유합중합을 통한 폴리아닐린 합성(강추!! 상당히 자세함)

목차

♣ 유합중합을 통한 폴리아닐린 합성
가. 유화중합
나. 중 합(polymerization)
다. polyaniline
- Polyaniline의 화학구조
- Conducting polymer
- Conducting polymer의 종류
- Polyaniline의 최근동향

2. 4단자 측정법
♣ 두께에 따른 면저항의 그래프

3. IR / UV
<적외선 분광 광도기>
나. 자외선 분광법(UV spectrum)

4. DSC(PET), TGA(PANi)
나. 열중량 분석기(TGA : Thermogravimetric analyzer)
5) TGA(Thermogravimetric analyzer)의 측정 원리

본문내용

hanges in mass)를 시간이나 온도의 함수로써 측정한다. 온도-무게 변화량의 곡선을 통해 사용한 시료의 열안정성, 물질의 구 성비, 가열중에 생긴 중간체의 열적성질 및 가열종료시 남은 찌거기의 양을 알 수 있다.
2) 주입Gas
대부분은 불활성(N₂, He, Ar)gas로 실험분위기를 제어하며, 특수 목적으로 O₂나 air를 사용하는데, 이를테면 산화분해(oxidation decomposition) 거동과 관련해 산소를 purge하 여 분해거동을 연구할 수도 있다.
3) TGA를 통해 관찰되는 열적거동(thermal effects) 따른 응용분야
- 무기물, 유기물 및 고분자 물질의 열분해
- 고체상태반응
- 액체의 증발 및 고체의 승화
- 석탄 석유, 나무등 물질의 열분해(prolysis)
- 시료속의 수분 또는 휘발성 성분의 측정
- 증발 또는 승화속도 측정
- 탈수와 흡수의 연구
- 고분자 물질의 열산화분해
- 흡착, 탈착 등
4) TGA실험에 영향을 끼치는 요인들
- 장치의 구성재료와 구조에 따른 영향
시료와 crucible 또는 장치구성 부분과의 반응
crucible 의 형태, 크기 및 재질 등
- 측정 방법에 따른 영향
가열 속도 및 열전달
가열로 내의 기류의 조성
온도 또는 기류변화에 따른 부력 효과
저울과 기록장치의 감도
- 시료의 물리-화학적 성질에 따른 영향
시료의 양 및 입자의 크기
시료의 반응열 및 열전돋도 등
5) TGA(Thermogravimetric analyzer)의 측정 원리
열중량분석기(TGA)는 시료에 온도프로그램을 가하여 시료의 질량변화(changes in mass)를 시간이나 온도의 함수로써 측정한다. 재료의 질량손실은 증발(vaporization)이나 가스상 산물을 생성하는 화학반응(chemical reaction)에 의해 발생된다. 특히 TGA 실험 시 재료는 가스상 분위기에 민감하여 사용된 purge gas가 불활성(N2, He, Ar)이 아닌 경우 시료는 가스(O2, air)와 반응하여 예를 들면 산화분해(oxidation decomposition)거동과 관련해 산소를 purge하여 분해거동을 연구하는데 이용할 수 있다.
질량변화는 매우 감도있는 전자저울(electronic balance)에 의해 연속적으로 측정된다. 따라서 열중량분석시는 전자저울의 기능이 절대적으로 중요하다 할 수 있으므로 사용 시나 구매 시 기기의 전자저울에 유의해야 할 것이다. 참고로 TGA에 사용된 전자저울은 수평한(horizontal) 타입과 수직(vertical) 타입으로 구분된다. TGA 측정 시 발생될 수 있는 buoayncy 현상이나 drag force에 의한 간섭은 blank curve subtraction으로 보정함으로써 더욱 정확한 데이터를 얻을 수 있다. Buoyance effect는 온도 상승과 함께 기체의 밀도가 낮아져 시료의 질량이 증가되어 보이는 현상이다.
그림 1. Horizontal TGA diagram 그림 2. Vertical TGA diagram
일반적으로 TGA는 분활성환경(inert atmosphere)에서 분해온도와 분해반응과정에 대한 정보뿐만 아니라 공기나 산소환경하에서 연소과정(combustion profile)에 대한 연구가 가능하다. Coupling technique으로 알려진 EGA(Evolved Gas Analysis)기술은 고분자의 열에 의한 환경적 연구시 중요한 분석법이다. 즉, TGA에 Mass Spectrometer(MS)나 Fourier Transform Infrared Spectrometer(FTIR)을 coupling하여 시료로부터 방출되는 가스를 정성분석하는 것이다. 아울러 TGA에 DTA를 겸하고 있는 경우 weight change는 물론 흡열(endothermic)반응과 발열(exothermic)반응을 측정할 수 있다.
열중량 분석은 휘발성 물질(수분, 용매등), 고분자, 카본블랙(carbon black), carbon fiber, 회분(ash), filler(충진제) 등의 함량을 검출하는데 이상적인 조성분석(compositional analysis)법이며, 고분자가 연소되는 온도영역에서는 분해속도(decomposition kinetics)가 고분자마다 서로 다르기 때문에 가치있는 고분자의 정량적 분석이 가능하다.
그림 3. 고분자의 TGA curve: 1. 휘방성분의 증발에 의한 질량손실, 2. pyrolysis, 3. 탄소의 연소 (불활성 조건에서 산화조건으로 전환 후), 4. 잔류물(residue)
물질의 조성에 의한 특성은 각각의 weight loss step의 온도와 구간의 높이(% 또는 ug, mg)로 결정된다. 물이나 잔류용매(residual solvent), 첨가유와 같은 휘발성 물질은 상대적으로 낮은 온도에서 방출된다. 이러한 물질의 제거는 기체압(gas pressure)에 따라 다르다. 낮은 압력(진공상태)에서는 증발이 가속화되어 질량손실이 낮은 온도쪽으로 이동된다.
TGA curve 중 weight loss step은 DTG(Derivative TG) curve의 peak으로 나타낼 수 있으며 DTG curve의 slope은 질량손실이나 질량증가의 속도를 나타낸다.
분해단계의 온도영역은 gas상 산물이 시료로부터 확산방출되기 쉬운 정도에 영향을 받는다. 즉 반응성 환경(reactive condition)하에서 시료 표면의 기체교환(gas exchange)이 중요하다.
TGA (PANi)
열분해란, 연소와 달리 산소없이 열만으로 물질을 분해시키는 것을 말한다. 위의 그래프를 보면 온도가 올라갈수록 질량이 감소하는 것을 볼 수 있다. 이것은 온도에 따라 시료가 타버려 점점 가벼워지기 때문이다. 또 처음에는 0~280℃사이에는 그래프가 천천히 감소하는 것은 불순물이 탄화하는 것이고, 질량이 급격히 감소하는 곳에는 폴리아닐린이 타기 시작한다. 또한 마지막부분에는 질량변화가 거의 없이 Weight가 20%정도가 남아있는데, 이는 열분해에 의해 타고 남은 재 이다. 그래프가 꺾이는 지점인 270℃가 열분해가 시작되는 지점인 Td점인 것 같다.

키워드

유화중합,   폴리아닐린,   polyaniline,   4단자 측정법,   IR ,   UV ,   DSC(PET),   TGA(PANi)