Suspension polymerization of Butyl methacrylate (BMA)

목차

Abstract
Ⅰ. Introduction
Ⅱ. Experimental
Ⅲ. Results
Ⅳ. Discussion
Ⅴ. Conclusion
Ⅵ. Reference

본문내용

리 조의 분자량이 5조에 비해 작다는 것은 이론과 일치 한다.
실험 결과 값을 통해서 반응온도가 높으면 입경의 크기는 작고, 분자량이 작아진다는 것을 알 수 있다.
온도는 동일, 개시제의 농도, 안정제의 중합도에 따른 변화
조
온도(°C)
개시제
농도(wt%)
안정제
(DP)
점도
(/g)
반응전환율
(%)
입경크기(㎛)
Tg
(°C)
분자량
(g/mol)
1
80
0.4
500
2.5152
48.8
측정불가
23
313,900
2
80
0.3
2000
2.419
34
5
27.8
296,400
- 온도와 안정제의 중합도가 같고 개시제의 농도만 다른 조가 없어서 개시제의 농도차이가 분자량과 입경의 크기에 어떠한 영향을 미치는지 비교해 볼 수 없었다.
온도는 동일하고, 개시제의 농도와 안정제의 중합도가 다른 1조와 결과 값을 비교해 보았다. 이론상으로 개시제의 농도가 높을수록 반응속도는 빨라진다. 반응속도가 빠르면 분자량이 작아진다.
1조의 개시제의 농도가 우리 조보다 높은 반면에 안정제의 중합도는 우리조가 1조보다 높았다. 따라서 1조와의 실험 결과를 비교한 결과, 우리 조와의 분자량 차이는 17,500 g/mol정도로 다른 조들과 비교할 때와 다르게 분자량의 차이가 별로 나지 않는 것으로 보아 개시제의 농도가 높을수록 분자량이 작아지고, 안정제의 중합도가 클수록 분자량이 작아지는 이론과 일치 한다.
벌크중합과 현탁중합에 반응속도의 비교
단량체
개시제
온도(°C)
반응전환율(%)
최종반응시간
분자량(g/mol)
벌크중합
methyl methacrylate
(50 ml)
AIBN
(0.4 wt%)
75
12.1
24 분
16,500
현탁중합
butyl methacrylate
(40 ml)
AIBN
(0.3 wt%)
80
34
3 시간
296,400
- 이론적으로 반응 속도는 벌크중합이 현탁중합보다 빠르다. 이유는 벌크중합은 개시제(지용성)가 monomer(지용성)에 직접적인 반응을 하는데, 라디칼의 경우 monomer droplet에 갇히게 되어 그 안에 들어가서 특별한 외부조건이 없어도 손쉽게 반응을 시켜 중합반응속도가 급증하게 되는 자체촉진이 일어나기 때문이다. 그리고 분자량 또한 벌크중합이 현탁중합보다 더 높다. 그 이유는 벌크중합의 단량체의 농도가 높기에 겔효과 일어나 는 급격하게 증가하고, chain mobility는 감소하므로 chain과 chain이 만나서 종결될 가능성이 줄어들어 분자량이 현탁중합보다 높다. 현탁중합의 경우 입자 안에서 여러 사슬이 성장하다가 만나 종결할 가능성이 높고, 단량체의 농도가 벌크중합보다 낮기에 분자량이 그리 높지 않다.
실험 결과를 통해 벌크중합과 현탁중합의 반응속도를 비교하기 위해서는 벌크중합과 현탁중합의 동일한 반응 조건(같은 단량체와 단량체 농도, 같은 개시제와 개시제의 농도, 동일한 온도 등)에서 반응을 해야 비교가 가능하다. 우리가 실험한 결과로만 비교해 본다면, 벌크중합으로 PMMA를 합성을 할 때는 24분경과 시 교반이 되지 않을 정도로 점도가 상승하여 반응을 종결했던 반면에 이번 현탁중합에서는 3시간에 걸쳐 반응을 진행 했음에도 불구하고 반응을 더 진행 할 수 있었던 것으로 보아 벌크중합이 현탁중합보다 반응 속도가 빠르다고 생각된다. 또한, 위의 실험 결과를 보면 현탁중합이 벌크중합보다 분자량이 크게 나온 것도 동일한 반응 조건에서 반응한 것이 아니라 다른 반응 조건에서 반응을 하였기 때문에 이론과는 다른 결과가 나왔을 거라고 생각 된다.
Ⅴ. Conclusion
이번 실험은 단량체인 BMA(butyl methacrylate)를 PBMA(poly butyl methacrylate)로 현탁중합을 통하여 생성하는 실험이었다. 첫 번째 실험인 괴상중합 실험보다 오류를 줄이기 위해 최선을 다했지만 이번 실험에서도 역시 여러 가지 요인이 있었다.
첫 번째는 다른 조에 비해 상대적으로 작은 삼각플라스크로 인해 임펠러가 삼각플라스크 벽면에 걸리는 현상이 자주 일어났다. 즉, 일정한 속도(200 rpm)가 유지되지 못했다는 요인이라고 할 수 있다.
두 번째로는 점도 측정할 때 미세한 불순물로 인해 모세관이 막히는 등의 현상이 종종 발생하여 정확한 점도 측정을 위해서 여러 번 실험을 반복하여 실시함으로서 많은 어려움을 겪었다. 이것은 BMA와 PVA, AIBN의 suspension polymerization 진행시 BMA가 완전한 polymer가 되지 못한 것도 많기 때문에 solvent인 toluene에 다 녹지 않고 풀어져서 불순물이 발생 했을 것으로 생각된다. 즉, toluene과 같은 용매는 고분자를 녹이는 용매이기에 고분자가 되지 않은 물질은 잘 녹이지 못하기 때문이다. 이러한 이유 때문에 실험에서 오류를 범하지 않았나 생각된다.
SEM을 통해 입경측정을 했는데 위의 사진에서 보이듯이 입자 주위의 경계가 뚜렷하지 않다는 것을 볼 수 있다. 이것은 정확하지는 않지만 물 온도에 입자들이 용해되었을 것이라고 의심된다. 그리고 각 조마다 입자가 크고 작은 이유는 각 조마다 반응 조건(개시제, 온도, 안정제)이 다르기 때문이 아닐까 하고 생각된다.
이번 실험은 첫 번째 실험인 괴상중합 실험보다 조금 복잡한 부분이 많아서 당황스러웠고 그 부분을 잘 컨트롤하지 못한 점이 아쉬웠다. 또한 다른 조와 비교하고 추측하는 일은 변수가 둘 이상이므로 매우 까다로운 일이였다. 좀 더 많은 지식을 가지고 실험에 임했으면 더 정확한 실험이 되었을 것이다. 앞으로 남은 실험에서는 더 많은 지식을 가지고 더 나은 자세로 실험에 임해야겠다는 다짐을 해본다.
Ⅵ. Reference
1) 고분자실험, 한국고분자학회, 자유아카데미, 1993년, p.48~51
2) polymer processing, 정경호, p.9~19
3) 박문수 외 공역, 고분자 화학 입문, 자유아카데미 1997, 6장
4) SPECIALTY POLYMERS, R.W. DASON. p.6~15
5) 유기화학 제6판 자유아카데미 Ralph J. Fessenden 6장
6) Sigma-Aldrich Hompage, http://www.sigmaaldrich.com/

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