스타이렌과 MMA의 공중합 A+ 보고서

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문서 내 토픽

• 1. 공중합

  공중합이란 두 종류 이상의 단량체가 동시에 중합하여 중합체에 두 종류 이상의 단량체가 존재하게 되는 것을 말한다. 공중합체는 단량체들의 배열순서나 조성 변화가 여러 가지이므로 단일중합체와는 다른 성질을 가지게 된다. 공중합은 단순히 이론적인 흥미뿐만 아니라 단일중합체가 가지는 물성을 보완하고 개선하는 방법으로 상업적으로 크게 응용된다.

• 2. 공중합 반응과 공중합 방정식

  공중합체를 생성할 때 성장하고 있는 공중합체 사슬의 반응성이 사슬의 말단에 존재하는 라디칼에만 의존한다고 가정하면 성장반응은 4가지로 나타낼 수 있다. 여기서 k12는 M1· 라디칼이 M2 단량체에 부과될 때의 성장반응 속도 상수이다. 각 성장반응은 비가역적이라고 가정하면, 단량체 M1과 M1·M2가 없어지는 속도를 식으로 표현할 수 있다.

• 3. 단량체 반응성 비와 Finemann-Ross plot

  단량체 반응성 비 r1과 r2는 Finemann-Ross 식으로 구할 수 있다. f1은 공중합 공급조성의 M1의 몰분율이고 F1은 공중합체 중의 M1 몰분율이다. r1과 r2를 구하기 위해서는 M1과 M2의 공급조성 몇 가지를 바꾸어 공중합 전환율을 10% 이하로 공중합하여 각각의 공중합체를 얻는다. 이때 얻은 f1과 F1 값을 Finemann-Ross 식에 대입하여 r1과 r2를 구할 수 있다.

• 4. 실험 기구 및 시약

  실험에 사용된 기구로는 분별 깔때기, 가열식 자력 교반기, 피펫, 시험관, 유리막대, 건조기, 비커, 바이알, 온도계, 전자저울 등이 있다. 시약으로는 Styrene, MMA, AIBN, Methanol, NaOH, CuCl, 무수황산 마그네슘 등이 사용되었다.

• 5. 실험 방법

  실험은 크게 Styrene과 MMA의 정제, MMA와 Styrene의 공중합 과정으로 진행되었다. Styrene과 MMA에 포함된 중합금지제를 제거하기 위해 NaOH 수용액으로 씻어내고 증류수로 중성화하는 과정을 거쳤다. 그 후 AIBN을 첨가하고 질소 기류 하에서 70°C에서 약 30분간 중합을 진행하였다. 중합이 끝난 용액은 메탄올에 넣어 중합체를 침전시켰다.

• 6. 실험 결과

  실험 결과 Styrene과 MMA의 비율이 1:9인 경우 가장 잘 공중합체가 형성되었다. 이는 MMA의 반응성이 Styrene보다 낮기 때문에 MMA의 비율을 더 높게 해야 공중합이 잘 이루어지는 것으로 보인다. 또한 중합 시간의 차이와 AIBN 첨가량의 차이 등이 공중합 결과에 영향을 미친 것으로 분석된다.

• 7. 고찰

  실험에 영향을 준 요인으로는 AIBN 재결정 과정 생략, 바이알에 남은 중합체, 분별 깔때기 사용 오차, 실험 환경, Styrene과 MMA의 반응성 차이, 반응 시간 차이, AIBN 양의 차이 등이 있다. 이러한 요인들이 공중합 결과에 영향을 미쳤을 것으로 분석된다.

• 8. 참고사항

  NaOH를 사용한 이유는 Styrene과 MMA에 포함된 중합금지제를 제거하기 위해서이며, Methanol을 사용한 이유는 중합체를 침전시키기 위해서이다. 또한 Styrene과 MMA 공중합체의 H NMR 분석 결과를 참고하면 공중합체 내 단량체 조성을 확인할 수 있다.

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• 1. 주제2: 공중합 반응과 공중합 방정식

  공중합 반응은 두 개 이상의 단량체가 결합하여 하나의 고분자 사슬을 형성하는 과정입니다. 이 과정은 복잡한 화학 반응으로, 단량체의 반응성, 반응 조건, 촉매 등 다양한 요인에 의해 영향을 받습니다. 공중합 반응을 이해하기 위해서는 공중합 방정식을 활용할 수 있습니다. 공중합 방정식은 단량체의 반응성비를 나타내며, 이를 통해 최종 공중합체의 조성을 예측할 수 있습니다. 또한 공중합 방정식은 공중합 반응의 속도론적 특성을 설명하는 데 활용됩니다. 따라서 공중합 반응과 공중합 방정식에 대한 이해는 고분자 재료 개발에 필수적입니다.

• 2. 주제4: 실험 기구 및 시약

  공중합 실험을 수행하기 위해서는 적절한 실험 기구와 시약이 필요합니다. 실험 기구로는 반응기, 교반기, 온도 조절기, 분석 장비 등이 사용됩니다. 이러한 기구들은 공중합 반응을 정밀하게 제어하고 생성물을 분석하는 데 필수적입니다. 시약으로는 단량체, 개시제, 연쇄 이동제, 용매 등이 사용됩니다. 이들 시약의 순도와 농도는 공중합 반응의 결과에 큰 영향을 미치므로 주의 깊게 선택해야 합니다. 또한 실험 기구와 시약의 취급 및 보관 방법도 중요합니다. 이를 통해 실험의 재현성과 정확성을 확보할 수 있습니다.

• 3. 주제6: 실험 결과

  공중합 실험의 결과는 다양한 방법으로 분석할 수 있습니다. 먼저 공중합체의 조성을 분석하여 단량체 간 반응성 비를 확인할 수 있습니다. 또한 분자량 분포, 열적 특성, 기계적 특성 등을 측정하여 공중합체의 물성을 평가할 수 있습니다. 이러한 실험 결과를 바탕으로 공중합 반응 메커니즘을 이해하고 최적의 공중합체를 설계할 수 있습니다. 예를 들어 단량체 반응성 비가 크게 다른 경우 불균일한 조성의 공중합체가 생성될 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 연쇄 이동제 등을 사용하여 반응성을 조절할 수 있습니다. 또한 실험 결과를 통해 공중합체의 물성을 예측하고 응용 분야를 개발할 수 있습니다.

• 4. 주제8: 참고사항

  공중합 실험을 수행할 때는 다음과 같은 참고사항을 고려해야 합니다. 첫째, 실험 기구와 시약의 선택 및 취급에 주의를 기울여야 합니다. 둘째, 반응 조건(온도, 압력, 교반 속도 등)을 정밀하게 제어해야 합니다. 셋째, 공중합체의 조성, 분자량, 물성 등을 다양한 분석 방법으로 평가해야 합니다. 넷째, 실험 결과에 대한 체계적인 고찰이 필요합니다. 다섯째, 실험 결과를 바탕으로 공중합 반응 메커니즘을 이해하고 최적의 공중합체를 설계해야 합니다. 이러한 참고사항을 고려하여 공중합 실험을 수행한다면 보다 효과적이고 신뢰할 수 있는 결과를 얻을 수 있을 것입니다.