KR100842873B1 - Polyolefine nano-composite comprising poss and method for manufacturing the same - Google Patents

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임형미
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이승호
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Abstract

A polyolefin-based nanocomposite comprising polyhedral oligomeric silsesquioxane(POSS) molecules is provided to optimize dispersion of POSS molecules in a non-polar polyolefin resin, thereby realizing excellent heat resistance and high-temperature modulus. A polyolefin-based nanocomposite comprises: a modified polyolefin resin formed by graft polymerization of a polyolefin resin and a silane compound; and polyhedral oligomeric silsesquioxane(POSS) molecules dispersed in the modified polyolefin resin. The polyolefin resin is selected from the group consisting of polyethylene resin, polypropylene resin, polyacetylene resin and polyisobutylene resin.

Description

POSS 분자를 포함하는 폴리올레핀계 나노복합체 및 이의 제조방법{Polyolefine Nano-Composite Comprising POSS And Method for Manufacturing The Same}Polyolefin-based nanocomposites containing POSS molecules and a method of manufacturing the same {Polyolefine Nano-Composite Comprising POSS And Method for Manufacturing The Same}

본 발명은 고분자 나노복합체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자동차 내외장재 등으로 사용할 수 있는 POSS 분자를 포함하는 폴리올레핀계 나노복합체에 대한 것이다.The present invention relates to a polymer nanocomposite, and more particularly, to a polyolefin-based nanocomposite containing a POSS molecule that can be used for automobile interior and exterior materials.

고분자 나노복합체는 고분자 수지에 1 내지 100 나노미터 크기의 고분자, 무기물 또는 금속입자가 분산되어 있는 복합체로서, 나노 입자의 표면적, 즉 계면적이 매우 크고, 입자 사이의 거리도 크게 감소한다. 이로 인해 고분자의 내충격성, 인성 및 투명성의 손상이 없이도 강도와 강성도, 기체나 액체에 대한 차단성, 내마모성, 고온안정성이 대폭 향상된 신개념의 차세대 복합재료이다. The polymer nanocomposite is a composite in which polymer, inorganic or metal particles having a size of 1 to 100 nanometers are dispersed in the polymer resin, and the surface area, that is, the interface area of the nanoparticles is very large, and the distance between the particles is greatly reduced. As a result, it is a new concept of next-generation composite material which has greatly improved strength, stiffness, barrier to gas or liquid, abrasion resistance, and high temperature stability without damaging the impact resistance, toughness and transparency of the polymer.

나노복합체에 관한 기술은 기존의 무기 충전재 보강 복합소재보다 적은 양의 무기 충전제를 사용하여도 더 우수한 물성을 얻을 수 있으며, 강화재를 나노 사이트까지 박리 또는 분산시켜 기계적 물성의 극대화 및 투과 억제능 등의 신기능을 부여할 수 있으며, 성능/원가 면에서 매우 유리하다. 이러한 특성을 바탕으로 자동 차, 전자정보, 건축토목 등에 응용이 기대되는 신소재로서 전 세계적으로 주목을 받고 있다.The technology related to the nanocomposite is able to obtain better physical properties even when using a smaller amount of inorganic filler than conventional inorganic filler reinforced composites, and new features such as maximizing mechanical properties and inhibiting penetration by peeling or dispersing the reinforcement to nanosite. And very advantageous in terms of performance / cost. Based on these characteristics, it is attracting worldwide attention as a new material that is expected to be applied to automobiles, electronic information, and civil engineering.

고분자 나노복합체 제조를 위해 주된 연구대상이 되고 있는 고분자는 나일론, 폴리에스터, 에폭시 등의 극성이 강한 고분자 위주로 사용되었으며 그 중 나일론계가 대표적이다. 반면에 폴리프로필렌이나 폴리에틸렌 등을 비롯한 무극성 고분자는 나노복합체의 적용시 응집이 잘 일어나는 등 나노복합체를 제조하는데 공정상이 많은 문제점이 발생하였다. 따라서 폴리올레핀계 수지와 같은 무극성 수지를 이용한 물성이 우수한 고분자 나노복합체의 개발을 위하여 분산상태 최적화 기술에 대한 필요성이 대두되고 있는 실정이다. Polymers, which are the main research subjects for the production of polymer nanocomposites, were mainly used for polymers with strong polarity such as nylon, polyester, and epoxy, and nylon is one of them. On the other hand, nonpolar polymers, such as polypropylene or polyethylene, have many problems in the process of preparing nanocomposites, such as coagulation well when the nanocomposites are applied. Therefore, there is a need for a dispersion state optimization technology for developing polymer nanocomposites having excellent physical properties using nonpolar resins such as polyolefin resins.

본 발명의 목적은 무극성인 폴리올레핀계 수지 내에 POSS 분자가 고루 잘 분산되어 있어 내열성 및 고온 모듈러스가 우수한 폴리올레핀계 나노복합체를 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a polyolefin-based nanocomposite having excellent heat resistance and high temperature modulus because the POSS molecules are well dispersed in a non-polar polyolefin resin.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 폴리올레핀계 수지와 실란화합물의 그라프트 중합반응에 의해 형성된 개질형 폴리올레핀계 수지 및 상기 개질형 폴리올레핀계 수지에 분산된 POSS(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane) 분자를 포함하는 폴리올레핀계 나노복합체를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a modified polyolefin resin formed by graft polymerization of a polyolefin resin and a silane compound, and a polyolefin including POSS (Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane) molecules dispersed in the modified polyolefin resin. System-based nanocomposites are provided.

상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌수지, 폴리프로필렌수지, 폴리아세틸렌수지 및 폴리이소부틸렌수지로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용하는 것이 바람직하다.The polyolefin resin is preferably selected from the group consisting of polyethylene resin, polypropylene resin, polyacetylene resin and polyisobutylene resin.

상기 개질형 폴리올레핀계 수지의 형성에 사용되는 실란화합물은 하기 화학식 1과 같이 표시되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. As the silane compound used for forming the modified polyolefin resin, it is preferable to use a compound represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112007058326308-pat00001
Figure 112007058326308-pat00001

상기 화학식 1에서 R1은 탄소수 1 내지 10인 알킬기이거나 탄소수 1 내지 10인 알콕시기, 할로겐원자 또는 아릴기이다. R2는 말단기에 비닐기 또는 아크릴기를 포함하는 탄소수가 1 내지 10인 작용기이다.In Formula 1, R 1 is an alkoxy group, a halogen atom or an aryl group or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms having 1 to 10 carbon atoms. R <2> is a C1-C10 functional group containing a vinyl group or an acryl group at the terminal group.

상기 실란화합물은 비닐트리메톡시실란, 비닐트리메틸실란, 비닐트리페닐실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리에틸실란, 아크릴메톡시실란 및 아크릴트리에톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The silane compound is preferably selected from the group consisting of vinyltrimethoxysilane, vinyltrimethylsilane, vinyltriphenylsilane, vinyltriethoxysilane, vinyltriethylsilane, acrylmethoxysilane and acryltriethoxysilane, It is not limited to this.

상기 실란화합물의 양은 폴리올레핀계 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 10 중량부인 것이 바람직하다.The amount of the silane compound is preferably 1 part by weight to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyolefin resin.

상기 폴리올레핀계 나노복합체에 포함되는 POSS 분자는 하기 화학식 2와 같이 표시되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.POSS molecules contained in the polyolefin-based nanocomposite are preferably those represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112007058326308-pat00002
Figure 112007058326308-pat00002

상기 화학식 2에서 R1은 탄소수 1 내지 10인 알킬기, 알켄기, 아릴기, 알콕시기 또는 사이클로알케인기이고, R2는 탄소수 1 내지 10인 옥사이드 또는 글리시딜 그룹의 작용기이다.In Formula 2, R 1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkene group, an aryl group, an alkoxy group or a cycloalkaine group, and R 2 is a functional group of an oxide or glycidyl group having 1 to 10 carbon atoms.

상기 POSS는 글리시딜사이클로헥실-POSS, 글리시딜사이클로펜틸-POSS, 글리시딜아이소부틸-POSS, 글리시딜아이소옥틸-POSS 및 글리시딜페닐-POSS로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The POSS is preferably selected from the group consisting of glycidylcyclohexyl-POSS, glycidylcyclopentyl-POSS, glycidylisobutyl-POSS, glycidylisooctyl-POSS and glycidylphenyl-POSS. However, the present invention is not limited thereto.

상기 POSS의 양은 상기 개질형 폴리올레핀계 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 10 중량부인 것이 바람직하다.The amount of POSS is preferably 1 part by weight to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the modified polyolefin resin.

또한 본 발명은 폴리올레핀계 수지와 실란화합물을 그라프트 중합시켜 개질형 폴리올레핀계 수지를 제조하는 단계(S1) 및 상기 개질형 폴리올레핀계 수지에 POSS를 분산시키는 단계(S2)를 포함하는 폴리올레핀계 나노복합체의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a polyolefin-based nanocomposite comprising graft polymerizing a polyolefin-based resin and a silane compound (S1) and dispersing POSS in the modified-type polyolefin-based resin (S2). It provides a method of manufacturing.

상기 (S1)단계는 상기 폴리올레핀계 수지와 상기 실란화합물을 용융 혼합을 통해 실시될 수 있다.The step (S1) may be carried out by melt mixing the polyolefin resin and the silane compound.

상기(S2)단계는 상기 개질형 폴리올레핀계 수지와 상기 POSS를 용융 혼합을 통해 실시될 수 있다.The step (S2) may be carried out by melt mixing the modified polyolefin-based resin and the POSS.

상기 (S1)단계에서 사용되는 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌수지, 폴리프로필렌수지, 폴리아세틸렌수지 및 폴리이소부틸렌수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종인 것을 사용하는 것이 바람직하다.The polyolefin resin used in the step (S1) is preferably used one selected from the group consisting of polyethylene resin, polypropylene resin, polyacetylene resin and polyisobutylene resin.

상기 (S1)단계에서 사용되는 실란화합물은 하기 화학식 1과 같이 표현되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.As the silane compound used in the step (S1), it is preferable to use one represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112007058326308-pat00003
Figure 112007058326308-pat00003

상기 화학식 1에서 R1은 탄소수 1 내지 10인 알킬기이거나 탄소수 1 내지 10인 알콕시기, 할로겐원자 또는 아릴기이다. R2는 말단기에 비닐기 또는 아크릴기를 포함하는 탄소수가 1 내지 10인 작용기이다.In Formula 1, R 1 is an alkoxy group, a halogen atom or an aryl group or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms having 1 to 10 carbon atoms. R <2> is a C1-C10 functional group containing a vinyl group or an acryl group at the terminal group.

상기 (S1)단계에서 사용되는 실란화합물은 비닐트리메톡시실란, 비닐트리메틸실란, 비닐트리페닐실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리에틸실란, 아크릴메톡시실란 및 아크릴트리에톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.The silane compound used in the step (S1) is a group consisting of vinyltrimethoxysilane, vinyltrimethylsilane, vinyltriphenylsilane, vinyltriethoxysilane, vinyltriethylsilane, acrylmethoxysilane and acryltriethoxysilane. It is preferably selected from, but is not limited thereto.

상기 (S1)단계에서 사용되는 실란화합물의 양은 폴리올레핀계 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 10 중량부인 것이 바람직하다.The amount of the silane compound used in the step (S1) is preferably 1 part by weight to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyolefin resin.

상기 (S2)단계에서 사용되는 POSS는 하기 화학식 2와 같이 표현되는 것을 사용하는 것이 바람직하다.POSS used in the step (S2) is preferably used as represented by the following formula (2).

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112007058326308-pat00004
Figure 112007058326308-pat00004

상기 화학식2에서 R1은 탄소수 1 내지 10인 알킬기, 알켄기, 아릴기, 알콕시기 또는 사이클로알케인기이고, R2는 탄소수 1 내지 10인 옥사이드 또는 글리시딜 그룹의 작용기이다.In Formula 2, R 1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkene group, an aryl group, an alkoxy group, or a cycloalkaine group, and R 2 is a functional group of an oxide or glycidyl group having 1 to 10 carbon atoms.

상기 (S2)단계에서 사용되는 POSS는 글리시딜사이클로헥실-POSS, 글리시딜사이클로펜틸-POSS, 글리시딜아이소부틸-POSS, 글리시딜아이소옥틸-POSS 및 글리시딜페닐-POSS로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나, 여기에 한정되는 것은 아니다.POSS used in the step (S2) is glycidylcyclohexyl-POSS, glycidylcyclopentyl-POSS, glycidylisobutyl-POSS, glycidylisooctyl-POSS and glycidylphenyl-POSS It is preferably selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

상기 (S2)단계에서 사용되는 POSS의 양은 상기 개질형 폴리올레핀계 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 10 중량부인 것이 바람직하다.The amount of POSS used in the step (S2) is preferably 1 part by weight to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the modified polyolefin resin.

상기 (S1)단계에서의 폴리올레핀계 수지와 실란화합물의 그라프트 중합은 폴 리올레핀계 수지 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 1 중량부의 범위에서 개시제를 이용하여 진행되는 것이 바람직하다.The graft polymerization of the polyolefin resin and the silane compound in the step (S1) is preferably carried out using an initiator in the range of 0.1 part by weight to 1 part by weight with respect to 100 parts by weight of the polyolefin resin.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 폴리올레핀계 나노복합체는 개질형 폴리올레핀계 수지 및 이에 분산된 POSS 분자를 포함한다. 상기 개질형 폴리올레핀계 수지는 폴리올레핀계 수지와 실란화합물의 그라프트 중합반응에 의해 제조된다.The polyolefin-based nanocomposites of the present invention include modified polyolefin-based resins and POSS molecules dispersed therein. The modified polyolefin resin is prepared by graft polymerization of a polyolefin resin and a silane compound.

상기 폴리올레핀계 수지로는 폴리에틸렌수지, 폴리프로필렌수지, 폴리아세틸렌수지 및 폴리이소부틸렌수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 사용하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 사용한다.As the polyolefin resin, it is preferable to use one selected from the group consisting of polyethylene resin, polypropylene resin, polyacetylene resin and polyisobutylene resin, and most preferably polypropylene or polyethylene.

상기 폴리올레핀계 수지는 극성 수지인 나일론, 폴리에스터 등과 달리 무극성 수지이기 때문에, 미세 나노입자인 POSS 분자를 도입하여 나노 복합체를 제조하는 경우에는 POSS 분자의 분산성이 불량하여 폴리올레핀계 수지 내에서 효과적으로 분산되지 못하고 응집이 일어나는 등의 문제점을 유발하였다. 본 발명에서는 폴리올레핀계 수지와 실란화합물을 그라프트 중합시켜 분산성이 향상된 개질형 폴리올레핀계 수지를 제조하여 POSS 분자가 도입되었을 때 분산성이 불량하여 응집이 일어나는 문제점을 해결하였다.Since the polyolefin resin is a non-polar resin unlike nylon, polyester, and the like, which is a polar resin, when the nanocomposite is prepared by introducing POSS molecules which are fine nanoparticles, the dispersibility of the POSS molecules is poor, so that the polyolefin resin is effectively dispersed in the polyolefin resin. It failed to cause problems such as aggregation. In the present invention, a modified polyolefin-based resin having improved dispersibility by graft polymerization of a polyolefin-based resin and a silane compound has been solved, and a problem of cohesion occurs due to poor dispersibility when POSS molecules are introduced.

상기 개질형 폴리올레핀계 수지의 형성에 사용되는 실란화합물은 하기 화학식 1과 같이 표현되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 실란화합물의 대표적인 예로 비닐트리메톡시실란, 비닐트리메틸실란, 비닐트리페닐실란, 비닐트리 에톡시실란, 비닐트리에틸실란, 아크릴트리메톡시실란, 아크릴트리에톡시실란이 있으며, 그 중에서 비닐트리메톡시실란 및 비닐트리에톡시실란이 가장 바람직하다.As the silane compound used to form the modified polyolefin-based resin, it is preferable to use a compound represented by the following Chemical Formula 1. Representative examples of such silane compounds include vinyltrimethoxysilane, vinyltrimethylsilane, vinyltriphenylsilane, vinyltriethoxysilane, vinyltriethylsilane, acryltrimethoxysilane, and acryltriethoxysilane. Most preferred are trimethoxysilane and vinyltriethoxysilane.

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112007058326308-pat00005
Figure 112007058326308-pat00005

상기 화학식 1에서 R1은 탄소수 1 내지 10인 알킬기이거나 탄소수 1 내지 10인 알콕시기, 할로겐원자 또는 아릴기이다. R2는 말단기에 비닐기 또는 아크릴기를 포함하는 탄소수가 1 내지 10인 작용기이다.In Formula 1, R 1 is an alkoxy group, a halogen atom or an aryl group or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms having 1 to 10 carbon atoms. R <2> is a C1-C10 functional group containing a vinyl group or an acryl group at the terminal group.

상기 실란화합물의 양은 폴리올레핀계 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 10 중량부인 것이 바람직하며, 5 중량부 내지 10 중량부를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.The amount of the silane compound is preferably 1 part by weight to 10 parts by weight, more preferably 5 parts by weight to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the polyolefin resin.

실란화합물이 1 중량부 미만인 경우에는 분산성이 향상되지 않고, 10 중량부를 초과하는 경우에는 실란화합물의 양이 많아져 오히려 분산성이 저하되고 이로 인하여 물성이 떨어지는 단점이 발생한다.If the silane compound is less than 1 part by weight, dispersibility is not improved. If the silane compound is more than 10 parts by weight, the amount of the silane compound is increased, so that the dispersibility is lowered.

상기 폴리올레핀계 수지와 실란화합물을 그라프트 중합시키는 방법으로는 용융법, 용액법, 중합법 등이 이용될 수 있다. 용융법은 실란 화합물과 같은 유기 물 질을 직접 고분자 수지와 용융상태에서 혼합하는 것으로서, 상업적인 면에서 가장 바람직하다.As a method for graft polymerization of the polyolefin resin and the silane compound, a melting method, a solution method, a polymerization method, or the like may be used. Melting is a method in which an organic material such as a silane compound is directly mixed with a polymer resin in a molten state, which is most preferable from a commercial point of view.

한편, 폴리올레핀계 수지와 실란화합물의 그라프트 중합은 폴리올레핀계 수지 100 중량부 대비 0.1 중량부 내지 1 중량부, 더욱 바람직하게는 0.5 중량부 내지 0.75 중량부 범위 내에서 개시제를 이용하여 진행될 수 있다. On the other hand, the graft polymerization of the polyolefin resin and the silane compound may be carried out using an initiator in the range of 0.1 parts by weight to 1 part by weight, more preferably 0.5 parts by weight to 0.75 parts by weight, relative to 100 parts by weight of the polyolefin resin.

하기 화학식 3은 폴리프로필렌에 비닐계 실란이 그라프트 공중합되는 메카니즘을 도시한 것이며, 화학식 4는 폴리프로필렌과 비닐계 실란이 그라프트 공중합되어 개질형 폴리프로필렌을 합성한 예를 도시한 것이다.Formula 3 illustrates a mechanism in which a vinyl silane is graft copolymerized to polypropylene, and Formula 4 illustrates an example in which polypropylene and vinyl silane are graft copolymerized to synthesize modified polypropylene.

[화학식 3][Formula 3]

Figure 112007058326308-pat00006
Figure 112007058326308-pat00006

[화학식 4] [Formula 4]

Figure 112007058326308-pat00007
Figure 112007058326308-pat00007

POSS 분자는 실리콘 원자 상에 다양한 치환체, 즉 고분자를 도입하여 열적 안정성, 내마모성 및 기계적인 강도를 증가시킴으로써 생물의약 분야, 전자공학 분야 등 다방면에 응용되는 물질이다. 일반적으로 POSS 분자의 기본구조는 다면체성 Si-O주쇄에 기능기가 연결되어 있는 것으로 알려져 있다. POSS 분자는 실험식 RSiO1.5를 갖는 한 세트의 나노구조물로, 여기서 R은 수소, 실록시 또는 사이클릭 그룹, 또는 반응성 관능 그룹을 추가로 함유할 수 있는 선형 지방족 또는 방향족 그룹이다.POSS molecules are applied to various fields such as biopharmaceuticals and electronics by increasing a variety of substituents, that is, polymers on silicon atoms to increase thermal stability, wear resistance and mechanical strength. In general, the basic structure of the POSS molecule is known that the functional group is connected to the polyhedral Si-O backbone. POSS molecules are a set of nanostructures having the empirical RSiO 1.5 , wherein R is a linear aliphatic or aromatic group that may further contain hydrogen, siloxy or cyclic groups, or reactive functional groups.

본 발명에 있어서, 상기 POSS 분자는 하기 화학식 2로 표시되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 POSS로는 글시딜사이클로헥실-POSS, 글리시딜사이클로펜틸-POSS, 글리시딜에틸-POSS, 글리시딜아이소부틸-POSS, 글리시딜아이소옥틸-POSS, 글리시딜페닐-POSS이 대표적이다. 다만 여기에 한정되는 것은 아니다. 하기 화학식 5는 글리시딜아이소부틸-POSS를 도시한 것이다.In the present invention, it is preferable to use the POSS molecule represented by the following formula (2). Such POSS include glycidylcyclohexyl-POSS, glycidylcyclopentyl-POSS, glycidylethyl-POSS, glycidylisobutyl-POSS, glycidylisooctyl-POSS, glycidylphenyl-POSS. Representative. However, it is not limited to this. Formula 5 below shows glycidylisobutyl-POSS.

[화학식 2][Formula 2]

Figure 112007058326308-pat00008
Figure 112007058326308-pat00008

상기 화학식 2에서 R1은 탄소수 1 내지 10인 알킬기, 알켄기, 아릴기, 알콕시 기 또는 사이클로알케인기이고, R2는 탄소수 1 내지 10인 옥사이드 또는 글리시딜 그룹의 작용기이다In Formula 2, R 1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkene group, an aryl group, an alkoxy group, or a cycloalkaine group, and R 2 is a functional group of an oxide or glycidyl group having 1 to 10 carbon atoms.

[화학식 5][Formula 5]

Figure 112007058326308-pat00009
Figure 112007058326308-pat00009

상기 화학식 5는 글리시딜아이소부틸-POSS이다.Formula 5 is glycidylisobutyl-POSS.

상기 POSS의 양은 폴리올레핀계 수지와 실란화합물의 그라프트 공중합 반응을 통해 얻어진 개질형 폴리올레핀계 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 10 중량부인 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 1 중량부 내지 3 중량부가 사용된다. POSS의 양이 1 중량부 미만인 경우에는 POSS의 함량이 적어 본 발명의 나노복합체의 제조 목적인 열적안정성, 내마모성 등의 효과가 미미하며, 10 중량부를 초과하는 경우에는 POSS의 함량이 증대되어 오히려 분산성을 저하시키고 기계적 강도가 저하되는 등의 단점이 발생된다.The amount of POSS is preferably 1 part by weight to 10 parts by weight, and most preferably 1 part by weight to 3 parts by weight, based on 100 parts by weight of the modified polyolefin-based resin obtained through the graft copolymerization reaction of the polyolefin resin and the silane compound. do. When the amount of POSS is less than 1 part by weight, the content of POSS is small, so that the effects of thermal stability, abrasion resistance, and the like, which are intended for the production of the nanocomposite of the present invention, are insignificant. Disadvantages such as lowering the mechanical strength and lowering the mechanical strength.

상기 개질형 폴리올레핀계 수지에 POSS를 분산시키는 방법으로는 중합법, 용액법, 용융법 등이 사용될 수 있으나 블렌드하려고 하는 물질을 용융온도 이상으로 열을 가해 녹인 후 새로운 물질을 합성하는 용융법을 사용하는 것이 가장 바람직하다.As a method of dispersing POSS in the modified polyolefin resin, a polymerization method, a solution method, a melting method, and the like may be used, but a melting method of synthesizing a new material after melting and melting a material to be blended above a melting temperature is used. Most preferably.

본 발명의 POSS를 함유하는 폴리올레핀계 나노복합체는 POSS 입자가 무극성인 폴리올레핀계 수지 내에서 응집이 적고 분산성이 높아, 내열성 및 고온 모듈러스 등의 물성이 우수하다.The polyolefin-based nanocomposite containing the POSS of the present invention has little agglomeration and high dispersibility in the non-polar polyolefin-based resin of the POSS particles, and is excellent in physical properties such as heat resistance and high temperature modulus.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 이러한 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로서 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but these examples are for illustrative purposes only and should not be construed as limiting the present invention.

실시예Example 1 One

폴리프로필렌(MI(멜팅인덱스): 37-42g/min(ASTM D1238), Tm(녹는점):165 ℃, 호모 폴리프로필렌) 100 중량부와 비닐트리메톡시실란 10 중량부, 개시제 0.5 중량부를 사용하여 180℃로 20분간 용융 믹싱하여 개질형 폴리프로필렌을 제조하였다.Polypropylene (MI (melting index): 37-42 g / min (ASTM D1238), Tm (melting point): 100 parts by weight of homo polypropylene), 10 parts by weight of vinyl trimethoxysilane, 0.5 parts by weight of initiator 20 minutes melt mixing at 180 ℃ to prepare a modified polypropylene.

실시예Example 2 2

상기 실시예 1에 의해서 제조된 개질형 폴리프로필렌 100 중량부와 글리시딜아이소부틸-POSS 1 중량부를 사용하여 180℃로 10분간 용융 믹싱하여 글리시딜아이소부틸-POSS가 포함된 나노복합체를 제조하였다.Using 100 parts by weight of the modified polypropylene prepared by Example 1 and 1 part by weight of glycidyl isobutyl-POSS by melt mixing at 180 ℃ 10 minutes to prepare a nanocomposite containing glycidyl isobutyl-POSS It was.

실시예Example 3 3

상기 실시예 1에 의해서 제조된 개질형 폴리프로필렌 100 중량부와 글리시딜아이소부틸-POSS 3 중량부를 사용하여 180℃로 10분간 용융 믹싱하여 글리시딜아이소부틸-POSS가 포함된 나노복합체를 제조하였다.Using 100 parts by weight of modified polypropylene prepared by Example 1 and 3 parts by weight of glycidyl isobutyl-POSS by melt mixing at 180 ℃ 10 minutes to prepare a nanocomposite containing glycidyl isobutyl-POSS It was.

실시예Example 4 4

상기 실시예 1에 의해서 제조된 개질형 폴리프로필렌 100 중량부와 글리시딜아이소부틸-POSS 5 중량부를 사용하여 180℃로 10분간 용융 믹싱하여 글리시딜아이소부틸-POSS를 포함하는 나노복합체를 제조하였다.Using 100 parts by weight of the modified polypropylene prepared by Example 1 and 5 parts by weight of glycidyl isobutyl-POSS by melt mixing at 180 ℃ for 10 minutes to prepare a nanocomposite containing glycidyl isobutyl-POSS It was.

실시예Example 5 5

상기 실시예 1에 의해서 제조된 개질형 폴리프로필렌 100 중량부와 글리시딜아이소부틸-POSS 10 중량부를 사용하여 180℃로 10분간 용융 믹싱하여 글리시딜아이소부틸-POSS를 포함하는 나노복합체를 제조하였다.Using 100 parts by weight of the modified polypropylene prepared by Example 1 and 10 parts by weight of glycidyl isobutyl-POSS by melt mixing at 180 ℃ for 10 minutes to prepare a nanocomposite containing glycidyl isobutyl-POSS It was.

비교예Comparative example 1 One

폴리프로필렌 100 중량부와 글리시딜아이소부틸-POSS 1 중량부를 사용하여 180℃로 10분간 용융 믹싱하여 글리시딜아이소부틸-POSS를 포함하는 나노복합체를 제조하였다. 100 parts by weight of polypropylene and 1 part by weight of glycidyl isobutyl-POSS were melt mixed at 180 ° C. for 10 minutes to prepare a nanocomposite including glycidyl isobutyl-POSS.

비교예Comparative example 2 2

폴리프로필렌 100 중량부와 글리시딜아이소부틸-POSS 5 중량부를 사용하여 180℃로 10분간 용융 믹싱하여 글리시딜아이소부틸-POSS를 포함하는 나노복합체를 제조하였다.100 parts by weight of polypropylene and 5 parts by weight of glycidyl isobutyl-POSS were melt mixed at 180 ° C. for 10 minutes to prepare a nanocomposite including glycidyl isobutyl-POSS.

물성평가Property evaluation

IR을 이용하여 웨이브넘버 4000-400Cm-1 범위에서 폴리프로필렌과 실란화합물이 그라프트 중합되었는지에 대하여 구조분석을 하였다. 하기 도 1은 실시예 1에 서 제조된 개질형 폴리프로필렌의 IR 스펙트럼으로, 1080Cm-1에서 실란의 피크가 나타나 폴리프로필렌과 실란이 그래프트 중합된 것을 확인할 수 있었다.The structure of the polypropylene and silane compound was graft-polymerized in the wave number 4000-400Cm -1 using IR. 1 is an IR spectrum of the modified polypropylene prepared in Example 1, the peak of the silane at 1080Cm -1 was confirmed that the polypropylene and the silane graft polymerization.

모폴로지 분석은 용융 믹싱한 샘플을 핫프레스를 이용하여 180℃에서 시편을 제작하여 액체질소에 담지한 후 파단 하여 파단면을 SEM을 이용하여 확인하였다. 도 2a는 실시예 2에 따라 제조된 나노복합체이며, 도 2b는 비교예 2에 따라 제조된 나노복합체로서 이 둘의 SEM 사진을 비교하여 보면, 실시예 2에서는 POSS가 응집됨 없이 분산이 잘 된 것을 볼 수 있다. 반면에 비교예 2에서는 POSS가 응집 되어 있는 모습을 볼 수 있다. 도 2b는 POSS가 폴리프로필렌에 대한 분산성이 불량하여 폴리프로필렌의 물성이 떨어지는 요인이 될 수 있다는 것을 보여주는 것이다.In the morphology analysis, the melt-mixed sample was prepared at 180 ° C. using a hot press, immersed in liquid nitrogen, and then fractured, and the fracture surface was confirmed by SEM. Figure 2a is a nanocomposite prepared according to Example 2, Figure 2b is a nanocomposite prepared according to Comparative Example 2 Comparing the SEM pictures of the two, in Example 2 POSS is well dispersed without aggregation You can see that. On the other hand, in Comparative Example 2, it can be seen that the POSS is aggregated. Figure 2b shows that the POSS is a poor dispersibility to the polypropylene can be a factor of poor physical properties of the polypropylene.

모듈러스는 용융 믹싱한 샘플을 핫프레스를 이용하여 180℃에서 시편을 제작하고 KS M ISO 6721-4:2003방법으로 DMA를 이용하여 측정하였다. 도 3의 모듈러스 그래프를 보면 실시예 2의 모듈러스가 가장 높은 것을 볼 수 있다. 이는 도 2a 및 도 2b의 SEM 사진으로 확인하였듯이, POSS가 폴리프로필렌 매트릭스에 고루 분산되어 폴리프로필렌과 POSS의 우수한 블랜딩 효과를 나타내었기 때문이다.The modulus of the melt-mixed sample was prepared at 180 ° C. using a hot press and measured using DMA using the KS M ISO 6721-4: 2003 method. Looking at the modulus graph of Figure 3 it can be seen that the modulus of Example 2 is the highest. This is because, as confirmed by the SEM photographs of FIGS. 2A and 2B, the POSS was evenly dispersed in the polypropylene matrix, thereby showing an excellent blending effect of the polypropylene and the POSS.

Tg 측정은 열중량분석기를 이용하여 초기온도 80℃로 10℃/min의 속도로 600℃ 까지 질소가스 퍼지(purge)하에 측정하였다. 도 4의 Tg 그래프는 폴리프로필렌과 POSS 복합체의 내열성을 보여주는 것으로서 실시예 2의 내열성이 가장 우수한 것을 확인할 수 있었다.Tg was measured under a nitrogen gas purge using a thermogravimetric analyzer up to 600 ° C. at a rate of 10 ° C./min at an initial temperature of 80 ° C. The Tg graph of FIG. 4 shows the heat resistance of the polypropylene and the POSS composite, and it was confirmed that the heat resistance of Example 2 was the best.

도 1은 실시예 1에 의해서 제조된 개질형 폴리프로필렌의 IR 스펙트럼을 도시한 것이다.1 shows the IR spectrum of the modified polypropylene prepared by Example 1. FIG.

도 2a는 실시예 2에 의해서 제조된 나노복합체의 SEM 사진을 도시한 것이며, 도 2b는 비교예 2에 의해서 제조된 나노복합체의 SEM사진을 도시한 것이다.Figure 2a shows a SEM picture of the nanocomposite prepared by Example 2, Figure 2b shows a SEM picture of the nanocomposite prepared by Comparative Example 2.

도 3은 실시예 2, 실시예 3, 비교예 1에 의해서 제조된 나노복합체와 개질하지 않은 폴리프로필렌의 모듈러스를 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the modulus of the nanocomposite prepared by Example 2, Example 3, Comparative Example 1 and unmodified polypropylene.

도 4는 실시예 2, 실시예 3, 비교예 1, 비교예 2에 의해서 제조된 나노복합체와 개질되지 않은 폴리프로필렌의 Tg 그래프를 도시한 것이다.Figure 4 shows a Tg graph of the nanocomposites prepared by Example 2, Example 3, Comparative Example 1, Comparative Example 2 and unmodified polypropylene.

Claims (19)

폴리올레핀계 수지와 실란화합물의 그라프트 중합반응에 의해 형성된 개질형 폴리올레핀계 수지; 및Modified polyolefin resins formed by graft polymerization of polyolefin resins and silane compounds; And 상기 개질형 폴리올레핀계 수지에 분산된 POSS;POSS dispersed in the modified polyolefin resin; 를 포함하는 폴리올레핀계 나노복합체.Polyolefin-based nanocomposite comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌수지, 폴리프로필렌수지, 폴리아세틸렌수지 및 폴리이소부틸렌수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 폴리올레핀계 나노복합체.The polyolefin-based resin is a polyolefin-based nanocomposite is selected from the group consisting of polyethylene resin, polypropylene resin, polyacetylene resin and polyisobutylene resin. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 개질형 폴리올레핀계 수지의 형성에 사용되는 실란화합물은 하기 화학식 1과 같이 표시되는 것인 폴리올레핀계 나노복합체.The silane compound used to form the modified polyolefin-based resin is a polyolefin-based nanocomposite represented by the following formula (1). [화학식 1][Formula 1]
Figure 112007058326308-pat00010
Figure 112007058326308-pat00010
여기에서, R1은 탄소수 1 내지 10인 알킬기이거나 탄소수 1 내지 10인 알콕시기, 할로겐원자 또는 아릴기이다. R2는 말단기에 비닐기 또는 아크릴기를 포함하는 탄소수가 1 내지 10인 작용기이다.Here, R 1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkoxy group, halogen atom or aryl group having 1 to 10 carbon atoms. R <2> is a C1-C10 functional group containing a vinyl group or an acryl group at the terminal group.
제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실란화합물은 비닐트리메톡시실란, 비닐트리메틸실란, 비닐트리페닐실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리에틸실란, 아크릴트리메톡시실란 및 아크릴트리에톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 폴리올레핀계 나노복합체.The silane compound is selected from the group consisting of vinyltrimethoxysilane, vinyltrimethylsilane, vinyltriphenylsilane, vinyltriethoxysilane, vinyltriethylsilane, acryltrimethoxysilane and acryltriethoxysilane. System nanocomposites. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 실란화합물의 양은 상기 폴리올레핀계 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 10 중량부인 폴리올레핀계 나노복합체.The amount of the silane compound is 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyolefin resin polyolefin nanocomposites. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 폴리올레핀계 나노복합체에 포함되는 POSS는 하기 화학식 2와 같이 표시되는 것인 폴리올레핀계 나노복합체.POSS contained in the polyolefin-based nanocomposite is a polyolefin-based nanocomposite represented by the following formula (2). [화학식 2][Formula 2]
Figure 112007058326308-pat00011
Figure 112007058326308-pat00011
여기에서, R1은 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 알켄기, 아릴기, 알콕시기 또는 사이클로알케인기이고, R2는 탄소수 1 내지 10의 옥사이드 또는 글리시딜 그룹의 작용기이다.Here, R 1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkene group, an aryl group, an alkoxy group or a cycloalkaine group, and R 2 is a functional group of an oxide or glycidyl group having 1 to 10 carbon atoms.
제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 POSS는 글리시딜사이클로헥실-POSS, 글리시딜사이클로펜틸-POSS, 글리시딜아이소부틸-POSS, 글리시딜아이소옥틸-POSS 및 글리시딜페닐-POSS로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 폴리올레핀계 나노복합체.The POSS is selected from the group consisting of glycidylcyclohexyl-POSS, glycidylcyclopentyl-POSS, glycidylisobutyl-POSS, glycidylisooctyl-POSS and glycidylphenyl-POSS Polyolefin-based nanocomposites. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 POSS의 양은 상기 개질형 폴리올레핀계 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 10 중량부인 폴리올레핀계 나노복합체.The amount of the POSS is 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the modified polyolefin resin polyolefin-based nanocomposite. (S1) 폴리올레핀계 수지와 실란화합물을 그라프트 중합시켜 개질형 폴리올레핀계 수지를 제조하는 단계; 및(S1) graft polymerization of the polyolefin resin and the silane compound to prepare a modified polyolefin resin; And (S2) 상기 개질형 폴리올레핀계 수지에 POSS를 분산시키는 단계;(S2) dispersing POSS in the modified polyolefin resin; 를 포함하는 폴리올레핀계 나노복합체의 제조방법.Method for producing a polyolefin-based nanocomposite comprising a. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 (S1)단계는 상기 폴리올레핀계 수지와 상기 실란화합물을 용융 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 나노복합체의 제조방법.Step (S1) is a method for producing a polyolefin-based nanocomposite, characterized in that the polyolefin resin and the silane compound by melting and mixing. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 (S2)단계는 상기 개질형 폴리올레핀계 수지와 상기 POSS를 용융 혼합하 여 이루어지는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 나노복합체의 제조방법.The step (S2) is a method for producing a polyolefin-based nanocomposite, characterized in that the modified polyolefin resin and the POSS by melting and mixing. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 (S1)단계에서 사용되는 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌수지, 폴리프로필렌수지, 폴리아세틸렌수지 및 폴리이소부틸렌수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 폴리올레핀계 나노복합체의 제조방법.The polyolefin-based resin used in the step (S1) is a polyolefin-based nanocomposite manufacturing method selected from the group consisting of polyethylene resin, polypropylene resin, polyacetylene resin and polyisobutylene resin. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 (S1)단계에서 사용되는 실란화합물은 하기 화학식 1과 같이 표시되는 것인 폴리올레핀계 나노복합체의 제조방법.The silane compound used in the step (S1) is a method for producing a polyolefin-based nanocomposite represented by the formula (1). [화학식 1][Formula 1]
Figure 112007058326308-pat00012
Figure 112007058326308-pat00012
여기에서, R1은 탄소수 1 내지 10인 알킬기이거나 탄소수1 내지 10인 알콕시 기, 할로겐원자 또는 아릴기이다. R2는 말단기에 비닐기 또는 아크릴기를 포함하는 탄소수가 1 내지 10인 작용기이다.Here, R 1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkoxy group, halogen atom or aryl group having 1 to 10 carbon atoms. R <2> is a C1-C10 functional group containing a vinyl group or an acryl group at the terminal group.
제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 (S1)단계에서 사용되는 실란화합물은 비닐트리메톡시실란, 비닐트리메틸실란, 비닐트리페닐실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리에틸실란, 아크릴트리메톡시실란 및 아크릴트리에톡시실란으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 폴리올레핀계 나노복합체의 제조방법.The silane compound used in the step (S1) consists of vinyltrimethoxysilane, vinyltrimethylsilane, vinyltriphenylsilane, vinyltriethoxysilane, vinyltriethylsilane, acryltrimethoxysilane and acryltriethoxysilane. Method for producing a polyolefin-based nanocomposite is selected from the group. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 (S1)단계에서 사용되는 실란화합물의 양은 폴리올레핀계 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 10 중량부인 폴리올레핀계 나노복합체의 제조방법.The amount of the silane compound used in the step (S1) is 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of polyolefin resin polyolefin-based nanocomposite manufacturing method. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 (S2)단계에서 사용되는 POSS는 하기 화학식 2와 같이 표시되는 것인 폴리올레핀계 나노복합체의 제조방법.POSS used in the step (S2) is a method for producing a polyolefin-based nanocomposite represented by the formula (2). [화학식 2][Formula 2]
Figure 112007058326308-pat00013
Figure 112007058326308-pat00013
여기에서 R1은 탄소수 1 내지 10인 알킬기, 알켄기, 아릴기, 알콕시기 또는 사이클로알케인기이고, R2는 탄소수 1 내지 10인 옥사이드 또는 글리시딜 그룹의 작용기이다.Wherein R 1 is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an alkene group, an aryl group, an alkoxy group or a cycloalkaine group, and R 2 is a functional group of an oxide or glycidyl group having 1 to 10 carbon atoms.
제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 (S2)단계에서 사용되는 POSS는 글리시딜사이클로헥실-POSS, 글리시딜사이클로펜틸-POSS, 글리시딜아이소부틸-POSS, 글리시딜아이소옥틸-POSS 및 글리시딜페닐-POSS로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것인 폴리올레핀계 나노복합체의 제조방법.POSS used in the step (S2) is glycidylcyclohexyl-POSS, glycidylcyclopentyl-POSS, glycidylisobutyl-POSS, glycidylisooctyl-POSS and glycidylphenyl-POSS Method for producing a polyolefin-based nanocomposite that is selected from the group consisting of. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 (S2)단계에서 사용되는 POSS의 양은 상기 개질형 폴리올레핀계 수지 100 중량부 대비 1 중량부 내지 10 중량부인 폴리올레핀계 나노복합체의 제조방법.The amount of POSS used in the step (S2) is 1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the modified polyolefin-based resin manufacturing method of the polyolefin-based nanocomposite. 제9항에 있어서, The method of claim 9, 상기 (S1)단계에서의 폴리올레핀계 수지와 실란화합물의 그라프트 중합은 폴리올레핀계 수지 100 중량부 대비 0.1 내지 1 중량부 범위 내에서 개시제를 이용하여 진행되는 것을 특징으로 하는 폴리올레핀계 나노복합체의 제조방법.The graft polymerization of the polyolefin-based resin and silane compound in the step (S1) is carried out using an initiator within the range of 0.1 to 1 parts by weight relative to 100 parts by weight of the polyolefin-based resin. .
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