A+ 졸업생의 PMMA 현탁중합 (결과 레포트)

문서 내 토픽

1. PMMA 현탁중합

이번 실험에서는 현탁중합으로 PMMA를 중합하여 보았다. 유화중합과 비슷한 중합법으로 물에 단량체를 분산시킨 다음 단량체에 녹는 개시제와 현탁 안정제를 넣었다. 반응이 진행되면서 분산이 되었던 단량체 혹은 고분자는 서로 뭉쳐서 큰 덩어리를 이루게 되는데 이것을 방지하기 위해서 안정제를 첨가하였다. 현탁중합을 사용함으로써 우리는 열을 쉽게 분산시킬 수 있었다. 이로 인해 점도가 낮은 고분자를 얻을 수 있었다. 또한 중합반응이 끝난 후 중합체를 반응용기 또는 분산매와 쉽게 분리할 수 있었다.
2. FT-IR 분석

FT-IR 분석 결과, 파수 3000이하에서 sp^3 CH stretching의 broad한 peak를 확인할 수 있다. 이 peak는 PMMA의 메틸기와 ester에 붙어 있는 CH_3의 영향으로 보인다. 파수 1750대에서는 ester C=O stretching의 sharp한 peak를 확인할 수 있다. PMMA의 side group인 ester의 카르보닐기의 영향으로 보인다. 파수 1450과 1375에서는 alkane CH_3 bending의 약한 두 개의 peak를 확인할 수 있다. 파수 1465에서는 alkane CH_2 bending의 약한 한 개의 peak를 확인할 수 있다.
3. DSC 분석

DSC 분석 결과, 기준선이 변하는 하나의 변곡점이 있는 것을 알 수 있다. 이 변곡점을 T_g라고 하며, DSC를 통해 구한 PMMA의 T_g는 105℃이다. 실제로 PMMA의 T_g는 105℃이기 때문에 정확한 결과 값을 얻었다고 할 수 있다.
4. 현탁중합과 유화중합의 차이점

현탁중합의 구성요소는 단량체 + 비활성 용매 (물) + 개시제 + 현탁 안정제인 반면에 유화중합의 구성요소에는 현탁 안정제 대신 유화제가 있다. 현탁중합과 유화중합에서 단량체와 물은 섞이지 않아 두 개의 상으로 분리 되어 있는데, 현탁 중합에서의 개시제는 단량체에 녹지만 유화중합에서의 개시제는 물에 녹는다. 현탁중합의 중합물의 형상은 콜로이드 형태로 진주모양을 가지지만, 유화중합의 중합물의 형상은 라텍스 상태를 가진다.
5. 분산계와 관련된 물질

서로 녹을 수 없는 두 가지 이상의 성분이 거시적으로 혼합된 상태에 있는 것을 통틀어 분산계라 칭한다. 콜로이드는 크게 입자 콜로이드, 마이셀 콜로이드, 분자 콜로이드, 층상조직체, 섬유조직체로 나눌 수 있다. 이번 현탁중합에는 MMA (단량체) + BPO (개시제) + 증류수 (수용성 용매) + PVA (현탁 안정제)가 존재한다. 수용성 용매인 증류수에 단량체가 분산되므로 증류수가 분산매가 될 것이다.
6. 현탁중합으로 제조된 고분자의 일상생활 용도

폴리염화비닐(PVC)은 현탁중합으로 제조되며, 인조 가죽, 레코드판, 포장재, 파이프, 전기 절연체, 바닥재 등에 사용된다. 폴리비닐아세테이트(PVAc)도 현탁중합으로 제조되며, 목재용, 제지용, 부직포 바인더, 연마제, 수지가공제 등의 접착제로 사용된다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. PMMA 현탁중합

PMMA(Polymethyl Methacrylate)는 투명성, 내구성, 내화학성 등의 우수한 물성으로 인해 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 고분자 재료입니다. PMMA의 제조 방법 중 하나인 현탁중합은 단량체와 개시제, 분산제 등을 물 속에 분산시켜 중합을 진행하는 방식으로, 균일한 입자 크기와 형태를 가진 PMMA 입자를 얻을 수 있습니다. 이 방법은 대량 생산이 가능하고 공정이 비교적 간단하다는 장점이 있습니다. 또한 중합 과정에서 발생하는 열을 효과적으로 제거할 수 있어 열 안정성이 높은 PMMA를 얻을 수 있습니다. 이러한 PMMA 현탁중합 기술은 다양한 용도의 PMMA 제품 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다.
2. FT-IR 분석

FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)은 적외선 영역의 빛을 이용하여 물질의 화학 구조와 결합 상태를 분석하는 기술입니다. 이 분석 방법은 고분자 재료의 화학 구조 확인, 불순물 검출, 열화 정도 평가 등 다양한 용도로 활용됩니다. FT-IR 분석을 통해 고분자 재료의 특성을 보다 정확하게 파악할 수 있으며, 이를 바탕으로 제품 개발 및 품질 관리에 활용할 수 있습니다. 또한 비파괴적 분석이 가능하여 시료 손상 없이 분석이 가능하다는 장점이 있습니다. 따라서 FT-IR 분석은 고분자 재료 연구 및 산업 현장에서 매우 유용한 분석 기술로 활용되고 있습니다.
3. DSC 분석

DSC(Differential Scanning Calorimetry)는 고분자 재료의 열적 특성을 분석하는 대표적인 기술입니다. DSC 분석을 통해 고분자의 유리전이온도(Tg), 결정화온도(Tc), 용융온도(Tm) 등 다양한 열적 특성을 측정할 수 있습니다. 이러한 정보는 고분자 재료의 물성 예측, 열처리 공정 최적화, 배합 설계 등에 활용될 수 있습니다. 또한 DSC 분석은 고분자의 열 안정성, 결정화 거동, 상 전이 등을 확인할 수 있어 재료 개발 및 품질 관리에 매우 유용합니다. 특히 소량의 시료로도 분석이 가능하고 신속한 분석이 가능하다는 장점이 있어 고분자 연구 분야에서 널리 활용되고 있습니다.
4. 현탁중합과 유화중합의 차이점

현탁중합과 유화중합은 고분자 제조 방법의 두 가지 대표적인 형태입니다. 이 두 방법의 가장 큰 차이점은 중합 매질의 차이입니다. 현탁중합은 물을 연속상으로 하고 단량체를 분산시켜 중합을 진행하는 반면, 유화중합은 물과 유기 용매를 혼합한 에멀션 상태에서 중합이 이루어집니다. 이에 따라 현탁중합은 입자 크기 제어가 용이하고 열 제거가 효과적인 반면, 유화중합은 더 작은 입자 크기와 높은 분자량을 얻을 수 있습니다. 또한 현탁중합은 단순한 공정으로 대량 생산이 가능하지만, 유화중합은 더 복잡한 공정이 요구됩니다. 이처럼 두 방법은 중합 매질, 입자 크기, 분자량, 공정 복잡성 등에서 차이가 있어 용도와 목적에 따라 적절한 방법을 선택할 수 있습니다.
5. 분산계와 관련된 물질

분산계는 두 가지 이상의 상이 혼합된 시스템으로, 이때 분산상과 연속상 사이의 계면 특성이 중요합니다. 분산계와 관련된 주요 물질로는 계면활성제, 분산제, 안정화제 등이 있습니다. 계면활성제는 계면 장력을 낮추어 분산상과 연속상의 혼화성을 높이고, 분산제는 분산상 입자의 응집을 방지하여 안정한 분산계를 형성합니다. 또한 안정화제는 분산상 입자의 표면에 흡착되어 입자 간 반발력을 증가시켜 분산 안정성을 향상시킵니다. 이러한 분산계 관련 물질들은 페인트, 잉크, 화장품, 의약품 등 다양한 분야에서 활용되며, 분산계의 안정성과 물성 향상에 중요한 역할을 합니다.
6. 현탁중합으로 제조된 고분자의 일상생활 용도

현탁중합으로 제조된 고분자 재료는 일상생활에서 다양하게 활용되고 있습니다. 대표적인 예로 PMMA(Polymethyl Methacrylate)를 들 수 있습니다. PMMA는 투명성, 내구성, 내화학성 등의 우수한 물성으로 인해 창문, 조명기구, 가전제품 등의 부품 소재로 널리 사용됩니다. 또한 아크릴 수지로 제조된 가구, 욕실 용품, 인테리어 소품 등에도 활용되고 있습니다. 이 외에도 현탁중합으로 제조된 폴리스티렌은 일회용 식기, 포장재, 단열재 등의 용도로 사용되며, 폴리염화비닐(PVC)은 파이프, 창문 프레임, 전선 피복 등에 활용됩니다. 이처럼 현탁중합 기술로 생산된 다양한 고분자 재료는 우리 일상생활 속에서 중요한 역할을 하고 있습니다.