KR100520255B1 - 나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법, 그로부터제조된 전도성 고분자 입자, 및 그것의 용도 - Google Patents

나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법, 그로부터제조된 전도성 고분자 입자, 및 그것의 용도 Download PDF

Info

Publication number
KR100520255B1
KR100520255B1 KR10-2002-0081377A KR20020081377A KR100520255B1 KR 100520255 B1 KR100520255 B1 KR 100520255B1 KR 20020081377 A KR20020081377 A KR 20020081377A KR 100520255 B1 KR100520255 B1 KR 100520255B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silica
particles
conductive polymer
polymer particles
silica particles
Prior art date
Application number
KR10-2002-0081377A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20040054346A (ko
Inventor
장정식
김봉가
Original Assignee
주식회사 동운인터내셔널
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 동운인터내셔널 filed Critical 주식회사 동운인터내셔널
Priority to KR10-2002-0081377A priority Critical patent/KR100520255B1/ko
Publication of KR20040054346A publication Critical patent/KR20040054346A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100520255B1 publication Critical patent/KR100520255B1/ko

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/26Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a solid phase from a macromolecular composition or article, e.g. leaching out
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J20/00Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof
    • B01J20/28Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties
    • B01J20/28054Solid sorbent compositions or filter aid compositions; Sorbents for chromatography; Processes for preparing, regenerating or reactivating thereof characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08JWORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/12Powdering or granulating
    • C08J3/128Polymer particles coated by inorganic and non-macromolecular organic compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34Silicon-containing compounds
    • C08K3/36Silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/011Nanostructured additives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)
  • Polyoxymethylene Polymers And Polymers With Carbon-To-Carbon Bonds (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

본 발명은 실리카 입자를 템플레이트(template)로 이용하여 나노기공의 전도성 고분자 입자를 제조하는 방법, 그로부터 제조된 나노기공의 전도성 고분자 입자, 및 그것의 용도에 관한 것으로서, 실리카 졸 수용액 환경하에서 실리카 입자의 표면을 비닐계 실란 화합물로 개질(소수성 표면 개질)하고, 여기에 소수성 단량체를 첨가하여 교반함으로써 소수성 실리카 입자를 소수성 단량체로 감싸며, 이러한 상태에서 산화제를 첨가하여 상기 단량체를 중합반응시켜 실리카/고분자 복합체를 형성한 후, 산 또는 염기를 사용하여 템플레이트로 사용된 실리카를 제거하면, 실리카의 입경에 상응하는 평균 나노기공을 가진 전도성 고분자 입자를 제조하는 방법과, 그러한 방법으로 제조된 나노기공 전도성 고분자 입자, 및 그것의 용도를 제공한다.

Description

나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법, 그로부터 제조된 전도성 고분자 입자, 및 그것의 용도 {METHOD OF PREPARING CONDUCTIVE POLYMER PARTICLES WITH NANOPORES, CONDUCTIVE POLYMER PARTICLES PREPARED THEREFROM, AND THEIR USES}
본 발명은 실리카 입자를 템플레이트(template)로 사용하여 나노기공의 전도성 고분자 입자를 제조하는 방법, 그로부터 제조된 전도성 고분자 입자, 및 그것의 용도에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 실리카 입자 표면을 소수성으로 표면처리한 후, 이를 소수성의 단량체로 감싼 뒤 중합하여 실리카/고분자 복합체를 형성하고, 산 또는 염기에 의해 템플레이트로 사용된 실리카 입자를 제거함으로써, 수 나노미터 내지 수십 나노미터의 나노기공을 가진 큰 표면적의 전도성 고분자 입자를 제조하는 방법, 그로부터 제조된 나노기공을 가진 전도성 고분자 입자, 및 그러한 나노기공의 전도성 고분자 입자를 중금속 흡착체 등에 사용하는 용도를 제공한다.
본 발명에 따라 제조된 나노기공성의 전도성 고분자 입자는 고분자 자체의 전도성과 큰 표면적으로 인해 다양한 용도에 사용될 수 있고, 경우에 따라서는 나노기공에 다른 물질(예를 들어, 금속 원자)을 첨가하여 독특한 물성의 나노 복합체로 사용될 수 있는 등 그 응용 가능성이 매우 큰 특징을 가진다.
일반적으로, 전도성 고분자는 다양한 방법에 의해 제조되는바, 예를 들어, 폴리피롤은 전기적 중합법이나 화학적 중합법에 의해 제조될 수 있다. 폴리피롤의 경우, 전기적 중합법에 의해서는 필름(film) 형태의 화합물이 얻어지고, 화학적 중합법에 의해서는 파우더(powder) 형태의 화합물이 얻어진다. 지금까지 알려져 있는 전도성 고분자의 용도로는, 폴리머 전지, 축전기, 정전기 방지제, 전도성 섬유, 전자기파 차폐제(electromagnetic shielding), 센서, 촉매, 엑츄에이터(actuator), 일렉트로플레이팅(electroplating), 멤브레인(membrane) 등이 있다. 그러나, 전도성 고분자만으로는 여러 가지 물성, 즉, 전기적 전도성이나 자기적 성질(magnetic property), 가공성(processability) 등에 한계가 있어 응용범위가 한정되어 왔던 것이 사실이다.
한편, 나노기술의 발전에 따라, 나노기공을 가진 소재의 제조방법으로서 다양한 방법들이 개발되고 있고, 그 중의 하나는 템플레이트를 사용하여 복합체를 형성한 후 템플레이트를 제거함으로써, 제거된 템플레이트의 자리에 기공을 형성하는 방법이 있다. 예를 들어, 한국특허출원공개 제2000-8469호에는, 실리카를 계면활성제로 도포한 후, 이를 레졸시놀/포름알데히드 혼합물에 첨가하여 분산시키고, 이를 고온에서 열처리하여 중합 및 탄화시킨 뒤, 산 또는 염기로 실리카를 제거하여 나노기공을 가진 탄소재료를 제조하는 방법이 개시되어있다.
그러나, 이러한 방법으로 전도성 고분자 중합용 단량체를 사용하여 나노기공성의 전도성 고분자 입자를 제조함에는 한계가 있다. 일반적으로 전도성 고분자 중합용 단량체는 소수성으로서 친수성의 실리카가 분산되기 어려우며, 상기 방법과 같이 계면활성제를 이용하여 분산성을 높이는 경우에는 상기 단량체의 중합반응에 대한 계면활성제의 저해작용으로 소망하는 중합도를 이룰 수 없기 때문이다. 또한, 상기와 같은 방법으로는, 크기가 상대적으로 큰 구조체의 제조는 가능하지만, 입자상의 나노기공 전도성 고분자를 제조할 수는 없다.
따라서, 다양한 응용 가능성을 가진 나노기공의 전도성 고분자 입자를 제조하기 위해서는 새로운 방법의 개발이 강력히 요구된다.
본 발명은 목적은 소수성의 단량체와 템플레이트로서 실리카 입자를 사용하여 수 나노미터 내지 수십 나노미터의 기공을 가진 전도성 고분자 입자의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 방법으로 제조된 나노기공을 가진 전도성 고분자 입자를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 이러한 나노기공의 전도성 고분자 입자를 사용하여, 예를 들어, 중금속을 제거하는 등의 다양한 용도를 제공하는 것이다.
본 발명자들은 종래기술의 문제점에 대해 예의주시하고 다양한 실험과 연구를 행한 끝에, 실리카 졸 수용액 환경하에서 실리카 입자의 표면을 비닐계 실란 화합물로 개질(소수성 표면 개질)하고, 여기에 소수성 단량체를 첨가하여 교반함으로써 소수성 실리카 입자를 소수성 단량체로 감싸며, 이러한 상태에서 산화제를 첨가하여 상기 단량체를 중합반응시켜 실리카/고분자 복합체를 형성한 후, 산 또는 염기를 사용하여 템플레이트로 사용된 실리카를 제거하면, 실리카의 입경에 상응하는 평균 나노기공을 가진 전도성 고분자 입자가 형성된다는 사실을 발견하고 본 발명에 이르게 되었다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법은,
(A) 평균 입경이 수 나노미터 내지 수십 나노미터인 콜로이드 실리카 입자를 포함하고 있는 실리카 졸 수용액에 비닐계 실란을 첨가하여, 상기 실리카 입자의 표면을 비닐계 실란에 의해 소수성으로 개질하는 단계;
(B) 소수성으로 표면개질된 상기 실리카 입자를 포함하고 있는 용액에 소수성의 단량체(전도성 고분자 중합용 단량체)를 첨가하여, 상기 소수성 단량체에 의해 상기 실리카 입자를 감싸는 단계;
(C) 산화제를 상기 혼합 용액에 첨가하여 단량체를 중합함으로써, 실리카/고분자 복합체를 제조하는 단계; 및,
(D) 상기 실리카/고분자 복합체를 산 또는 염기 용액에 넣어 처리함으로써, 실리카 입자를 제거하는 단계를 포함하는 것으로 구성되어있다.
본 발명에 있어서 사용된 용어인 "나노기공"은 수 나노미터 내지 수십 나노미터의 기공을 의미하며, 수 나노미터는 1 ~ 9 nm를 의미하고, 수십 나노미터는 10 ~ 99 nm를 의미한다. 바람직하게는 본 발명에서의 나노기공은 1 ~ 9 nm의 수 나노미터이다.
본 발명의 방법에 의해 제조된 전도성 고분자는 파우더 형태의 입자상으로 얻어지며, 템플레이트로 사용된 실리카 입자의 크기에 상응하는 수 나노미터 내지 수십 나노미터의 평균 기공과 적어도 200 ㎡/g 이상의 높은 표면적을 가진다.
단계(A)에서 사용되는 실리카 졸 수용액(colloidal silica sol suspension solution)은, 그것에 포함되어있는 실리카 입자들이 염기성 분위기(pH=10)의 수용액에서 서로 엉겨있지 않고 표면의 OH-기로 인한 전기적인 반발력에 의해 안정화되어 있다. 그러한 대표적인 예로는, 현재 시판중인 Ludox SM-30 silica sol 이며, 그것에 콜로이드 상태로 포함되어있는 실리카는 평균 7 ㎚의 직경과 평균 345 ㎡/g의 비표면적을 가진다.
이러한 실리카 졸 수용액에 비닐계 실란을 첨가하여 적절히 교반하면, 실리카 입자의 표면의 OH-기와 가수분해된 실란의 OH-기 사이의 축합반응에 의해서, 실리카 입자의 표면은 소수성으로 개질된다. 이러한 소수성 표면개질에 의해, 각 입자들이 반응 중에 서로 뭉치는 것을 방지할 수 있고, 또한 소수성 단량체만으로 실리카 표면을 효과적으로 감쌀 수 있다.
실리카 입자의 표면 개질에 사용될 수 있는 상기 비닐계 실란으로는, 비닐 트리클로로실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐 트리메톡시실란, 클로로디메틸비닐실란 등이 있으며, 본 발명에 특히 바람직하게 사용될 수 있는 비닐계 실란으로는 클로로디메틸비닐실란이 있다.
비닐계 실란의 첨가량은 상기 설명한 바와 같이 실리카 졸 수용액내의 실리카 입자의 표면을 소수성으로 개질할 수 있을 정도라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 평균 입경 7 ㎚인 실리카 입자 1 g을 소수성으로 표면개질하고자 할 때에는 클로로디메틸비닐실란의 경우 대략 0.3 ~ 1.5 g 량이 필요할 수 있다.
실리칸 입자의 상기 표면개질은 실리카 졸 수용액에 비닐계 실란 화합물을 첨가한 후 교반함으로써 행한다.
단계(B)에서 사용될 수 있는 전도성 고분자 중합용 단량체는 그 자체가 소수성을 가진 것이라면 특별히 제한이 없으나, 폴리피롤 중합용 단량체인 피롤, 폴리아닐린 중합용 단량체인 아닐린, 폴리티오펜 중합용 단량체인 티오펜 등이 특히 바람직하다.
실리카 입자의 표면이 소수성으로 개질된 상태에서 소수성의 단량체를 첨가한 후 교반하면, 소수성 실리카 입자가 소수성 단량체에 의해 용이하게 감싸여질 수 있다.
소수성 실리카 입자를 감싸고 있는 단량체들은 인접한 단량체들과 응집되어 약 50 내지 200 ㎚의 입경을 가진 구상의 중합단위를 형성한다. 이러한 구상 중합단위는 단계(C)에서의 중합반응에 의해 거의 동일한 크기의 실리카/고분자 복합체를 형성하게 된다.
본 발명자들의 연구 결과에 의하면, 실리카 입자에 대한 소수성 단량체의 사용량은 최종적으로 제조된 나노기공성의 전도성 고분자 입자의 물성에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 템플레이트로 사용되는 실리카 입자의 첨가량이 지나치게 적으면 최종적으로 제조된 고분자 입자의 표면적이 작아지므로 적합하지 않으며, 반대로 실리카 입자의 첨가량이 지나치게 많으면 최종적으로 제조된 고분자 입자의 물리적 구조가 불안정하게 되어 기공을 유지하지 못하고 무너질 수 있기 때문이다. 특히, 물리적 구조의 안정성은 고분자 자체의 물성과도 관련이 있다. 예를 들어, 폴리피롤의 경우, 단계(C)에서 얻어지는 실리카/고분자 복합체의 전체 중량을 기준으로 30 내지 50 중량%으로 실리카 입자가 첨가될 때, 200 ㎡/g의 높은 비표면적과 우수한 구조 안정성을 가지는 것으로 실험 결과 확인되었다. 특히, 상기 첨가량이 35 내지 45 중량%일 때에는 300 ㎡/g의 매우 높은 비표면적과 더욱 우수한 구조 안정성을 가진 고분자 입자가 형성된다.
단계(C)에서 산화제(oxidant)를 첨가하여, 실리카 입자를 감싸고 있는 단량체를 중합시키게 되는데, 단계(B)에서의 반응계가 액상이므로, 산화제를 일정량 물에 녹여 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 산화제는 단량체의 중합 개시제로서의 역할 이외에 중합된 고분자에 더욱 높은 전도성을 부여하는 도펀트(dopant)로서의 역할도 한다.
본 발명에 사용될 수 있는 산화제로는 삼염화철 (FeCl3), 과산화이황산암모늄((NH4)2S2O8), 질산철 (Fe(NO3) 3), 요오드 (I2) 등이 있으며, 이들 중 상기 이중적인 역할과 반응계의 조건 등 여러 요인을 고려할 때 삼염화철(FeCl3)이 특히 바람직하다.
중합 반응은 실온에서 행할 수 있으며, 대략 1 내지 10 시간의 교반을 통해 행해질 수 있다. 중합반응을 통해 얻어지는 실리카/고분자 복합체의 입자 크기는 용매의 종류 및 그 양 등에 의해 결정될 수 있으므로, 최종적으로 제조하고자 하는 나노기공성의 전도성 고분자 입자의 크기를 고려하여 이들 조건들을 결정할 수 있다.
산화제는 단량체의 량을 기준으로 2.3 배 내지 4 배 량으로 첨가될 수 있지만, 이들 범위에 한정되지 않고, 단순한 중합반응의 촉매로서의 량이나 도펀트로서의 량으로서, 상기 범위보다 적거나 많을 수 있다.
중합반응이 완료된 후, 바람직하게는, 실리카/고분자 복합체를 포함하고 있는 혼합물을 진공 흡입하여 수분을 제거하고, 증류수로 세척하여 미반응 비닐계 실란, 실리카 입자, 산화제 등을 제거하는 단계를 더 거친다.
단계(D)에서, 상기 실리카/고분자 복합체를 산 또는 염기 수용액에 침지하여 템플레이트로 사용된 실리카를 제거한다. 본 발명에 사용되는 산 또는 염기는 실리카 입자를 용해, 분해 등에 의해 제거할 수 있는 산 및 염기로서 공지되어있는 것들이 다양하게 사용될 수 있으며, 실리카의 효율적인 제거를 위해 산 또는 염기의 종류에 따라 반응 조건을 달리할 수 있다. 바람직하게는, 상기 실리카/고분자 복합체를 HF 수용액에 넣고 실온에서 3 내지 9 시간 동안 반응시키는 방법, NaOH 수용액에 넣고 약 100℃에서 1 내지 5 시간 동안 반응시킨다.
실리카 입자의 제거에 사용된 물질의 종류에 따라 최종 나노기공성 고분자 입자의 표면 물성이 달라질 수 있다. 예를 들어, 실리카 입자의 제거에 강염기(NaOH)를 사용한 경우에는 도펀트 이온들이 제거되어 다른 이온들이 흡착할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 또한 상기 방법에 의해 제조된 나노기공을 가진 전도성 고분자 입자에 관한 것이다. 앞서의 설명과 같이, 최종적으로 제조된 고분자 입자의 크기는 상기 실리카/고분자 복합체의 입자 크기와 거의 상응한다.
본 발명의 방법으로 제조된 나노기공성의 전도성 고분자 입자는 다양한 용도에 사용될 수 있는바, 예를 들어, 촉매담체, 나노복합체, 중금속 제거용 흡착체 등을 대표적으로 들 수 있다. 특히, 본 발명자들의 실험에 의하면, 본 발명의 방법으로 제조된 나노기공성 폴리피롤 입자는 수은, 은, 납 등과 같이 특정한 중금속에 대해 높은 흡착효율을 가진다는 놀라운 사실을 확인하였다. 따라서, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 나노기공성 폴리피롤 입자를 사용한 중금속 제거방법을 제공한다. 그러나, 본 발명은 앞서의 설명과 같이 이러한 특정 응용예에 한정됨이 없이, 나노기공을 가진 전도성 고분자 입자가 사용될 수 있는 다양한 분야에 적용되며, 이들 용도는 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
[실시예]
이하, 실시예를 참조하여 본 발명의 내용을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
30 ㎖의 증류수를 담은 반응기에 Ludox SM-30 실리카 졸 4 ㎖와 클로로디메틸비닐실란 2 ㎖를 첨가한 혼합용액을 12 시간 동안 교반하여 실리콘 입자를 소수성으로 표면개질하였다. 그런 다음, 소수성의 피롤 단량체 1.34 g을 넣고 3 시간 더 교반시켜, 피롤 단량체가 소수성으로 표면개질된 실리카 입자를 감싸도록 하였다. 그리고, 산화제인 염화철(Ⅲ) 7.76 g을 증류수 10 ㎖에 녹여 상기 혼합물에 첨가하고, 피롤을 상온에서 4 시간 동안 중합시켰다. 본 실험에서의 염화철(Ⅲ) : 피롤의 몰비는 2.33 : 1 이다. 얻어진 검은색의 실리카/폴리피롤 복합체를 증류수 200 ㎖로 세척하고, 50℃ 오븐에서 건조시켰다. 건조된 복합체 3 g을 불산(HF) 용액 50 ㎖ 에 넣고 6 시간 동안 교반하여, 폴리피롤 입자 내부에 있는 실리카 입자를 제거하였다.
제조된 나노기공성 폴리피롤을 투과전자현미경(TEM)과 비표면적 분석기를 이용하여 분석한 결과, 약 7 ㎚의 평균 기공과 약 306 ㎡/g의 비표면적을 가진 나노기공성 폴리피롤이 얻어졌음을 확인할 수 있었다. 도 1에는 본 실시예에서 제조된 나노기공의 전도성 폴리피롤 입자의 TEM 사진이 개시되어있다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 실험에 의해 입경이 100 ㎚ 전후인 폴리피롤 입자가 얻어졌고, 입자의 표면에 다수의 나노기공이 형성된 것을 확인할 수 있다.
[실시예 2 - 6]
실리카 입자의 함량에 따른 기공형성 및 비표면적의 변화를 알아보기 위하여, Ludox SM-30의 양을 0, 1, 2, 6 및 8 ㎖로 변화시켜 실시예 1과 동일한 방법으로 실험을 행하였다.
실시예 1과 마찬가지로, 염화철(Ⅲ) : 피롤의 몰비는 2.33 : 1로 고정하고, 클로로디메틸비닐실란의 양은 Ludox SM-30의 절반으로 고정시켰다.
실험 과정에서 얻어진 실리카/폴리피롤 복합체를 열중량분석기(TGA)을 이용하여 산소 분위기하에 800℃ 까지 측정하여 간접적으로 실리카/폴리피롤 복합체의 실리카 함량을 분석하였고, 최종적으로 제조된 폴리피롤 입자를 비표면적 분석기로 측정하여 비표면적을 확인하였다. 그 결과를 하기 표 1에 나타낸다.
실시예 Ludox SM-30 (㎖) 실리카 함량 (wt%) 비표면적 (㎡/g)
2 0 0 85
3 1 22 145
4 2 34 212
1 4 46 306
5 6 53 178
6 8 65 135
상기 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 나노기공성 폴리피롤의 비표면적은 실리카 함량과 관계가 있음을 알 수 있고, 어느 한계값 이상에서는 오히려 표면적이 감소하는 것을 알 수 있다. 즉, 과다한 실리카 함량은 폴리피롤의 물리적 구조를 불안정케 하여, 기공을 유지하지 못하고 무너지는 것으로 추측된다.
[실시예 7]
본 발명에 따라 제조된 나노기공의 전도성 폴리피롤 입자가, 그 자체로 우수한 표면 작용기를 이용하여 흡착제의 용도로서 사용될 수 있음을 확인하기 위해, 중금속 제거 실험을 행하였다.
중금속으로는 질산염 형태의 수은, 은, 납, 구리, 크롬, 카드늄 및 니켈을 각각 사용하였고, 실험과정에서 중금속 이온의 침전을 방지하기 위해서 질산용액을 사용하였다. 또한, 본 실험에 사용된 나노기공의 폴리피롤 입자는 염기 표면처리를 위해서, 강염기(NaOH)로 실리카를 제거하였다 (나머지 과정은 실시예 1과 동일함). 0.1 g 정도의 나노기공성 폴리피롤을 100 ppm 정도의 중금속 용액 50 ㎖에 넣고 3 시간 교반시키고, 교반 전후의 중금속 이온의 농도를 유도결합 플라즈마 방출분광기(ICP-AES)를 이용하여 분석하였다.
각 중금속 이온에 대한 흡착효율은 표 2에 나타낸다.
중금속 이온 제거효율 (mmol/g)
수은 0.97
0.75
0.33
니켈 0.03
구리 0.02
카드늄 0.01
크롬 0.01
상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 나노기공성 폴리피롤은 수은, 은 및 납에 대하여 선택적으로 높은 흡착효율을 나타내고 있으며, 이는 중금속 흡착체로서 나노기공성 폴리피롤을 이용할 수 있음을 나타내고 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 가하는 것이 가능할 것이다.
본 발명의 제조 방법에 의하면, 매우 저렴하고 간단한 방법에 의해 매우 균일한 분포로 나노기공을 가진 전도성 고분자 입자를 제조할 수 있으며, 그렇게 제조된 나노기공의 전도성 고분자 입자는 넓은 표면적으로 인해 중금속 흡착체와 같은 용도 뿐만 아니라 제 2의 물질을 나노기공 등에 포함시켜 전도성 고분자의 특성과 기타 다양한 응용성을 가진 복합제에 사용될 수 있는 잠재적인 용도를 가지고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 나노기공의 전도성 폴리피롤 입자의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.

Claims (8)

  1. (A) 평균 입경이 수 나노미터 내지 수십 나노미터인 콜로이드 실리카 입자를 포함하고 있는 실리카 졸 수용액에 비닐계 실란을 첨가하여, 상기 실리카 입자의 표면을 비닐계 실란에 의해 소수성으로 개질하는 단계;
    (B) 소수성으로 표면개질된 상기 실리카 입자를 포함하고 있는 용액에 소수성의 단량체(전도성 고분자 중합용 단량체)를 첨가하여, 상기 소수성 단량체에 의해 상기 실리카 입자를 감싸는 단계;
    (C) 산화제를 상기 혼합 용액에 첨가하여 단량체를 중합함으로써, 실리카/고분자 복합체를 제조하는 단계; 및,
    (D) 상기 실리카/고분자 복합체를 강염기 용액에 넣어 처리함으로써, 실리카 입자를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고분자 입자의 기공의 평균 직경이 1 내지 9 ㎚인 것을 특징으로 하는 나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 고분자 중합용 단량체가 피롤이고, 상기 산화제가 삼염화철(FeCl3)인 것을 특징으로 하는 나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 비닐계 실란이 클로로디메틸비닐실란인 것을 특징으로 하는 나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 단계(C) 이후 및 단계(D) 이전에, 실리카/고분자 복합체를 포함하고 있는 혼합물을 진공 흡입하여 수분을 제거하고, 증류수로 세척하여 미반응 비닐계 실란, 실리카 입자, 산화제 등을 제거하는 단계를 더 거치는 것을 특징으로 하는 나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 단계(D)에서, 상기 실리카/고분자 복합체를 NaOH 수용액에 넣고 약 100℃에서 1 내지 5 시간 동안 반응시켜 실리카 입자를 제거하는 것을 특징으로 하는 나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 의해 제조된 것을 특징으로 하는, 나노기공을 가진 전도성 고분자 입자.
  8. 제 7 항의 나노기공 전도성 고분자 입자를 흡착체로 사용하여 중금속을 흡착/제거하는 방법.
KR10-2002-0081377A 2002-12-18 2002-12-18 나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법, 그로부터제조된 전도성 고분자 입자, 및 그것의 용도 KR100520255B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0081377A KR100520255B1 (ko) 2002-12-18 2002-12-18 나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법, 그로부터제조된 전도성 고분자 입자, 및 그것의 용도

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2002-0081377A KR100520255B1 (ko) 2002-12-18 2002-12-18 나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법, 그로부터제조된 전도성 고분자 입자, 및 그것의 용도

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20040054346A KR20040054346A (ko) 2004-06-25
KR100520255B1 true KR100520255B1 (ko) 2005-10-11

Family

ID=37347445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2002-0081377A KR100520255B1 (ko) 2002-12-18 2002-12-18 나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법, 그로부터제조된 전도성 고분자 입자, 및 그것의 용도

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100520255B1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BRPI0619509A2 (pt) * 2005-12-07 2011-10-04 Mip Technologies Ab métodos para fazer pérolas de polìmero
KR100724845B1 (ko) * 2006-02-16 2007-06-04 재단법인서울대학교산학협력재단 분산 중합을 이용한 실리카-폴리아닐린 코어-쉘복합체의 제조방법
KR101567779B1 (ko) 2014-09-16 2015-11-11 부산대학교 산학협력단 금속 이온 고선택성 유기-무기 하이브리드 나노 세공 실리카 물질과 이의 제조방법
CN116177555B (zh) * 2022-12-16 2023-10-13 山东科翰硅源新材料有限公司 一种乙烯基功能改性的酸性硅溶胶及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20040054346A (ko) 2004-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Pan et al. Mussel-inspired magnetic pullulan hydrogels for enhancing catalytic degradation of antibiotics from biomedical wastewater
Li et al. Efficient removal of organic pollutants from aqueous media using newly synthesized polypyrrole/CNTs-CoFe2O4 magnetic nanocomposites
Jiang et al. Polyaniline-based adsorbents for removal of hexavalent chromium from aqueous solution: a mini review
Zhang et al. Fe 3 O 4/PANI/MnO 2 core–shell hybrids as advanced adsorbents for heavy metal ions
CN107913667B (zh) 一种磁性石墨烯/四氧化三铁/二氧化锰纳米复合材料及其制备和应用
KR101268502B1 (ko) 그라펜 및 산화철을 포함하는 혼성체, 이를 제조하는 방법 및 이를 이용한 폐수처리장치
Guo et al. Efficient removal of Zn (II), Pb (II), and Cd (II) in waste water based on magnetic graphitic carbon nitride materials with enhanced adsorption capacity
US8669316B2 (en) Magnetic ion-exchange resin and method for the preparation thereof
Chen et al. Removal of Cr (VI) from water using polypyrrole/attapulgite core–shell nanocomposites: equilibrium, thermodynamics and kinetics
Chen et al. One-step hydrothermal synthesis of hydrophilic Fe 3 O 4/carbon composites and their application in removing toxic chemicals
KR101937219B1 (ko) 나노 영가철이 담지된 다공성 실리카 구조체의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 나노 영가철이 담지된 다공성 실리카 구조체 및 이의 6가 크롬 중금속의 환원제거용으로서의 용도
Akbari et al. Cube-octameric silsesquioxane (POSS)-capped magnetic iron oxide nanoparticles for the efficient removal of methylene blue
KR20110037055A (ko) 자기장을 이용한 탄소나노입자-고분자 복합체의 제조방법 및 이로부터 얻은 탄소나노입자-고분자 복합체
Szewczuk-Karpisz et al. Simultaneous adsorption of Cu (II) ions and poly (acrylic acid) on the hybrid carbon-mineral nanocomposites with metallic elements
Mou et al. Morphology, surface layer evolution, and structure–dye adsorption relationship of porous Fe3O4 MNPs prepared by solvothermal/gas generation process
Wang et al. Oxidation-Resistant Cyclodextrin-Encapsulated-MXene/Poly (N-isopropylacrylamide) composite hydrogel as a thermosensitive adsorbent for phenols
Shi et al. Removal of Pb2+, Hg2+, and Cu2+ by chain-like Fe3O4@ SiO2@ chitosan magnetic nanoparticles
Alswieleh et al. Evaluation of the Adsorption Efficiency of Glycine‐, Iminodiacetic Acid‐, and Amino Propyl‐Functionalized Silica Nanoparticles for the Removal of Potentially Toxic Elements from Contaminated Water Solution
Meng et al. Improving the adsorption of poly (o-phenylenediamine) to heavy metal ions in aqueous solution through its composite with carbon dots
CN113000023A (zh) 氧化石墨烯改良活性炭及其制备方法和水处理方法
Ma et al. A biomimetic Setaria viridis-inspired imprinted nanoadsorbent: green synthesis and application to the highly selective and fast removal of sulfamethazine
KR100520255B1 (ko) 나노기공의 전도성 고분자 입자의 제조방법, 그로부터제조된 전도성 고분자 입자, 및 그것의 용도
CN108144590B (zh) 一种制备聚苯胺@聚苯乙烯复合微球方法及其作为Cr(VI)吸附剂的应用
Medykowska et al. Novel carbon-based composites enriched with Fe and Mn as effective and eco-friendly adsorbents of heavy metals in multicomponent solutions
Zhang et al. Facile preparation of magnetic P (MMA-co-GMA)@ Fe3O4@ PMAA microspheres using porous microsphere as templates for removal of methylene blue

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120911

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130903

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141002

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20151002

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161205

Year of fee payment: 12

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170926

Year of fee payment: 13

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181004

Year of fee payment: 14

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191002

Year of fee payment: 15