PS 구조, 특성, 용도, 합성

PS 구조, 특성, 용도, 합성 - 예비레포트

문서 내 토픽

1. PS(Polystyrene) 역사

PS는 1930년대 말에 대규모로 생산되기 시작했다. 일반적으로 스티렌 중합은 자유 라디칼 촉매에 의해 개시된다. PS는 냉장고·공기조절장치 같은 대형 가정용품의 하우징을 만드는 데 이용되는 등 용도가 다양하다.
2. Tacticity

Isotactic, Syndiotactic, Atactic이 대표적인 PS의 입체 규칙성이다. PS를 라디칼 중합으로 제조하면 Atactic 배열을 하게 되어 투명한 PS가 생산될 수 있다. 메탈로센 촉매의 등장으로 Syndiotactic PS라 불리는 새로운 종류가 개발되었다.
3. PS 특성

PS는 플라스틱 중에서 표준이 되는 수지로 경질이며 광택이 좋고 무색 투명하다. 비결정성 수지이고 성형품은 잘 부서지나 성형성은 좋다. 열 안전성이 좋고 범용 PS와 내 충격성 PS을 혼합 사용해서 필요한 물성을 맞출 수 있다.
4. PS 용도

스티렌계 수지 성형품은 각종의 일용품, 주방용품, 완구, 라디오, VTR, 유산균 음료 용기 등에 사용된다. PS 발포체는 건축재와 포장재로 사용되며, AS수지는 전기기구, 자동차, 문방구 등의 부품에 사용된다.
5. Styrene 정제

Styrene에 있는 중합금지제를 제거하기 위해 NaOH로 수세하는 실험을 진행하였다. 분별깔때기를 이용해 수층과 Styrene층을 분리하고 Styrene층의 수분을 제거하였다.
6. AIBN 재결정

AIBN의 온도에 따른 용해도 차이를 이용해 재결정하여 개시제의 순도를 높이는 실험을 진행하였다. 메탄올에 AIBN을 녹인 후 서서히 식혀 AIBN 결정을 얻었다.
7. PS 중합

단량체 Styrene에 개시제 AIBN을 첨가하여 용매 Toluene 존재 하에 중합 실험을 진행하였다. 점성이 생긴 것을 확인한 후 메탄올에 침전시켜 PS를 얻었다.

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1. PS(Polystyrene) 역사

PS(Polystyrene)는 1839년 독일의 화학자 Eduard Simon에 의해 처음 발견되었다. 그는 스티렌 단량체를 가열하여 고체 물질을 얻었는데, 이것이 바로 폴리스티렌의 시작이었다. 이후 1930년대에 들어 대량 생산이 가능해지면서 PS는 다양한 용도로 사용되기 시작했다. 특히 2차 세계대전 중에는 군사 목적으로도 활용되었다. 오늘날 PS는 가전제품, 포장재, 문구용품 등 우리 생활 전반에 걸쳐 널리 사용되고 있으며, 합성수지 중에서도 가장 대표적인 소재 중 하나로 자리잡고 있다.
2. Tacticity

Tacticity는 고분자 사슬 내에서 단량체 단위의 입체 배열 상태를 의미한다. PS의 경우 벤젠 고리가 주사슬에 부착된 구조를 가지고 있는데, 이 벤젠 고리의 배열 상태에 따라 atactic, isotactic, syndiotactic의 3가지 타입으로 구분된다. 이 중 atactic PS가 가장 일반적으로 사용되며, 무작위적인 배열로 인해 무정형 고분자 구조를 가진다. 반면 isotactic과 syndiotactic PS는 규칙적인 배열을 보이며, 결정성이 높아 기계적 강도가 우수하다. Tacticity 조절은 PS의 물성 제어에 중요한 요소로, 중합 조건 및 촉매 선택 등을 통해 목적에 맞는 타입의 PS를 얻을 수 있다.
3. PS 특성

PS는 투명성, 단열성, 내화학성, 가공성 등 우수한 물성을 지니고 있어 다양한 분야에서 활용되고 있다. 특히 투명성이 뛰어나 창문, 렌즈, 디스플레이 등에 널리 사용된다. 또한 단열성이 좋아 단열재, 포장재 등으로도 활용된다. 내화학성이 우수하여 내약품성이 필요한 용기나 부품에도 적합하다. 게다가 열가소성 수지이므로 사출, 압출 등 다양한 가공 방법으로 성형이 가능하다. 이처럼 PS는 물성이 우수하고 가공성이 뛰어나 플라스틱 소재 중에서도 가장 대표적인 소재로 자리잡고 있다.
4. PS 용도

PS는 다양한 용도로 사용되고 있다. 가장 대표적인 용도는 가전제품, 문구용품, 포장재 등이다. 가전제품의 경우 TV, 냉장고, 세탁기 등의 외장재나 내부 부품으로 활용된다. 문구용품으로는 펜, 연필, 자 등이 있으며, 포장재로는 용기, 트레이, 컵 등이 있다. 이 외에도 단열재, 건축자재, 자동차 부품 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 최근에는 친환경 소재에 대한 관심이 높아지면서 생분해성 PS 개발 등 지속가능한 PS 제품 개발도 활발히 이루어지고 있다.
5. Styrene 정제

Styrene 단량체를 고품질의 PS 제조에 사용하기 위해서는 정제 과정이 필수적이다. 일반적으로 Styrene은 에틸벤젠의 탈수소화 반응을 통해 생산되는데, 이 과정에서 다양한 불순물이 함께 생성된다. 이러한 불순물은 중합 반응을 방해하거나 최종 제품의 물성을 저하시킬 수 있기 때문에 정제가 필요하다. 주요 정제 방법으로는 증류, 추출, 흡착 등이 있으며, 이를 통해 순도 99.9% 이상의 고순도 Styrene을 얻을 수 있다. 정제 공정의 최적화는 고품질 PS 생산을 위한 핵심 기술 중 하나라고 할 수 있다.
6. AIBN 재결정

AIBN(Azobisisobutyronitrile)은 대표적인 라디칼 개시제로, PS 중합 반응에 널리 사용된다. AIBN은 열분해 시 라디칼을 생성하여 중합 반응을 개시하는 역할을 한다. 그러나 AIBN은 순도가 높지 않은 상태로 공급되므로, 재결정 과정을 거쳐 순도를 높일 필요가 있다. AIBN 재결정 시 용매, 온도, 시간 등의 조건을 최적화하면 순도 99% 이상의 고순도 AIBN을 얻을 수 있다. 이렇게 정제된 AIBN은 중합 반응의 개시 효율을 높이고, 최종 제품의 물성 향상에 기여한다. 따라서 AIBN 재결정은 고품질 PS 생산을 위한 필수적인 공정 중 하나라고 할 수 있다.
7. PS 중합

PS 중합은 주로 라디칼 중합 방식으로 이루어진다. 스티렌 단량체에 개시제를 투입하면 라디칼이 생성되고, 이 라디칼이 스티렌 분자와 연쇄 반응을 일으켜 고분자 사슬이 성장한다. 중합 반응의 핵심 요소는 개시제, 온도, 압력, 시간 등의 조건 최적화이다. 예를 들어 개시제 농도, 반응 온도 등을 조절하면 분자량 및 분자량 분포를 제어할 수 있다. 또한 연속식 또는 회분식 공정 등 중합 방식에 따라서도 물성이 달라진다. 이처럼 PS 중합 공정의 세부 조건 관리는 최종 제품의 물성 및 품질 확보에 매우 중요하다.

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