48. 레이온(인조견사)의 합성
천연 섬유를 재생한 것을 재생 섬유라 하고, 그 대표 적인 것이 레이온이다. 여과지 속의 셀룰로스를 용해하고 산성 용액에 침전하여 레이온으로 재생한다.
주의
안전한 보안경을 착용한다. 이 실험은 반드시 후드 속에서 실시한다.
준비물
기구 : 500 mL 비커, 피펫, 깔때기, 스포이트, 바늘
재료 : CuSO4, 0.5 M H2SO4, 진한 암모니아수
과정
1. 수산화구리(Ⅱ) 용액
a. 500 mL 비커에 125 mL의 물을 붓는다.
b. 포화상태에 이를 때까지 황산구리를 넣어 준다.
c. 일정하게 저어 주면서 푸른 녹색을 띤 침전이 생길 때까지 진한 암모니아수 수용액을 한 방울씩 계속 떨어뜨린다. 한꺼번에 너무 많이 암모니아 수용액을 넣지 말라. 만약 용액이 어두운 푸른색으로 되면 다시 암모니아 수용액을 첨가한다.
2. 만들어진 수산화구리(Ⅱ) 용액을 여과지로 여과한다. 이것을 한 번 씻은 다음 여과 액을 버린다.
3. 여과지와 침전물을 새로운 500 mL 비커에 넣고 두 장의 여과지를 잘게 찢어 넣고 비커를 자기 교반기에 위에 놓은 다음 100 mL의 진한 암모니아 수용액을 첨가한다. 종이가 모두 녹아 잘 부을 수 있게 묽게 될 때까지 젖기를 계속한다. 약 3 분이 걸릴 것이다.
4. 200 mL의 0.5 M 황산 용액을 넓은 접시에 넣는다.
5. 피펫에 3에서 만든 푸른 용액을 채운다. 피펫 끝을 황산 표면 안쪽에 갖다 놓고 가볍게 푸른 용액을 분출시킨다. 일정한 압력으로 분출하면 레이온의 실을 얻어낼 수 있을 것이다.
6. 몇 분 동안 레이온의 실을 관찰하고 흰색으로 변했을 때 실을 꺼내 몇 차례 씻은 다음 말린다.
반응
1. 수산화구리는 황산구리(Ⅱ)와 암모니아수의 반응으로 얻어진다.
Cu2+(aq) + 2OH-(aq) → Cu(OH)2(s)↓
푸른 녹색
2. 수산화구리는 더해진 암모니아수와 더 반응해서 수산화사아민구리(Ⅱ) Cu(NH3)4(OH)2를 형성하여 녹는다
Cu(OH)2(s) + 4NH4OH(aq) → Cu(NH3)4(OH)2(aq) + 4H2O(l)
3. 여과지 (셀룰로스)는 이 화합물에 녹아서 산성화되어 레이온의 중합체로 재생된다. 물에 녹지 않고 산성 용액에서 침전한다.
물음
1. 레이온의 겉보기는 어떠한가?
2. 셀룰로스를 용해시키는 것에는 어떠한 것들이 있는가?
3. 여과지 외에 다른 셀룰로스의 재료를 사용할 수 있는가?
풀이
1. 광택을 지닌 비단처럼 부드럽다.
2. 쉬바이쩌 시약, 수산화나트륨, 무수아세트산, 아세트산
3. 탈지면, 톱밥, 얇은 나무 조각, 등을 사용할 수 있다.
도움말
1. 레이온을 만드는 과정은 때때로 cuprammonium 과정으로 불린다.
2. 나무 조각은 셀룰로스의 시판용 재료이다
3. 암모니아수는 농축되어 있다 이 용액을 다룰 때는 주의해야 한다. 진한 암모니아수를 사용 시에는 장갑, 보호 안경, 얼굴 마개 등을 착용해야 한다.
4. 그 밖의 레이온을 만드는데 더 나은 방법이 사용된다. 비스코스 생성 과정에서 셀룰로스는 수산화나트륨과 이황화탄소로 처리된다. 그리하여 셀룰로스는 끈끈한 노란 색의 액체인 비스코스로 변화하게 된다. 시간이 지난 후 비스코스는 묽은 황산과 황산수소 용액에 분출되어 거기에서 레이온이 형성된다.
5. 수산화사아민구리(Ⅱ)수용액을 쉬바이쩌(shweitzer)시약이라고도 한다.
참고문헌
L.R. Summerlin, and J.L. Ealy, Jr. (1988) Chemical Demonstrations, Vol. 1, p. 174, American Chemical Society.