와 포르말린 20㎖를 취하고, 0.5N 5㎖가한다.
③ ②의 2구 플라스크에 환류 냉각기를 달고 물중탕에서 90℃～95℃로 가열한다.
(이때, 항온조의 물 표면에 비닐을 씌워 열의 발생을 증가시키고 100℃가 되면 다시 벗겨 열을 95℃로 내린다.)
④ 흰색의 실리카가 생성되면 2구 플라스크의 혼합액을 분별깔때기에 옮겨 나뉘진 두 개의 층 중 하층의 유화물질을 분리하여 비커에 취한다.
⑤ ④의 분리된 유화물질에 실리카켈 백색 분말을 넣어 녹인다.
5. 실험결과(date)
OH
OH
O
(O)
○
+
C
○
H
H
(P)
OH
OH
OH
OH
……
○
○
○
○
OH
OH
OH
OH
○
○
○
○
포름알데히드에 산촉매의 H+이 부가하여 생성된 중간체의 탄소이온이 페놀의 o- 또는 p- 탄소의 전자밀도가 큰 부분을 공격하고 반응이 개시되면 p-methylol phenol을 생성한다. 이 p-methylol phenol은 포름알데히드와 축합반응이 일어나 디메틸올 페놀을 생성하고 다수의 페놀이 OH기의 o-또는 p-위치에 메틸렌기가 결합하여 Novolak 수지가 되었다.
∴흰색의 실리카 생성 → 페놀-포름알데하이드 수지
↓
실리카겐 첨가
6. 고찰
이번 실험은 Novolac형 페놀-포름알데히드 수지(Bakelite)를 생성하는 실험으로써 산 촉매를 사용하였다.
이 실험을 위해서 먼저 고체상태의 페놀을 물 중탕하여 녹이고 이어 포르말린과 묽은 염산을 혼합하여 95℃의 물 중탕하여 반응시키자 수층과 유기층의 두 층으로 나뉘어 졌는데 유기층은 흰색의 실리카가 생성된 증거이다. 이 때 유기층을 분별깔때기로 분리하고 백색분말의 실리카겐을 넣어 섞고, 틀 대신 종이 위에 부어 굳혔다. 여기서 실리카겐을 넣은 이유는 실리카겐이 침전제 또는 경화제 역할을 함으로서 3차 망상중합체가 되어 선형형태의 유동성이 심한 실리카가 젤의 형태로 바뀌게 하여 수지를 쉽게 만들게 하기 위해서이다.
이리하여 실험은 마무리 지었다. 그런데 만약에 우리가 합성한 선형형태의 백색 수지를 다시 가열하였다면 탈수반응이 일어나면서 짙은 갈색의 수지가 완성되었을 것이다.
7. 참고자료
유기화학실험(문운당 p200-p204)
그 외 인터넷 검색자료
1. 제목
Resite형 Bakelite
2. 목적
산촉매하에서 Novolak 수지를 제조하고, 축합중합(condensation polymerization)과 부가중합을 실험을 통하여 이해한다.
3. 내용
◎ 페놀 수지는 포름알데히드와 페놀로부터 합성된다.
◎ 포름알데히드는 아미노 수지에도 이용되고 폴리아세틸 합성에도 사용된다.
◎ 페놀은 페놀 수지 이외에도 비스페놀 A의 원료로서 에폭시 수지 원료 제조에도 사용되는 등 다양하게 사용되는 화합물이다.
◆페놀수지의 원료와 종류
▶페놀수지의 원료
Phenol수지의 제조에 사용되는 원료로는 phenol유와 aldehyde유가 있는데 먼저 phenol유로는 2관능성의 페놀로서 p-cresol, p-tert-butyl phenol, p-octyl phenol등이 있고, 3관능성의 페놀유로는 페놀(석탄산), m-cresol 등이, 다관능성페놀로는 bisphenol A등이 주로 많이 사용되고 있다. Aldehyde유로는 formaldehye의 수용액인 formaline 및 paraform이 주로 많이 사용되고 있다.
수지생성반응의 한가지 예로서 phenol과 paraform의 부가반응으로 phenyl hemi formal(A)이 아래와 같이 생성된다.
▶Phenol수지의 종류 - Phenol수지는 그 기본구조가 phenol alcohol 또는 dihydroxy diphenyl alkane의 어느 형태인가에 따라 두 가지로 분류된다. 즉 novolac형과 resol형이 있다.
Resole수지
Resole형 phenol수지는 phnol유에 formaline을 알칼리 촉매 하에서 부가반응 시킨 후 중화하여 다시 이 부가 반응물을 축합반응시켜 얻는다. 레졸형 페놀수지로서 일반적인 구조식은 아래 그림과 같다.
레졸형 페놀수지의 제조법의 한 예로서 paraform 2.0mol(75g), p-tert-butyl phenol 1.0mol(150g)과, 촉매로서 가성소다 0.1몰(4g) 및 반응 용매로 toluene 70g을 반응 솥에 넣어 90℃에서 2시간 동안 반응시킨다. 반응 종료 후 acetic acid 0.12몰(7.2g)으로 中和하여 생성된 염을 물을 가해 씻어 제거시킨다. 다음에 감압 탈수 및 탈용제를 행하면서 120℃에서 5시간 정도 축합반응 시키면 담황백색의 투명하고 연화점이 100℃인 고체의 레졸형 페놀수지가 얻어진다.
Novolac수지
Novolac형 phenol수지는 phenol유와 포르말린을 산성 촉매 하에서 반응시켜 얻은 수지로 아래의 그림과 같이 페놀 핵이 4～5개 붙은 수지이다.
Novolac형 phenol수지의 제조법의 한 예를 들면 p-tert-butyl phenol 1mol(150g)과 포르말린 1몰(81g)을 반응 솥에 넣고 촉매로서 염산 1.5g(p-tert-butyl phenol의 1%)를 첨가하여 95℃에서 5시간 반응시킨다. 반응이 끝난 후 정치하면 수지상과 수상의 두상으로 분리된다. 수상을 제거시킨 후 다시 감압하여 탈수하고 180℃에서 1시간 가열하여 냉각시키면 연화점이 130℃인 고체의 노보락형 페놀수지가 얻어진다.
4. 실험방법
① 페놀 20g과 포르말린 23g을 2구 플라스크에 취하고, 25%-수산화암모늄 용액 2㎖를 가한다.
② 위의 2구 플라스크에 환류냉각기를 발고 물중탕 속에서 서서히 가열한다.
(이때, 2-3시간 동안 90℃-98℃로 유지한다.)
③ ②의 용액을 냉각시킨 후 방치하면 두 층으로 나뉘어 지는데 하층의 물질을 분리하여 비커에 취한다.
④ ③의 분리한 하층의 물질을 증발접시에 옮긴 후 직화로 서서히 가열한다.
(이때 온도계로 교반하면서 온도를 120℃-130℃로 유지한다.)
⑤ ④의결과로 얻은 물질을 다시 가열하여 온도가 130℃-135℃로 유지하면 적당한 용기로 옮긴다.
5. 참고자료
유기화학실험(문운당 p200-p204)
그 외 인터넷 검색자료