고분자 화학 3,4장

(1)

고분자 화학

(2)

고분자 중합

-_{중합 (Polymerization, 重合 ) : 단위체 또는 모노머가 화학반응을 통해 2 개 이상 결합하여 분자량이 큰} 물질이 생성되는 반응

- 중합의 종류 : 괴상 (Bulk), 용액 (Solution), 현탁 (Suspention), 유화 (Emulsion), 슬러리 (Slurry) 중 합

-_{중합 (Polymerization, 重合 ) : 단위체 또는 모노머가 화학반응을 통해 2 개 이상 결합하여 분자량이 큰} 물질이 생성되는 반응

- 중합의 종류 : 괴상 (Bulk), 용액 (Solution), 현탁 (Suspention), 유화 (Emulsion), 슬러리 (Slurry) 중 합 -_{고분자 중합 형식 중 가장 간단한 방법} -_{단량체 , 반응개시제 ( 촉매 ) 및 필요할 경우 분자량 조절제 등을 반응기에 모두 넣은 후에 중합을 진행} 하는 형식 -_{용매 혹은 분산매를 사용하지 않으므로 순도가 매우 높은 수지 생산 가능} -_{단 , 투입한 단량체 ( 모노머 ) 가 모두 반응이 완료되기를 기다릴 경우 매우 많은 시간이 걸리게 되어 상업} 성 이 나빠질 수 있으므로 , 적정 수준의 반응속도 및 반응율을 정할 필요가 있음 . - 또한 때에 따라서 반응 후반부에는 교반이 쉽지 않거나 , 제열이 쉽지 않은 경우가 발생할 수 있음 . -_{고분자 중합 형식 중 가장 간단한 방법} -_{단량체 , 반응개시제 ( 촉매 ) 및 필요할 경우 분자량 조절제 등을 반응기에 모두 넣은 후에 중합을 진행} 하는 형식 -_{용매 혹은 분산매를 사용하지 않으므로 순도가 매우 높은 수지 생산 가능} -_{단 , 투입한 단량체 ( 모노머 ) 가 모두 반응이 완료되기를 기다릴 경우 매우 많은 시간이 걸리게 되어 상업} 성 이 나빠질 수 있으므로 , 적정 수준의 반응속도 및 반응율을 정할 필요가 있음 . - 또한 때에 따라서 반응 후반부에는 교반이 쉽지 않거나 , 제열이 쉽지 않은 경우가 발생할 수 있음 .

Bulk 중합

(3)

고분자 중합

-_{용매 내에 단량체를 녹여 중합하며 , 반응계의 점도가 낮아지므로 , 교반이 용이하고 제열이 쉬움 .} -_{단 , 중합 완료 후 용매를 제거하는 탈용매 공정 ( 분리 , 정제 ) 이 필수} -_{대부분의 용매가 인화성 물질이며 , 독성을 지니는 경우가 많아 위험성을 내포하고 있으며 , 용매 사용으} 로 인해 제조원가 상승 및 반응기 부피 대비 생산량이 적다는 단점이 있음 . -_{용매 내에 단량체를 녹여 중합하며 , 반응계의 점도가 낮아지므로 , 교반이 용이하고 제열이 쉬움 .} -_{단 , 중합 완료 후 용매를 제거하는 탈용매 공정 ( 분리 , 정제 ) 이 필수} -_{대부분의 용매가 인화성 물질이며 , 독성을 지니는 경우가 많아 위험성을 내포하고 있으며 , 용매 사용으} 로 인해 제조원가 상승 및 반응기 부피 대비 생산량이 적다는 단점이 있음 .

용액 중합

-_{물에 녹지 않는 단량체를 물과 함께 교반하면 작은 단량체 방울로} 분산 -_{방울을 안정화 시키는 분산제를 넣고 개시제 ( 촉매 ) 를 투입한 후} 중합을 진행 -_{단량체 하나의 방울은 작은 반응기와 같은 중합을 보이며 , 단량체 /} 분산매의 비에 따라 고분자의 중합도 및 크기가 정해짐 . -_{물에 녹지 않는 단량체를 물과 함께 교반하면 작은 단량체 방울로} 분산 -_{방울을 안정화 시키는 분산제를 넣고 개시제 ( 촉매 ) 를 투입한 후} 중합을 진행 -_{단량체 하나의 방울은 작은 반응기와 같은 중합을 보이며 , 단량체 /} 분산매의 비에 따라 고분자의 중합도 및 크기가 정해짐 .

현탁 중합

(4)

고분자 중합

-_{친수성 용매에 소수성 유화제를 넣고 micelle 을 형성} -_{이 때 소수성 단량체를 넣으면 micelle 안으로 용해되어 들어가며} -_{이 때 개시제 ( 촉매 ) 를 넣고 반응을 진행} -_{micelle 내부에서 중합이 진행되면 micelle 내부의 단량체 농도가} 묽어지게 되어 지속적으로 단량체가 micelle 로 녹아 들어감 . -_{친수성 용매에 소수성 유화제를 넣고 micelle 을 형성} -_{이 때 소수성 단량체를 넣으면 micelle 안으로 용해되어 들어가며} -_{이 때 개시제 ( 촉매 ) 를 넣고 반응을 진행} -_{micelle 내부에서 중합이 진행되면 micelle 내부의 단량체 농도가} 묽어지게 되어 지속적으로 단량체가 micelle 로 녹아 들어감 .

유화 중합

-_{현탁 중합과 유사한 중합방법으로 별도로 구분하지 않음 .} -_{반응매질은 주로 헥산을 사용하며 , 개시제를 넣고 중합을 진행할 때 매질 내에 녹아 있는 소량의 단량체} 와 매질 상부의 기상부에 있는 단량체를 만나 고분자가 생성 - 현탁 중합과의 가장 큰 차이점은 현탁제의 존재 유무임 . -_{현탁 중합과 유사한 중합방법으로 별도로 구분하지 않음 .} -_{반응매질은 주로 헥산을 사용하며 , 개시제를 넣고 중합을 진행할 때 매질 내에 녹아 있는 소량의 단량체} 와 매질 상부의 기상부에 있는 단량체를 만나 고분자가 생성 - 현탁 중합과의 가장 큰 차이점은 현탁제의 존재 유무임 .

슬러리 중합

(5)

고분자의 성질

고분자의 성질을 구분하는 주요 인자 : 분자량 , 분자량 분포 , 열적 성질 , 결정화 등 고분자의 성질을 구분하는 주요 인자 : 분자량 , 분자량 분포 , 열적 성질 , 결정화 등 - 고분자 내에는 다양한 무게 ( 중합도 ) 를 지닌 고분자물들이 존재 -_{이들의 분자량을 결정 짓고 , 분자량에 의한 분자량 분포를 계산하여 고분자의 성질을 파악하는 것이 중} 요 -_{분자량 계산법} 수평균 분자량 중량평균 분자량 z- 평균 분자량 -_{분자량 분포 : Mw/Mn 으로 정의} - 고분자 내에는 다양한 무게 ( 중합도 ) 를 지닌 고분자물들이 존재 -_{이들의 분자량을 결정 짓고 , 분자량에 의한 분자량 분포를 계산하여 고분자의 성질을 파악하는 것이 중} 요 -_{분자량 계산법} 수평균 분자량 중량평균 분자량 z- 평균 분자량 -_{분자량 분포 : Mw/Mn 으로 정의}

분자량

(6)

고분자의 성질

- 유리전이온도 (T_g) 라고 하며 , 이 온도 이상으로 올라갈 경우 고분자는 유연성을 지님. -_{Tm, Tc, Tg 등 다른 물질의 기 - 액 - 고와 달리 여러 상전이} 온도가 존재 -_{각 물질마다 상 전이 온도가 다르게 존재함으로써 물질의} 용도나 특성이 다르게 정해짐 . - 유리전이온도 (T_g) 라고 하며 , 이 온도 이상으로 올라갈 경우 고분자는 유연성을 지님. -_{Tm, Tc, Tg 등 다른 물질의 기 - 액 - 고와 달리 여러 상전이} 온도가 존재 -_{각 물질마다 상 전이 온도가 다르게 존재함으로써 물질의} 용도나 특성이 다르게 정해짐 .

열적 성질

고분자 유리전이온도 (℃) 천연고무 -65 ~ -75 Polyethylene -50 Polypropylene 5 PVC 80 Polystyrene 100 Poly(vinyl acetate) 30 Nylon 6 50 PMMA 105 -_{고분자의 결정은 용융상태인 Tm 이상에서의 온도나 , 사슬이 움직일 수 없는 Tg 이하의 온도에서는} 나타날 수 없음 . -_{Tm 과 Tg 사이에서 결정화가 이뤄지게 되며 , 결정화가 빠르게 진행되는 온도가 존재하는데 , 이 온도를} 결정화 온도 (Tc) - 짧은 사슬을 지닌 저분자의 경우 정렬이 용이하여 주로 결정은 저분자에 의해 생성 , 성장 -_{고분자의 결정은 용융상태인 Tm 이상에서의 온도나 , 사슬이 움직일 수 없는 Tg 이하의 온도에서는} 나타날 수 없음 . -_{Tm 과 Tg 사이에서 결정화가 이뤄지게 되며 , 결정화가 빠르게 진행되는 온도가 존재하는데 , 이 온도를} 결정화 온도 (Tc) - 짧은 사슬을 지닌 저분자의 경우 정렬이 용이하여 주로 결정은 저분자에 의해 생성 , 성장