소개글
"Styrene 벌크 중합"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. Styrene 벌크 중합 실험 개요
1.2. 실험 목적 및 필요성
2. 이론적 배경
2.1. Styrene 단량체의 성질 및 특성
2.2. 자유 라디칼 중합의 메커니즘
2.3. 벌크 중합 방법의 장단점
3. 실험 방법
3.1. 시약 및 재료
3.2. Styrene 단량체의 정제 과정
3.3. 벌크 중합 실험 절차
3.4. 중합 온도와 개시제 농도 변화에 따른 관찰
4. 실험 결과 및 고찰
4.1. 중합 시간에 따른 폴리스티렌 생성 관찰
4.2. 개시제 농도 변화에 따른 중합 거동 분석
4.3. 온도 변화에 따른 중합 속도 및 분자량 변화
4.4. 실험 오차 및 한계점 논의
5. 결론
5.1. 실험 결과 요약
5.2. 벌크 중합 메커니즘 이해
5.3. 향후 연구 방향
6. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. Styrene 벌크 중합 실험 개요
본 실험은 스타이렌 단량체에 개시제 AIBN을 첨가하여 벌크중합을 진행하고, 고분자 폴리스티렌을 생성하는 실험이다. 이 과정에서 개시제의 농도와 중합 온도에 따른 반응 메커니즘을 이해하고자 한다.
스타이렌은 화학식 C8H8로 벤젠 고리에 비닐기가 단일 치환된 구조를 가지며, 상온에서 액체 상태인 무색의 물질이다. 불에 잘 붙고 특이한 냄새가 나며 물에는 잘 녹지 않지만 에테르나 벤젠 등 무극성 용매에는 잘 녹는다. 열이나 빛에 의해 중합반응이 일어나므로 일반적으로 중합방지제가 첨가된다.
자유 라디칼 중합에서 개시제 AIBN은 40°C 이상의 온도에서 자유 라디칼을 쉽게 방출하여 라디칼 중합을 개시할 수 있다. 벌크중합은 단량체와 소량의 개시제만으로 진행되어 제조 과정이 매우 단순하며 순도가 높은 고분자를 얻을 수 있지만, 반응열 제거가 어려운 단점이 있다.
실험에서는 먼저 스타이렌 단량체를 정제하여 순수한 상태로 준비한다. 그 다음 정제된 스타이렌에 개시제 AIBN을 1wt%와 2wt% 비율로 첨가하여 80°C의 항온조에서 벌크중합을 진행한다. 중합 과정에서 시간에 따른 폴리스티렌 생성 변화, 개시제 농도 변화에 따른 중합 거동, 온도 변화에 따른 중합 속도 및 분자량 변화 등을 관찰하여 분석한다.
1.2. 실험 목적 및 필요성
본 실험의 목적은 정제된 스타이렌 단량체에 자유 라디칼 개시제인 AIBN을 첨가하여 벌크 중합을 진행하고, 개시제의 농도와 중합 온도 변화에 따른 폴리스티렌 생성 거동을 이해하는 것이다. 이를 통해 스타이렌의 벌크 중합 메커니즘과 반응 속도, 분자량 등의 특성을 파악할 수 있다.
스타이렌은 범용 플라스틱인 폴리스티렌 제조에 널리 사용되는 중요한 단량체이다. 스타이렌의 효율적인 중합을 위해서는 단량체의 정제 과정과 중합 반응 조건 최적화가 필요하다. 따라서 본 실험을 통해 스타이렌 단량체의 정제 방법과 개시제 농도 및 중합 온도에 따른 벌크 중합 거동을 체계적으로 연구할 필요가 있다. 이는 추후 폴리스티렌의 대량 생산 공정 개선과 고분자 소재 개발에 기여할 수 있을 것이다.
또한 자유 라디칼 중합 반응의 메커니즘을 실험적으로 규명하고, 벌크 중합 방식의 장단점을 이해함으로써 고분자 합성 기술에 대한 전반적인 지식을 넓힐 수 있다. 이는 화학공학 및 고분자 공학 분야 연구자들에게 유용한 기초 정보를 제공할 것이다. [1,2,3]
2. 이론적 배경
2.1. Styrene 단량체의 성질 및 특성
Styrene은 화학식 C8H8을 가지고 있으며, 벤젠 고리에서 수소 1개를 비닐기로 치환한 구조를 가진다. 상온에서 액체 상태이며 무색이다. Styrene은 불이 잘 붙으며 끈적거리고 특이한 냄새가 난다. 극성이 없기 때문에 물에는 거의 녹지 않으며 에테르나 벤젠 같은 무극성 용매에 잘 녹는다. Styrene은 열이나 빛에 의해 중합반응을 일으키기 때문에 일반적으로 중합방지제를 첨가하여 판매한다. 자연계에서는 때죽나무(styrax)의 천연수지로 발견되었으며 이 나무의 이름이 styrene이란 이름의 유래가 되었다. 공업적으로는 에틸벤젠에 아연이나 철, 크로뮴, 칼슘, 마그네슘 같은 촉매를 주어 탈수소화를 통해 만든다. 고분자화합물을 만들기 위한 중합반응을 거쳐 열가소성 플라스틱인 Polystyrene을 만들 수 있다. Polystyrene은 대부분 투명한 용기로 사용된다. 높은 농도의 styrene에 잠시라도 노출되면 신경계에 이상이 와서 근육 이완이나 피로, 구역질 등으로 이어질 수 있다.
2.2. 자유 라디칼 중합의 메커니즘
자유 라디칼 중합은 개시, 전파, 종결 반응으로 구성된다. 개시반응에서 개시제가 열이나 빛 등의 에너지를 흡수하여 자유 라디칼을 생성한다. 이렇게 생성된 자유 라디칼이 단량체와 반응하여 새로운 라디칼을 만드는 전파 반응이 이어진다. 전파 반응에서는 고분자 사슬이 성장하며, 이 과정에서 연쇄반응적으로 많은 양의 단량체가 소모된다. 마지막으로 두 개의 라디칼이 만나 안정한 고분자 사슬을 형성하는 종결 반응이 일어난다.
전체적인 메커니즘을 살펴보면 다음과 같다. 개시제인 AIBN이 열 에너지를 흡수하여 자유 라디칼을 생성한다. 이 자유 라디칼이 스타이렌 단량체와 반응하여 새로운 라디칼을 만들어낸다. 이렇게 만들어진 라디칼은 다시 다른 단량체와 반응하며 고분자 사슬을 성장시킨다. 이 과정이 연쇄적으로 진행되면서 많은 양의 단량체가 소모된다. 마지막으로 두 개의 라디칼이 결합하여 안정한 고분자 사슬을 형성하는 종결 반응이 일어난다.
라디칼 중합에서 개시제는 매우 중요한 역할을 한다. 개시제가 열이나 빛 에너지를 흡수하여 자유 라디칼을 생성하기 때문이다. 개시제 농도가 높을수록 초기에 더 많은 라디칼이 형성되어 중합 속도...
참고 자료
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고분자 화학 입문, 박문수외 3인 3판, 자유아카데미(2003), p.408～409
Peter Atkins, (2020), 물리화학, 교보문고
Raymond Chang, (2020), 일반화학, 사이플러스
여인형, (2013), Harris 최신분석화학, 자유아카데미
한국고분자학회, (2005), 고분자실험, 자유아카데미
León-Bermúdez, Adan-Yovani and Ramiro A. Salazar. “SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF THE POLYSTYRENE - ASPHALTENE GRAFT COPOLYMER BY FT-IR SPECTROSCOPY.” CT&F - Ciencia,
Tecnología y Futuro (2008): n.
