고무의 합성

[홍광기]

고무의 합성


천연고무에 가황법이 발견되어 실용화에 큰 도움을 주었으나 천연고무가 가지는 결점과 양적인 부족으로 오래 전부터 합성 탄성 재료에 대한 연구가 이루어 졌다. 이 실험에서는 두 용액이 가열되었다 .냉각되면 탄력성 있는 물질이 침전한다. 공의 모양으로 압착, 형성될 때 이 물질은 튀어 오르고 고무의 다른 특성을 보여준다.

주의
보안경과 장갑을 착용한다. 이 실험은 후드 속에서 실시한다.

준비물
기구 : 비커.
재료 : 폴리황화나트륨. 수산화나트륨. 염화에틸렌, 유황.

과정
1. 10 g NaOH 와 150 mL의 물을 비커에 넣어 NaOH가 녹을 때까지 가열한다.(그리 오래 걸리지 않는다) 진한 NaOH를 사용할 때 장갑과 얼굴마개를 착용한다.
2. 일정하게 저으면서 유황 20 g을 천천히 넣는다.
3. 용액이 밝은 노란 색에서 어두운 갈색으로 변할 때까지 젓는 것을 계속한다. 이 변화는 약 15 분이 걸린다.
4. 3의 용액을 65 ℃- 70 ℃까지 가열하고 Mg(OH)2 10 g을 넣어 젓는다. 수산화마그네슘이 녹을 때까지 계속 젓는다.
5. 한번에 1 mL씩 염화에틸렌 25-30 mL를 천천히 넣는다. 이때 갑작스런 반응과 열의 방출을 관찰할 수 있을 것이다. 온도를 80 ℃를 초과하지 않게 한다. 색깔이 어두운 갈색에서 흐린 갈색으로 변할 때까지 젓는다. 약 15 분간 젓기를 계속한다．
6. 폴리 황화고무는 비커의 밑바닥에 있다. 용액을 붓고 이 고무를 물로 여러 번 헹군다.
7. 고무를 꺼내 물을 제거해서 하나의 공 모양으로 압착시킨다. 그리고 실험실 의자에서 튀겨 본다.

반응
1. NaOH 와 유황은 반응하여 폴리황화나트륨을 형성한다.
2Na+(aq) + S8(s) → (s)

2. 폴리황화나트륨과 염화에틸렌이 반응하여 다음과 같이 간단한 축중합하고 고분자와 부산물인 염화나트륨을 생성한다.
Cl-CH2-CH2-Cl + (s) → + 2 NaCl
물음
1. 왜 폴리황화 고무라고 부르는가?
2. 보통 고무와 이 생성물이 어떻게 비슷한가? 어떤 점에서 다른가?
3. 이 반응에서 어떤 조건이 중요하다고 생각되는가?

풀이
1. 천연고무에 황을 가해 만드는 것이 아니라 염화에틸렌 과 폴리황화나트륨 사이의 축합 중합에 의해 생긴 합성고무이므로 가황고무 아닌 다황화고무라 부른다.
2. 보통 고무와 같이 탄성이 있는 점이 비슷하나 천연고무는 알코올을 제외하고 사염화탄소 벤젠이 황화탄소 등에 녹아 팽윤하나 다황화고무는 내유성 내용재성이 우수하고 가스 증기의 투과율이 적어 연료 탱크, 도료, 호스 등에 이용된다.
3. 온도 80 ℃를 초과하지 않게 하도록 한다.

도움말
1. 이 반응은 역사적인 흥미가 있다. 미국에서 처음으로 고무를 합성한 것에 해당한다. 이 실험에 얻어진 물질은 황화 고무 과정의 출발 물질이다.
2. 에탄과 폴리황화물이 반복하여 중합체가 형성된다.

참고문헌
L.R. Summerlin, and J.L. Ealy, Jr. (1988) Chemical Demonstrations, Vol. 1, p. 176, American Chemical Society.










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