(운동점도)의 구분은 유체의 특성을 정확히 이해하는 데 필수적입니다. 절대점도는 Pa·s 단위로 표현되며 온도에 매우 민감하게 반응합니다. 다양한 표현법 중에서 상대점도와 환원점도는 고분자 용액의 특성을 비교할 때 특히 유용합니다. 점도 측정은 재료의 품질 관리와 공정 최적화에 있어 기초적이면서도 매우 중요한 역할을 하므로, 정확한 정의와 표현법의 이해가 선행되어야 합니다.

• 2. 고분자와 점도의 관계

  고분자 용액의 점도는 분자량, 분자 구조, 용매와의 상호작용에 의해 결정됩니다. 분자량이 증가할수록 점도는 비례 이상으로 증가하는 특성을 보이며, 이는 고분자 사슬의 크기와 유연성에 기인합니다. 고분자의 형태(선형, 분지형, 망상구조)에 따라 같은 분자량이라도 점도가 크게 달라질 수 있습니다. 용매의 선택도 중요한데, 좋은 용매에서는 고분자 사슬이 확장되어 점도가 높아지고, 나쁜 용매에서는 응축되어 점도가 낮아집니다. 이러한 관계를 이해하면 고분자의 특성 평가와 품질 관리가 효과적으로 이루어질 수 있습니다.

• 3. Ostwald 점도계를 이용한 측정 방법

  Ostwald 점도계는 모세관 점도계 중 가장 널리 사용되는 장비로, 구조가 간단하고 사용이 용이합니다. 측정 원리는 일정한 부피의 액체가 중력에 의해 모세관을 통과하는 시간을 측정하는 것으로, 정확한 결과를 위해서는 온도 제어가 필수적입니다. 측정 시 액체가 상부 구(bulb)에서 하부 구로 흐르는 시간을 정밀하게 측정해야 하며, 일반적으로 3회 이상 반복 측정하여 평균값을 사용합니다. 장비의 청결 유지와 보정이 중요하며, 측정 전후 적절한 세척 절차를 따라야 신뢰할 수 있는 데이터를 얻을 수 있습니다.

• 4. Mark-Houwink 식과 분자량 계산

  Mark-Houwink 식 [η] = K·M^a는 고분자의 고유점도와 분자량 사이의 관계를 나타내는 경험식으로, 고분자 특성화에 매우 유용합니다. 상수 K와 지수 a는 특정 고분자-용매 시스템에서 온도에 따라 결정되며, 이 값들은 문헌에서 제공됩니다. 이 식을 이용하면 고유점도 측정을 통해 분자량을 신속하게 계산할 수 있어 산업 현장에서 널리 활용됩니다. 다만 식의 적용 범위와 조건을 정확히 이해해야 하며, 특히 분지도가 높거나 구조가 복잡한 고분자의 경우 오차가 발생할 수 있으므로 주의가 필요합니다.