화학공학실험 | PMMA 벌크 중합

 

 

 

TIP

 

 

1. Bulk중합법(모노머:MMA, 개시제:AIBN)을 습득하고 free radical mechanism으로 진행되는 중합반응을 이해한다. 또 다양한 분석기기를 통해서 중합한 PMMA의 물성을 알아본다.
2. MMA(Methylmethacrylate)를 단량체로 이용해 벌크중합(Bulk polymerization)을 통하여 고분자형태인 PMMA (Polymethylmethacrylate)을 만들고 개시제 농도에 따른 용해도 및 IR, DSC 측정값을 통해 이론치와 비교하여 실험원리를 이해하고 차이점을 검토한다. 

 

 

 

단량체, 개시제만으로 간단히 중합체를 얻을 수 있는 벌크중합(Bulk polymerization)은 기체 및 고체 상태에서도 가능하지만 주로 액체 상태에서 행해지는 경우가 많다. 이 중합방법은 간편하면서도 고순도 및 높은 분자량의 중합체를 얻을 수 있는 장점이 있지만 반응시 열제거가 어렵고 경우에 따라서는 생성된 중합체가 단량체에 용해되지 않으며 또한 반응계의 점도가 높아 중합에 기술적인 문제점이 뒤따르게 된다. 대부분 벌크중합은 단량체나 중합체의 녹는점 이상의 온도에서 이루어지는데 반응이 진행되면서 분자량과 용융점도가 증가하므로 낮은 압력하에서도 반응계에 생성된 부반응물(물, 알코올 등)의 제거가 어렵게 된다.

 

따라서 온도를 서서히 올리며 중합을 시켜야 하는데 아주 높은 분자량의 중합체를 얻기 위해서는 반응 종결단계까지 250℃까지 올려야 하는 경우가 있으므로 이때는 최종 중합체의 열안정성이 양호해야만 한다. 이들 라디칼들은 단량체에 작용, 연속적인 반응을 유발시켜 사슬이 자라게 하므로 중합체 사슬성장은 연쇄이동(Chain Transfer)에 의한다.

 

연쇄이동은 성장하는 중합체의 활성점(Active site)이 단량체, 생성중합체, 용매 등으로 이동하여 일어나는데 벌크중합에서는 용매의 부재없이 진행되므로 단량체나 생성중합체등에 의한 연쇄이동이 생기게 된다. 연쇄이동제를 첨가하였을 때는 분자량이 연쇄이동제의 농도에 의존하고 연쇄 이동제를 첨가하지 않았을 경우에는 중합 전환율이 시간에 의존한다.

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 150～200㎖의 메틸메타크릴레이트 모노머에 첨가된 중합금지제를 제거하기 위해 같은 량의 10% NaOH용액을 분별 깔때기를 이용하여 충분히 섞은 후 방치하여 두 층이 분리되면 아래 수용액 층을 버린다.

 

2) 이 과정을 3번 정도 반복한다.

 

3) 증류수를 이용하여 단량체를 씻어낸 물이 염기성을 나타내지 않을 때까지 씻은 후 무수 황산 나트륨을 단량체에 넣어 건조시킨다.

 

4) 본 실험의 개시제인 AIBN은 메탄올에 포화될 때까지 녹인 후 냉장고에서 냉각시켜 침전된 결정을 글라스 필터로 걸러 모으고, 나머지 용액은 60% 정도 증류하여 다시 냉각시켜 결정을 얻는다. (본 실험에서는 미리 준비된 AIBN을 사용)

 

5) Bulk중합에 필요한 반응 기구를 설치한다.

 

6) 설치된 반응 기구에 메틸메타크릴레이트를 150～200㎖ 넣고 AIBN은 메틸메타크릴레이트의 0.1～0.3wt% 정도로 넣어 85℃정도에서 2시간동안 교반기를 켜고 중합시킨다.

 

 

 

 

 

 

[화학공학실험]PMMA 벌크 중합 레포트