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점도측정 예비보고서

물리 실험 예비 보고서(점도 측정)1. 실험목적액체가 유동할 때 나타나는 내부 저항인 점성도에 대하여 이해하고 점도계를 이용하여 각 온도에서의 물의 점성도와 각 농도에서의 물, 에탄올의 점성도를 구한다.2. 실험 이론 및 원리(1) 점도란?점성계수, 점성률이라고도 한다. 흐름의 각 점에서 유체의 속도가 다를 경우, 분자끼리의 충돌이나 분자간의 상호작용에 의해 운동량의 흐름이 빠른 부분에서 느린 부분으로 이동하여 속도가 같아지고자 한다. 이 에너지 손실을 수반하는 과정이 점성이다. 단위면적을 통과하는 운동량의 이동은 힘의 차원을 가지며 유체내에 작용하는 전단 응력(shear stress)을 뜻하고 있다. 전단 응력과 속도기울기(전단 속도) 사이에는 비례관계가 성립하고(뉴턴의 점성즉법칙) 그 비례상수가 점도이고 보통 η로 나타낸다. 관벽에서와 같이 고체표면에서는 고체분자와 유체분자 사이에 결합력이 작용하여 유체분자는 고체표면에 부착하여 유체속도는 제로가 된다.이 때문에 고체 표면을 따라 흐르는 유체의 흐름에서는 반드시 속도기울기가 생겨 점성이 작용한다. 고체 표면은 그 결과 유체에서 전단 응력을 받는다. 고체 표면이 운동하는 경우도 같다. 이 전단응력을 측정함으로써 유체의 점도를 구할 수 있다. 기체에서는 분자간의 충돌에 의해 운동량이 이동되기 때문에 온도가 증가하면 분자의 열 운동이 증가하며 분자간의 충돌 횟수가 증가하여 점성이 증가한다. 액체에서는 근접한 분자간의 상호작용에 의해서 운동량이 이동되기 때문에 온도의 증가로 분자가 서로 움직이기 쉽게 되면 분자간의 상호작용은 반대로 감소하여 그 결과 점성이 감소한다. 따라서 점도측정에서는 온도를 일정하게 하는 것이 필수적이다. 점도의 단위는 국제단위계에서는 Pa·s(N·s/m2 ＝kgf/m2·s), CGS 단위계에서는 P(포와즈, poise;dyn·s/cm2＝g/cm·s)이고 1Pa·s＝10P, poise의 100분의 1인 centi poise(cP; 1cP＝1mPa·s)도 널리 사용되고 있다. 물의 점도는 20℃에서의 약 1mPa·s. 벌꿀이나 당밀의 점도는 약 500㎩·s이다.(2) 점도의 종류1) 동적 점성도동점도 ·동점성률 ·운동점성계수라고도 한다. 점성유체의 운동은 점성도 η와 밀도 ρ의 비 ν=η/ρ에 의해서 지배되는데, 이 ν가 동적 점성도이다. 단위는 MKSA 단위계에서는 m2/s이고, CGS 단위계의 스토크스(St)도 사용되며, 1St=1cm2/s이다. 확산계수(擴散係數)의 차원과 같으며, ν를 속도의 확산계수라고 할 수 있다. 온도를 일정하게 유지하고 압력을 올리면 ν는 작아진다.?동적 점성도의 단위① cSt (Kinematic Viscosity)동점도를 C. G. S 단위로 표시한 것을 Stocks 하며 그1/100을 취하여 Centistoke(cSt)로 나타낸다. 측정온도는 ISO(International Standard Organization) 점도분류에 의해 40℃와 100℃이며 세계 공통적으로 사용하고 있다.②°E(Engler Viscosity)200cc의 대상 시료유의 유출시간을 20℃의 물의 유출시간의 비로 나눈 것으로 측정 온도는 20℃, 50℃, 100℃로서 주로 유럽지역에서 사용되고 있다.③ SUS or SSU(Saybolt Universal Viscosity)60cc의 대상 시료유가 유출하는 시간의 비로 나눈 것으로 측정온도는 100℉, 13 0℉, 210℉로서 주로 미국에서 사용되고 있다.2) 절대 점도유체 역학에서, 점성(粘性)의 크기를 나타내는 양. 그 크기는 경계면의 면적 및 면에수직 방향인 속도와 비례하며, 그 사이의 비례 계수로서 정의된다. 온도에 따라 현저하게 변화한다.3) 상대점도(relative viscosity; ηrel) : 고분자 묽은 용액의 점도의 순 용매값에 대한증 율을 상대점도라고 한다.ηrel = η/ηoη : 용액의 점도ηo : 용매의 점도4) 비점도(specific viscosity; ηsp): 어떤 온도에서 용액의 점성률을 η, 그 온도에서의 순 용매의 점성률을 η°로 할 때, ηsp=(η-η°)/η°로 부여되는 ηsp를 그 온도에서의 용액의 비점도라 한다.용매에 대한 용질의 점도의 비ηsp = (η-ηo)/ηo =ηrel -15)환산점도(reduced viscosity; ηred) : 고분자 묽은 용액의 점도의 순 용매값에 대한 증가율. 즉, 상대 점도 증가를 질량 농도로 나눈 것. 점도수라고도 한다. 이 값을 고분자 농도 0으로 하면 고유농도를 얻을 수 있다.ηred = ηsp/c6) 고유점도(intrinsic viscosity; 〔η〕) : 고분자 묽은 용액의 환원 점도 혹은 인히런트 점도를 고분자 농도 0에 외삽하여 얻어지는 값. 극한 점도수 혹은 극한 점도라고도 한다. 선상 고분자에서는 분자량의 0.5~0.8 곱에 비례한다.〔η〕= lim ηred = (c→0)lim (ηsp)/c = lim (lnηrel)/c-이상성을 갖는 무한 희석용액의 환원점도-무한히 묽힌 용액에서는 용질분자 간의 상호작용은 무시되기 때문에〔η〕는용질분자 단독의 성질에 관계한다.(3) 점도계의 종류1) 세관식 점도계 ?가는 관에 액체를 서서히 흐르게 하면관내의 흐름은 층상으로 되어 흐른다. 이것을 층 류라고 하는데 이때에 세관을 통과하는 체적유량 Q와 세관 전후의 차압 ΔP 간에는 비 례관계가 있다. 이 비례계수는 액체의 점도에 반비례하므로 ΔP와 Q를 측정하여 점도 η을 구할 수 있다. 이것을 식으로 표시하면 다음과 같다. 단, l은 세관의 길이, γ은 반 지름이다.??이 측정법은 물리법칙에 기초하고 있으므로 점도의 정의대로 측정값을 얻을 수 있다. 이것을 점도의 절대측정법이라고 한다. JIS에서 정하고 있는 모세관 점도계는 일정 용 적의 액체가 모세관 내를 자중으로 유하될 때의 시간을 측정함으로써 점도를 구하고 있 다. 공업용 점도계에서는 정량 펌프로 세관에 일정 유량의 액체를 흐르게 하여 세관 전 후의 차압을 측정한다. 점도의 측정범위 변경은 세관의 지름과 정량 펌프의 회전수 변 경에 의하여 실행한다. 따라서 저-점도에서 고-점도까지 대응할 수 있다.2) 회전식 점도계원통을 시료 중에 넣고 모터에 의하여 일정한 속도로 회전시킨다. 원통은 시료의 점성 에 의하여 회전에 방해를 받는데 정상상태에 도달하면 점성에 의한 회전 토크와 스프링 의 변형에 의한 회전 토크가 밸런스되어 스프링의 비틀림각이 시료의 점도에 비례한 다. 회전속도는 거의 전단속도에 대응하므로 이것을 변경함으로써 비뉴턴액체에서의 외 견상 점도의 측정이 가능하다. 회전식 점도계에는 단일 원통형, 공축 2중 원통형, 원추 -평판형의3종류가 있다. ?3) 낙체식 점도계시료 중에 구형의 물체를 넣고 중력의 작용에 의하여 낙하시키면 일정한 거리를 낙하하 는 시간은 시료의 점도에 따라 결정된다.그림과 같이 피스톤을 일정 거리만큼 들어 올리고 다음에 이것을 자유 낙하시켜 이 낙 하에 필요한 시간을 측정하여 전기신호로 변환한다.피스톤이 낙하할 때는 시료를 측정관의 개공에서 밖으로 밀어내는데 피스톤과 측정관 내벽 사이의 극간이 점성저항으로 된다.4) 진동식 점도계시료 중에 넣은 진동자는 시료에서 점성에 의한 힘을 받으므로 진동의 진폭이나 진동을 유지하기 위한 전력이 점도에 따라 변화한다. 이것을 이용하여 시료의 점도를 측정할 수 있다. 이 방식의 점도계는 소형 경량으로 측정 범위가 넓고 비뉴턴 액체도 측정이 가능하다는 특징이 있다. 또한 배관이나 탱크에 설치할 수 있는 제품도 많다.▶ Mark-Houwink-Sakurada EquationMark?Houwink방정식은, 극한 점도 와 분자량 M의 관계를 제공한다.이 식으로부터 중합체의 분자량은 고유 점도 반대로 데이터로부터 결정될 수 있다. mark-Houwink 파라미터 a 및 K의 값은, 특정 중합체 - 용매 시스템에 의존한다.3. 실험기기 및 시약(1) 우베로드 점도계(Ubbelohde viscometer)모세관점도계의 일종. 일정량 V의 액체가 압력차 ΔP하에서 반지름 R, 길이 l의 모세관 을 흐르는 데 요하는 시간을 측정하여 하겐?포아제이의 식으로부터 점도 η를 구한다. 저점도의 액체를 측정하는데 알맞고 측정 정밀도도 높다. 기본은 액의 자중에 의한 자 유 유하방식이지만 측정조작을 자동화한 장치. 또한 비교적 고점도의 액체도 잴 수 있 는 가압형도 실용화되고 있다. 가압형에서는 전단 속도를 바꿀 수 있기 때문에 비 Newton 유체의 계측도 가능하다.

공학/기술| 2021.01.06| 7페이지| 1,000원| 조회(441)

실험, 점도계, 점도, 예비보고서, 유변학, 점도 측젱

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접촉각 측정 실험 예비보고서

물리 실험 예비 보고서(접촉각과 표면장력)1. 실험의 목적젖음성과 접촉각 그리고 표면장력은 서로에게 영향을 미친다. 접촉각 실험을 통하여 각각이 서로에게 어떤 영향을 미치며 어떤 관계에 있는지 알아본다.2. 실험의 이론1) 접촉각과 젖음성공기 속에 있는 고체면상에 액체가 있고 그림에 도시한 바와 같은 관계가 있을 때 고체, 액체, 기체 세 가지 상(相)의 접촉점 P에서의 절선과 고체면이 이루는 각 중, 액체를 포함한 쪽의 각을 그 액의 고체에 대한 접촉각(그림에서 θ)이라고 한다. 이때 정확하게는 고체면은 액체 증기를 흡착한 상태의 것을 생각한다. 공기를 그 액체와 섞이지 않은 다른 액체로 바꾸어 놓은 경우도 생각할 수 있다.접촉각은 이것을 형성하는 고체, 액체의 표면 장력 및 계면 장력과의 사이에 영(Young)의 식으로 표시되는 관계가 있고, 또 cosθ＝2Wa/Wc－1로 표시되는 것처럼 고체의 액체에 대한 부착 일 Wa와 액체가 응집하는 일 Wc의 평형으로 결정된다. 접촉각의 측정에는 고체면상에 놓인 작은 액체 방울의 형태를 직접 스크린상에 투영해서 측정하는 방법이나 액체 방울의 부피, 높이, 밑원의 반지름 등의 측정에서 액체 방울이 구의 일부분으로서 계산에 의해 구해지는 방법, 고체에 접하는 액면의 만곡부가 수평면이 되도록 고체면을 연직 위치에서 경사할 때의 경사각의 측정, 부착 장력의 측정 등이 있다.젖음성에 관하여 접촉각 는 일반적으로 액체와 고체의 종류에 따라 결정되는데, 가 90。보다 클 때는 액체가 고체 표면을 적시지 않는다고 하고, 작을 때는 적신다고 한다. 액체의 표면장력을 , 고체의 표면장력을 라 하고 액체와 고체 사이의 계면장력(界面張力)을 이라 하면, C점 에서의 힘의 균형 조건에서 영의 방정식이 얻어진다.이 식으로도 알 수 있지만,이면 접촉각은 존재하지 않으며, 액체는 일정한 모양을 취하지 않고 고체 표면에 한없이 넓게 퍼져 완전히 적셔 버린다.※작은 접촉각은 높은 젖음성(친수성, hydrophilic)과 고체의 높은 표면에너지와 액체의 낮은 표면장력을 나타내고, 큰 접촉각은 낮은 젖음성(소수성, hydrophobic)과 고체의 낮은 표면에너지와 액체의 높은 표면장력을 나타낸다.* 접촉각이 쓰이는 사례-전도성 유체의 접촉각과 두 유체의 계면 형상을 변화시켜 스스로 빗물과 먼지 치우는 똑똑한 유리 개발-접촉각을 이용한 소수성을 활용해 만든 초소수성 필름.2) 표면장력표면에는 분자간에 작용하는 힘에 의해 수축하려는 힘이 작용하고 있다. 단위 길이당의 이 힘을 표면장력이라 한다. 바꾸어 말하면 단위 표면적에 대해서 표면에 존재하는 자유 에너지를 말한다. 액체의 표면장력은 표면장력계로 측정할 수 있으나 고체 표면에 대해서는 일반적 측정법은 없다. 표면장력은 흡착에 의해 변화한다. 표면장력의 세기는 액면에 가정한 단위 길이의 선의 양쪽에 작용하는 장력에 의해 표시된다. 그 값은 액체의 종류에 따라 결정되는 상수이지만, 온도에 따라서도 변한다. 예를 들면 수은의 표면장력은 487(15℃), 물은 72.75(20℃), 알코올은 22.3(20℃)으로 물질에 따라 상당한 차가 있으며 그 값은 온도가 올라감에 따라 감소한다. 또 어떤 종류의 물질을 액체에 녹이면 그 액체의 표면장력을 감소시키는 작용이 있다.표면장력이 생기는 원인은 액체의 분자 간 인력의 균형이 액면 부근에서 깨어지고, 액면 부근의 분자가 액체 속의 분자보다 위치에너지가 크고, 이 때문에 액체가 전체로서 표면적에 비례한 에너지(표면 에너지)를 가지기 때문이다. 이것을 될 수 있는 대로 작게 하려고 하는 작용이 표면장력으로 나타난다. 따라서 표면장력은 단순히 액체의 자유표면뿐만 아니라 섞이지 않는 액체의 경계면, 고체와 기체, 고체와 고체의 접촉면 등, 대체로 표면의 변화에 대한 에너지가 존재할 때 생기는 현상이다. 이 때문에 표면장력 대신 계면 장력(界面張力)이라고도 한다.3. 실험 기구 및 시약1) 접촉각 측정기2) 증류수보통의 물, 즉 수돗물이나 우물물 등은 각종 유기물과 무기물을 함유하기 때문에 순수하지 못하다. 또 완전히 순수한 물의 pH는 7이어야 하지만, 물이 공기 중에 방치되어 있으면 이산화탄소가 녹아 pH 5.7 정도(약한 산성)가 된다. 그런데 각종 화학반응에 있어 순수한 물이 필요한 경우가 많기 때문에 이런 경우에 증류수를 사용한다. 증류수는 수돗물이나 우물물을 가열하여 수증기를 발생시키고, 만들어진 수증기를 냉각시켜 얻을 수 있다.3) micro-syringe미량 분석, 초미량 분석, 특히 전기량 분석, 가스 크로마토그래피, 미량 확산 분석 등에서 미량 시료(주로 액체)의 일정량을 측정 기구에 주입하는 목적에 이용되는 기계. 외관 구조는 시판되는 일반 주사기와 큰 차는 없지만, μL의 규모로 채취 또는 주입할 수 있으며 더욱이 주입을 시작하고 나서 주입이 끝날 때까지의 시간이 짧아 정확을 기하는 특별한 주의가 필요하다.4) 표면장력은 온도에 영향을 받으므로, 실험실의 온도를 유지한다.4. 실험방법-접촉각1) 접촉각 측정기의 작동 원리를 익히고 작동법을 숙달한다.2) 실험기구 세척 및 시약을 준비한다.3) 프로그램을 실행하고 Sessile drop 버튼을 누른다.4) 렌즈의 조리개를 열고 장비의 스위치를 켠다.5) 화면 아래에 슬라이드 글라스가 위치했는지 확인하고 초점을 맞춘다.6) micro syringe에 증류수를 넣고 바늘 끝이 화면의 중앙 상단부에 위치하도록 조정한다.7) 미세조절 나사를 통해 증류수를 슬라이드 글라스 위에 1방울 떨어뜨린다.

공학/기술| 2021.01.06| 5페이지| 1,000원| 조회(401)

유기화학, 실험, 예비보고서, 접촉각

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아세톤 정제 예비보고서

물리 실험 예비 보고서(아세톤의 정제)1.실험의 목적이번 실험은 아세톤을 정제하는 실험인데, 정제라는 것은 불순물이 섞여있는 물질에서 불순물을 제거하여 순물질로 만드는 것을 말한다. 이번 실험을 통해서 정제에 대해 알아보고 물질의 정제에 대한 필요성을 알아 보도록 하자.2. 이론1) 정제정제(精製)는 화합물의 순도를 높이기 위해 이루어지는 과정이다. 보통 천연 자원은 처음부터 거의 사용 가능한 형태이나, 순수한 형태로 만들 경우 유용하게 사용할 수 있게 된다. 예를 들어 천연 상태의 석유는 뽑아낸 상태에서도 불에 탈 수 있으나, 연소가 뛰어나지 못하고 여러 불순물, 부산물들로 엔진을 망가뜨릴 위험이 있다. 이때 석유 정제를 거쳐 순수한 형태의 석유를 뽑아내 사용하게 된다.액체의 정련은 보통 증류 또는 분별 증류를 통해 이루어지게 된다. 기체 역시 온도를 낮추거나 압력을 가하여 액화시킨 다음 액체와 같은 방법으로 정련할 수 있다.2) 정제의 필요성고분자적 관점에서 고분자를 만들려는 monomer에 불순물이 포함되어 있으면 그 농도가 아무리 소량이 존재하여도 중합속도 및 분자량에는 큰 영향을 미치기 때문에 이 영향으로 인해 우리가 얻고 싶었던 물질을 얻을 수 없을 지도 모른다. 이런 약간의 불순물이 존재하면 그 특성이 현저하게 저하되므로 정제를 통하여 불순물을 제거함으로써 물질의 특성을 활용하기 위함이다.3) 증류법① 분별증류(分別蒸溜) : 다성분의 혼합물을 가열해 끓는점마다 각각 회수기를 받쳐 성분을 분별, 채취하는 방법이다.② 진공증류 : 압력이 보통 수 torr(토르 ; 1torr는 대략 수은주 1㎜의 압력)에서 수십torr 정도에서 이루어지는 증류이므로, 진공증류라기보다「감압증류」라고 하는 편이 옳다. 수류(水流)펌프 등을 이용해 실험실에서 흔히 이루어지지만, 공업적으로는 장치가 대규모적이어서 그다지 사용되지 않는다.③ 수증기증류 : 물과는 전혀 혼합되지 않는 성분과 물의 혼합계와 평형을 이루는 증기압은 양쪽의 순수성분 증기압의 합이 된다. 이 합이 대기압과 같아지면 끓게 된다. 예컨대 물과 테레빈유(油)의 혼합물에 가열수증기를 불어넣으면 두 성분의 혼합물이 기화하므로 응축시켜 분리한다. 끓는점이 높아 가열해야만 분리되는 것도 비교적 저온으로 정제할 수 있다.④ 분해증류 : 석유를 크래킹 했을 때의 생성물은 그 자체가 고온이므로 곧바로 정류탑으로 이끌어 증류조작을 한다. 그 조작을 분해증류라고 한다.⑤ 추출증류 : 끓는점이 비슷한 성분의 혼합물에 사용되는 증류법이다. 공비(共沸)증류와는 달리 휘발성이 작은 제3의 성분을 첨가해 한 쪽의 증기압을 크게 내려 분리한다.⑥ 평형(平衡)증류 : 플래시 증류라고도 한다. 반드시 성분의 분리를 목적으로 하지는 않고, 용액을 증기와 액체로 급속히 분리하는 방법이다. 고온으로 가열한 액체의 일부를 증기와 함께 채취해 감압하면, 용액은 자신의 증기와 평형을 유지하면서 급속히 증발한다. 석유공업에서의 파이프스틸 외에 해수의 탈염(脫鹽)이나 폐액의 처리 등에도 이용된다.⑦ 공비증류 : 보통 증류로는 분리하기 어려운 혼합물을 분리할 때 제3의 성분을 첨가해 공비혼합물을 만들어 증류에 의해 분리하는 방법이다. 96% 에탄올에 벤젠을 첨가해 증류탈수를 하는 것이 그 좋은 예이다.⑧ 정밀증류 : 다단(多段)의 정류탑을 사용, 약간의 끓는점의 차이를 이용해 혼합물 속의 성분을 분리하는 방법이다.3. 실험 기기 및 시약- Aceton무색, 휘발성. 에테르 냄새가 있는 액체. 녹는점 －94.6℃, 끓는점 56.5℃, 0.7898, 1.3591. 증기압 180.3mm/20℃. 쌍극자 모멘트 2.85D. 인화점 －20℃, 폭발 하한 2.55%, 상한 12.8%. 물, 알코올, 에테르 등에 잘 녹고 클로로포름에 조금 녹는다. 전형적인 케톤으로 아황산수소나트륨과 반응하여 결정성의 화합물 (CH3)2C(OH)SO3Na를 만든다. 환원제에 의해 이소프로필알코올 또는 피나콜로 변화된다. 산화제에는 잘 침해되지 않으나 강하게 산화하면 아세트산과 포름산으로 된다. 700℃로 가열한 비철 금속관 속을 통과시키면 케텐과 메탄으로 분해된다.- Potassium carbonate탄산칼리·칼리라고도 한다. 화학식 K2CO3. 백색 분말로, 식물을 태운 재 속에 함유되어 있다. 녹는점 891℃, 비중 2.29이다. 조해성이 있다. 100g의 물에는 0 ℃에서 105.5g, 100℃에서 156g 녹는다. 수용액은 가수분해에 의해서 염기성을 보이며, pH는 11.6이다. 수용액에서 탄산칼륨을 결정화(結晶化)시킬 때는 2수화물 K2CO3 ·2H2O가 생긴다- 교반기화학 실험 및 제조 화학 공업에서 기체, 액체, 고체(입자상)상의 물체를 휘저어 섞는 기기, 장치의 총칭.- 메스실린더액체의 부피를 측정하는 기구로 용량은 다양하며 유리표면에 ㎖ 단위로 눈금이 새겨져 있다. 액체를 채우고 메니스커스 읽는 법에 따라 눈금을 읽어 부피를 측정한다. 뷰렛이나 피펫에 비해 정확도는 떨어진다.- round flask바닥이 공모양을 한 플라스크류의 총칭. 특별한 바닥(코르크제)을 놓거나 클램프로 받치지 않으면 혼자 설 수 없다. 넓적바닥에 비해 변형이 적고 또 대칭형이기 때문에 기계적으로 강하다. 따라서 액체가 끓을 때 압력이나 튐 등에 대응할 수 있기 때문에 주로 증류용으로서 사용된다. 목적 용도에 따라 작은 것은 50ml 정도에서 큰 것은 5l 정도까지, 또 재질도 경질 유리, 파이렉스 유리, 석영, 은, 백금 등으로 만들어진다.- oil bath유류를 정온(定溫)의 매체로서 사용하는 중탕. 일반적으로 적당한 용기에 기름을 넣은 것으로, 주로 고온에서 정온을 얻을 때 사용된다. 기름으로서 보통은 유채유, 백교유(白絞油), 대두유, 참기름 등의 식물유가 사용된다. 중탕의 사용 온도는 100~220℃에 한정되고 그 이상의 고온으로 하면 인화하므로 위험하다. 또 아크롤레인을 발생하여 목을 자극하고 또 유독하므로 통기된 실내에서 사용해야 한다. 보통 피로기라고 하여 기름이 끈적거리면 교환해야 한다.- magnetic bar자기 교반기에 이용하는 교반자(攪拌子)의 하나. 단면이 마름모꼴인 막대 모양의 조각이다. 내부에 강력한 알니코 V 합금제 자석을 똑같이 테플론(? 폴리플루오르화에틸렌계 수지) 중에 주입하여 균일하게 분산시켰다. 외면의 테플론에는 이음매이나 접착부가 전혀 없어 매끈하고 탄력이 풍부하며, 기벽을 손상시키지 않고 경쾌하게 회전한다. 테플론의 내화학 약품성이 높기 때문에 플루오르산 등에도 침해되지 않는다. 대, 중, 소의 세 종류가 있지만 모두 철조각을 유리에 봉입한 것보다도 가볍고 탄력이 있기 때문에 투입할 때 기벽을 손상할 염려가 없는 점이 특히 뛰어나다.

공학/기술| 2021.01.06| 5페이지| 1,000원| 조회(313)

실험, 예비보고서, 아세톤 정제

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3D 프린터과 재료 / 폴더블 폰과 재료요즘 많이 언급되는 3D 프린터와 폴더블 폰은 재료와 많은 관계가 있습니다.어떤 재료가 어떻게 쓰이는지, 어떤 이유 때문에 쓰이는지 조사했습니다.1. 3D 프린터란?3D프린팅(3D Printing)은 프린터로 물체를 뽑아내는 기술을 말한다. 종이에 글자를 인쇄하는 기존 프린터와 비슷한 방식으로, 다만 입체 모형을 만드는 기술이라고 하여 3D프린팅이라고 부른다. 보통 프린터는 잉크를 사용하지만, 3D프린터는 플라스틱을 비롯한 경화성 소재를 쓴다.FFF 방식 혹은 FDM 방식이, 현재 가장 보편적으로 보급되고 있는 3D프린터의 형태이다.이렇게 FFF나 FDM 방식의 3D프린터에 사용되는 프린팅 소재에는 PLA, ABS, 등의 열가소성 필라멘트(일명 : 필라)를 가장 많이 사용되고 있다.여기서 열가소성이란? 열을 가하여 용융되어 다른 형태로 변형되는 성질을 말한다.현재, 나무나 금속 분말 파우더, 등의 다양한 소재들이 개발되고 있다.환경엔 에코하고, 사람 인체에 무해한 여러가지 다양한 소재의 개발이 3D프린팅산업에서도 중요한 요소이다.1) 3D 프린터의 재료(1) 플라스틱 ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)? ABS의 가장 중요한 기계적 성질은 내 충격성과 인성.? 내 충격성, 인성 및 내열성을 개선하기 위해 다양한 변형이 가능함.? 장점 : 강도,열에 대한 적당한 내구성, 가격? 단점 : 열 수축 현상 때문에 PLA 재료보다 출력 난이도가 높음, 가열 시 냄새(2) 플라스틱 PLA(Polylactic Acid)? 대중적으로 널리 사용할 것으로 예상 되는 재료? 출력물의 표면처리 및 도장 등 후공정이 어려움? 수분에 취약해 건조한 실내에서 보관? 친환경소재(바이오플라스틱; 옥수수에서 추출)? 장점 : 열 수축 현상 ABS대비 적어 비교적 큰사이즈 출력물에 적합? 단점 : 내열성과 가격(3) 플라스틱 PC(Polycarbonate)? 열가소성 플라스틱 소재, 강한소재? 치수 안정적, 고온에서 변형없음? 높은 장력과 유연성, ABS이상의 강성을 보유? 자동차, 우주항공, 의료, 전기 부품 등 다양한 분야에 사용? 단점 ? 고온도 노즐이 필요(4) 엔지니어 필라멘트? 공업 재료와 구조 재료로 사용되고 있는 강도 높은 플라스틱 필라멘트? 강철보다 강하고 알루미늄보다 전성이 풍부하며금이나 은보다도 내약품성이 강한 고분자 구조의 고기능 수지따라서 강도와 탄성뿐만 아니라 내충격과 내마모성, 내열성, 내한성, 내약품성 그리고전기 절연성 등이 뛰어나 가정용품 및 일반 잡화 등에. 쓸 수 있음? 대표적으로 헬멧, 카메라, 시계 부품, 항공기, 휴대폰 등 각 분야에 걸쳐 사용(5) 나무 재료 (Wood filament)? 목분과 PLA가 혼합되고 유해 물질이 나오지 않는 필라멘트다? 나무의 질감 표현에 매우 유용하며 나무의 향이 난다.? 열팽창이 PLA 필라멘트에처럼 출력물의 휨 현상이 거의 없고 유연함(6) 플랙서블 필라멘트(Flexiable filament)? 고무 성분이 들어간 필라멘트로 탄성과 유연성이 매우 뛰어난 재료? 출력물이 잘 구부러지고 원형으로 되돌아오는 성질이 강함? 빠른 속도로 출력하면 실패할 가능성이 높음(7) HIPS 필라멘트 (high impact plystyrene)? 유독 가스를 제거한 석유 추출물 재료로써 ABS와 PLA 필라멘트의 중간의 강도.? 광택이 나며 단단하지만 수축성이 있어 큰 출력물 프린팅 할 때 균열이 생긴다.2. 폴더블 폰이란?접히는 디스플레이를 탑재한 스마트폰으로, 평소에는 접어서 스마트폰으로 사용하다가 펼치면 태블릿으로도 활용할 수 있다.폴더블폰은 액정을 접을 수 있기 때문에 단말기에 충격을 가하거나 떨어뜨려도 파손 위험이 줄어드는 장점이 있다. 폴더블폰 생산을 위해서는 휘어지는 디스플레이를 구현하기 위한 플렉서블 유기발광다이오드, 강화 유리를 대신할 투명 PI 필름, PI 필름의 경도를 높일 수 있는 하드코팅 소재, 폴더블폰에 특화된 터치 집적회로(IC) 등의 기술이 필요하다.1) 폴더블 폰과 재료(1) 플렉시블 OLED을 폴더블폰에 사용한 이유.전통적인 OLED(Organic Light-Emitting Diode)는 일명 리지드(Rigid; 딱딱한) OLED라고 부른다. 딱딱한 이유는 디스플레이의 하부 기판과 보호 역할을 하는 봉지 재료가 유리이기 때문이다. 유리는 디스플레이 공정에서 오랜 기간동안 사용되었기 때문에 신뢰성이 높은 반면, 플렉시블과 같은 유연성은 거의 없다.스마트폰과 같은 모바일 기기의 형태를 자유롭게 구현하려는 일명 폼 팩터(Form factor) 혁신은 리지드 OLED로는 어렵다.(2) 플렉시블 OLED는 유리 대신 어떤 소재를 사용해서 유연성을 확보했을까?리지드 OLED가 유리를 쓰는 공정은 크게 2가지이다.유리 기판과 유리 봉지. 플렉시블 OLED는 유기 기판 대신 하부기판에는 PI(폴리이미드)를 사용하고, 유리 봉지 대신 얇은 필름인 TFE(Thin Film Encapsulation : 박막봉지)를 활용한다.이는 유연성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 기존 유리를 사용한 부분보다 최대 수십분의 1까지 얇게 만들 수 있고 무게도 훨씬 가벼워지기 때문이다.(3) 유리 기판을 대신할 폴리이미드(PI)PI는 일종의 플라스틱 소재로 유연성을 갖추고 있으면서도, 열에 강해 유리처럼 그 위에 TFT와 유기물층을 쌓을 수 있다. 따라서 기판을 유연하게 만드는 첫 단추이다.하지만 PI는 애초에 액체 형태이다.TFT, 증착 등 디스플레이를 만드는 기판으로 쓰기 위해서는 공정초반부에 캐리어 글래스라고 불리는 유리기판 위에 PI물질을 우선 바른 뒤 굳힌다.다음으로 리지드 OLED와 유사한 TFT와 증착, 봉지 공정을 거친 뒤 레이저를 이용해 캐리어 글래스를 떼어낸다.이 과정을 Glass Laser Lift-off라고 부르며, 건축에 비유하자면 거푸집을 만들어 놓고 나중에 떼어내는 개념과 유사하다.(4) 유리 봉지를 대신할 박막봉지(TFE)PI와 함께 플렉시블 OLED를 구현할 수 있는 또 하나의 핵심기술은 TFE입다.기존 리지드 OLED의 경우에는 유리를 사용해 유기물층 상단에 봉지를 구현했다.공기와 습기를 막아주는 가장 일반적이면서도 강력한 방법이지만 플렉시블 디스플레이로는 부적합한 소재이기에, 기능은 유지하면서도 유연성을 구현할 방법이 필요하다.TFE는 유기물층 위에 무기막/유기막을 번걸아 적층하며 외부로부터의 오염물질 침투를 막는 기술이다.무기막은 침투를 막아주지만 1개만으로는 핀홀(Pinhole)이라 불리는 취약부분이 존재하므로 여러겹을 겹쳐야 하는데, 무기막은 특성상 표면이 고르지 못하기 때문에 그 사이에 유기막을 삽입해 무기막이 안정적으로 쌓이도록 도와준다.PI부터 TFT(박막트랜지스터), 유기물 EV(증착), TFE 공정까지 모두 완료되면 비로소 플렉시블 OLED 디스플레이가 완성된다.이 패널은 각 모바일 제조사가 원하는 형태로 자유롭게 활용하게 된다. 최신 스마트폰에 사용되는 엣지 디자인의 스마트폰에도 이러한 플렉시블 OLED가 적용되었다. 제품 디자인 감성이 한 층 높아져 큰 인기를 얻고 있다.(5) 플렉시블 OLED의 현재와 미래디스플레이가 구부러질 수 있다면 어떤 모양으로 구현해 볼 수 있을까?먼저 가장 기본적인 특성을 구현한 예로 언브레이커블(unbreakable) 디스플레이가 있다. 플렉시블 OLED는 유리를 사용하지 않기 때문에 원천적으로 깨지지 않는다는 개념이다. 그리고 디스플레이를 완만하게 구부리면 커브드(Curved) 디스플레이가 되고, 양쪽 끝만 살짝 구부리면 벤디드(Bended) 디스플레이를 만들 수도 있다.엣지(edge) 형태의 스마트폰 디스플레이가 이러한 벤디드 형태이다. 여기까지가 상용화 된 단계이고, 앞으로 모습을 드러낼 형태는 업계에서 크게 3가지로 예상한다.① 폴더블 디스플레이: 접었다 펼칠 수 있는 플렉시블 디스플레이접었다 펼칠 수 있도록 두께를 최대한 얇게 구현하고, 유연한 소재의 재료를 사용한 플렉시블 OLED 위해 휘어질 수 있는 소재의 커버 윈도우를 활용, 현재 폴더블 디스플레이는 안쪽으로 접는 방식의 ‘인폴딩’과 바깥쪽으로 접는 ‘아웃 폴딩’ 두가지 형식으로 구현됨.② 롤러블 디스플레이: 두루말이처럼 둘둘 말 수 있는 디스플레이를 의미플렉시블 OLED 기술이 집약된 형태로, 폴리이미드 기판을 사용해 유연성을 확보하고, 디스플레이를 말 때 발생하는 스트레스를 최소화하기 위해 한층 더 얇은 형태로 구현

공학/기술| 2021.01.06| 8페이지| 1,500원| 조회(138)

디스플레이, 3D 프린터, 플렉시블 디스플레이, 폴더블 프린터

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PS 현탁중합 예비보고서

PS Suspension Polymerization 예비보고서1. 실험목표1) 현탁 중합, 용액 중합, 유화 중합의 근본적인 차이점을 이해하고 특징과 장단점 파악.2) 현탁 중합에서 교반 속도의 중요성을 이해하고, 단량체 유적이 고분자 입자로 성장 해가는 단계에 대해 관찰3) 현탁 안정제, 특히 보호 콜로이드의 역할에 대해 조사2. 실험 이론 및 원리1) 현탁 중합현탁중합은 단량체를 물과 같은 비활성 매질에서 기름방울로 분산시킨 후 모노머의 가용의 개시제(예 : BPA, AIBN 등)를 가하고 계속 가열하여 중합시키는 방법이다. 단량체와 개시제를 사용하여 비활성 매질에 넣고 격렬하게 교반을 시키면 개시제가 녹아들어간 단량체가 작은 유적으로 분산되고 그 유적에서 중합이 시작되어 소립자로 매질속에 분산된다. 일반적으로 분산한 모노머의 입자를 안정화시키기 위하여 안정제로서 폴리비닐알코올과 같은 수용성 고분자가 사용된다. 최종적으로는 구슬 모양 또는 진주 모양으로 중합체를 꺼낼 수 있다. 여기서 사용되는 단량체는 비활성 매질에 대해 녹지 않아야 한다. 즉 비활성 매질에 대한 용해도가 작아야하고 비활성 매질은 단량체나 생성중합체에 대해 불활성이어야 한다.개시제는 모노머의 유적 중에 존재하기 때문에 중합은 본질적으로 괴상중합과 같으며또한 생성폴리머의 평균분자량은 크고 또한 여과 등의 간단한 조작에 의하여 미립자상태의 폴리머를 얻는 것이 이 방법의 특징이다.스타이렌, 아크릴 에스테르, 메타크릴 에스테르, 비닐 클로라이드, 비닐 아세테이트, 테트라 플루오르 에틸렌등이 현탁중합으로 생성된다.2) 현탁 중합의 장단점대표적인 장점대표적인 단점- 용매로 물을 이용하기 때문에 반응열의 제거가 용이하다.- 적당한 크기의 투명한 알갱이나 진주모양 고분자로 형태로 얻어져 공업적으로 유리하다.- 분리조작 간단하고 순도가 높은 생성물을얻을 수 있다.- 분산제 제거 어렵다.- 분산제에 의한 중합체 오염 가능성이 있다.- 중합조 단위부피당 생산량이 적으며, 연속 공정이 어렵다.3) 현탁중합, 용액중합, 유화중합, 계면중합의 특징중합방법특징현탁중합① 비용매의 불용성 모노머를 유적형태로 현탁 분산시켜 입자상 고분자를 얻는 방법② 입자상이므로 사출성형 중 성형에 편리하다.③ 순도가 높은 polymer을 제조할 수 있고 중합속도가빠르다④ 분산매가 있어 온도조절에 용이하다용액중합①용액 존재 하에서 중합시키는 방법②용매가 중합열을 흡수하여 온도 조절이 용이하며 autoaccelaration이 일어나지 않는다.③용액으로부터 고분자를 분리해야하며 비환경적일 수 있다.유화중합①비용매상의 모노머를 유화분산시켜 미셀을 형성하여 유화상태로 고분자를 얻는 방법이다.②빠른 속도로 높은 분자량의 고분자를 만들수 있으며 반응 매질이 주로 물이고 페인트, 코팅, 약물 전달 등의 공업적 용도로 쓰기 용이한 매우 작은 입자의 고분자를 만들 수 있다.③매우 작은 입자를 원하지 않을 경우 고분 자의 분리가 어려우며 계면 활성제로부터 고분자를 정제해야 한다계면 중합①두 반응물의 중합이 각각 하나의 반응물을 포함하고 있는 두 액체상의 계면에서 일어난다.②고분자 생성물이 침전되고 만일 그것이 충분한 역학적 강도를 가지는 경우 연속적인 필름이나 필라멘트 모양으로 연속하여 뽑아 올릴 수 있다.③반응물이 계면으로 확산하는 속도는 두 작용기의 반응 속도보다 느리므로 중합 속도는 보통 확산 지배적 이다.4) 현탁중합에서 교반속도의 중요성현탁중합에서 생성된 고분자의 크기는 100nm부터 5mm까지이다. 그 크기는 교반 속도, 단량체의 부피율, 사용되는 안정제의 농도와 종류, 그리고 다른 구성 요소의 점도를 통해 조절될 수 있다. 교반은 비활성 매질 내에 녹지 않는 기체 단량체를 분산시키거나 물에 유기액체 단량체를 분산시키는 경우, 단량체-용매 균일계에서 녹지 않는 고분자의 생성 등에서 매우 중요한 역할을 한다. 교반은 단량체가 고분자로서의 전환율이 20%에서 70%일 때 특히 중요하다. 20%미만에서는 단량체인 유기상의 점도가 낮아져서 재현탁이 용이하며, 70%이상에서는 고분자 생성입자들이 단량체상 내에서 단단하게 되어 쉽게 응집이 일어나지 않기 때문이다.5) 현탁 안정제현탁 안정제란 중합을 할 때 유적이 뭉치는 것을 방지하여 서스펜션된 분산계를 안정화시키기 위해 서용되는 것들이다. 예를 들면 젤라틴, 녹말, CMC, 카올린, 규산마그네슘, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 탈크 등이 있다. 현탁 안정제는 고분자 생성입자의 크기나 형태 뿐만 아니라 투명성 등에도 영향을 미치며 수용액상에 단량체의 용해도를 증가시키는 역할을 한다.6) 보호 콜로이드소수콜로이드의 전해질에 대한 불안정도를 줄이기 위해 사용하는 친수콜로이드를 말한다. 소수콜로이드는 전해질을 첨가하거나 가열하면 안정성을 잃고 쉽게 응결하는데, 이 소수콜로이드에 친수콜로이드를 가하면 소수콜로이드의 안정성이 증가하여 소량의 전해질 첨가나 가열 등을 가해도 쉽게 응결하지 않는다. 이렇게 친수콜로이드가 소수콜로이드를 안정시키는 데 도움이 될 때, 이 친수콜로이드를 보호콜로이드라고 한다.그 원리는 친수콜로이드 입자가 소수콜로이드 입자를 싸서, 전체적으로는 친수콜로이드 성질을 나타내기 때문인 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 먹물의 경우에는 아교가 탄소 입자의 분산에 보호콜로이드로서 작용한다. 보호콜로이드로서 강한 힘을 지닌 것으로는 젤라틴과 알부민 및 아라비아 고무 등이 있다. 보호콜로이드는 콜로이드 용액의 보존이나 제조를 위해 사용된다.3. 실험 준비 및 실험 과정1) 사용 기구500ml 둥근 바닥 프리스크, 교반 장치, 항온조, 질소공급 장치. 온도계, 메스실린더환류 냉각기: 화합물을 비등 용액 안에서 반응시킬 경우, 환류의 목적으로 사용되는 냉각기. 증기를 냉각 응축시켜 다시 아래쪽 가구로 되돌리는 유리로 된 기구이다. 증발성 용매를 사용해서 하는 추출 조작이나 가열반응에 사용된다.2) 실험 시약시 약 명분자량g/molm.pb.p밀도g/mL비고Styrene104.15-301460.909monomer의 역할극성이 없으므로 물에 잘 녹지 않고 벤젠같은 극성용매에 녹음AIBNAzobisisobutyronitrile164.21103?105개시제의 역할열 개시온도 40도~60도PVA(Polyvinyl alcohol)2302281.19~1.31안정제의 역할물에 녹는 독특한 성질을 가지고 있고 흡습성을 가짐Methanol32.04-97.8℃64.7℃0.7918용매의 역할① Azobisicobutyronitrile(AIBN)백색 분말로, 알코올이나 대부분의 유기용매에는 잘 녹으나 물에는 녹지 않는다. 라디칼 개시제로서 플라스틱이나 고무를만드는데 쓰인다. 또다른 라디칼 개시제인 벤조일 퍼옥사이드보다 폭발의 위험성이 낮기 때문에 더 안전하다②MethanolCH3OH의 시성식을 갖는 가장 간단한 알코올로 메틸알코올이라고도 한다. 유기합성재료, 용제, 세척제, 연료, 에탄올의 변성용으로 쓰인다. 녹는점 -97.8℃, 끓는점 64.7℃, 비중 0.79이다. 가볍고 무색의 가연성이 있는 유독한 액체이다. 일산화탄소와 수소를 촉매로 써서 합성한다. 목재의 건류로 얻어지는 조 메탄올을 정제해서도 얻어진다.3) 실험 과정① 항온조를 65℃ 유지하고 500 ml 둥근 바닥 플라스크에 교반기, 환류 냉각기, 질소 공급 장치,온도계를 설치 한 후 질소 기류를 통과시켜 반응기 내부의 산소를 제거한다.② 60 ml 증류수에 0.5 g의 PVA 를 최대한 녹여 반응기에 투입한다.③ AIBN 0.1 g을 Styrene 10 ml 에 녹인 후 반응기 속으로 투입한다.④ 여분의 증류수 20 ml를 이용하여 남은 반응물을 모두 반응기에 투입한다.⑤ 반응기를 (300, 200, 100) rpm의 속도로 3시간 정도 반응시킨다.⑥ 교반을 계속하면서 반응물의 온도를 30℃ 까지 냉각한 후 증류수 200 ml를 가하여 반응물을 희석시키고 교반을 중지한다.⑦ 생성물을 물로 희석한 후 감압 여과한다.⑧ 비커에 고루 펼친 다음 진공 오븐에서 건조시킨다.⑨ 수율을 계산한다.⑩ 입자의 size 를 확인하고, DSC를 통해 Tg 를 측정한다.4. 결과 처리 시 주의사항1) 수율 계산 (%)[(얻은 PS 의 질량) / (사용한 단량체 Styrene 의 질량)] x 1002) 주의사항①. 반응 도중에 교반 속도가 느려지는 단계에서 rpm을 더 높인다.②. PVA가 반응기 내에서 균일하게 녹도록 한다.③. 반응기 내부 상태의 변화를 관찰해 보고 그 상태가 입자 성장의 어느 단계에 해당한 것인지 예측해본다.5. 퀴즈A-1. 현탁 중합과 유화 중합은 어떠한 차이가 있는가?- 유화중합과 현탁 중합과 다른 점은 유화중합의 콜로이드 상태의 분산 입자 크기가 현탁 중합에서보다 훨씬 작고 또 입자가 안정하다는 것이다. 그리고 또 개시제가단량체에 녹지 않고 수용성 분산매(물)에만 녹아야 한다는 것이고 중합 메카니즘도 다르다.현탁중합은 물에 녹지 않는 단량체를 크기 0.01~1mm정도의 크기로 물에 분산시켜 중합하는 공정으로서 분산상 내에서는 단량체가 괴상중합방식으로 중합되는 방법이고, 유화중합과 현탁중합과 같이 물을 사용하나 중합개시제가 단량체에 용해되지 않고 물에 녹아 있으며, 현탁제 대신에 마이셀을 형성할 수 있는 유화제가 사용되는 것이 차이점이다.A-2. 현탁 중합에 사용되는 안정제로는 어떠한 것들이 자주 사용되는가?안정제에는 기계적으로 덩어리가 응결되는 것을 방지하는 불용성의 유기 및 무기물질 또는 상 사이의 계면장력을 증가시키는 전해질과 수용액상의 점도를 증가시키기 위한 수용성 고분자 등이 있다. 즉 제라틴, 녹말, 메틸섬유소, CMC 등의 ① 천연고분자, 그 유도체, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴산염과 같은 ② 합성고분자물질, BaSO4, CaSO4, BaCO3, 및 MgCl2와 같은 ③ 불용성염류, 탈크(talc), 규산규조토와 같은 ④ 무기고분자화합물, ⑤ 금속 및 금속산화물의 분말들이 안정제로 쓰인다.A-3. 고분자 용액으로 측정된 점도의 종류와 그들간의 상관관계

공학/기술| 2021.01.06| 8페이지| 1,500원| 조회(360)

실험, 현탁중합, 예비보고서, 고분자공학, PS

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