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합성섬유고분자의 구분과 물성

섬유고분자의 Conformation과 물성1.서론현대사회에서 고분자화합물은 여러 군데에서 사용되고 있다. 지금 사용하고 있는 핸드폰 케이스, 컴퓨터, 섬유 등이 그러하다. 그 중 섬유에서 고분자화합물의 의미는 크다.인류역사의 대부분에 있어 사람들은 천연섬유만을 사용하여 천을 만들어 사용했으나 근대 들어서 과학기술의 발달로 합성섬유를 제조하는 방법을 개발하였으며 현재에는 전체 섬유소비량의 3분의 2이상을 합성섬유가 차지하고 있다. 따라서 가늘고 긴 형태학적 특성 때문에 단위중량에 대하여 엄청나게 큰 표면적을 갖고 있어 보온성이 우수하여 의복으로 주로 사용되어왔다. 부드러운 촉감, 굴곡성이 풍부한 특성도 이러한 섬유의 특성으로부터 얻어진다. 합성섬유에는 천연고분자로부터 얻어지는 반합성섬유와 합성고분자로부터 얻어지는 합성섬유가 있으며 현재 다양한 종류의 합성섬유가 공업화되어 시판되고 있다. 섬유의 종류에 따라 세부적으로는 그 제조공정이 다르기는 하나 섬유제조에 이용되는 중합과 방사의 원리는 동일하다. 그렇기 때문에 섬유고분자를 더욱 가볍게 또 우수한 강도와 탄성을 갖도록 만들기 위한 연구의 필요성이 대두되고 있으며 또 충분히 진행되어지고 있다. 이러한 고분자들이 다른 비고분자재료에 비해서 어ㄸ?ㅎ게 다르며, 어떻게 제조되고, 또한 이러한 재료들이 특정한 범위의 화학 및 물리적 특성을 갖기 위하여 어떻게 개질되는지에 대한, 즉 고분자화학에 대한 이해를 도모함에 그 목적을 둔다. 그래서 우리는 섬유의 고분자화합물의 conformation과 물성에 대해서 알아보려고 한다.2.본론2.1섬유의 정의1926년 독일의 유명한 화학자 스타우딩거(H. Staudinger)는 ‘섬유란 가늘고 긴 선상의 고분자화합물’이라고 정의하였다.[1] 그리고 섬유의 정의는 가늘고 유연하며 굵기에 대한 길이의 비가 큰 형태를 가진 선상 물질의 통칭하며,일반적으로 단면의 지름의 1,000배 이상의 길이를 갖는 물질을 섬유라고 칭하고 있다. 섬유가 되려면 여러 가지 조건을 만족하고 있어야 한다. 그 중 대표적인 조건은 가늘고 부드러우며 어느 정도의 강력이 있어야 한다.일반적으로 최소한 1.5g/d 이상, 의류용은 2.5g/d 이상의 조건을 갖추고 있어야 이러한 조건을 만족한다고 할 수 있다. 굵기에 비하여 길이의 비(比)가 큰 선상물질이어야 한다. 이 조건에 있어서 일반적 수치는 굵기는 수십㎛ 이하, 길이는 5mm 이상 이어야하며 굵기의 비하여 최소 100배 이상의 길이가 되어야 하나 실용적 섬유가 되려면 1,000배 이상이 되어야 한다. 작은 분자가 되풀이되어 고분자 물질로 구성되어야 한다. 고분자 물질은 대략 분자량이 1,000 이상인 물질을 칭하는 것이다.그중 합성섬유란 분자량이 적은 단량체들이 반복적으로 결합하여 형성된 긴 선상의 고분자물질을 말한다.2.2 합성섬유합성섬유란 분자량이적은 단량체(monomer)들이 반복적으로 결합하여 형성된 긴 선상의 고분자물질을 말한다.1926년 독일의 화학자 스타우딩거가 섬유에 대해 정의한 이후로 인공적으로 섬유를 만들 수 있는 가늘고 긴 고분자를 합성하기 위한 연구가 활발히 이루어졌으며 그 중에서도 미국 하버드대학의 유기화학 교수인 캐로더스(W.H.Carothers)가 듀폰사와 공동연구에 의해 1938년 나일론 섬유가 최초로 개발되었다. 나일론은 그 특성이 알려지면서 영국,독일 등으로 공업화가 확대 되었으며, 독일에서는 2차 세계대전 중에 낙하산,위장막,군용타이어 등의 용도에 우수성이 입증되면서 급격한 신장을 보였다.폴리에스테르에 대한 연구는 그 후 영국의 연구진에 의해 계속되고 이에대해 미국내의 권리를 1944년 듀폰사가 사들여 1953년부터 상업화되었다.이와같이 아크릴섬유, 나일론, 아크릴을 비롯하여 폴리우레탄 섬유, 폴리프로필렌섬유 등의 합성섬유가 차례로 개발되었으며 이 중 나일론, 폴리에스테르, 아크릴은 3대 합성섬유로 자리잡게 되었다.[1]섬유명년도연구(발명)가내 용나일론1938카러더어즈(미국)(W.H. Carothers)최초로 발명함폴리에스테르1928카러더어즈(미국)(W.H. Carothers)폴리에스테르 섬유가 연구되기 시작함1941윈필드(J.R.Whinfield)딕슨(J.T.Dickson)테레프탈산과 에틸렌글리콜을 중축합을 통한발명으로 특허를 얻음1950i) 미국의 데이크런(Dacron)이 공업화에 성공ii) 영국의 I.C.I 회사에서도 생산을 시작폴리아크릴1949미국의 굿리치(Good rich)회사에서 특허를 얻음이러한 합성섬유의 일반적인 성질은 다음과 같다.[합성섬유의 일반적인 성질]열에민감---------우수한내마모성열고정 가능-------탄성레질리언스 우수우숭한 내약품성----내충내균성 우수낮은 흡습성--------가벼움정전기 발생--------보푸라기 발생2.3 합성섬유의 고분자적 구조1.나일론나일론은 기본적으로 두 가지의 탄소 사슬이 각각 결합하여 이루어져 있는데, x 탄소 개수와 y 탄소 개수 + 양쪽 탄소 수로 명명한다. 예를들어, x가 6이고 y가 4이면 Nylon 6,6 이고, x가 10이고 y가 6이면 Nylon 10,8 이라고 한다.가.나일론 6,61938년 듀폰사가 처음 개발한 나일론이 바로 6,6이었으며 지금까지도 가장 중요한폴리아미드는 나일론 6,6이다.나일론 6,6은헥사메틸렌디아민과 아디프산으로부터단계적 축합반응을 통하여 긴 사슬모양의나일론 고분자를 얻는다. 중한된 나일론6,6의 중합도는 50~80 정도이며 분자량은12,000~20,000 정도이다. 이렇게 만들어진나일론 고분자반응액은 압출되고 냉각되어 (chip)모양으로 만들어진다.[4]나일론 6,6의 결정구조나.나일론 6독일에서 개발된 나일론 6은 중합반응에서 가역반ㅇ으로 얻어진 고분자 프레이크(flake)속에는 미반응 단량체 및 올리고머(중합도가 낮은 저분자물)가 약8~10% 정도 포함되어 있으므로 이것을 물로 추출 제거한 후 건조시켜 방사한다.나일론 6의 제조방법은 나일론 6,6과 같으며 중합도는 200 정도이다. 대표적인 물성으로는 6,6의 녹는점은 250℃이지만, 6는 210℃로 더 작다. 하지만 더 유연하기 때문에, 칫솔, 봉합사, 기타, 바이올린, 필라멘트 그물 등 여러 곳에 쓰이고 있다.[5]나일론 6의 구조2.아라미드 나일론계방향족 나일론은 아라미드(aramide)라고 하며 방향족화합물을 뜻하는 아로마틱(aromatic)과 나일론의 아미드결합을 의미하는 아미드(amide)의 합성어로 아미드기의 85% 이상이 두 개의 방향족환과 연결된 인조섬유이다. 아미드기에 연결된 두 개의 방향족환의 위치에 따라 파라(para)형의 케블라와 메타(meta)형의 노멕스로 나뉜다. 원래 아라미드섬유는 내열성이 우수한 섬유를 개발하기 위해 만들어진 섬유이다.[2]가.케블라케블라(Kevlar)는 parahenylene diamine과 terephthalic acid로부터 만들어지며 PPTA라고도 한다.케블라는 폴리아미드(polyamide)로서 아미드 기를 제외한 모든 주사슬에 페닐 기가 파라(para) 형태로 결합되어 있습니다.케블라의 구조케블라는 강도가 매우 뒤어나며 열에 대해 뛰어난 안정성을 갖고 있어 260℃의 온도에서도 강도의 저하가 거의 없다.뛰어난 강도와 탄성으로 방탄조끼나 보호복 같은 특수용도를 비롯하여 타이어코드,요트,해저용로프 등에 쓰인다

공학/기술| 2015.04.05| 7페이지| 1,000원| 조회(353)

고분자, 나일론, 섬유, 합성섬유, 섬유고분자

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