소개글
"동역학 원리와 응용 솔루션"에 대한 내용입니다.
목차
1. 고분자 중합
1.1. 라디칼 중합 메커니즘
1.1.1. 개시 반응
1.1.2. 전개 반응
1.1.3. 정지 반응
1.1.4. 사슬 전이 반응
1.2. 중합 방법
1.2.1. 벌크 중합
1.2.2. 용액 중합
1.2.3. 현탁 중합
1.2.4. 유화 중합
1.3. 자동 가속화 현상
1.4. Poly(methyl methacrylate) (PMMA)
1.4.1. PMMA의 물성 및 응용
1.5. 열전대
1.5.1. 열전대의 정의
1.5.2. 열전대의 원리
1.5.3. 열전대의 종류
1.5.3.1. 비드 와이어 써모커플
1.5.3.2. 써모커플 프로브
1.5.3.3. 표면용 써모커플 프로브
1.5.3.4. 무선 써모커플
1.5.4. 열전대의 특성
2. 참고 문헌
본문내용
1. 고분자 중합
1.1. 라디칼 중합 메커니즘
1.1.1. 개시 반응
일반적인 라디칼 중합 반응은 개시 반응(initiation), 전개 반응(propagation), 정지 반응(termination)의 세 단계로 나눌 수 있다. 개시 반응은 개시제가 두 개로 쪼개져 라디칼을 만들고, 이 라디칼이 단량체와 결합하여 탄소 라디칼을 만들면서 중합을 개시하게 되는 단계이다. 이 실험의 경우 개시제는 AIBN, 단량체는 MMA이다.
개시제가 열이나 빛 에너지에 의해 활성화되면 독립된 두 개의 라디칼을 생성한다. 이 라디칼은 매우 반응성이 높아 단량체와 반응하여 새로운 탄소 라디칼을 만들게 된다. 이렇게 생성된 탄소 라디칼이 중합 반응의 시작점이 되므로 개시 반응은 중합 반응이 시작되는 단계라고 할 수 있다. 개시제로 AIBN(아조비스이소부티로나이트리트)을 사용하는 경우, AIBN은 열에너지를 받아 분해되어 두 개의 자유라디칼을 생성하게 된다.
이렇게 생성된 자유라디칼은 단량체와 반응하여 새로운 라디칼을 만들게 되고, 이 과정이 계속 반복되면서 사슬이 성장하게 된다. 따라서 개시 반응은 중합 반응의 시작 단계이자 이후 전개 반응이 진행될 수 있는 기반을 마련해주는 중요한 단계라고 할 수 있다.
1.1.2. 전개 반응
전개 반응(Propagation)은 라디칼 중합 메커니즘의 두 번째 단계로, 개시 반응에서 생성된 라디칼이 단량체 분자와 연속적으로 반응하여 고분자 사슬을 성장시키는 과정이다. 이 단계에서는 다음과 같은 반응이 일어난다:
단량체 분자(M)와 개시 반응에서 생성된 라디칼(M•)이 반응하여 새로운 라디칼(M2•)을 만들어 낸다. 이렇게 만들어진 새로운 라디칼은 다시 단량체 분자와 반응하여 보다 큰 라디칼(M3•)을 생성한다. 이 과정이 계속 반복되면서 고분자 사슬이 성장하게 된다.
M• + M → M2•
M2• + M → M3•
M3• + M → M4•
...
Mn• + M → Mn+1•
이렇게 개시 반응에서 생성된 활성 라디칼이 단량체 분자와 연쇄적으로 반응하여 고분자 사슬을 생성해 나가는 것이 전개 반응의 핵심 메커니즘이다. 이 단계에서 반응이 지속적으로 일어나면서 고분자 사슬의 크기가 점진적으로 증가하게 된다.
1.1.3. 정지 반응
라디칼 중합 반응에서 정지 반응(termination)은 고분자 사슬 성장을 중단시키는 마지막 단계이다. 정지 반응에는 두 가지 주요 메커니즘이 있다. 첫 번째는 두 개의 활성 라디칼이 서로 만나 중성 사슬을 형성하는 것이다. 이를 조합 정지(combination termination)라고 한다. 두 번째는 한 개의 활성 라디칼이 다른 반응성 화학종(예: 단량체, 개시제 잔기, 사슬 이동제 등)과 만나 중성 사슬을 형성하는 것이다. 이를 전이 정지(disproportionation termination)라고 한다.
조합 정지와 전이 정지에 의해 생성되는 최종 고분자 사슬들은 분자량 분포에 영향을 미치게 된다. 조합 정지의 경우 두 개의 큰 사슬이 만나 더 큰 사슬이 형성되므로 분자량 분포가 넓어진다. 반면 전이 정지의 경우 한 개의 작은 사슬과 한 개의 큰 사슬이 만나 분자량 분포가 상대적으로 좁아지게 된다.
정지 반응의 속도 상수인 kt (termination rate constant)는 고분자 합성 공정에서 중요한 변수로 작용한다. kt가 크면 정지 반응이 빨리 일어나 평균 분자량이 낮아지고, kt가 작으면 정지 반응이 느려 평균 분자량이 높아진다. kt는 온도, 압력, 점도 등 반응 조건에 크게 의존하므로 이들 변수를 조절하여 원하는 분자량 분포를 얻을 수 있다.
정지 반응은 고분자 제조 공정에서 필수적인 단계이지만, 동시에 바람직하지 않은 부반응이 될 수 있다. 예를 들어 벌크 중합의 경우 자동 가속화 현상으로 인해 정지 반응이 제어되기 어려워 폭발 위험성이 있다. 따라서 정지 반응을 적절히 조절하여 원하는 분자량 및 분자량 분포를 얻는 것이 중요하다.
1.1.4. 사슬 전이 반응
사슬 전이 반응은 라디칼 중합 반응 과정에서 일어나는 다른 반응 중 하나이다. 사슬 전이 반응은 고분자 사슬 중간에 다른 고분자 사슬의 라디칼이 치환되어 고분자 사슬 중간에 곁가지가 생성되는 반응이다.
이러한 사슬 전이 반응은 고분자 중합 과정 중에 ...
참고 자료
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