고분자 중합 (stylene)

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고분자 중합 (stylene)에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

자 반응의 응용
고분자 반응을 응용하여서 새로운 고분자, 고분자 표면의 개질, 블록 공중합체, 그라프트 공중합체, 가교화, 기능성 고분자 등을 만들 수 있습니다.
4. 고분자 반응의 문제점
고분자의 결정성, 고분자의 분자량, 분자의 크기 등으로 인해서 고분자 반응은 일반적인 유기화학 반응과 약간 다른 몇 가지 점들을 고려하여야 합니다. 이점들은 고분자의 반응성과 고려할 점에서 다룹니다.
2. 고분자 반응을 응용한 고분자 합성
1) 재생 셀루로오스 - 레이온의 생산
일반적으로 고분자를 녹이거나 또는 용매에 녹여서 용액 상태로 만든 다음 고분자를 여러 형태로 만들 수 있습니다. 셀루로오스 (cellulose) (식 1)는 그 자체가 녹지 않고, 또 셀루로오스 (cellulose)를 녹이는 적절한 용매도 없습니다. 그러므로, 천연에는 목재의 50%가 셀루로오스 인 것을 비롯해서 여러 형태의 셀루로오스가 존재하지만, 그대로는 이용하기가 쉽지않습니다. 셀루로오스를 이용하는 한 방법은 셀루로오스를 화학반응을 이용해서 용매에 녹는 화합물을 만들어서 용매에 녹인 다음 여러형태로 만들어서 이용하는 것입니다
* 폴리스타이렌은 고분자 반응에서 가장 많이 응용되는 고분자입니다. 폴리스타이렌의 페닐기의 방향족 친전자성 치환 반응을 이용합니다. 이 페닐기는 일반적인 방향족 화합물에서 일어날 수 있는 반응이 모두 가능합니다. 이 페닐기의 치환 반응을 이용해서 새로운 작용기를 가지는 고분자를 만들거나 또는 새로운 고분자를 만드는데 이용할 수 있습니다.
- 폴리스타이렌 개질의 기본 원리:
식 1에 보이는 것 처럼 폴리스타이렌의 페닐기에서 치환기 X로 치환하는 것입니다. 여기서 치환기 X 의 종류 및 치환기의 수를 고려하면 됩니다. 즉, 어떤 치환기를 어떤 치환 반응으로 넣을 것인가, 치환기의 수 (농도)는 얼마로 할 것인가 (식 1에서는 3 개의 페닐기 중에서 한 개가 치환되었습니다) 등을 PS 개질의 목적에 따라서 계획을 세우면 됩니다
(1)
여기서 치환기 X는 매우 다양합니다. 유기화학에서 공부한 방향족 친전자성 치환반응을 회고해보기 바랍니다. 그리고 이제 여러분이 원하는 치환기 X를 넣으면 PS 개질의 첫 걸음이 됩니다.
X : - X (할로겐 원자, Cl, Br, I)
-CH2Cl (ClCH2OCH3 / ZnCl2)
-SO3H (H2SO4)
우리는 한 단계로 원하는 치환기로 바꾸기가 쉽지 않다는 것을 자주 알게됩니다. 이때는 식 2와 같이 먼저 X로 치환한 다음 이것을 다시 Y로 치환하면 됩니다. 이렇게, 치환 반응을 잘 디자인하면 우리가 원하는 치환기를 넣을 수 있습니다. 이런 치환 방법을 잘 응용하는 것이 폴리스타이렌 개질의 기본 원리입니다.
(2)
개질된 PS를 이용한 가장 잘 알려진 반응은 Rockefeller 대학의 R. B. Merrifield 교수가 이용한 고체상 펩티드 합성 (solid-phase peptide synthesis) 에 응용한 것입니다. 이것을 응용하여 펩티드 합성기계가 만들어졌고, Merrifield 교수는 이 공로로 1984년 노벨 화학상을 수상하였습니다. 이온교환수지도 대부분 PS의 개질로 얻어집니다 고분자 촉매 및 고분자 시약도 PS의 개질로 얻어지는 경우가 많습니다. 그라프트 고분자의 합성에도 응용이되고, 고분자 담체 (polymer support)및 고분자 수송체 (polymer carrier)로도 이용이 됩니다.
- 폴리스타이렌의 치환기 도입 예
예1: 폴리(4-요오드스타이렌)의 합성 (식 1)
(식 1)
폴리(4-리티움 스타이렌)의 합성 (식 2):
(식 2)
폴리(4-리티움 스타이렌) (poly(4-lithium syyrene)은 페닐리티움처럼 반응성이 매우 크므로 여러 반응이 가능합니다.
실험시 주의 사항**
실험 시 장갑을 착용하고 시약을 다뤄야 한다.
stylene 취급 시 냄새가 독하므로 가능한 조속히 실험을 마쳐야 한다.
stylene monomer는 0℃에서 보관되어야 하므로 상온에서 실험 할 경우 조속히 실험을 마쳐야 한다.
Vial을 깨서 중합된 PS를 시료를 채취해야 하므로 다치지 않도록 주의해야 한다.
고분자의 반응에서 고려할 점
고분자의 화학 반응은 일반적으로 분자량이 적은 유기화합물의 반응과 비교할 때 결정성, 분자의 크기, 반응물의 분리, 작용기의 영향 등으로 인해서 반응속도와 수율 등을 다르게 해석하거나 다른 반응이 일어날 수 있습니다.
따라서, 고분자의 반응은 다음 여러 관점들을 고려하여야 합니다.
a. 수율의 계산
일반적으로 수율은 원래 반응물에서 생성물이 얻어지는 분율을 의미합니다. 즉, 수율이 60% 라는 것은 생성물이 반응물 몰수의 60%가 얻어졌다는 것을 의미합니다. 그리고 반응하지 않은 반응물과 생성물은 분리할 수가 있습니다. 그러나, 고분자 반응에서 수율이 60%라는 것은 고분자 사슬에서 작용기가 60%만 반응하고 20%는 반응하지 않고 사슬에 남아있다는 것을의미합니다. 그리고 이것은 같은 사슬이므로 분리가 가능하지 않습니다.
b. 작용기의 고립
폴리(비닐 부티랄)의 경우 처럼 고분자 사슬에 포함되어 잇는 작용기가 모두 반응에 참여할 수 있는 것이 아니고, 어떤 경우에는 작용기가 고립되어서 더 이상 반응할 수 없게 되는 경우가 있습니다. 이와 같은 경우 때문에 고분자에서는 수율이 100%가 되지 않습니다.
c. 농도
일반적으로 용액내의 화합물의 작용기의 농도는 일정합니다. 그러나, 고분자의 경우 약간 다를 수 있습니다. 고분자는 용액 내에서 불규칙적인 코일 상태로 존재하게되는데, 이때 고분자의 작용기의 농도는 고분자 사슬 영역에서는 용매 영역보다 상당히 높게 됩니다. 고분자의 반응속도는 이 점을 고려하여야 합니다.
d. 결정성 / 결정성 영역과 무정형 영역의 반응성 차이
결정성 고분자를 불균일계 속에서 반응이 일어날 경우 무정형 영역에서 주로 반응이 일어납니다. 이것은 결정 영역에는 용매와 반응물이 침투하여 반응이 일어나기 어렵기 때문입니다.
e. 용해도의 변화 / 단량체와 중합체의 용해도 차이
어떤 고분자의 경우 반응이 진행하면서 용액상태로 녹아있지 않고 고체로 석출하여서 더 이상 반응이

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