[결과보고서]PMMA(Polymethyl methacrylate)중합

소개글

[결과보고서]PMMA(Polymethyl methacrylate)중합에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 이론적 배경
2. 1 PMMA (Polymethyl methacrylate)
2. 1. 1 PMMA의 대표적 성질
2. 1. 2 PMMA의 용도
2. 2 중합
2. 3 Radical Polymerization
2. 3. 1 Initiation
2. 3. 2 Propagation
2. 3. 3 Termination
2. 3. 4 Chain transfer reaction
2. 4 AIBN(Azobisisobutyronitrile)
2. 5 용액중합(solution polymerization)
2. 6 GPC (Gel Permeation Chromatography)
2. 6. 1 분자량

3. 실험방법
3. 1 분자량 측정
3. 2 Conversion 측정
3. 3 주의사항

4. 실험결과
4. 1 실험 Data
4. 2 분자량
4. 3 Conversion

5. 결론
5. 1 분자량 측정
5. 2 Conversion
5. 3 토의

Nomenclatures

References

본문내용

서로 비슷한 길이를 가진다고 볼 수 있어 polymer property가 좋을 것이라 예상 할 수 있다.
70℃ 와 80℃에서의 GPC 결과를 보면
Number average molecular weight(Mn) 의 경우
70℃: 19272
80℃: 13500
Weight average molecular weight(Mw) 의 경우
70℃: 26473
80℃: 18053
Polydispersity는
70℃: 1.373646
80℃: 1.337267
전체적으로 70℃ 중합에서 분자량도 더 크고 분자량 분포도 더 넓은 것이 관찰된다. Mn, Mw 값을 비교하면 80℃ 중합에서의 polymer chain의 길이가 70℃ 보다 짧은 것을 알 수 있다. GPC 결과를 보면 중합 온도가 높아질수록 polymer chain의 길이는 짧아지며 분자량 분포도 좁은 polymer를 얻을 수 있다. 온도에 따른 분자량 차이의 이유는 monomer가 높은 온도에서 더욱 활성화 되고 높은 에너지를 가지고 있는 분자 많아서 polymer chain이 길게 중합되지 않고 상대적으로 짧은 chain이 형성된다고 예상해 보겠다.
5.2. Conversion
앞서 계산한 결과에 따르면 80℃ 중합에서의 conversion은 약 78%라는 것을 알 수 있다. conversion을 높이기 위한 한가지 방법은 실험에서 사용한 batch reactor가 아닌 반응이 일어나는 도중 중합된 PMMA를 일부 분리해내는 reactor를 사용하면 르샤틀리에의 법칙에 의해 PMMA가 없어졌으니 다시 이를 보충하기 위하여 반응이 중합쪽으로 더 일어나게 되는 것을 예상할 수 있겠다.
5.3. 토의
Radical Polymerization에서 개시제로 AIBN을 사용한 Solution polymerization으로 PMMA를 합성하고 결과에 따른 conversion과 생성물의 분자량을 GPC를 사용해 측정, 분석하는 것이 이번 실험의 내용이었다. GPC 분자량 결과를 보면 80℃에서 chain의 길이가 짧고 polydispersity도 70℃보다 1에 가까운 것을 볼 수 있었다. 실험에서는 온도에 의한 것만 살펴본 것이지만 chain의 길이와 polydispersity 값에 영향을 주는 다른 요인도 있다. 우리가 실험을 한 것은 아니었지만 radical polymerization에서 개시제(AIBN)의 농도도 분자량과 polydispersity 값에 영향을 준다. 이는 개시제의 농도에 따라 radical polymerization의 수율이 달라지기 때문이다. MMA의 농도가 일정한 경우 개시제의 농도가 높으면 termination 반응에서 combination에 의한 termination의 비율이 높아진다. 또한 MMA의 농도가 같은 경우 개시제의 농도가 진하면 중합된 PMMA chain의 길이는 짧아지고 또한 polydispersity 값도 작아지게 된다.
Radical polymerization을 이용한 결과로 또한 중합된 PMMA는 stereoisomer Atactic, Isotactic, Syndiotactic 중 syndiotactic polymer 부분이 가장 많다. 이는 MMA의 그룹의 steric hinderance와 electrostatic repulsion에 의한 것이다.
실험 70℃, 80℃ 중합에서 reference가 될 만한 자료가 없어서 분자량과 분자량분포가 어느 정도 정확한지 알 수 가 없다. 그래도 실험결과에 영향을 미칠 수 있는 부분을 살펴보면 첫째, batch 반응기를 고정시킬 때 기계의 오른쪽이 약간 떠 있었다. 꽉 고정시키지 못 했을 경우 물이 넘치는 것을 볼 수 있었다. batch 반응기의 특성이 반응기 내부의 농도는 일정한 것이기에 그리 영향을 주진 않았겠지만 반응기의 온도를 조절하기 위해 냉각수가 반응기를 감싸고 흐르는 부분이라 물이 넘쳤다면 온도 조절에서 문제가 생겨 PMMA 중합도에 영향을 줄 수 있었을 것이다.
둘째, radical polymerization에서의 불순물의 영향을 들 수 있다. radical reaction에서 불순물이 반응과정에 들어가 radical이 MMA가 아닌 불순물과 반응을 하게 되면 그 이후 반응이 중단되는 경우가 생길 수 있고 이로 인해 결과물의 polymer chain의 길이가 짧아져 분자량이 작게 나타날 수도 있다.
Nomenclature
I : initiator
R : primary radical
M : monomer
: the specific rate constant : 10-4 ~10-6 , [s-1]
: 2nd-order rate constant : 102 ~ 104 , [conc, time]-1
: combination rate constant , [conc, time]-1
: disporptionation rate constant , [conc, time]-1
: termination rate constant , [conc, time]-1
References
1. Structure of the PMMA polymer structure,
http://en.wikipedia.org/wiki/File:PMMA_acrylic_glass.png
2. http://en.wikipedia.org/wiki/PMMA
3. AIBN(Azobisisobutyronitrile),
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3f/AIBN-radical-2D.png
4. 2009_고분자물성_UTM최종 , 고려대학교 , 화공생명공정실험 매뉴얼
5. Stephen L. Rosen, Fundamental Principles of Polymeric Materials, 2th, Wiley
6. http://en.wikipedia.org/wiki/Methyl_methacrylate
7. Duval-Terrie, C., Lebrun, L, “Polymerization and Characterization of PMMA,” Journal of Chemical Education., 83, 443(2006)

키워드

PMMA,   polymethyl,   중합,   GPC,   solution,   polymerization,   conversion,   radical