소개글
"D상 유화법"에 대한 내용입니다.
목차
1. 유화중합의 원리
1.1. 유화중합의 정의 및 특징
1.2. 유화중합의 장단점
1.3. 유화중합에서의 마이셀 형성과 역할
1.4. 유화중합의 반응 메커니즘
1.5. 유화중합에서의 반응속도와 분자량
2. 실험 준비
2.1. 실험 목적
2.2. 실험 재료
2.3. 시약의 특성
3. 실험 방법
3.1. Styrene 단량체 정제
3.2. 유화중합 실험 절차
4. 실험 결과 및 고찰
4.1. 실험 결과
4.2. 실험에 영향을 준 요인
4.3. 유화중합 메커니즘에 대한 이해
5. 유화중합의 응용
5.1. 라텍스
5.2. 아크릴 에멀젼 점착제
5.3. 인공혈액
6. 참고 문헌
본문내용
1. 유화중합의 원리
1.1. 유화중합의 정의 및 특징
유화중합은 비활성 용매인 물을 사용하여 단량체를 분산시켜 마이셀 상태로 만든 후 마이셀에서 고분자를 성장시키는 중합 방법이다. 이는 용액중합의 단점인 유기용매의 화재 위험성 및 환경오염 등의 문제를 해결하기 위해 개발되었다. 유화중합에서는 단량체를 물에 분산시키기 위해 계면활성제를 사용하며, 이를 통해 마이셀을 형성하여 중합을 진행한다. 이러한 유화중합은 반응열의 조절이 용이하고 중합속도와 분자량을 동시에 증대시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한 용매로 물을 사용하기 때문에 생산가격이 저렴하고 인체에 유해한 유기용매가 거의 없다는 특징이 있다. 그러나 물의 제거속도가 느리고 계면활성제와 같은 첨가제가 고분자에 남아 최종생산물을 오염시킬 수 있다는 단점이 존재한다. 유화중합은 라텍스 및 합성고무 생산에 널리 사용되고 있다."
1.2. 유화중합의 장단점
유화중합의 장점은 반응열의 조절이 용이하고, 점도 조절이 가능하여 균일한 반응이 가능하다는 것이다. 또한 높은 중합속도와 분자량 조절이 가능하며, 분리 과정없이 라텍스(latex)를 그대로 사용할 수 있다는 특징이 있다""
유화중합의 단점으로는 중합한 고분자에 대한 정제가 필요하며, 유화제, 계면활성제 등의 불순물을 완전히 제거하기 어려운 점이 있다. 또한 매우 빠른 교반이 요구된다는 단점이 있다""
1.3. 유화중합에서의 마이셀 형성과 역할
유화중합에서의 마이셀 형성과 역할은 다음과 같다.
계면활성제의 농도가 임계 마이셀 농도(CMC)를 넘어서면 계면활성제 분자들이 자발적으로 모여 마이셀을 형성한다. 마이셀은 콜로이드 분산 상태의 하나로, 용매에 용질이 CMC 이상이 되면 발생하는 미소 결정입자를 의미한다. 용질의 농도가 낮을 때는 열 운동에 의해 마이셀 형성이 어려우나, CMC가 되면 응집력이 열 운동을 극복하여 마이셀을 형성한다.
마이셀 형성을 위해서는 비극성과 극성 관능기가 동시에 있는 양친매성 물질이 필요하다. 유화중합에서는 물(극성 매질)과 단량체(비극성 물질)가 양친매성이 아니기 때문에 계면활성제를 첨가하여 마이셀을 형성한다. 계면활성제의 친유성기는 단량체와 상호작용하여 마이셀 내부로 단량체를 끌어들이고, 친수성기는 물과 상호작용하여 마이셀을 안정화시킨다.
마이셀 내부에서 단량체가 중합되어 고분자가 생성되며, 마이셀의 크기와 수는 유화중합의 특성에 큰 영향을 미친다. 일반적으로 계면활성제 농도가 높을수록 마이셀의 크기는 크고 수는 적으며, 농도가 낮을수록 마이셀의 크기는 작고 수가 많다. 마이셀의 크기와 수는 중합속도와 분자량에 직접적인 영향을 주므로, 이를 조절하여 원하는 특성의 고분자를 합성할 수 있다.
따라서 유화중합에서 마이셀의 형성과 그 특성은 중요한 역할을 하며, 이를 이해하고 적절히 활용하는 것이 유화중합 기술 발전의 핵심이라 할 수 있다.
1.4. 유화중합의 반응 메커니즘
유화중합의 반응 메커니즘은 다음과 같다.
유화중합은 크게 개시, 성장, 정지 단계로 이루어진다. 개시 단계에서는 수용성 개시제가 해리되어 라디칼을 생성하고, 이 라디칼이 마이셀 내부로 확산되어 단량체와 반응하면서 중합이 시작된다. 성장 단계에서는 마이셀 내부에서 연속적인 연쇄 반응이 일어나 고분자 사슬이 성장한다. 정지 단계에서는 두 개의 라디칼이 만나 결합하여 정지반응이 일어난다.
구체적인 메커니즘은 다음과 같다. 먼저 수용성 개시제가 해리되어 라디칼을 생성한다. 이 라디칼은 마이셀 내부로 확산되어 마이셀 내부의 단량체와 반응하면서 중합이 개시된다. 마이셀 내부에서 연쇄 반응이 일어나 고분자 사슬이 성장하며, 이때 단량체는 마이셀 내부로 지속적으로 확산되어 공급된다. 정지 반응은 주로 두 개의 라디칼이 결합하는 커플링 반응에 의해 일어나며, 이로 인해 마이셀 내부의 라디칼 농도가 감소하게 된다.
이러한 유화중합의 반응 메커니즘에 의해 상대적으로 빠른 중합속도와 고분자량을 가지는 고분자가 얻어질 수 있다. 마이셀 내부에서 중합이 일어나므로 중합열의 제거가 용이하고, 마이셀 내부의 국소적인 환경에서 중합이 진행되어 분자량 분포가 좁은 고분자를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
1.5. 유화중합에서의 반응속도와 분자량
유화중합에서 반응속도와 분자량은 밀접한 ...
참고 자료
"Radical Polymerization", 『고분자 이해(김응건 교수님) Hand out 자료』
“Emulsion Polymerization", 『고분자 이해(김응건 교수님) Hand out 자료』
“Emulsion Polymerization", 『고분자 화학 3판』
중합공학실험 포스터 참조자료 - Emulsion Polymerization of PS
“PS”, 『네이버 화학용어사전』
https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=611013&cid=42420&categoryId=42420
“Potassium persulfate”, 『wikipedia』
https://en.wikipedia.org/wiki/Potassium_persulfate
“Disodium Phosphate”, 『wikipedia』
https://en.wikipedia.org/wiki/Disodium_phosphate
"로릴황산나트륨“, 『wikipedia』
https://ko.wikipedia.org/wiki/%EB%A1%9C%EB%A6%B4_%ED%99%A9%EC%82%B0_%EB%82%98%ED%8A%B8%EB%A5%A8
PS 용액중합 결과레포트, “FT-IR 그래프”
건국대학교(www.konkuk.ac.kr), 3장 계면활성과 계면활성제, “계면활성제의 종류”
건국대학교(www.konkuk.ac.kr), 7장 유화와 가용화, “인공혈액”
박문수, 김봉식, 이대수 외 1명, 『고분자 화학 입문』, 자유아카데미, 2003, “Smith-Ewart kinetics”
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위키백과, Wikipedia(과황산칼륨, potassium persulfate)
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네이버 지식백과(분별 깔때기, Separatory funnel)
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