고분자 물질의 연소특성 및 연소과정학 과 명 :담 당 교 수 :제 출 일 :제 출 자 :1. 고분자물질이란?고분자 물질이란 고분자로 이루어진 화합물을 말한다. 셀룰로오스, 단백질 등 천연적으로도 많이 존재하지만 현재는 합성 고분자 물질이 많이 만들어지고 있다. 일반적으로 여러 종류의 크기를 가진 분자의 혼합물로, 고체 또는 액체로만 존재한다. 특별한 용매 이외에는 녹지 않는 것이 많고 분자량이 크기 때문에 분자간의 힘이 강하다. 기계적인 강도가 크고 분자의 형상에 따라 탄성, 점성, 소성을 나타낸다. 따라서 실용적인 용도, 즉 각종의 성형품, 섬유품, 도료, 접착제 등에 사용되고 있다. 화합물을 분자량에 의해 분류하면, 분자량이 적은 저분자 화합물과 분자량이 매우 큰 고분자 화합물로 나눌 수 있다. 일반적으로 유기 화합물의 분자량은 100~300 사이에 있는데, 대부분 500이하를 저분자 화합물이라 하며, 고분자 화합물은 10,000 이상의 것이 보통이고 수만에서 수십 만에 이른다.2. 대표 고분자의 특징① 폴리에틸렌PE은 (-CH2-CH2-)n의 구조단위로 부터 이루어지는 올레핀(olefin)계 고분자의 대표적인 고분자이다. PE는 ethylene으로부터 첨가중합반응을 통해 생성된다. 공업적 제조법에는 고압법, 또는 초고압법, 중압법, 저압법 등이 있으며, 그 물성에 따라 저밀도 polyethylene(LD-PE) 및 고밀도 polyethylene(HD-PE)로 분류된다.ex) 화학품 용기, 공업용 필름, 포장재, 파이프 등② 폴리프로필렌(polypropylene, PP)폴리알파올레핀(poly(a-olefin))계 고분자의 하나인 폴리프로필렌은 나타(Natta)에 의한 입체특이성 중합촉매의 발견에 의하여 고결정성, 고융점 고분자로 제조되면서 공업화된 것이다. PP는 propylene이 첨가 중합반응을 통해 생성된다.ex) 투명 주사기, 고투명 가정용기, 마대, 비디오 케이스 등③폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF)전형적인 결정다형(polymorphism)을 나타내는 고분자이다. 오른쪽 그림에서는 4종류의 결정구조를 나타내었다. 융해상태로부터 결정화시키면 2/1 나선의 α형 결정(TGTG의 콘포메이션)이 되며, 이것을 연신하면 평면지그재그의 β형 결정이 얻어진다. 여기에 고전장을 가하면 δ형이 얻어지고, 또 적당한 용매로부터 결정화시키거나 결정화 온도를 달리하면 r(TTTG)형 결정이 생긴다.ex) 열검지기, 적외선검지기, 음파 탐지기, 마이크로폰 등3.고분자 물질의 분류고분자 물질은 여러 가지 방법으로 분류할 수 있으나, 플라스틱을 분류할 때에는 주로 열에 대한 성질에 따라 나누는 것이 일반적이다.① 천연 고분자 물질- 무기 고분자 : 운모, 흑연, 다이아몬드 등- 유기 고분자 : 셀룰로오스, 단백질, 고무, 헥산 등② 천연 고분자 유도체(천연 고분자에 화학적 처리를 한 것)- 무기 고분자 : 유리- 유기 고분자 : 초산 셀룰로오스, 셀룰로이드 등③ 합성 고분자 물질 (인공적으로 합성한 것)- 무기 고분자 : 합성 운모- 유기 고분자 : 나일론, 아크릴 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지 등2) 열에 대한 성질에 의한 분류① 열가소성 수지 : 가열에 의하여 유동성이 생기는 수지- 종류: 폴리염화비닐 수지, 폴리스티렌 수지, 폴리에틸렌 수지, 나일론 수지, 아크릴 수지② 열경화성 수지 : 가열해도 녹지 않고 어느 정도의 온도 이상에서는 분해되는 수지- 종류 : 페놀수지, 멜라민 수지, 실리콘 수지, 요소 수지 등3) 기계적 성질에 의한 분류① 고무 : 천연 고무, 폴리우레탄 고무, 합성 고무 등② 섬유 : 셀룰로오스, 폴리에스테르, 나일론, 폴리아크릴로니트릴 등③ 플라스틱 : 폴리염화비닐 수지, 폴리스티렌 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지 등4. 플라스틱의 개요 및 연소과정① 플라스틱 개요플라스틱은 그 열적성질에 따라 열가소성 플라스틱과 열경화성 플라스틱 으로 나눌수 있다. 열가소성 플라스틱은 가열하면 부드러워지고 액상으로 되면 온도가 낮아지면 다시 굳어지는 성질을 갖는 프라스틱으로 가소성을 가질 때 성형을 하여 제품을 만들수 있다. 반면 한번 열을 가해서 성형된 물질은 아무리 열을 가하더라도 원상태로 돌아올 수 없는데 이러한 프라스틱을 열경화성 플라스틱이라 하며 이렇게 플라스틱이 열경화성을 나타내는 이유는 완전히 중합이 이루어지지 않은 중간물질로써 열가소성을 띄고있는상태의 물질인 프리폴리모가 가열되어 성형용 틀속에서 화학반응이 일어나 3차원구조를 한 불용불융의 성형물로 되기 때문이다. 그 예로 페놀수지,요소수지,멜라민수지, 에폭시수지가 대표적인데 열경화 특성상 주로 접착제 및 성형물의 농도에 쓰이게 된다 열가소성 플라스틱은 열에 의해 성형되어일정한 모양을 갖더라도 재차 열가공이 가능 하므로 1차원의 섬유,2차원의 필름과 3차원의 성형물로 만들어 사용된다 대표적인 예로는 포리에틸렌(PE),폴리비닐클로라이드(PVC),폴리스티렌(PS),폴리프로필렌(PP),ABS가 있다 또한 단위머의 중합에 의하지 않은 폴리우레탄과 폴리에틸렌테레프탈레이트노 열가소성에 해당된다 이렇게 플라스틱은 그 열적 성질에 의해서 열가소성과 열경화성으로 분류 하기도 하고 실용적 측면에서는 범용플라스틱과 엔진니어링 플라스틱 으로도 구분된다 우리 일생생활에서 흔히 볼 수 있는 것으로 주로 생산되는 범용플라스틱에는 폴리에틸렌,폴리프로필렌,폴리염화비닐,폴리스티렌 등이 있다 이에 비해 엔진니어링 플라스틱은 범용플라스틱에 비해 가격이 상당히 고가이나 강도 및 강성이 있으므로 부하가 걸리는 용도에 적용할수 있어 주로 공업용으로 많이 이용된다 특히 구조재료나 기계부품을 비롯하여 강도나 절연재료로 활용되는 폴리아세탈,폴리카보네이트 나이론,폴리페닐렌옥사이드,경화염화비닐수지,고충격성 폴리스티렌,ABS,에폭시수지,페놀수지,불포화에스테르수지,폴리우레탄수지 등이 포함된다 현재 우리나라에서 대표적으로 생산되는 5대 범용플라스틱에는 저 밀도폴리에틸렌(LDPE),고밀도폴리에틸렌(HDPE),폴리프로필렌(PP),폴리스티렌(PS),폴리염화비닐(PVC) 등이 해당되며 나이론,폴리아세탈(POM),폴리카보네이트(PC),변성폴리페닐렌옥사이드(PPO),폴리부틸렌테레탈레이트(PBT)등을 5대 에플라고 한다.② 플라스틱 연소과정플라스틱은 기본적으로 탄소와 수소를 주요 구성원소로 한 고분자 화합물이기에 잘 연소되며 연소시에는 발열량이 나무에 비해 2배 이상 높고 연소 속도가 빠르며 불안전연소에 의해 연기가 많이 발생되어 자극 및 부식성을 갖는 독성가스가 생성된다는 특징을 보인다. 플라스틱의 연소는 열분해 성분 과 산소와의 기상 반응이다 플라스틱이 가열되면 재료가 용해, 연화된후 재료표면에 첨가 되었던 저 분자 화합물이 먼저 증발하고 다음으로 폴리머가 열분해를 일으켜 폴리머의 분자가 분해되어 저 분자량의 가연성가스를 발생시키며 최종적으로 연기로서 미세한입자의 탄소를 발생시킨다. 이때 발생된 가연성가스는 공기와 혼합되어 연소 범위에서 발화연소 한다. 플라스틱 중 ABS, 폴리에틸렌,폴리프로필렌,폴리부틸렌,등 오직 탄소와 수소만을 함유 하는 탄화수소 플라스틱은 검정색의 많은 검댕과 어두운 불꽃을 생산하며 연소 한다 그러나 탄소와 수소 외에 산소를 포함하는 아크릴 섬유의 경우에는 에틸렌등 탄소와 수소를 주로 포함하는 플라스틱류 보다 다소 연소가 느리다 아크릴 섬유와 같은 연소특성을 보이는 플라스틱에는 아세탈, 셀룰로직, 폴리에스테르 등이 있는데 이들이 연소할 때는 과일향을 내며 푸른 불꽃을 보인다.플라스틱의 연소 특성1) 셀룰로직:파란색 또는 노란색 불꽃을 내며 연소. 약간의 스파크가 발생 하고 녹은액상도 연소 할 수 있다 연소할 때 식초 도는 썩은 버터의 냄새가 난다2) 나일론:파란색 불꽃을 내며 연소. 자극성냄새를 발생. 액상의 나릴론도 연소3) 폴리에스테르:아크릴섬유와 같이 연소 얇은 판은 열원으로부터 멀어지도록 꼬인다4) 저밀도 폴리에틸렌: 푸른색 불꽃을 내며 연소. 녹은 액상의 폴리에틸렌도 연소하며 양초 타는 냄새가 난다
