Title. 고분자 PMMA 중합(현탁 중합)
Object. 다양한 고분자 중합 방법에 대해서 알고,
각각의 중합 방법들의 장, 단점을 아는 것이 이번 실험의 목표이다.
Introduction
현탁중합은 용액중합에서 용매를 사용하여 bulk 중합의 단점을 보완했으나 용매의 값이 비 싸고 특히 인화성이 있어 실험 시 많은 주의가 필요하다. 따라서 용매 대신 비활성의 매질 (대부분의 경우 물)을 사용하여 중합하는 방법을 현탁중합(suspension polymerization)이라 고한다. 단량체는 비수용성이며, 개시제와 고분자의 분자량 조절제로 사용하는 사슬 이동제 는 단량체에 녹는 비수용성이다. 현탁 중합은 단량체와 개시제, 분자량 조절제와 용매로 사 용된 물을 투입하여 반응계를 구성한다. 현탁 조제로서 수용성 고분자 및 무기염이 사용되 며, 현탁 매질로 사용되는 물은 단량체의 2배 내지 4배를 사용한다. 현탁 조제 중 수용성 고 분자는 연속상인 물의 점도를 증가시켜 분산 단량체 입자들이 쉽게 응집되지 않도록 하며 보통 보호 colloid라고 한다. 와 같은 무기염은 물과 분산 유기상의 계면에 위치하 면서 계면장력을 낮추어 분산 유기상이 응집되지 않도록 한다. 단량체를 비활성의 매질 속 에서 ∼ 정도의 크기로 분산시켜 중합하면 중합 반응 결과로 얻어지는 고분자는 구슬(bead)상으로 얻어진다.
현탁중합은 열역학적으로 불안정하므로 계속적인 교반이 필요하며, 균일한 교반이 힘든 연 속공정보다는 회분식공정에서 일반적으로 사용된다. 교반은 고분자로의 전환율이 20~70%인 범위에서 중요하다. 20% 미만에서는 유기상의 점도가 아직 높지 않아 재현탁이 용이하며, 70% 이상에서는 유기상이 충분히 딱딱하여 응집이 쉽게 일어나지 않기 때문이다.
현탁중합의 예로는 Poly vinyl chloride, Styrene-Acrylonitrile의 공정에서 사용된다.
PMMA(Polymethylmetacrylate)는 상업적으로 중요한 다른 바이닐 고분자들 중에 포함된다.
상업용 PMMA는 적당한 ℃를 가지며, 높은 광투과성 및 내산성, 내환경열화특성 을 갖는 무정형고분자이다.
과산화물이나 아조화합물들을 개시제로 사용하여 자유라디칼 중합으로 서스펜션 또는 벌크 중합하여 sheet나 molding compound 또는 경질 콘택트렌즈와 같은 특별한 용도에 사용된 다. PMMA는 저온에서 음이온중합하여 높은 isotactic ℃ ℃또는 높은
syndiotactic ℃ ℃ 고분자를 제조한다. PMMA의 주된 용도는 자동차
산업(후진등, 전광판), 목욕조의 acrylic sheet, 광고사인판, 싱크대용 복합재료 등이다.
Experimental
-초자 및 시약: 모노머(Methylmetacryate) 1g, 개시제 (AIBN) 0.01g, 물, 계면 활성제(PVA) oil bath, 교반기, 컨 덴서, 플라스크, magnetic bar, stop cock
-실험 방법
1. 물과 PVA를 혼합한 수용액 30ml를 둥근 플라스크에 담는다.
(이때, 물과 PVA를 혼합할 때 잘 섞이지 않기 때문에 미리 stirring 시킨 후, 필터링하여 녹지 않은 PVA를 제거해놓는다.)
* 물과 PVA의 혼합용액은 1wt% 이다.
2. 둥근 플라스크에 모노머와 개시제를 넣는다.
3. 둥근 플라스크를 고정하고, 컨덴서와 stop cock을 연결한 후, 가열 교반기를 이용하여 stirring 하면서 온도 90℃에서 중합한 다.
4. Heat off 후, 생성된 고분자를 확인해본다.
Safety tips.
1. 실험복은 항상 착용한다.
2. 실험 시, safety glasses와 safety gloves는 항상 착용한다.
3. 가열 교반기 사용하여 온도 높이는 과정에서 화상에 주의한다.
Reference
1. 고분자 화학, 안태완·김기수, 문운당, p269-272
2. 고분자공학개론, 김우식·서관호·이영무·이장우·임승순·장정식, 자유아카데미, p342