1. 고분자란?
- 반복단위 단량체가 공유결합에 이해 긴 사슬모양을 이루며 결합해 있는 거대물질, 주로 100개 이상
2. 고분자 분류?
- 고분자는 fiber, rubber, 플라스틱, 코팅 및 접착제 등 다양하게 나누어집니다.
고분자 마다 고유한 특성을 가지고 있고 분자량, copolymer, 가소제 등을 첨가하여 넓은 범위의
특성을 조절할 수 있습니다.
3. 연결이 어떻게 되는가?
- 한가지만 반복되는 경우 : homopolymer
- 두가지 이상의 단위체가 반복되는 경우 : heteropolymer
- A-B-A-B-A-B : alternating polymer
- A-B-B-A-B-B-B-A-A : random polymer
- A-A-A-A-B-B-B-B : blocking polymer
- A-A-A-A : grating polymer
B
B
B
4. 모양의 따른 분류
- linear, branch, comb, dendrimer, star
5. 열가소성 수지 (thermoplastic)
- 열을 가하면 다시 성형 가능한 물질
- crosslinking이 거의 없고 linear 또는 branch 형태이다
Ex) 에틸렌, 프로필렌, PET 등등
6. 열가소성 수지 (thermoset)
- 열을 가해도 다시 성형이 불가능한 물질
- crosslinking이 형성되어 있으며 탄성력이 좋다
- but swelling 현상 용매에 잘 안 녹고 부푸는 성질이 있다.
Ex) 페놀, 요소 수지 등등
7. Tg ( 유리전이 온도 ) tm, Td, Tc, Tcc
- 유리전이 온도는 온도가 상승함에 따라 단단하고 상대적으로 깨지기 쉬운 유리 상태로부텉 점
성 혹은 고무상태로 전이하는 현상
- Tm은 용융 온도로 결정 영역이 모두 녹는 온도입니다.
- Tc는 결정이 형성되는 속도가 최고일 때의 온도입니다.
- Tcc는 무질서한 상태에서 결정화를 이루는 고분자가 다시 질서 있게 배열될 때의 피크입니다.
8. Tg에 영향을 주는 요소
1. 사슬의 유연성
2. 분자량
3. 공중합 요소
4. 가교결합
5. 가소제
6. 분자간 상호작용
9. DSC, DTA, TGA – tg 측정 기계
- DSC는 시료와 샘플의 흘러들어가는 열량의 차이를 통해 고분자의 상태변화를 측정하는 기계로
써 열흐름에 대한 정보를 알 수 있어서 보다 정확하게 tg와 같은 정보를 측정 가능합니다.
시료와 샘플의 온도를 다르게 해 줄 수 있습니다.
- DTA는 시료와 샘플의 온도를 변화하여 고분자의 상태변화를 측정하는 기계로써 온도변화에 대
한 정보만 알 수 있어서 DSC보다는 부정확한 정보를 가집니다.
시료와 샘플의 온도는 동시에 변합니다.
- TGA는 샘플의 무게변화로써 고분자의 상태변화를 측정하는 것으로, 온도 변화에 따라 고분자
의 상태가 변하고 무게가 달라지기 때문에 이것을 통해 tg와 같은 정보를 얻을 수 있습니다.
10. step polymerization
- 단계적으로 진행되는 중합방법입니다. Condesnsation 방식으로 부산물이 나오거나 addition 반
응을 통해 부산물 없이 진행될 수 있습니다. 초기에는 곳곳에서 반응이 일어나 monomer의
소비가 크지만 고분자량을 얻기 위해서는 시간이 많이 소요됩니다.
11. chain polymerization
- radical 반응을 통해 중합하여 initiator가 존재하여 빠르게 진행되어 고분자량을 얻을 수 있습니
다. 단점은 radical로 인하여 부산물이 많아 분자량 분포가 넓을 수 있습니다. 발열량이 크므로
이것을 조절하는 것이 중합에서 중요합니다.
12. GPC (분자량 분포 측정)
- column안에 구멍이 있는 물질을 넣어서 고분자를 흘려보내면 고분자량은 빠르게 저분자량은
느리게 나오고 이것을 실제 분자량으로 변환시킵니다. 상대적인 분자량을 측정하는 방법입니다.
Mn, Mv, Mz 등을 측정가능합니다. 단점은 실제분자량을 측정하기 힘들고 분포가 실제보다 넓
습니다.
13. stress-strain curve
- 재료를 파괴될때까지 인장시키며 응력과 변형률을 나타낸 커브입니다. 탄성한계까지는 선형
적으로 비례하지만 항복점에 도달하면 이제 탄성변형에서 소성변형으로 바뀌어 힘을 가하면
다시 되돌아가지 못합니다. 그리고 그 이후 변형이 급격하게 증가하고 파괴점에서 파괴가
일어납니다.
14. 훅의 법칙
- 비례한계점까지 변형률은 응력과 비례하며 그 계수는 E 영스모듈레이션입니다.
15. LDPE, LLDPE, HDPE
- LDPE는 저밀도 폴리에틸렌으로 신축성이 우수하고 가공성이 좋습니다
Ex) 투명 필름, 코팅재료
- LLDPE는 LDPE보다 더 유연하고 질깁니다. LDPE보다 선형이며 투명도가 높고 내열성 우수
Ex) 중포 및 수축 필름
- HDPE는 우수한 강도를 가지지만 유연성과 가공성이 떨어집니다.
Ex) 중소형 용기, 대형 드럼,
16. LDPE 공정
- LDPE는 압축-중합-미반응 가스 분리와 순환 – 제립 등의 순서로 이루어져있습니다.
* 압축공정
에틸렌을 1,2차 압축기로 압력을 상승시키고 미반응 에틸렌 gas는 순환시키고 에틸렌을
압축 후 냉각시킵니다.
* tublar 반응기
반응기는 이중관으로 구성되어 있고 내관에서는 중합반응이 일어나며 외관에서는 냉각수가
흐릅니다. 이것으로 중합열을 제어합니다.
* autoclave 반응기
- 4개의 구역으로 구분되어 있고 교반기가 내장된 초고압용반응기로 에틸렌 가스와 반응개시제
가 주입되어 중합됩니다. 개시제는 peroxide 계열이며 펌프에 의해 주입됩니다.
* 분리 및 순환 공정
- 반응기에서 미반응된 에틸렌 가스는 반응기 후반부에서 압력이 강하된 후 고압 분리기에서
1차로 분리되고 일부는 불순물 축적을 방지하기 위해 에틸렌 정제 시설로 가고 나머지는
압축기로 순환합니다.
* 제립 공정
- 저압분리기 하부에는 응출기와 다공판이 있으며 3단계로 gas를 제거한 후 폴리에틸렌을 압축
하여 펠렛으로 만듭니다.
17. HDPE 공정
- 촉매제조 – 중합반응 – 분리/건조 – 제립
- 촉매 : 지글러 나타, 알루미나 크롬, 트리에틸알루미늄, 메탈로센 지르코늄
- 구성요소 : 에틸렌, 핵산, 주촉매, 부촉매 등
- 액상 슬러리 루프가 대부분 or slurry CSTR
* 슬러리 루프
- 희석제와 폴리머가 섞인 슬러리가 펌프에 의해 고속으로 순환되는 가운데 폴리에틸렌이 중합
되며 반응기내에서 일정한 농도를 유지하여 토출됩니다. / 변수 – 에틸렌 공급량, 촉매, 압력,
온도
* 분리 / 건조
- 원심분리기에서 원심력으로 폴리머와 희석제를 분리하고 폴리머는 건조기로, 희석제는 중합
반응에 재사용합니다.
* 메탈로센
- 촉매로 폴리머의 구조, 분자량 조절이 쉽습니다.
구조가 명확하고 단일 반응활성점으로 메커니즘을 쉽게 알아냅니다.
18. 중합공정
- 중합공정에는 bulk, solution, emulsion, suspension, slurry 등이 있습니다.
- Bulk 중합은 별도의 용매없이 initiator 와 monomer를 이용하여 중합하고
- Solution 중합은 용매에 initiatior monomer 넣고 중합합니다
- Emulsion 중합은 용먀에 initiatior와 별도의 surfactant를 넣으면서 이 안에서 중합이 이루어집
니다
- Suspension 중합은 물에 녹지 않은 모노머를 넣고 안정제를 넣어 물에 분산시켜 중합하는 것
입니다.
- slurry 중합은 suspension 중합과 유사하지만 안정제를 넣지 않습니다. 용매에 녹지 않는 모노
머와 매질 상부에 있는 물질과 반응하여 중합이 이루어집니다.
19. IZOD 충격 강도 시험
- 시편에 추를 가격하여 돌아가는 높이에 의해 흡수에너지를 나누어 충격강도를 얻습니다.
20. 폴리알파올레핀
- 윤활유로 사용되어 기기의 수명을 연장시킵니다. 또는 접착제로 사용됩니다.
- 1-decene과 에틸렌으로 중합될 수도 있습니다.
- 양이온중합으로 촉매 AlCl3, h2o, solvent 등이 사용됩니다.
- 용매를 추가하여 점도를 조절할 수도 있습니다.
21. 폴리부텐
- 윤활유로 주로 사용됩니다.
- DL에서는 C4 잔사유에서 이소부텐을 통해 폴리부텐을 만듭니다.
- 촉매는 삼불화붕소 부촉매 알코올 화합물 / 알킬에테르 부부촉매
- 반응기 – 불순물 제거(물로 씻어냄) – 분리(밀도 차이) – 재활용 흡착탑(CaOH2) – 분리탑(이소
부텐)
*** LDPE와 HDPE 제조 공정은 여기에서 정보를 얻었습니다. ***
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기계공학 취준일기 #14 LDPE, HDPE 2
3. HDPE공정은 크게 촉매제조(조제) -> 중합반응 -> 분리/건조 -> 제립/저장/출하 단계로 진행된다. 3.1 촉매제조공정 일반적으로 HDPE공정에서는 Ziegler-Natta계열의 촉매나 Cr2O3-Alumina (산화크롬 - 알루
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