유기화학실험 | PU(Polyurethane) 중합

 

 

 

다공성을 가진 재료로써 polymer foam은 가구, 건축 등 널리 사용되고 있어 이의 제조는 흥미 있는 일이다. Foam은 연질, 반경질, 경질로 나뉜다. 이중 연질과 반경질 폼은 Polyurethane이 주종을 이룬다. Polyurethane은 NOC-기를 가지고 있는 와 다가 알코올이 다음과 같은 반응에 의하여 만들어진다.

 

O=C=N-R-N=C=O + HO-R'-OH → ONC-(-R-NHCO-R'-)-OH

 

제 반응에서는 소량의 물을 첨가하여 다음과 같은 반응을 통하여 탄산가스를 발생시켜 이 기체가 고분자안에서 갇혀 공기의 구멍을 만들어서 다공질성인 폼이 생성되는 것이다.

 

이소시안네이트의 반응은 염기 촉매 반응이다. 아민을 촉매로 넣어주거나, 식②에서 생긴 아민이 반응을 촉진시키기도 하며, zinc salt도 반응을 촉진시킨다. 최종 Foam의 비중은 prepolymer에 가해지는 물의 양과 polypol의 상대적인 양에 의하여 정하여지며 물의 양은 free NOC의 양에 의하여 결정된다.

 

 

폴리우레탄(Polyurethane)

디이소시안산염과 글리콜처럼 이(二)작용기 화합물을 반응시켜 만드는 유기 중합체 계열에 속하는 합성 화합물로, 조성분의 종류 및 함량에 따라 딱딱한 플라스틱으로부터 유연한 탄성체까지 매우 큰 특성 변화를 나타낼 수 있다. 직물에서 흔히 스판덱스라고 알려진 합성섬유는 무게비로 최소한 85％의 폴리우레탄을 포함하며, 이러한 섬유들은 매우 큰 탄성을 필요로 하는 곳에 쓰인다.

 

스판덱스 섬유는 이완 상태에서는 조금 약하지만 원래 길이의 500～610％ 정도로 끊어지지 않고 늘어날 수 있으며, 곧 원래의 길이로 된다. 이 섬유는 쉽게 염색되고 습기를 거의 흡수하지 않으며, 기계 세탁이 가능하고 상온에서 말릴 수 있는 반면, 염소표백제를 사용하면 누렇게 될 수도 있다. 스판덱스는 여성용 속옷, 신축성 있는 양말·수영복 같은 옷에 쓰이는데, 가볍고 시원하며 체내에서 분비되는 산으로 인한 손상에도 잘 견디며 세탁하기 쉽고 잘 마른다. 이외에도 발포체, 탄성체, 코팅, 접착제, 인조피혁 등 응용범위가 매우 다양한 특성을 가지고 있다.

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실험 방법

1. prepolymer의 제조 (반드시 Hood에서 할 것)

1) 85g grade AA castor oil, 30g polyethylenen glycol을 잘 마른 삼구플라스크에 넣는다.(냉각기, 온도계, 마개를 달고 냉각기위에서 질소가스를 통과시킨다)

 

2) 수분간 잘 저어준다.

 

3) 잘 마른 삼각플라스크 또는 주사기를 사용하여 110g TDI를 재어 삼구플라스크에 넣는다

 

4) 반응이 진행됨에 따라 온도가 올라갈 것이다.

 

5) 발열반응이 진행되고 온도가 떨어지기 시작하면 열을 가하여 120°C로 1시간 정도 유지시킨다.

 

6) 식히면 prepolymer가 만들어진다.

 

2. 반경질 폼의 제조

1) 20g의 prepolymer 150㎖의 종이컵에 넣는다.

 

2) 표와 같은 조성의 용액을 방울방울 떨어뜨린다.

 

3) 완전히 가한 후 약 30초간 약수저를 이용하여 격렬하게 젓는다.

 

4) 방치하면 부풀어 올라 폼이 형성된다.

 

 

 

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