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[고분자화학]폴리우레탄 합성 실험보고서

"폴리우레탄 합성 실험보고서"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2023.09.22 최종저작일 2023.06
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[고분자화학]폴리우레탄 합성 실험보고서
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    소개

    "폴리우레탄 합성 실험보고서"에 대한 내용입니다.

    목차

    1. 서론(Introduction)
    1.1 실험 목적
    1.2 Theoretical background
    1.2.1 Polyurethane의 History & Use
    1.2.2 Polyurethane의 특성
    1.2.3 Polyurethane Synthesis : Prepolymer Method
    1.2.4 Polyurethane Synthesis : One-shot Method
    1.2.5 Polyurethane의 Cross-linking

    2. 실험(Experimental)
    2.1 Prepolymer Method
    2.2 One-Shot Method

    3. 결과 및 고찰(Results and Discussion)
    3.1 NMR
    3.1.1 NMR - Prepolymer Method
    3.1.2 NMR - One-shot Method
    3.2 IR
    3.2.1 IR - Prepolymer Method
    3.2.2 IR - One-shot Method
    3.3 Tensile Test
    3.3.1 Tensile Test - Prepolymer Method
    3.3.2 Tensile Test - One-shot Method

    4. 결론(Conclusion)

    5. MSDS(Material Safety Data Sheets) of chemicals

    6. 참고문헌(Reference)

    본문내용

    1.1 실험 목적

    본 실험은 두 가지 polymerization method(Prepolymer method, One-shot method)를 통해 Polyurethane의 polymerization을 진행하고,, 이들 각각의 final product를 핵 자기 공명 분석(NMR, Nuclear Magnetic Reasonance Spectroscopy), 적외선 분광법(IR, Infrared Spectroscopy), 인장 시험(Tensile Test)을 통해 polymer의 structural characteristic과 mechanical property를 비교하여 보기 위함이다. 이를 통해 각 method로부터 도출되는 polyurethane의 적합한 사용처를 유추해볼 수 있기를 기대한다.

    1.2 Theoretical background

    실험을 진행하기 앞서 실험의 final product인 Polyurethane과 실험에서 사용할 두 method에 대해 알아볼 필요가 있다.

    1.2.1 Polyurethane의 History & Use

    폴리우레탄은 1937년 독일 I.G Farben 사의 Otto Bayer이 폴리우레탄의 화학적 구조를 착안하고 hexamethylene diisocyanate와 butanediol을 반응시켜 Nylon 6,6와 유사한 구조의 폴리우레탄을 합성하였다. 당시는 미국의 DuPont 사의 Carother가 condensation polymerization을 통해 Nylon을 개발하여 세계적인 붐을 일으키고 있던 시기(1935년)로, 전략적인 차원에서 새로운 고무를 만드려는 시도 끝에 이를 성공하였다.
    폴리우레탄은 화학과 물리학의 발전과 더불어 경질 폼, 연질 폼, 필름, 연질과 경질의 탄성체(elastomer), 섬유 등과 같은 매우 다양한 물리적 성질들의 상품을 가능하게 하고 있으며, 플라스틱 시장에서도 PE, PVC, PP, PS 등과 함께 거대한 소비 시장을 가진 범용 제품이 되었다.

    참고자료

    · 김영중,이병철, 1999, 폴리우레탄 산업의 현황, 고분자 과학과 기술, 10(5), pp.589~596
    · 고분자화학(2판), 문운당, 안태완,김기수, 2013, pp. 98~100
    · 네이버 지식백과, “카바메이트”, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=6555964&cid=62802&categoryId=62802
    · 네이버 지식백과, “폴리우레탄”, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5663171&cid=62802&categoryId=62802
    · Wikipedia, “Polyurea”, https://en.wikipedia.org/wiki/Polyurea
    · 안전보건공단 화학물질정보, “PTMG”,”MDI”,”DMAc”,”DMF”,”EDA”,”BDO”,”Diethylamine”,”Isopropyl alcohol”, http://msds.kosha.or.kr/m/msds/view.mdo
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    • 1. 폴리우레탄(Polyurethane) 합성 방법
      폴리우레탄의 합성은 이소시아네이트와 폴리올의 반응을 기반으로 하는 매우 중요한 고분자 화학 공정입니다. 다양한 합성 방법 중 원액 주입 성형(one-shot process)과 준-예비중합체 방법(semi-prepolymer method)이 산업적으로 널리 사용되고 있습니다. 각 방법은 최종 제품의 특성과 생산 효율성에 직접적인 영향을 미치므로, 목표하는 응용 분야에 맞는 적절한 합성 방법의 선택이 중요합니다. 촉매의 종류, 반응 온도, 습도 등의 공정 변수를 정밀하게 제어함으로써 원하는 분자량과 구조를 가진 폴리우레탄을 얻을 수 있습니다.
    • 2. 폴리우레탄의 구조와 특성
      폴리우레탄은 우레탄 결합(-NH-CO-O-)을 주요 구조 단위로 하는 고분자로, 경질과 연질 폴리우레탄으로 분류됩니다. 구조의 다양성으로 인해 매우 광범위한 물리적, 화학적 특성을 나타낼 수 있습니다. 경질 폴리우레탄은 높은 강도와 경도를 보이며, 연질 폴리우레탄은 우수한 탄성과 유연성을 제공합니다. 이러한 특성의 조절은 폴리올과 이소시아네이트의 선택, 경화제의 종류, 첨가제의 사용 등을 통해 가능하며, 이는 자동차, 건설, 의료 등 다양한 산업 분야에서의 광범위한 응용을 가능하게 합니다.
    • 3. 폴리우레탄의 교차결합(Cross-linking)
      교차결합은 폴리우레탄의 기계적 성질과 화학적 안정성을 크게 향상시키는 핵심 공정입니다. 적절한 수준의 교차결합은 인장강도, 탄성률, 내열성 및 화학 저항성을 개선하지만, 과도한 교차결합은 취성을 증가시켜 제품의 품질을 저하시킬 수 있습니다. 교차결합 밀도는 다기능 폴리올, 다기능 이소시아네이트, 경화제의 선택과 비율에 의해 조절됩니다. 따라서 최종 응용 분야의 요구 특성에 맞는 최적의 교차결합 수준을 결정하는 것이 매우 중요하며, 이는 제품의 성능과 수명을 결정하는 중요한 요소입니다.
    • 4. 분석 방법 및 결과 비교
      폴리우레탄의 특성 분석을 위해 FT-IR, GPC, DSC, TGA, 동적 기계 분석(DMA) 등 다양한 분석 기법이 활용됩니다. FT-IR은 우레탄 결합과 다른 기능기의 존재를 확인하고, GPC는 분자량 분포를 측정하며, 열분석 기법들은 열적 안정성과 유리전이온도를 파악합니다. 이러한 분석 결과들을 종합적으로 비교함으로써 합성 조건과 최종 제품 특성 간의 상관관계를 규명할 수 있습니다. 다양한 분석 방법의 결과를 통합적으로 해석하면 폴리우레탄의 구조-특성 관계를 더욱 명확히 이해할 수 있으며, 이는 향후 개선된 제품 개발에 매우 유용한 정보를 제공합니다.
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