[실험노트] 일반화학 실험 4. PDMS 탱탱공 만들기

1. 실험 제목 : PDMS 탱탱공 만들기

 

2. 실험 목적

: 고무형 고분자의 중합 및 열가교 반응을 통해 탄성이 조절된 탱탱공을 만들어본다.

 

4. 실험 이론

: 이 실험은 "실리콘 고무"로 알려져 있는 폴리다이메틸실록세인(polydimethylsiloxane)의 원료를 직접 가교반응시켜 탱탱공을 만들어 보는 실험이다.

실리콘 고무는 탄소-탄소 이중결합을 기본으로 하는 뷰타다이엔 고무에 비해 열적, 화학적 안정성 및 투명성이 우수한 특징을 가진다. 실리콘 고무는 기본저그로 실리콘-산소 결합의 반봅 구조를 뼈대로 하는 실록세인 고분자이며 통상적으로 '고무(elastomer or rubber)' 라 하면 위의 고분자들이 서로 가교 반응을 통해 물리적 변형에 대한 복원력을 가지는 물질을 의미한다. 이 실험에서 사용하는 Dowcorning사의 Sylgard184는 사슬 길이가 짧은 실록세인 올리고머(Syloxane oligomer)에 포함된 바이닐기와 기교제에 포함된 실리콘 하이드라이드가 유기 금속 촉매에 의해 Si-CH2-CH2-Si 결합을 이루는 가교 반응을 이용, 열적 화학적 안정성, 투명성이 좋은 실리콘 고무를 형성하게 된다.  

<PDMS의 레진과 가교제의 화학구조식 및 가교반응>

<PDMS의 레진과 가교제의 화학구조식 및 가교반응>

 

*고분자(Polymer)

: 특정 분자들이 중합 반응을 통해서 연결된 분자

일반적으로 분자량의 10,000g/mol 이상인 분자

*소중합체(oligomer)

: 분자량이 1,000g/mol 전후로 고분자에 비해 단량체가 적게 연결됨

*단량체(monomer)

: 고분자/소중합체의 기본이 되는 분자

*중합(polymerization)

: 많은 수의 단량체가 결합되어 중합체가 형성되는 반응

-첨가중합: 단위체가 계속 첨가되어 고분자 화합물을 생성하는 반응

-축합중합: 단위체 내에 있던 간단한 분자들이 빠져나가면서 합성되는 반응

*고무

:상온에서 고무상 탄성을 나타내는 사슬 모양의 고분자 물질이나 그 원료가 되는 고분자 물질

*탄성

:물리적 외력에 의해 변형되었을 때 복원되는 성질

*반발계수

물체의 충돌 전 후 속도의 비율 (또는 높이의 제곱근의 비율)

반발계수 출처:&nbsp;https://ko.wikipedia.org/wiki/반발_계수

*가교(crosslinking)

: 고분자의 사슬간에 다리 역할을 하는 물질을 연결하는 반응

고분자 수지에 경도, 탄성력 등의 기계적 강도와 화학적 안정성을 갖게 함

 

*PDMS(polydimethylsiloxane), PDMS의 가교반응식

PDMS (polydimethylsiloxane), PDMS의 가교반응식

 

5. 시약 및 기구

: 130'c 오븐, 알루미늄 호일, 탁구공, 스파츌러, SylgardElastomer(DC-184A,B,각각 레진과 가교제임), 긴 자(1m)

*스파츌러: 소량의 시약 또는 종자를 다룰 때 사용하는 숟가락 모양의 도구

 

6. 실험 방법

1) 탁구공 윗면에 면도칼로 약 1cm 직경의 구멍을 형성한다.

2) 탁구공이 구르지 않도록 구멍을 위로한채 알루미늄 호일 받침 위에 고정한다.

3) 약 30g의 PDMS를 이용하여 레진(A)과 기교제(B)의 비율을 5:1~20:1 사이로 조정하면서 혼합물을 만든다.

(5:1, 10:1, 20:1)의 비율로 각각 세 조에서 같은 혼합비로 제조)

4) 혼합물을 잘 교반한 후 15분간 거품이 제거되도록 놓아둔다.

5) 대부분의 거품이 제거되면 탁구공에 조심스럽게 부어 가득 채운다.

6) 준비된 PDMS 혼합물을 130'c의 오븐에서 20분간 가교 반응시킨다.

7) 탁구공을 뜯어내고 형성된 탱탱공을 상온으로 식힌다.

 

7. 참고문헌

일반화학실험, 자유아카데미

 

8. 실험 결과 및 고찰

 

실험 결과를 통해 가교제의 함량이 6g으로 가장 많았던 A조의 탱탱공이 가장 높이 튀어올랐고, 가교제의 함량이 1.5g로 가장 적은 C조가 가장 낮게 튀어올랐다는 결과를 얻었다. 이것으로 가교제의 함량이 높을수록 탄성이 높아진다는 것을 알 수 있다. 

 

 

 

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