고분자화학실험 | 비닐 단량체 및 라디칼 개시제(AIBN)의 정제

 

 

 

단량체의 순도

중합된 고분자의 질을 결정하는 매우 중요한 척도이다. 게다가 불순물이 중합 금지제 이거나 정지 반응을 일으키는 물질인 경우 그 농도가 ppm단위의 매우 적은 정도 라고 해도, 중합 속도 및 생성된 고분자의 분자량에 큰 영향을 미칠 수 있다. 정제법에는 단순 증류, 분별 증류, 공비 증류, 진공 증류, 재결정, 추출, 승화 그리고 크로마토그래피를 이용하는 방법 등이 있는데, 이번 실험에서는 추출과 재결정을 이용하여 정제를 진행하였다.

 

비닐 단량체의 정제에서 고려되어야 할 것은 단량체의 종류, 예상되는 불순물, 그리고 중합방법이다. 즉 라디칼 중합인가(라디칼 중에서도, 수용성 에멀젼 중합인가 혹은 괴상 중합인가), 이온 중합인가(양이온 중합인가 음이온 중합인가)에 따라 택해야 할 정제법이 다르기 때문에 이에 대해 정확히 알 필요가 있다. 축합 중합에서 사용되는 단량체들의 정제에서는 화학양론적 당량의 변화에 영향을 미치는 화합물들이 완전히 제거되어야 한다.

 

아래의 보기는 비닐 단량체에 포함되어있는 불순물의 종류이다.

 

1) 단량체의 합성과정에서 생성된 부 생성물(예 : 스티렌에 있는 에틸벤젠과 디비닐벤젠, 초산 비닐에 있는 아세트알데하이드)

2) 첨가된 안정제(반응금지제)

3) 단량체의 산화 및 분해 생성물(예 : 디엔계 단량체의 과산화물, 스티렌의 벤즈알데하이드, 아크릴로나이트릴의 시안화수소 등)

4) 단량체의 보관에 따른 불순물(소량의 금속, 염기, 유리의 연결부로부터 녹아나온 그리스 등)

5) 상업적으로 제작 및 판매되고 있는 단량체를 사용하는 경우, 1,2,4의 경우의 불순물은 거의 존재하지 않으며 보통 불순물이라고 칭하는 것은 중합 금지를 위한 안정제이다 스티렌 같은 단량체의 경우 상온에서도 2～3일 이내에 자발적 열중합에 의한 점성의 증가가 관찰 되어지기도 한다. 이 때문에 운반 및 보관되고 있는 상업용 단량체에는 수십 ppm정도의 중합금지제가 포함되어있다.

 

 

개시제(AIBN, BPO) 정제 방법

1. AIBN 의 정제

① Ethanol, 50㎖와 AIBN 3g을 플라스크에 넣는다.

② 50℃로 물중탕하여 삼각플라스크 안의 AIBN을 녹인다.

③ 다 녹은 용액을 흡입여과장치로 거른다.

④ 흡입여과 장치를 통하여 얻어진 AIBN-Ethanol 용액을 서서히 냉각시킨다.

⑤ 냉각된 AIBN-Ethanol 용액을 깔때기로 한번 더 거른다.

⑥ 여과지에 남은 고체를 완전히 건조시킨 후 무게를 측정한다.

 

2. BPO 의 정제

① 20㎖의 클로로포름에 5g의 과산화벤조일을 용해시킨다.

② 여과한 후 50㎖의 차가운 메탄올에 가하여 침전시킨다.

③ 더욱 냉각하여 석출물을 여별한다.

④ 여별한 이것을 메탄올로 세척하여 염화칼슘 상에서 건조 시킨다.

⑤ 순도는 요오드 적정법에 의하여 구별할 수 있다.

 

3. 개시제의 정제 이유

모든 중합 반응에의 단량체의 순도는 매우 중요하여 특히 불순물이 중합금지제이거나 정지반응을 일으키는 물질인 경우 그 농도가 ppm단위라고 할지라도 중합속도 및 분자량에 큰 영향을 미친다. 일반적으로 정제에는 단순증류, 분별증류, 공비증류, 진공증류, 재결정, 추출, 승화 그리고 크로마토그래피를 이용하는 방법 등이 있다. 축합중합에서 사용되는 단량체들의 정제에서는 화학 양론적 당량의 변화에 영향을 미치는 화합물들이 완전히 제거되어야만 한다.

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실험 방법

1. 페놀계 중합 금지제를 포함하는 스테린의 정제

① NaOH 10% 수용액의 제작

 

② NaOH 시료 6g과 수용액 60㎖를 더해 10%(실제로 10%는 아님) NaOH수용액을 만들었다.

 

③ 분액 깔때기에 스티렌 30㎖를 넣고 제작된 NaOH 수용액 30m를 넣고 충분히 흔들어준후 30분동안 방치하였다. (1차)

 

④ 두 층이 분리 된 것을 확인한 후 아래쪽의 수용액 층을 버리고 다시 NaOH 수용액 30㎖를 넣고 충분히 흔들어 준 후 30분동안 방치하였다. (2차)

 

⑤ 두 층으로 분리 된 것에서 아래쪽의 수용액 층을 버리고 남아있는 혼합물에서 염기성을 제거하기 위해 50㎖씩 증류수로 위와 동일한 과정을 두번 진행하였다. (각 20분, 40분)

 

⑥ 염기세척이 완료된 스티렌을 250㎖ 삼각플라스크에 따른 후 무수황산마그네슘 2g을 넣고 20분간 건조시켰다.

 

⑦ 건조된 스티렌을 걸러서 보관병에 넣은 후 밀봉하여 냉장고에 보관하였다.

 

2. AIBN 의 정제

① 100㎖ 삼각플라스크에 2.001g의 AIBN을 50㎖의 메탈올과 혼합한 후, 30℃ 조건에서 가열하여 녹였다.

 

② 충분히 녹은 혼합액을 재결정되도록 냉장고에 30분간 보관하였다.

 

③ 재결정된 용액을 거름종이로 거른 후 보관케이스에 담고 오븐에 16시간동안 건조시켰다.

 

④ 건조된 AIBN의 양을 측정하고 수율을 계산하였다.

 

 

 

[고분자화학실험]비닐 단량체 및 라디칼 개시제(AIBN)의 정제 레포트