실험 12.2 나일론 합성실험보고서▣ 실험 목적 및나일론은 직물용의 섬유로서 널리 사용된 첫 번째 합성고분자이다. 나일론 6,6 또는 나일론 6,10과 같이 다른 나일론들의 이름은 단량체의 탄소수에 따라 붙여졌다. (여기서 6은 디아민 화합물에 포함된 헥사메틸디아민의 탄소수이고, 10은 염화세바코일의 탄소수이다.) 대부분의 나일론들은 디아민과 디카르복시산의 축합반응에 의하여 합성된다. 카르복시산과 아민화합물로부터 나일론을 합성해본다.▣ 원리고분자(polymer)란 저분자량의 수많은 (일반적으로 최소한 100개) 단위 들이 공유결합으로 연결되어 이루어진 고분자량의 물질을 말한다. 작은 분자들이 반복적으로 합쳐져서 고분자를 형성하는 과정을 polymerization이라 하며, 이때 작은 분자들을 단량체(monomer)라 한다. 두 가지 형태의 중합, 즉 축합중합과 첨가중합이 알려져 있다. 단량체들의 결합시에 물이나 알코올과 같은 작은 분자가 제거되는 고분자 형성반응을 축합충합이라 하며, 첨가중합에서는 불포화 혹은 고리화합물들이 서로 첨가하여 고분자를 만드는 반응으로 이 때는 작은 분자들이 제거되지 않는다. 전형적인 축합중합 고분자의 일종이 폴리아미드, 즉 나일론이다.같은 양의 디아민과 디카르복시산을 섞으면 아민염을 얻을 수 있다. 이 염을 고온으로 가열하면 한 분자의 물이 빠져나가면서 아미드 결합이 생긴다. 나일론 6,6은 공업적으로 헥사메틸렌디아민과 아디프산을 215℃에서 여러 시간 그리고 270℃ 진공하에서 약 한 시간 반응시켜 얻는다.나일론을 만드는 또 다른 방법은 반응성이 큰 산염화물을 이용하는 것으로, 이 산염화물은 실온에서도 아민과 쉽게 반응하여 폴리아마이드를 만들수 있다.즉, 염화세바코일과 헥사메틸렌디아민은 실온에서도 다음과 같이 반응하므로 나일론 6,10은 실험실에서도 쉽게 합성할 수 있다.헥사메틸렌디아민은 물에 그리고 염화세바코일은 물과 섞이지 않는 용매에 녹여 접촉시킴으로써, 두 용액의 계면에서 중합반응이 일어나게 된다. 따라서 이러한 중합반응을 계면중합이라고 한다. 이 계면에서 생긴 중합체(나일론)의 필름을 집게로 집어 올리면 필름이 제거됨과 동시에 그 자리에 새로운 중합체가 계속 생성되는 되는 연속반응으로 인하여 끈이나 실 모양의 고분자 중합체를 만들 수 있다. 이것을 나일론끈 마술이라 부른다. 또한, 섞이지 않는 두 용액은 혼합기를 사용하여 세게 흔들어주면, 두면의 접촉면이 넓게 되어 짧은 시간에 많은 중합체를 얻을 수 있다. 그러나 이 방법은 산염화물이 비싸기 때문에 공업적으로는 잘 사용되지 않는다. 현재 우리나라에서 많이 생산되고 있는 나일론 6은 한분자 안에 아민기와 산기를 모두 갖고 있는 단량체인varepsilon -카프로락탐의 중합으로 만든다.이 밖에도 다양한 용도에 맞게 많은 종류의 나일론들이 개발되어 왔다. 특히 방향족 디카르복시산과 방향족 아민들을 사용하여 만든 아라미드 섬유 같은것은 매우 강하고 튼튼한 물성을 갖는다? 축합 중합 : 단위체들이 결합할 때, 2개의 작용기로부터 물이 빠져나가고 중합하는 반응 (예: 6,6-나일론)? 헥사메틸렌디아민(Hexamethylenediamine)· 분자식 : C6H14N2, 분자량 : 116.21g/mol, 녹는점 : 42℃, 끓는점 : 205℃· 물, 에탄올, 벤젠 등에 녹는다. 아디포니트릴을 암모니아 존재하에서 접촉 환원 하여 얻는다. 나일론의 합성원료이다.? 염화세바코일(Sebacoylchloride)· 분자식 : C10H16Cl2O2, 분자량 : 239.14 g/mol, 녹는점 : -5℃, 끓는점 : 220℃ 밀도 : 1.121g/mL· 자극성 냄새가 나는 옅은 황색의 액체로, 물에는 잘 녹지 않고, 탄화수소나 에테 르와 같은 유기용매에 잘 녹는다. 독성이 있으므로 증기의 흡입 또는 피부와의 접촉을 피해야 한다.? 사염화탄소(Carbon tetrachloride)· 분자식: CCl4, 분자량 : 153.82 g/mol, 녹는점 : -23℃, 끓는점 : 76.75℃· 유독한 포스겐을 생성하므로 밀폐된 방에서 사용할 때는 주의해야 한다. 분석 시 약이나 의약품으로 많이 사용된다.? 수산화나트륨(Sodium hydroxide)· 분자식: NaOH, 분자량 : 40.01 g/mol, 녹는점 : -318.4℃, 끓는점 : 1388℃· 부식성이 강하고 CO2, Cl2등을 흡수하므로 고무마개로 밀봉해서 보관한다.▣ 실험결과1. 실험시약사용량몰수염화세바코일0.5 mL2.34TIMES 10 ^{-3} mol헥사메틸렌디아민0.3 g2.58TIMES 10 ^{-3} mol수산화나트륨0.08g2.00TIMES 10 ^{-3} mol[계산]· 염화세바코일의 질량 :1.121g/mL TIMES 0.5mL=0.5605g· 염화세바코일의 몰수 :{0.5605g} over {239.14g/mol} =2.34 TIMES 10 ^{-3} mol· 헥사메틸렌디아민 몰수 :{0.3g} over {116.21g/mol} =2.58 TIMES 10 ^{-3} mol· 수산화나트륨 몰수 :{0.08g} over {40.01g/mol} =2.00 TIMES 10 ^{-3} mol2. 실험결과나일론의 이론적 생성량1.002 g실험에서의 수득량13.80 g실험의 수득률1305 %[계산]· 나일론의 이론적 생성량 : 반응에서 염화세바코일이 한계반응물이 된다. 염화세바코일의 분자량과 헥사메틸렌디아민의 분자량을 더해서 2HCl의 분자량을 뺀 뒤, 그 값을 염화세바코일의 몰수를 곱해주면 된다.(239.14g/mol+116.21g/mol-2 TIMES 36.47g/mol) TIMES 2.34 TIMES 10 ^{-3} mol=1.002g· 실험의 수득률 :{13.80g} over {1.002g} TIMES 100%=1305%3. “나일론 끈 마술” 실험에서 헥사메틸렌디아민 수용액에 수산화 나트륨을 넣는 이유는 무엇인가?염화세바코일과 헥사메틸렌디아민을 합성할 때 HCl이 생기는데 이 HCl이 헥사메틸렌디아민과 반응하여 나일론이 합성되는 것을 방해하게 된다. 수산화나트륨은 HCl을 중화시켜 이 방해를 없애 주기 때문에 넣어준다.(HCl +NaOH → NaCl + H2O)4. “나일론” 다음의 숫자는 무엇을 뜻하는 숫자인가?나일론 6,6, 나일론 6,10 과 같이 나일론 x,y에서 x는 디아민 화합물에 포함된 헥사메틸디아민의 탄소수이고, y는 염화세바코일의 탄소수이다.5. 왜 나일론은 두 액체의 표면에서 합성하는가?나일론 합성에서의 헥사메틸렌디아민은 물에 녹이고 염화세바코일은 물과 섞이지 않는 용매에 녹여 접촉시킴으로써 두 용액의 계면에서 중합반응이 일어나게 된다.즉, 나일론 합성은 계면중합(界面重合, interfacial polymerization)을 이용한다. 계면중합은 두 액체의 표면에서 합성하는걸 말한다. 이렇게 나일론 합성에 계면중합을 이용하는 이유는 고분자 생성물이 충분한 강도를 가지면 연속적으로 뽑아 올릴 수 있고 발열 반응시 용매가 열을 흡수하여 저온에서도 고분자 합성을 가능케 하기 때문이다. 또 두 상 속의 반응물은 전체적인 화학양론적인 관계가 필요치 않고, 다른 방법에 비하여 높은 분자량의 고분자가 얻기 때문에 계면중합을 이용하게 된다.6. 나일론은 무엇에 쓰이는가?초기에는 합성섬유 중에서도 특히 양말에 많이 사용되었다. 사실 우리나라에 나일론 양말이 처음 소개 되었을 때 영구적으로 쓸 수 있다는 광고에 많은 소비자들이 찾았으나 흡수성의 문제로 인해 사람들은 다시 면양말을 찾게 되었다. 때문에 오늘날 나일론은 안감, 속옷, 블라우스 등 흡수성이 적은 부분에 널리 사용되고 있다. 특히 혼방 및 혼직물로 많이 가공되어 합성섬유 가운데 최대의 생산액을 보이고 있으며, 한편으로 타이어코드로의 진출도 활발하다.어망, 로프 등 산업용으로도 이용되고 있으나, 대형 중합이 가능하기 때문에 플라스틱 방면으로의 진출도 점차 늘어가고 있다. 또 페놀수지나 그 밖의 것들과 혼용하여 내열성이 있는 접착제로도 중요시되고 있다.7. 염화아디포일과 헥사메틸렌디아민을 반응시켜서 나일론 6,6을 만들 수 있다. 이 반응의 반응식을 써라.xH-NH(CH2)6NH-H + xCl-C(CH2)4C-Cl → (-NH(CH2)6NH-C(CH2)4C-)x헥사메틸렌디아민 염화아디포일 나일론 6,6O||O||O||O||8. 우리 나라에서는 어떤 회사에서 나일론을 만들고 있는지 조사하여 보아라.· 코오롱섬유 : 국내 최대 업체, 국내최초로 나일론 필름을 국산화에 성공· 효성섬유 : 의류용 나일론 장섬유 생산량에서 한국 최대이자 세계 5위· 태광산업 : 경편용, 직물용 원사 시장에서 국내 최고의 시장 점유율· 한국폴리펜코 : 산업용 수지인 MC나일론을 생산· 동선합섬 : Velcro용 나일론 모노사와 폴리프로핀렌 모노사도 생산, 공급· 원창무역 : 초경량 고밀도 나일론 박지직물, 다기능성 첨단직물 등을 개발
