유기화학실험 | 스티렌 정제

 

 

 

TIP

 

 

1. 단량체 중에 존재하는 중합 금지제를 제거하는 방법을 습득한다.
2. monomer의 저장에는 자연 중합의 진행을 저지하기 위해 금지제가 첨가된다.
3. 물에 녹지 않는 중합금지제를 수용성으로 변화시켜 수용액으로 추축해서 중합금지제를 단량체로부터 제거한다.

 

 

 

비닐계혹은 아크릴계 단량체는 반응성이 높기 때문에 단량체 이송 혹은 보관 중에 외부의 빛이나 열에 의하여 외부의 개시반응 없이 자체적으로 중합이 일어나 단량체를 못 쓰게 되는 경우가 많다. 따라서 비닐계 혹은 아크릴계 단량체의 이송 혹은 보관중의 안전성을 위하여 단량체 내에 존재하는 중합금지제를 제거하여야 한다. 중합금지제는 유기액체인 단량체내에 녹아 있기 때문에 유기용제에 잘 녹고 물에 잘 녹지 않는 특성이 있다. 따라서 물에 녹지 않는 중합금지제를 수용성으로 변화시켜 수용액으로 추축해서 중합금지제를 단량체로부터 제거한다.

 

단량체 중합금지제로 많이 사용되는 하드로퀴논을 수산화나트륨 수용액으로 처리하여 물에 용해되도록 한다. 물에 용해된 중합금지제는 유리층인 단량체 층으로 부터 수용액 층으로 추출되어 단량체 내에 존재하는 중합금지제가 제거된다. 추출과정에서 단량체내에 포함되는 수분은 건조제를 이용하여 건조 후 진공 증류하여 최종적으로 정제를 완료한다. 그래서, 대부분의 Vinyl monomer는 열이나 광에 노출이 되면 활성중심이 생겨 연속적으로 중합이 진행되기 때문에 저장에 많은 주의가 필요하다. 이러한 저장안정성을 목적으로 monomer에 중합금지제를 첨가하여야 하는데 그 양은 수십 ppm 정도이다.

 

중합금지제는 중합반응 전에 적절한 방법으로 제거되어야 하는데 monomer의 성질과 첨가된 중합금지제 의 종류에 따라서 방법을 달리해야한다. 한편 monomer 내에서는 중합금지제 이외에 단량체에 근본적으로 섞여 들어간 불순물들 즉 monomer 합성과정에서 생성된 부반응물, monomer의 변질에 의한 불순물, 기타 용기 등 포장과정이나 운반 중에 섞인 불순물들이 있을 수 있으나 이와 같은 것들은 쉽게 통상의 단순증류, 감압증류, 분별증류 등을 통해 제거 될 수 있다.

 

하지만 보관 중에 monomer로부터 자연적으로 생성되는 radical과 반응 하여 radical의 활성을 낮추거나 다른 화합물로 변하도록 작용하는 중합금지제들은 약산의 휘발성이 있기 때문에 단순히 증류의 방법으로는 충분한 제거가 이루어지지 않는다. Vinyl monomer의 중합금지제로 널리 사용되는 화합물로는 phenol계 화합물과 aniline계 화합물들이 널리 사용된다.

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 0.2M NaOH 용액 500㎖를 제조한다. 즉, 500㎖ 부피플라스크에 NaOH 4g을 넣고 표선까지 증류수를 채운다.

 

2) 분별 깔때기에 styrene 100㎖ + 0.2M NaOH 100㎖ 넣고 충분히 흔들어 혼합한 뒤 방치한다.(층이 분리)

 

3) 아래층을 버린다.

 

4) 0.2M NaOH 100㎖를 넣고 충분히 흔들어 혼합한 뒤 방치(층이 분리) - 아래층을 버린다. (한 번 더 실시)

 

5) 염기성을 제거하기 위해 100㎖ 증류수를 넣고 충분히 흔들어 혼합한 뒤 방치 - 아래층을 버린다. (이 과정을 두 번 더 반복한다.)

 

6) 아래층 분리 후 남은 styrene을 250㎖ 삼각 플라스크에 옮겨 담는다.

 

7) 무수황산 마그네슘 MgSO₄4g을 넣고 1시간을 방치한다. (건조) : 무수황산 마그네슘이 없을 경우 나트륨 or 염화칼슘을 사용

 

8) 건조시킨 styrene을 감압장치에 걸러서 250㎖ 둥근 플라스크에 따른다.

 

9) 증류된 styrene에 Linde type 5Å molecular sieve를 약 한 수저를 넣고 밀봉하여 냉장 보관한다.

 

 

 

유기화학실험 : 스티렌 정제 레포트