무기정밀 화학공업

목 차 -제올라이트의 정의, 조성 및 구성, 합성, 응용 -활성탄의 구조, 흡착성질, 제조, 응용, 시장성 형광체 -형광체의 개요, 형광등, 음극관, X선, 레이저 실리콘 -실리콘오일, 레진, 고무

제올라이트란 알칼리 및 알칼리토금속의 규산알루미늄 수화물(水化物)인 광물의 총칭. 현재 약 40가지의 자연산, 130여가지의 인공 제올라이트 존재. 분자크기의 4~10 Å 크기의 균일한 세공을 가지고 있기 때문에 1Å이내의 정확도를 가지고 분자들을 분리, 조작. 결정성 aluminosilicate로서 아주 규칙적인 세공과 채널 을 가지고 있으며 아주 튼튼한 음이온 뼈대구조.

구조와 조성 조성 구조 -Mx/n[(AlO2)x(SiO2)y]mH2O -Si-O-Si (또는 Al)결합을 직선으 로 표시. -대부분 2차적인 빌딩블록.제올라 이트 A,X,Y등은 sodalite구조(꼭지 점이 잘려나간 정팔면체). -제올라이트 A는 sodalite 8개가 정육면체 형태로 모인 구조. -제올라이트가 중요하게 응용되는 특성은 골격밖에 존재하는 양이온. -실리카의 상대적인 양이 많을수록 구조가 견고해지는 특성

pentasil 이차 빌딩블록을 가진 제올라이트 (ZSM-5, Modenite) 5.1 X 5.6Å원통형의 세공과 5.4X5.6Å크기의 지그재 그형태의 세공이 서로 교차. Modenite는 한방향으로 난 세공구조. 12각형의 세공과 팔각형의 세공이 공존.

합 성 수열합성법. 졸겔공정 Silica & alumina 비정질 겔의 형성 전구물질 균일한 세공을 Templates에 결정화 Gelation of aluminosilicate 수화반응 결정화 소성 또는 추출 주형의 제거 Silica & alumina 전구물질 비정질 겔의 형성 균일한 세공을 가진 제올라이트 형성 Templates에 결정화

응 용 1. 건조제로의 응용 2. 이온교환에 응용 3. 흡착제로의 응용 4. 촉매로의 응용 -실험실에서 사용하는 제올라이트 A. 2. 이온교환에 응용 -70% 가량이 세제에 사용. 3. 흡착제로의 응용 -표면적이 아주 높으며, 다공성 구조, 균일한 세공크기. chabazite – 이산화황 제거. 4. 촉매로의 응용 -표면적이 넓고, 대부분의 촉매활성점이 노출, 열안정성 우수. -균일한 세공, 많은 동공.

활성탄 정의 화학적인 구조 -흡착성이 강하고, 대부분의 구성물질이 탄소질로 된 물질. -방향족 고리가 아주 불규칙 배열. -표면이 소수성이기 때문에 비극성 화합물들을 잘 흡착. -표면의 산소화합물이 있을 경우, 재의 함유 등에 따라 극성 화합물을 잘 흡착. -산성도는 일반적으로 산소의 양이 많을수록 증가.

물리적인 구조 -산소, 수소, 최고 20%정도의 미네랄(ash) 포함. -비흑연화 탄소 ㉠ 온도를 2700℃이상 올려 carbonization을 하여도 흑연으로 바뀌지 않는 탄소. ㉡ char가 탄소화 과정에서 용융 상태를 거치지 않고 바로 탄소로 전환. -흑연화 탄소 : 흑연에 가까운 탄소.

흡착 성질 요오드 흡착 -일반적인 가스흡착에 의한 표면적을 재는 것을 보완. -Iodine numbers란 탄소그램당에 흡착되는 요오드 mg수로 표현. Methylene Blue흡착 -이 분자의 크기와 유사한 큰 분자들의 흡착능을 결정. 페놀 흡착 -음용수에 응용하는 흡착능을 조사. -페놀의 weight %수로 표시. Molasses decolorization -설탕의 탈색에 응용하는데 흡착능을 조사하는 실험. 부탄 흡착 -기체상태의 흡착능을 조사.

제 조 원료 물질 원료 물질 선정 기준 물리적 화학적인 활성화 후처리 재 생 -탄소를 포함한 나무, 토탄, 숯, 석탄, 야자나무 껍질, 석유 코크, 갈탄 등. 원료 물질 선정 기준 물리적 화학적인 활성화 후처리 -무기물인 재를 제거하기 위해 염산 등을 이용. 재의 함유가 1%이하로 떨어짐. 재 생 -열을 가하거나 진공으로 처리하여 흡착되어 있는 물질들을 탈착. 활성탄의 수율이 좋을 것. 무기물의 함량이 적을 것. 쉽게 구할 수 있고 값이 쌀 것. 보관할 때 분해되지 않을 것.

응용 및 시장성과 향후 전망 기상 공정의 응용 액상 공정의 응용 -가스 정제에의 응용 : 오염가스를 흡착으로 제거. -용매 회수 : 공기 흐름에서 용매 증기를 제거. -촉매로의 응용 : 활성탄 자체가 촉매로 이용되거나 담체로 이용. 액상 공정의 응용 -수처리 공정에 응용 : 전체 사용량의 80%를 차지. ㉠응용수 수처리 공정 : 물속에 있는 냄새나 맛을 제거,유기물 제거 ㉡폐수처리공정 : 부유물과 녹지 않은 기름 성분 등을 제거. ㉢지하수나 그 외의 처리 전 세계적으로 연간 약 50만톤. 환경문제가 점점 심각해지면서 향후 전망 밝음.

형광체 정 의 형광체에 사용되는 물리적인 과정 -형광을 내는 물질로 에너지를 전자기파로 변환하는 고체물질. ㉠에너지의 흡수. ㉡활성화제로부터의 빛의 방출. ㉢발광효율을 떨어뜨리는 비발광과정에 의한 바닥 상태로의 전이. ㉣발광 중심 사이에서의 에너지 전이.

녹색 : Zn(Ga,Al)2O4:Mn, Al³+ 등 형광체의 종류 형광등에 사용되는 형광체 -광자발광, Eu²+, Ce³, Gd³+, Tb³+, Y³+, Eu³+ 등. 레이저 형광제 -유도 방출에 의해 빛이 나오는 형광체로 루비(Al2O3:Cr3) 등. X선 사진에 사용되는 형광체 -CaWO4, 섬광제 등. 음극관에 사용되는 형광체 빨강 : Y2O3:Eu, Y2O2:Eu3 녹색 : Zn(Ga,Al)2O4:Mn, Al³+ 등 파랑 : Y2Si5O5Ce³+, ZnGa2O4

실리콘 Silicon Silicone 실리콘 -원소기호 Si, 암회색의 금속 -유기기를 함유한 규소와 산소 등이 화학적으로 서로 연결된 폴리머. 실리콘 -유기성과 무기성을 겸비한 독특한 화학재. -규소가 실록산결합 (Si-O-Si)에 의해 연결되어 생긴 폴리머. -100% 인공적 합성.

실리콘 오일 특 징 사슬모양의 분자구조, 실록산 결합. 점성도의 온도의존성이 낮음 전기절연성이 우수(절연유로 사용). 특 징 사슬모양의 분자구조, 실록산 결합. 점성도의 온도의존성이 낮음 전기절연성이 우수(절연유로 사용). 내열성 및 물리적, 화학적 안정성이 우수. 증기압이 높으며, 인화점이 낮고, 유동점도 낮음. 독특한 윤활성, 압축율이 큼. 온도에 의한 용적 변화가 큼. 전단저항성이 크며, 발수성, 소포성 존재.

표면 장력이 작고 타 물질에 용해 용이. 생리적인 불활성 존재. 이형성, 비점착성을 부여.

실리콘 레진 정 의 용도의 따른 분류 -100% 실리콘레진 및 그 용액이 실리콘레진을 함유한 것. 순 실리콘 바니시 -2관능성 단위와 3관능성 단위의 조합, 또는 3관능성 단위만으로 구성. -4종의 클로로실란을 응용, 배합, 가수분해하여 제조.

-실리콘레진은 내열성, 내후성이 우수한 반면, 분자간의 힘과 접착 력, 내용제성이 떨어지며, 경환온도도 높음. 실리콘 중간체 -실리콘레진은 내열성, 내후성이 우수한 반면, 분자간의 힘과 접착 력, 내용제성이 떨어지며, 경환온도도 높음. -결점 개선을 위해 유기수지와의 변성. 실리콘 변성 바니시 -실리콘 알키드 바니시, 실리콘 에폭시 바니시, 실리콘 폴리에스테르 바니시, 열경화성 아크릴수지 등이 있다. Si-OH + HO-C -> Si-O-C + H2O Si-OCH3 + HO-C -> Si-O-C + CH3OH

특 징 용액, 무용제 형태 ㉠용액형태 : 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 알코올 등의 단일 또는 혼합용제를 사용한 용액형태, 불휘발분이 30~ 60% 정도. ㉡무용제 형태 : 상온에서 액상인 것과 고형 또는 분말형태의 종류. 특 징 ① 기계적, 물리적 특성 -비중은 약 1.05 ~ 1.23 -기계적 강도는 곁사슬기의 종류에 따라 다름. -충격강도는 탄소계 수지보다 일반적으로 낮다. -고주파 전기특성은 떨어짐.

② 내열성 -180~220℃에서 연속 사용 가능. -간헐적으로 300 ℃의 온도에도 견딘다. -고무모양 제품은 -75~200 ℃정도, 적층제품은 -115~260 ℃. ③ 전기특성 -전기 절연성 우수. ④ 내습, 내수성 -물과 친화성이 있는 극성기를 갖지 않고, 물에 대한 접촉각이 커서 내수성과 내습성이 뛰어남. ⑤ 내약품성 -유기수지로 변성함에 따라 내약품성을 향상시킴.

⑥ 내후성 -실리콘 함유량이 많을 수록 내후성이 뛰어남. ⑦ 난연성 -실리콘 바니시 도막은 산소 농도 35% 이상을 필요로 하므로 일반 플라스틱(산소농도 20~29%)에 비해 타지 않음. -코일함침용, Mica 접착용, 적층판용, 도료용 실리콘 바니시, 하드 코트 레진, 실리콘 몰딩 콤파운드, 이형 실리콘 등이 있음.

실리콘 고무 정의 구조 -규소 고무라고도 한다. -상온에서도 약간의 유동성을 띠는 무색 또는 희미한 황색의 탄성 고체. -시판되고 있는 것 중에는 메 틸기 －CH3 의 일부가 페닐기 －C6H5나 비닐기 －CH2＝CH 로 치환되어 있는 것도 있다.

특 성 ①실리콘 오일보다 분자량이 큰 것으로, 분자량은 수십만 정도이고, 비중 0.98, 굴절률 1.40. ②내열성 우수 (215~315℃), 내한성 우수 (-65~-95℃) ③뛰어난 전기절연성, 체적저항, 절연파괴도 등이 우수. ④난연성 소재. 연소시 유해가스 발생 안함. ⑤오존에 저항력을 가지며, 내후성이 있음. ⑤기계적 물리적 성질 우수.

⑥무미, 무취, 무독성. ⑦내습, 내수성 우수.

참고 문헌 무기 공업 화학 – 한국 공업 화학회 편 (청문각) 최신 고분자 화학 – 강두환 외 5명 (시그마프레스) 네이버 백과사전. http://203.236.241.241/~samchully/board3/attach/aco_05_aczeolight.hwp http://www.chosun.ac.kr/~jklee/cyber/down/eng/10-11.hwp