PMMA 실험

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PMMA 실험에 대한 보고서 자료입니다.

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생화학에서 널리 사용됩니다. 또한 합성 중합체의 분리와 특성을 대상으로 하는 중합체(고분자)화학에서도 이용 됩니다.
4.1 GPC의 원리
분자 배제 크로마토그래피의 원리를 설명하는 그림을 보면 정지상은 작은 동공을 가지고 있어 작은 분자는 침투할 수 있으나 큰 분자는 침투할 수 없습니다. 그러므로 작은 분자에 허용되는 부피는 큰 분자에 대해 허용되는 부피보다 큽니다. 그래서 큰 분자는 작은 분자보다 먼저 컬럼으로부터 용출 될 수 있습니다. 다른 접근법으로 생각하면, 큰 분자는 그들의 모든 시간을 이동상에서만 보내는 반면에, 작은 분자는 이동상에서 그들의 시간 중 단지 일부분만을 보냅니다. 그러므로 작은 분자는 더 서서히 이동하게 됩니다. 분자 배제 크로마토그래피에서는 이동상의 부피(Vｍ)를 보통 틈새부피 (void volume)Vｏ라 한다.
GPC 컬럼속의 용매가 차지할 수 있는 공간에는 어떤 크기의 분자든지 공유할 수 있는 충진물 사이의 공간(void volume, Vv)과 분자의 크기에 따라 분리할 수 있는 동공의 부피(internal volume, Vi)가 있다. 따라서 주어진 고분자시료가 컬럼으로부터 유출되는 유출부피(elution volume, Vr)는 다음 식으로 주어진다.
여기서 K는 동공으로부터 고분자가 배제되는 정도를 나타내는 상수로서 컬럼의 종류(동공의 크기), 고분자 및 용매의 종류 등의 함수이며 고분자 사슬이 동공으로부터 완전히 배제되는 매우 큰 고분자의 경우는 0, 용매분자와 같은 작은 분자의 경우 1이 된다.
4.2 정량(Calibration)
SEC에서는 Viscometer(Mn)나 Light Scattering(Mw)이 절대 분자량을 측정하는 것과 달리 상대적인 분자량을 측정 하기에 Monodisperse (narrow) 표준품을 활용한 Calibration이 필요 합니다. (다양한 narrow standard가 부족하여polystyrene이 주로 사용됩니다.)
즉 분자량을 알고 있는 표준품을 분석한 후 주어진 피크에 분자량을 넣어Calibration Curve를 얻은 후 이 분자량 검량선을 이용해 시료의 분자량을 알아 냅니다. 분자의 구조가 서로 달라 얻어진 값을 절대 분자량 측정 장치를 통해 얻은(Light Scattering, Viscometer) 분자량과 직접 비교가 곤란하여, Broad stand calibration procedure 를 사용 합니다(Hamielc method)
1) Narrowbore Standard : 상대분자량
2) Broadbore Standard : 절대분자량
3) Universal (비교): 절대분자량
4.3 평균 분자량
분자량 분포 곡선으로 부터 평균 분자량을 산출할 수 있습니다.
폴리머 산업에서는 물성 예측을 위하여 다양한 종류의 평균 분자량을 사용 합니다.
Mn: 수 평균 분자량(number average MW)
Mw: 중량 평균 분자량 (weight average MW)
Mz: Z average MW
Mv: Viscosity average MW
D: Polydispersity = Mw/Mn
일반적으로는 Mn 과 Mw를 활용합니다.
4. 4 계산 방법
GPC의 검정 곡선(그림 4)은 분자량 분포가 좁고 분자량을 정확히 알고 있는 표준 고분자시료들을 사용하여 분자량(M)에 따른 Vr을 측정한 후 log M과 Vr의 plot으로 얻는다. 그런 뒤 분석하고자 하는 시료의 크로마토그램(그림 5)을 얻고 이를 slice로 나누어 각 V(검정곡선을 이용하여 분자량으로 환산)에서의 신호의 크기 hi(RI 검지기의 경우 ΔΔn)로부터 평균분자량들을 다음과 같이 구할 수 있다.
: number-average molecular weight
: weight-average molecular weight
: Z-average molecular weight
그림 4 GPC 검정곡선
그림 5 크로마토그래피
5. 실험 방법
① 교반기와 온도계가 부착된 반응기에 100mL의 toluene과 MMA 20mL를 넣은 후 개시제(AIBN) 0.5g 을 넣는다.
② 300rpm으로 교반을 하고 70℃로 일정하게 온도를 유지하면서 반응을 진행시킨다.
③ 충분한 시간 후에 중합을 끝낸 후, 반응기를 냉각시킨다.
④ pipet을 사용하여 반응물을 500mL의 메탄올에 천천히 떨어뜨려 PMMA 침전물을 만든다.
⑤ 얻어진 PMMA 중합체를 건조기에서 80℃로 하루정도 말린다.
⑥ 무게를 측정하고 GPC를 사용해 분자량을 측정한다.

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