소개글
"스타이렌 용액중합"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 스타이렌 용액중합의 개요
1.2. 용액중합의 장단점
1.3. 폴리스타이렌의 특성 및 활용
2. 이론적 배경
2.1. 단량체와 개시제의 정의
2.2. 아조화합물의 특성
2.3. 용액중합의 메커니즘
3. 실험 준비
3.1. 실험 기구 및 시약
3.2. 시약에 대한 물성 및 안전성 조사
4. 실험 방법
4.1. 스타이렌 단량체의 정제
4.2. 스타이렌의 용액중합 실험
4.3. 중합체 수득 및 분리
5. 실험 결과 및 고찰
5.1. 실험 결과 분석
5.2. 중합 효율 저하 원인 분석
5.3. 개선 방안 및 추가 분석
6. 결론
6.1. 실험 결과 요약
6.2. 용액중합법의 활용 방안
7. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 스타이렌 용액중합의 개요
스타이렌은 벤젠 고리에 비닐기가 결합된 유기화합물이다. 스타이렌은 폴리스타이렌을 제조하는 데 있어 가장 핵심적인 단량체이다. 폴리스타이렌은 대표적인 열가소성 플라스틱으로, 우수한 전기적 특성과 내화학성으로 인해 다양한 용도로 널리 사용되고 있다.
스타이렌의 중합 방식에는 여러 가지가 있는데, 그중에서도 용액중합법은 널리 이용되는 대표적인 중합 방식이다. 용액중합법은 단량체를 적절한 용매에 용해시킨 후 중합 반응을 진행하는 방식이다. 용매를 사용하므로 반응열 제어와 점도 조절이 용이하고, 중합도 조절이 쉽다는 장점이 있다. 그러나 용매의 제거가 어렵고 중합 속도가 상대적으로 느리다는 단점도 존재한다.
용액중합 과정에서는 개시제가 사용되는데, 이는 라디칼 연쇄 반응을 개시하는 역할을 한다. 그중에서도 아조화합물인 AIBN(azobisisobutyronitrile)이 많이 활용된다. AIBN은 열이나 자외선에 의해 분해되어 라디칼을 생성하여 중합을 개시한다.
용액중합을 통해 제조된 폴리스타이렌은 용기, 가전제품 외장재, 실험 기구 등 다양한 분야에서 활용된다. 특히 폴리스타이렌은 가격이 저렴하고 가공성이 뛰어나 널리 사용되는 합성수지이다.
1.2. 용액중합의 장단점
용액중합은 단량체를 적당한 용제에 용해시켜 용액상태에서 중합하는 방법이다. 용해상태에서의 중합은 발열반응에 의한 온도상승을 억제할 수 있고 점도 조절이 용이하여 온도 조절이 쉽다는 장점이 있다. 또한 반응속도가 빨라 단시간 내에 중합체를 얻을 수 있으며, 중합 후 용매 제거만으로도 고분자를 얻을 수 있다. 녹는점이 높은 단량체의 중합에도 적합하다. 그러나 용매의 제거가 어려워 완전한 고체 상태의 중합체를 얻기는 어렵다. 용매 내에서 사슬전이반응이 일어나 분자량이 낮아지는 단점도 있다. 또한 용매 자체의 비용과 독성, 화재 및 안전 문제 등이 있다. 따라서 용액중합은 용매 선택과 제거, 그리고 온도 및 압력 조절이 중요한 공정이다. 이러한 단점에도 불구하고 용액중합은 균일계 중합이 가능하고 반응속도가 빠르며 중합도 조절이 용이하여 많은 산업 분야에서 활용되고 있다.
1.3. 폴리스타이렌의 특성 및 활용
폴리스타이렌은 열가소성 플라스틱 중 하나로, 스타이렌을 중합하여 만든 무색 투명한 합성수지이다. 폴리스타이렌은 선명하게 착색될 수 있으며, 우수한 전기적 특성과 산, 알칼리, 염류, 유기산 등에 대한 내약품성을 지니고 있다. 일반적인 폴리스타이렌은 포장용이나 의료용 용구, 장난감, 컵, 주방용품 등에 사용되며, 폼(Foam) 형태로는 건축물의 단열재, 간이음식이나 고기 등의 포장재 또는 충격방지용 포장재료로 널리 쓰인다. 취성이 있어 단독으로 사용되는 경우는 거의 없고 다른 중합체와 혼합해서 사용하는 경우가 많다. 부타디엔 고무를 섞어서 SBR, SBS, HIPS 등으로 사용된다. 따라서 폴리스타이렌은 합성수지로서 화학 산업에서 매우 중요한 역할을 하며, 일상생활에서도 다양한 제품에 활용되고 있다. ()
2. 이론적 배경
2.1. 단량체와 개시제의 정의
단량체는 단위체 또는 모노머라고도 하며, 중합체에 대응되는 말이다. 중합반응을 통해 고분자 화합물을 합성할 때 출발물질이 되는 화합물이다. 일반적으로 구조가 간단하고 분자량이 수십에서 수백 정도이며, 반응성이 좋은 화합물이다. 석유화학공업의 주요 부문을 이루고 있다.
개시제는 연쇄반응을 시작하기 위해 반응계에 도입되는 물질이다. 라디칼 연쇄 반응에서 라디칼을 제공하거나 고분자 사슬 성장 중합에서 단량체와 반응하여 중합을 시작하는 화학물질이 대표적인 예이다. 라디칼 중합에서는 열개시제를 많이 사용하지만, 저온 환경에서는 광개시제를 사용하기도 한다.
2.2. 아조화합물의 특성
아조기(-N=N-)를 가진 유기화합물은 트랜스형과 시스형의 기하이성질체가 가능하다. 아조벤젠과 같이 트랜스형 화합물에 빛을 조사하면 시스형 화합물을 얻을 수 있으나 시스형 화합물은 불안정하다. 아조메탄과 같이 상온에서 기체인 것, 액체인 것도 있으나 대부분은 고체이다.
지방족 아조화합물은 히드라조화합물의 산화에 의해 합성되며 불안정한 화합물이 많고, 열 · 빛에 의해 분해되며 자유라디칼을 생성한다. 2, 2'-아조비스 이소부틸니트릴(AIBN)은 자유라디칼반응 개시제로서 중합반응 등에 쓰인다.
방향족 아조화합물은 색을 가지고 있어 아조색소라고도 하며, 지방족 아조화합물과는 달리 안정하다. 대칭 아조화합물은 니트로화합물을 아연과 수산화나트륨으로 환원시켜 얻을 수 있고, 비대칭 아조화합물은 니트로소화합물과 아민의 반응으로 합성된다.
아조 개시제 AIBN은 40℃ 이상에서 라디칼로 분해되어 개시제 역할을 하며 66~72℃에서 라디칼로 잘 분해된다. AIBN은 백색 결정성 분말 형태로 존재하며, 물...
참고 자료
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[INSIDE INSIGHT]질소purge란 무엇이며 주요 사용목적은 무엇일까요?
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[네이버 지식인] styrene용액 중합 시 질소가스를 넣어주는 이유?
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[네이버 블로그] 열분석과 분위기 가스(Atmosphere) <작성자:라이더>
https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=rider17&logNo=221100943921&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.co.kr%2F
[네이버 지식인] 고분자 중합시 중합수율이 개시제의 농도에 따라 다른 이유?
https://kin.naver.com/qna/detail.nhn?d1id=11&dirId=1115&docId=53357486
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