소개글
"접촉각 측정 실험"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적
2. 실험 이론
2.1. Nylon의 종류 및 특징
2.2. Condensation Polymerization, Nylon 6,10의 반응 메커니즘
2.3. Interfacial Polymerization
2.4. Surface tension
2.5. Surface energy
2.6. Contact angle
2.7. Young's Equation, Antonow's rule, Berthelot's rule
3. 시약 조사
3.1. Sebacoyl Chloride
3.2. Hexamethylene diamin
3.3. Methylene Chloride
3.4. NaOH
3.5. Ethanol
4. 실험 방법
4.1. 접촉각 측정
4.2. 표면장력 측정
5. 실험 시 주의사항
6. 실험 결과 및 고찰
6.1. 결과 분석
6.2. 참고자료
7. 토의사항
7.1. 실험 고찰
7.2. 접촉각 활용 사례
8. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적
접촉각 측정 실험의 목적은 접촉각을 측정하고 이를 이용하여 물질의 표면에너지를 구하는 것이다. 실험을 통해 주어진 물질의 접촉각을 측정하고, 표면에너지를 계산해볼 것이다. 또한 접촉각이 실험 조건에 따라 어떻게 변하고 각종 이물질의 혼입에 따라 어떻게 변하는지 관찰할 것이다.
나일론은 주요 유형으로 나일론 6, 나일론 6,10, 나일론 11이 있다. 나일론 6는 열린 고리형 중합에 의해 합성되며, 나일론 6,10은 hexamethylene diamine과 sebacoyl chloride의 축합중합으로 형성된다. 나일론 11은 11-aminoundecanoic 산의 중합반응으로 생성되는데, 바이오플라스틱으로 알려져 있다. 이들은 밀도, 융점, 수분흡수율 등에서 차이를 보인다.
축합 중합은 부산물로 작은 분자를 빼면서 단량체가 결합하는 반응이다. 나일론 6,10의 경우 hexamethylene diamine과 sebacoyl chloride의 축합반응에서 HCl이 빠져나오게 된다. 계면 중합은 두 상 계면에서 일어나는 단계성장 중합의 한 유형으로, 접촉 불가능한 두 상 사이에서 반응이 진행된다.
표면장력은 액체 표면이 최소면적을 갖고자 하는 경향으로, 이는 액체 분자 간 응집력과 액체-기체 간 부착력의 차이에서 비롯된다. 표면에너지는 표면 생성 시 분자 간 결합이 끊어지면서 발생하는 에너지로, 표면적을 증가시키는 데 필요한 일에 해당한다.
접촉각은 액체와 고체의 열역학적 평형 상태에서 이루는 각으로, 이를 통해 젖음성을 평가할 수 있다. Young's 방정식은 접촉각과 계면 장력 간의 관계를 나타내는데, 이상적인 고체-액체 계면에서 성립한다. Antonow's rule과 Berthelot's rule은 계면장력과 분자간 상호작용의 관계를 보여준다.
Sebacoyl chloride, hexamethylene diamine, methylene chloride, NaOH, ethanol 등의 시약은 나일론 6,10 합성과 접촉각 측정 실험에 활용된다. 이들 시약은 각자의 고유한 물리화학적 특성을 가지고 있어 실험 과정에서 고려해야 할 요소가 된다.
실험 방법으로는 접촉각 측정기를 활용하여 정적 접촉각과 동적 접촉각을 측정하고, 이를 통해 표면장력과 표면에너지를 계산할 수 있다. 접촉각 측정 시 장비 기울기, 빛의 굴절, 시간에 따른 증발 등의 요인을 고려해야 한다. 실험 과정에서는 실험 기구 세척, 일정한 온도 유지 등의 주의사항을 준수해야 한다.
실험 결과 및 고찰에서는 측정된 접촉각 값을 토대로 표면에너지 성분(극성, 비극성)을 계산하고, 이를 참고자료와 비교할 수 있다. 얻어진 실험 데이터와 계산 결과를 바탕으로 실험 과정과 결과에 대한 분석을 진행할 것이다.
마지막으로 토의사항에서는 접촉각 및 표면에너지 측정 실험의 의미와 한계, 그리고 접촉각 활용 사례에 대해 종합적으로 고찰할 것이다. 이를 통해 접촉각 측정이 재료 특성 평가와 다양한 분야에 어떻게 활용될 수 있는지 이해할 수 있을 것이다.
2. 실험 이론
2.1. Nylon의 종류 및 특징
석유나 석탄, 바이오매스를 원료로 하여 단량체를 길게 결합하고 형성하여 만들어진 폴리아미드 섬유를 나일론이라고 한다. 이때 이 단량체들은 아미드 결합에 의해 연결되어 있다. 나일론의 이름은 'nylon+숫자'의 형태를 가지고 있는데, 숫자는 나일론을 이루고 있는 단량체의 탄소 개수를 의미한다. 나일론은 단량체를 기본으로 하여 크게 세 가지 종류가 있는데, 이는 Homopolymer 나일론, Copolymer 나일론, 그리고 Blend 나일론이다.
Homopolymer nylon에 속하는 대표적인 나일론은 나일론6이다. 나일론6의 경우 반결정의 폴리아미드로 다른 나일론과 달리 축합중합체가 아닌 열린고리형 중합에 의해 생성된다. 나일론6는 Caprolactam의 열린 고리형 중합에 의해 합성되며, 각 결합에 있는 아마이드 결합의 방향은 모두 같은 방향을 가지고 있다. 나일론6는 인장강도와 탄성이 우수하고 광택을 지니며, 주름방지 또는 산이나 알칼리 등의 화학물질에 강하다는 특징이 있다.
Copolymer에 속하는 대표적인 나일론은 PA6/66이다. Copolymer 나일론은 두 종류의 단량체가 결합된 것이 특징이다.
Blend 나일론에는 PA6I가 있다. 나일론11은 폴리아마이드이자 바이오플라스틱으로, 11-aminoundecanoic 산의 중합반응에 의해 생성되며, 낮은 밀도, 굴곡값, 영계수, 수분흡수율을 가지고 있다. 또한 나일론11은 물에서의 수분 침수 후에도 길이 및 무게 변화가 작아 치수안정성이 우수하다는 특징이 있다.
2.2. Condensation Polymerization, Nylon 6,10의 반응 메커니즘
축합중합체는 축합반응에 의해 형성되는 고분자로 이때 축합반응이란 알코올을 가진 카복실산의 에스터화와 같은 것으로, 부산물로 물 혹은 메탄올과 같은 조그만 분자를 잃고 분자끼리 합쳐지는 것을 의미한다. 축합중합체는 고분자가 모든 정도의 중합반응 물질 간의 중합에 의해 형성하는 증축합이나 사슬반응에서 활성화된 영역에 단량체의 연속적인 첨가에 의해 형성하는 축합사슬중합반응에 의해 형성된다.
축합중합은 단계적으로 성장하는 축합반응의 형태를 가지며, 선형적인 중합체는 두개의 기능기를 가진 단량체에 의해 생성된다. 축합중합체에는 폴리아마이드와 폴리아세탈 및 단백질등이 있는데, 이러한 축합충합체중 하나는 폴리아마이드가 있다. 폴리아마이드는 카복실산과 아민의 반응으로 생성되는데 아미노카복실산으로부터 만들어지는 반응의 경우 nH2N-X-CO2H → [HN-X-C(O)]n + nH2O와 같은 반응을 가지고 중합체를 형성하며, 이때 반응 단위당 1개의 물이 나온다. 만일 나일론6,6처럼 다이아민과 다이카복실산으로부터 만들어진다면 nH2N-X-NH2 + nHO2C-Y-CO2H → [HN-X-NHC(O)-Y-C(O)]n + 2nH2O와 같은 반응을 가지고 중합체를 형성하며, 이때는 반응...
참고 자료
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http://www.scienceall.com/-접촉각
http://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=coreflex&logNo=220697044380- 작은접촉각 / 큰 접촉각 사진
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