말단기 분석 실험 (결과레포트)폴리에스테르인 PBT의 말단기 분석

소개글

말단기 분석 실험 (결과레포트)폴리에스테르인 PBT의 말단기 분석에 대한 보고서 자료입니다.

목차

LIST OF CONTENTS
LIST OF TABLES
LIST OF FIGURES
ABSTRACT
1. INTRODUCTION
1.1 실험목적
1.2 실험 이론
2.2.1 축합중합
2.2.2 산가(acid value)
2.2.3 수산가(hydroxyl value)
2.2.3.1 수산가 측정 방법
2.2.4 말단기 분석
2.2.5 수평균 분자량
2. EXPERIMENT
2.1 실험 기구 및 시약
2.2 실험 방법
2.2.1 시약의 제조
2.2.2 산가 측정 방법
2.2.3 수산가 측정 방법
3. RESULT & DISCUSSION
3.1 Raw data
3.2 Results
3.2.1 초기 이론 산가
3.2.2 산가 계산
3.2.3 Factor 보정
3.2.4 수산가 계산
3.2.5 전환율
3.2.6 이론 분자량
3.2.7 수평균 분자량
3.2.8 오차율
3.3 Discussion
4. CONCLUSION
5. REFERENCES

본문내용

dride와 1,4-butanediol의 축합중합에서 얻은 폴리에스테르인 PBT의 말단기 분석을 통해 산가와 수산가를 구하고 고분자의 수평균분자량을 측정하는 실험이다.
축합은 두 분자가 반응하여 작은 분자가 빠지면서, 보다 큰 분자로 되는 반응이며, 축합 중합은 축합에 의해 고분자를 형성하는 반응을 말한다. 축합 반응에 의해 만든 고분자의 분자량을 구하기 위해서는 분자의 개수를 중시하는 분자량의 평균값을 분자량의 몰농도 개념으로 이해될 수 있는 수평균분자량을 이용한다. 선형 폴리에스테르의 수평균 분자량을 결정하기 위해서는 표준 방법에 의해서 carboxyl과 hydroxyl 말단기를 적정하면 된다. Carboxyl의 경우 무게를 측정한 고분자를 아세톤과 같은 적정 용매에 용해시킨 후, 표준 염기로써 페놀프탈레인 말단 지점(end point)까지 적정한다. Hydroxyl의 경우 시료를 과량의 acetic anhydride로서 acetylate 시킨 후, 유리된 acetic acid를 carboxyl 말단기의 경우와 유사하게 적정한다. 두 번의 적정으로부터 시료 속에 있는 carboxyl과 hydroxyl의 당량가를 얻을 수 있다. 이때 사용하는 당량가는 산가와 수산가를 이용하는데, 산가는 지방·지방유 및 밀랍 또는 그 밖의 시료 1g 속에 함유되어 있는 유리지방산 또는 산성물질의 양을 나타내는 수치이며, 시료를 중화시키는 데 필요한 수산화칼륨의 mg수이며 , 수산가는 유지 1g을 아세틸화하고, 이것을 가수분해하여 생기는 아세트산을 중화시키는 데 필요한 수산화칼륨의 mg수이다. 수산가를 측정할 때 말단의 OH를 약 60℃에서 20분 간 Toluene용액 중의 4-(Dimethylamino)pyridine 촉매 하에 Acetic anhydride와 반응시켜 아세틸화시켜야한다. 이 때 여분의 Acetic anhydride은 Dibutylamine과 반응하고 나머지 Amine이 HCl용액으로 적정시켜 수산가를 구한다.
이번 실험을 하기 위해서는 우선 시약을 제조해야 한다. 메스플라스크에 phenolphthalene 1.0g을 취한 후 ethanol 90ml를 넣어 용해시키고, 증류수를 첨가하여 전체양이 100ml가 되도록 하여 phenolphthalene 지시약을 제조한다. 중성용매는 toluene과 methanol을 7:3의 부피비로 500ml를 섞어 제조하고, 메스플라스크에 4-(dimethylamino)pyridine 1.0g을 정확히 넣은 후 acetic anhydride 15ml에 녹이고 toluene으로 총 100ml가 되도록 하여 아세틸화 시약을 제조한다. 그리고 dibutylamine 12.9g을 toluene으로 200ml가 되게 하여 0.5N-dibutylamine용액을 제조하고, hydrochloric acid 43ml를 ethanol로 1000ml가 되도록 하여 0.5N-HCl/C2H5OH용액을 제조한다. 산가 측정은 우선 축합중합에서 얻은 시료를 3g씩 sampling하여 3개의 삼각플라스크 바닥에 넣은 후 중성용매 100ml로 삼각플라스크 내부의 시료를 녹이는데, 이때 마그네틱 바를 넣고 약간 가열하면 잘 녹는다. 시료를 완전히 녹인 후 상온으로 식힌 다음, phenolphthalene 지시약을 5방울정도 첨가하고, 0.5N-KOH/C2H5OH용액으로 적정하는데, 용액의 색이 무색에서 진분홍색이 될 때까지 적정한다. 수산가는 우선 0.5N-HCl/C2H5OH용액의 factor를 보정하기 위해 제조한 0.5N-HCl/C2H5OH용액을 20ml 취한 후 phenolphthalene 지시약을 첨가한 후 0.5N-KOH/C2H5OH용액을 넣어 변색이 될 때까지의 첨가량을 구한다. factor를 보정한 후 0.5g의 시료를 5개의 삼각플라스크에 각각 sampling하고, blank 삼각플라스크도 5개 준비한다. 모든 삼각플라스크에 아세틸화 시약 5ml를 피펫으로 첨가하고 용해하고 60℃로 조절된 항온수조에서 30분간 아세틸화 반응을 진행하고, 반응 종료 후 상온까지 냉각한다. 각각의 플라스크에 0.5N-dibutylamine용액 20ml를 넣고 0.1% bromophenolblue 지시약을 10방울 첨가하고 대조군과 실험군 플라스크를 짝지어 0.5N-HCl/C2H5OH용액으로 적정하는데 용액의 색이 청자색에서 노란색이 될 때까지 적정한다.
실험결과 PBT의 이론분자량은 1189.57g/mol이며, 평균 분자량은 1375.41g/mol이었다. 이론분자량과 수평균 분자량의 오차는 -15.62%였다. PBT는 분자 말단 양쪽에 하이드록시기와 카르복시기가 있으므로 만약 실험이 제대로 이루어졌다면 수산가와 산가의 값이 같아야 하는데, 실험 결과 산가는 87.6mg KOH/g였고, 수산가는 81.59mg KOH/g이었다. 이렇게 수산가보다 산가가 높게 나온 이유는 phthalic anhydride와 1,4-butanediol이 축합중합 때 전부 반응을 하지 못해 남아있었는데, 이 중 phthalic anhydride가 산가를 측정할 때 남아있었고, 1,4-butanediol은 아세틸화반응 때 덜 아세틸화되었기 때문이라 예상할 수 있다. 이는 아세틸화 반응이 모두 진행되지 못했기 때문일 것이다. 아마 아세틸화 반응을 충분히 한다면 보다 정확한 수산가를 얻을 수 있을 것이다. 그리고 지시약의 변색범위와 농도도 수산가 측정을 어렵게 하는 요인이다. 수산가에 사용한 bromophenolblue 지시약은 0.1%였는데, bromophenolblue가 0.1% 들어있는 경우 적정시점을 제대로 찾지 못할것이라 예상된다. 또한 지시약의 변색범위가 3.0~4.6pH 정도로 약산에서 색변화가 일어나기 때문에 정확한 중화시점을 찾지 못했을 것이다. 만일 아세틸화 반응을 충분히 시키고 중화점을 잘 찾는 농도가 더 높은 지시약을 사용한다면 좋은 결과를 얻을 수 있을 것이라 생각된다.
5. REFERENCES
[1] 안태완, 고분자화학, 문운당
[2] 강두환, 강인규 외 4인, 최신 고분자 화학, 시그마프레스
[3] Malcolm P. Stevens, 고분자 화학 입문, 자유아카데미

키워드

말단기,   말단기 분석,   말단기 분석 실험,   말단기 실험,   축합중합,   산가,   수산가,   말단기실험,   end-group analysis,   PBT