KR101046340B1 - Method for preparing carbon black / silica composite using sol-gel method - Google Patents

Method for preparing carbon black / silica composite using sol-gel method Download PDF

Info

Publication number
KR101046340B1
KR101046340B1 KR1020080122360A KR20080122360A KR101046340B1 KR 101046340 B1 KR101046340 B1 KR 101046340B1 KR 1020080122360 A KR1020080122360 A KR 1020080122360A KR 20080122360 A KR20080122360 A KR 20080122360A KR 101046340 B1 KR101046340 B1 KR 101046340B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon black
silica
pvp
teos
composite
Prior art date
Application number
KR1020080122360A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20100063972A (en
Inventor
심상은
이정우
박동화
Original Assignee
인하대학교 산학협력단
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 인하대학교 산학협력단 filed Critical 인하대학교 산학협력단
Priority to KR1020080122360A priority Critical patent/KR101046340B1/en
Publication of KR20100063972A publication Critical patent/KR20100063972A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101046340B1 publication Critical patent/KR101046340B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09CTREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44Carbon
    • C09C1/48Carbon black
    • C09C1/56Treatment of carbon black ; Purification
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F26/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • C08F26/06Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a single or double bond to nitrogen or by a heterocyclic ring containing nitrogen by a heterocyclic ring containing nitrogen
    • C08F26/10N-Vinyl-pyrrolidone

Abstract

본 발명은 카본블랙 표면에 실리카를 합성하여 카본블랙/실리카 복합체를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 PVP(Polyvinylpyrrolidone)가 물리적으로 흡착되어 안정화된 카본블랙 입자의 표면에 TEOS(Tetraethyl orthosilicate)로부터 합성된 실리카를 결합시켜 카본블랙/실리카 복합체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 카본블랙 입자의 표면을 화학적으로 개질할 필요 없이 카본블랙/실리카 복합체를 제조할 수 있으므로, 공정이 단순화되고, 공정시간이 단축되어 다양한 응용분야에서 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 고무산업 공정 중, 배합과정에서 발생하는 카본블랙과 실리카의 고분자 내 분산 문제 및 분진 문제를 해결할 수 있으므로 고무산업 분야에서 특히 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a method for producing a carbon black / silica composite by synthesizing silica on the surface of carbon black, and more specifically, tetraethyl orthosilicate (TEOS) on the surface of carbon black particles stabilized by PVP (Polyvinylpyrrolidone) physically adsorbed And a method for preparing a carbon black / silica composite by combining silica synthesized from the same. According to the present invention, since the carbon black / silica composite can be prepared without chemically modifying the surface of the carbon black particles, the process is simplified, the processing time can be shortened, and can be usefully used in various applications. In the existing rubber industry process, it is possible to solve the problem of dispersion and dust in the polymer of carbon black and silica that occur in the compounding process can be particularly useful in the rubber industry.

카본블랙/실리카 복합체, TEOS, PVP, 졸-겔법, 고분자 그라프팅 방법 Carbon Black / Silica Composite, TEOS, PVP, Sol-Gel Method, Polymer Grafting Method

Description

졸-겔법을 이용한 카본블랙/실리카 복합체의 제조방법 {Production of Carbon black/Silica Composites by Sol-gel Process}Method for producing carbon black / silica composites using sol-gel method {Production of Carbon black / Silica Composites by Sol-gel Process}

본 발명은 카본블랙 표면에서 실리카를 합성하여 카본블랙/실리카 복합체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 PVP (Polyvinylpyrrolidone)의 흡착에 의하여 안정화된 카본블랙 표면에 TEOS (Tetraethyl orthosilicate)를 사용하여 졸-겔법으로 실리카 입자를 제조하여 결합하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a carbon black / silica composite by synthesizing silica on a carbon black surface, and more specifically, by using TEOS (Tetraethyl orthosilicate) on the carbon black surface stabilized by adsorption of polyvinylpyrrolidone (PVP) It relates to a method for producing and bonding silica particles by the sol-gel method.

카본블랙은 열저항성, 내후성, 전기전도성 그리고 열전도성 등의 특징을 가지며 이러한 특징들로 인하여 보강제, 안료 및 전도성 물질 등으로 산업 전반에 사용되는 중요한 무기입자이다. 그러나, 상기 카본블랙 입자는 반데르발스(Van der Waals) 힘이 강하여 입자 서로간의 응집이 심각하게 일어난다. 따라서, 고분자 수지 내에 카본블랙의 분산에 있어서 기계적인 방법에 의한 한계를 극복하고 호환성을 극대화하여 보강효과를 증진시키기 위하여 카본블랙 표면에 고분자를 그라프팅하는 방법이 널리 사용되고 있다[Prog. Polym. Sci., 17, 417, 1992; J. Mater. Sci., 33, 1871, 1998; Polym. Adv. Technol., 12, 596, 2001]. 이러한 고분자 복합체의 제조방법으로는 현탁중합법, 분산중합법 및 유화중합법과 같은 불균일계 중합법이 주로 이용되고 있다. 이를 위하여는 카본블랙 표면에서 반응이 시작될 수 있는 탄소-탄소 이중결합과 같은 작용기를 붙여주기 위하여 산처리 및 커플링 에이전트와 같은 또 다른 화학적 처리를 하여야한다. 따라서, 공정이 까다로우며, 전체 반응에서 수득률이 높지 못한 단점이 있다. 일예로, 대한민국 특허출원 제 0021053호에 의하면, 실리카/탄소나노튜브 복합체의 제조에 있어서 탄소나노튜브 표면에 화학적 표면처리에 의하여 하이드록실기를 도입하고 그 후에 아민기를 갖는 실란 커플링 에이전트를 하이드록실기와 반응시켜 활성점을 도입한 후 이로부터 실리카를 합성하는 방법이 알려졌다.Carbon black is characterized by heat resistance, weather resistance, electrical conductivity and thermal conductivity, and these characteristics are important inorganic particles used throughout the industry as a reinforcing agent, pigment, and conductive material. However, the carbon black particles have a strong van der Waals force, which causes serious aggregation of the particles. Therefore, in order to overcome the limitations of the mechanical method in dispersing the carbon black in the polymer resin and to maximize the compatibility and to enhance the reinforcing effect, a method of grafting the polymer on the surface of the carbon black is widely used [ Prog. Polym. Sci. , 17, 417, 1992; J. Mater. Sci. , 33, 1871, 1998; Polym. Adv. Technol. , 12, 596, 2001]. As a method for producing such a polymer composite, heterogeneous polymerization methods such as suspension polymerization, dispersion polymerization and emulsion polymerization are mainly used. To this end, another chemical treatment, such as an acid treatment and a coupling agent, is required to attach a functional group, such as a carbon-carbon double bond, on which the reaction can begin on the carbon black surface. Therefore, the process is difficult and there is a disadvantage that the yield is not high in the entire reaction. For example, according to Korean Patent Application No. 0021053, in the production of silica / carbon nanotube composites, a hydroxyl group is introduced to the surface of the carbon nanotubes by chemical surface treatment, and then a silane coupling agent having an amine group is added to the hydroxyl. It is known to introduce silica by reacting with a practical group to introduce an active point therefrom.

한편, 실리콘 고무의 보강성과 전도성을 위하여 사용되는 카본블랙은 그 표면에 고분자가 아닌 매트릭스인 실리콘과 성질이 같은 실리카를 부착시켜 보다 확실한 보강성을 나타나게 하고자 하였다. Kazuhiro Fujiki는 기존에 사용되어 오던 화학적 방법인 고분자 그라프팅을 한 후에 실리카를 합성하는 방법을 사용하였다[J. Mater. Sci., 33, 1871, 1998]. On the other hand, carbon black used for the reinforcement and conductivity of the silicone rubber is to attach a silica having the same properties as that of the silicon, not the polymer, on the surface of the silicone rubber was intended to appear more robust reinforcement. Kazuhiro Fujiki used a method of synthesizing silica after polymer grafting, which is a conventional chemical method [ J. Mater. Sci. , 33, 1871, 1998].

그러나, 화학적인 방법으로 카본블랙 표면에 고분자를 합성함이 없이 PVP를 물리적으로 흡착시켜 안정화시킨 카본블랙 입자 표면에 TEOS를 사용하여 졸-겔법으로 실리카를 합성하여 결합시키는 예는 아직 알려져 있지 않다.However, there is no known example of synthesizing and bonding silica by sol-gel method using TEOS on the surface of carbon black particles stabilized by physically adsorbing PVP without chemically synthesizing polymer on the surface of carbon black by chemical method.

본 발명의 목적은 간단한 공정을 통하여 카본블랙 입자 표면에 실리카를 결합시킨 카본블랙/실리카 복합체의 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method for producing a carbon black / silica composite in which silica is bonded to the surface of the carbon black particles through a simple process.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 카본블랙 입자 표면에 PVP를 물리적으로 흡착시키고, 상기 흡착으로 안정화된 카본블랙 입자에 TEOS로부터 졸-겔법(Sol-gel process)으로 합성된 실리카를 결합시키는 단계를 포함하는 카본블랙/실리카 복합체의 제조방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a step of physically adsorbing PVP on the surface of the carbon black particles, and bonding the silica synthesized by the sol-gel process from TEOS to the carbon black particles stabilized by the adsorption It provides a method for producing a carbon black / silica composite comprising a.

본 발명에 의하면, 카본블랙 입자의 표면을 화학적으로 개질할 필요 없이 카본블랙/실리카 복합체를 제조할 수 있으므로, 공정이 단순화되고, 공정시간이 단축되어 다양한 응용분야에서 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 기존의 고무산업 공정 중, 배합과정에서 발생하는 카본블랙과 실리카의 고분자 내 분산 문제 및 분진 문제를 해결할 수 있으므로 고무산업 분야에서 특히 유용하게 사용될 수 있다.According to the present invention, since the carbon black / silica composite can be prepared without chemically modifying the surface of the carbon black particles, the process is simplified, the processing time can be shortened, and can be usefully used in various applications. In the existing rubber industry process, it is possible to solve the problem of dispersion and dust in the polymer of carbon black and silica that occur in the compounding process can be particularly useful in the rubber industry.

본 발명은 카본블랙 입자 표면에 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinylpyrrolidone)(PVP)을 흡착시킨 후, 상기 PVP가 흡착되어 안정화된 카본블랙 입자에 TEOS로부터 합성된 실리카를 결합시켜 카본블랙/실리카 복합체를 제조하는 방법을 제공한다.The present invention adsorbs polyvinylpyrrolidone (PVP) on the surface of carbon black particles, and then combines silica synthesized from TEOS to carbon black particles stabilized by PVP adsorption to prepare carbon black / silica composites. Provide a way to.

이하 본 발명을 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail step by step.

본 발명에 따른 카본블랙/실리카 복합체의 제조방법은Method for producing a carbon black / silica composite according to the present invention

증류수 용매 내에서 카본블랙 표면에 PVP를 흡착시키는 단계(단계 1);Adsorbing PVP on the carbon black surface in distilled water solvent (step 1);

에탄올 및 암모니아수의 혼합 용매 내에 PVP가 흡착된 카본블랙 입자들을 분산시키는 단계(단계 2);Dispersing carbon black particles having PVP adsorbed in a mixed solvent of ethanol and ammonia water (step 2);

상기 혼합 용매 내에서 TEOS를 졸-겔법에 의하여 실리카로 합성하는 단계(단계 3); 및Synthesizing TEOS to silica by sol-gel method in the mixed solvent (step 3); And

상기 합성된 실리카를 상기 PVP가 흡착된 카본블랙 표면에 결합시키는 단계(단계 4)Bonding the synthesized silica to the surface of the carbon black adsorbed PVP (step 4)

를 포함한다.It includes.

상기 단계 1에서, 상기 PVP는 증류수 100 중량부에 대하여 0.075 ~ 0.375 중량부인 것이 바람직하다. 상기 사용량이 0.075 중량부 미만이면 카본블랙 입자 표면에 실리카 입자가 생성되지 못하고 매질 상에서 따로 합성이 되는 문제가 있고, 0.375 중량부를 초과하면 과량의 PVP가 반응물의 점도를 증가시켜 다음 단계를 위한 필터링이 안 되는 문제가 있다.In step 1, the PVP is preferably 0.075 to 0.375 parts by weight based on 100 parts by weight of distilled water. If the amount is less than 0.075 parts by weight, silica particles are not generated on the surface of the carbon black particles and are separately synthesized on the medium. When the amount is more than 0.375 parts by weight, the excess PVP increases the viscosity of the reactant, so that filtering for the next step is performed. There is no problem.

상기 단계 1에서, PVP는 카본블랙 입자와 물리적으로 흡착되므로 카본블랙 입자의 표면을 화학적으로 개질할 필요가 없다. 이는 기존의 고분자 그라프팅 방법 등과 비교하여 공정을 단순하게 하고, 공정 시간을 단축시키는 장점이 있다.In step 1, PVP is physically adsorbed with the carbon black particles, so there is no need to chemically modify the surface of the carbon black particles. This simplifies the process and shortens the process time as compared to the conventional polymer grafting method.

상기 단계 2에서, PVP가 흡착되어 안정화된 카본블랙 입자는 에탄올과 암모니아수의 혼합 용매에 분산된다. 이하의 단계 3에서 TEOS로부터 졸-겔법에 의하여 형성되는 실리카와 반응시키기 위하여 상기 카본블랙 입자를 상기 혼합 용매에 미리 분산시키는 것이 바람직하다. 상기 단계에서 암모니아수는 약 25 ~ 30 % NH3이 포함된 용액을 사용하는 것이 바람직하며, 에탄올 100 부피부에 대하여 4 ~ 5 부피부로 사용하는 것이 바람직하다.In Step 2, the carbon black particles stabilized by PVP adsorption are dispersed in a mixed solvent of ethanol and ammonia water. In order to react with silica formed by the sol-gel method from TEOS in the following step 3, it is preferable to disperse the carbon black particles in the mixed solvent in advance. The ammonia water in this step is preferably used a solution containing about 25 to 30% NH 3 , it is preferable to use 4 to 5 parts by volume with respect to 100 parts by volume of ethanol.

상기 단계 3에서, 상기 혼합 용매 내에서 TEOS는 실리카로 합성된다. 본 단계에서 합성된 실리카는 수산화기가 풍부하여 이후 단계인 단계 4에서 카본블랙 입자상에 흡착된 PVP사슬 상의 질소 원자와 수소결합 및 전기적 인력 등에 의하여 결합이 용이하게 된다. 상기 단계에서 TEOS의 양은 에탄올 100 부피부에 대하여 3내지 7 부피부 범위인 것이 바람직하고, 3내지 5 부피부 범위인 것이 더욱 바람직하다. TEOS의 양이 3 부피부 미만인 경우, 실리카가 정상적으로 합성되지 않는 문제점이 있고, 7 부피부를 초과하는 경우 카본블랙의 표면에 과량의 실리카가 두껍게 생성되어 고분자내에 상기 복합체를 분산시켰을 때 카본블랙의 특성을 발휘하지 못하는 경우가 발생하는 문제점이 있다.In step 3, TEOS is synthesized in silica in the mixed solvent. The silica synthesized in this step is rich in hydroxyl group, so that the bonding is facilitated by nitrogen bonding with hydrogen atoms and electrical attraction on the PVP chain adsorbed onto the carbon black particles in the subsequent step 4. The amount of TEOS in this step is preferably in the range of 3 to 7 parts by volume, more preferably in the range of 3 to 5 parts by volume with respect to 100 parts by volume of ethanol. If the amount of TEOS is less than 3 parts by volume, there is a problem that the silica is not synthesized normally, when exceeding 7 parts by volume excess silica is formed on the surface of the carbon black to disperse the composite in the polymer of the carbon black There is a problem that can not be achieved characteristics.

상기 단계 4에서, 같은 혼합 용매 내에 존재하는 PVP가 흡착된 카본블랙 입자와 TEOS로부터 합성된 실리카가 결합한다. 더욱 상세하게는, 카본블랙 입자의 표면에 흡착된 PVP 사슬 내의 질소 원자는 수소결합 및 전기적 인력 등을 통하여 수산화기가 풍부한 합성된 실리카와 결합한다.In step 4, the PVP-adsorbed carbon black particles present in the same mixed solvent and silica synthesized from TEOS are combined. More specifically, the nitrogen atoms in the PVP chain adsorbed on the surface of the carbon black particles bind to the synthesized silica rich in hydroxyl groups through hydrogen bonding and electrical attraction.

상기 전 단계들은 20내지 50 ℃의 온도 범위에서 수행되는 것이 바람직하고, 20내지 30 ℃에서 수행되는 것이 더욱 바람직하다. 20 ℃ 미만의 온도에서 상기 단계들이 수행될 경우, PVP의 용해, 카본블랙 입자 표면에의 PVP의 흡착, TEOS로부터 실리카의 합성 및 흡착된 PVP와 합성된 실리카 사이의 결합에 과도한 시간이 소요되는 문제가 있으며, 50 ℃를 초과하는 온도에서 상기 단계들이 수행될 경우, TEOS의 졸-겔 반응에 의한 실리카 생성 단계에서 반응이 급격하게 일어나 카본블랙 표면에서 생성되지 못하는 문제가 있다.The above steps are preferably carried out in a temperature range of 20 to 50 ℃, more preferably carried out at 20 to 30 ℃. When the above steps are performed at a temperature below 20 ° C., excessive time is required for dissolution of PVP, adsorption of PVP on the surface of carbon black particles, synthesis of silica from TEOS, and bonding between adsorbed PVP and synthesized silica. And, if the above steps are carried out at a temperature exceeding 50 ℃, there is a problem that the reaction occurs rapidly in the silica production step by the sol-gel reaction of TEOS is not generated on the carbon black surface.

상기 PVP를 카본블랙 입자 표면에 흡착시키기 위한 단계의 교반 및 합성된 실리카를 카본블랙 입자 표면의 PVP와 결합시키기 위한 단계의 교반은 12내지 48 시간동안 수행되는 것이 바람직하고, 24내지 36 시간동안 수행되는 것이 더욱 바람 직하다. 교반이 12 시간미만으로 수행될 경우, PVP의 물리적 흡착 및 실리카의 화학적 결합이 충분히 수행되지 않는 문제가 있고, 48 시간을 초과하여도 그 이상의 유리한 점이 없다.The stirring of the step of adsorbing the PVP on the surface of the carbon black particles and the stirring of the step of combining the synthesized silica with the PVP on the surface of the carbon black particles are preferably performed for 12 to 48 hours, and are performed for 24 to 36 hours. It is more desirable to be. If the agitation is performed for less than 12 hours, there is a problem that physical adsorption of PVP and chemical bonding of silica are not sufficiently performed, and there is no advantage even more than 48 hours.

상기 단계들을 통하여 수 nm에서 수 십 nm의 실리카 입자들이 카본블랙 입자 표면에 결합되어 있는 카본블랙/실리카 복합체의 제조가 가능하다. Through the above steps, it is possible to prepare a carbon black / silica composite in which silica particles of several nm to several ten nm are bonded to the carbon black particle surface.

이하, 본 발명을 실시예 등을 통하여 더욱 상세히 설명한다. 단, 하기의 실시예 등이 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술사상과 이하 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 물론이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the following examples and the like do not limit the scope of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains variously within the equivalent range of the technical concept of the present invention and the claims to be described below. Of course, modifications and variations are possible.

<실시예 1> 카본블랙/실리카 복합체의 제조(1-1)Example 1 Preparation of Carbon Black / Silica Composite (1-1)

반응기에 PVP(Mw = 40,000, KANTO, Japan) 0.3 g과 증류수 400 g을 투입하여 PVP가 완전히 용해될 때까지 초음파를 가하였다. 그 후, PVP가 용해된 증류수에 카본블랙(N762, Degussa, Germany) 1 g을 투입하고 상온에서 24 시간동안 교반하여 PVP를 카본블랙 표면에 물리적으로 흡착시켰다.0.3 g of PVP (M w = 40,000, KANTO, Japan) and 400 g of distilled water were added to the reactor, and ultrasonic waves were added until the PVP was completely dissolved. Thereafter, 1 g of carbon black (N762, Degussa, Germany) was added to distilled water in which PVP was dissolved, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours to physically adsorb PVP onto the surface of carbon black.

상기 반응물을 필터로 걸러내어 에탄올 100 ml에 재분산시킨 후, 암모니아 수(Duksan, Korea) 4.4 ml와 TEOS(Samchun, Korea) 4 ml를 넣고 상온에서 24 시간동안 교반하여 카본블랙/실리카 복합체를 얻었다. 얻어진 복합체를 투과전자현미경을 통하여 확인하였다. 상기 복합체의 제조를 위한 각 성분의 함량을 표 1에 나타내었다.The reaction mixture was filtered and redispersed in 100 ml of ethanol, and 4.4 ml of ammonia water (Duksan, Korea) and 4 ml of TEOS (Samchun, Korea) were added and stirred at room temperature for 24 hours to obtain a carbon black / silica complex. . The obtained complex was confirmed through a transmission electron microscope. The content of each component for the preparation of the composite is shown in Table 1.

<실시예 2> 카본블랙/실리카 복합체의 제조(1-2)Example 2 Preparation of Carbon Black / Silica Composite (1-2)

PVP를 1.0 g 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 카본블랙/실리카 복합체를 얻었다. 상기 복합체의 제조를 위한 각 성분의 함량을 표 1에 나타내었다.A carbon black / silica composite was obtained in the same manner as in Example 1 except that 1.0 g of PVP was added. The content of each component for the preparation of the composite is shown in Table 1.

<실시예 3> 카본블랙/실리카 복합체의 제조(1-3)Example 3 Preparation of Carbon Black / Silica Composite (1-3)

PVP를 1.5 g 투입한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법을 수행하여 카본블랙/실리카 복합체를 얻었다. 얻어진 복합체를 투과전자현미경을 통하여 확인하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에 따르면, 카본블랙 입자 표면에 평균 크기 2 nm의 까만 점처럼 보이는 실리카들이 합성된 것을 알 수 있다. 상기 복합체의 제조를 위한 각 성분의 함량을 표 1에 나타내었다.A carbon black / silica composite was obtained in the same manner as in Example 1, except that 1.5 g of PVP was added. The obtained complex was confirmed through a transmission electron microscope, and the results are shown in FIG. 3. According to Figure 3, it can be seen that on the surface of the carbon black particles, silica that looks like black dots having an average size of 2 nm is synthesized. The content of each component for the preparation of the composite is shown in Table 1.

카본블랙
(g)
Carbon black
(g)
증류수
(g)
Distilled water
(g)
PVP
(g)
PVP
(g)
에탄올
(ml)
ethanol
(ml)
암모니아수
(ml)
ammonia
(ml)
TEOS
(ml)
TEOS
(ml)
실시예 1Example 1 1One 400400 0.30.3 100100 4.44.4 44 실시예 2Example 2 1One 400400 1.01.0 100100 4.44.4 44 실시예 3Example 3 1One 400400 1.51.5 100100 4.44.4 44

<실시예 4> 카본블랙/실리카 복합체의 제조(2-1)Example 4 Preparation of Carbon Black / Silica Composite (2-1)

반응기에 PVP 1.5 g과 증류수 400 g을 투입하여 PVP가 완전히 용해될 때까지 초음파를 가하였다. 상기 PVP가 용해된 증류수에 카본블랙 1 g을 투입하고 상온에서 24 시간동안 교반하여 PVP를 카본블랙 표면에 물리적으로 흡착시켰다.1.5 g of PVP and 400 g of distilled water were added to the reactor, and ultrasonic waves were applied until the PVP was completely dissolved. 1 g of carbon black was added to distilled water in which PVP was dissolved, and stirred at room temperature for 24 hours to physically adsorb PVP on the surface of carbon black.

상기 반응물을 필터로 걸러내어 에탄올 100 ml에 재분산을 시킨 후, 암모니아수 4.4 ml와 TEOS 3 ml를 넣고 상온에서 24 시간동안 교반하여 카본블랙/실리카 복합체를 얻었다. 상기 복합체의 제조를 위한 각 성분의 함량을 표 2에 나타내었다.The reaction mixture was filtered and redispersed in 100 ml of ethanol. Then, 4.4 ml of ammonia water and 3 ml of TEOS were added thereto and stirred at room temperature for 24 hours to obtain a carbon black / silica composite. The content of each component for the preparation of the composite is shown in Table 2.

<실시예 5> 카본블랙/실리카 복합체의 제조(2-2)Example 5 Preparation of Carbon Black / Silica Composite (2-2)

TEOS를 4 ml 투입한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법을 수행하여 카본블랙/실리카 복합체를 얻었다. 얻어진 복합체를 투과전자현미경을 통하여 확인하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에 따르면, 카본블랙 입자 표면에 평균 크기 2 nm의 까만 점처럼 보이는 실리카들이 합성된 것을 알 수 있다. 상기 복합체의 제조를 위한 각 성분의 함량을 표 2에 나타내었다.A carbon black / silica composite was obtained in the same manner as in Example 4 except that 4 ml of TEOS was added. The obtained complex was confirmed through a transmission electron microscope, and the results are shown in FIG. 3. According to Figure 3, it can be seen that on the surface of the carbon black particles, silica that looks like black dots having an average size of 2 nm is synthesized. The content of each component for the preparation of the composite is shown in Table 2.

<실시예 6> 카본블랙/실리카 복합체의 제조(2-3)Example 6 Preparation of Carbon Black / Silica Composite (2-3)

TEOS를 5 ml 투입한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법을 수행하여 카본블랙/실리카 복합체를 얻었다. 얻어진 복합체를 투과전자현미경을 통하여 확인하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에 따르면, 평균 크기가 20 nm인 실리카 입자들이 카본블랙 표면 전체를 덮고 있음을 알 수 있다. 상기 복합체의 제조를 위한 각 성분의 함량을 표 2에 나타내었다.A carbon black / silica composite was obtained in the same manner as in Example 4 except that 5 ml of TEOS was added. The obtained composite was confirmed through a transmission electron microscope, the results are shown in FIG. According to FIG. 4, it can be seen that silica particles having an average size of 20 nm cover the entire carbon black surface. The content of each component for the preparation of the composite is shown in Table 2.

카본블랙
(g)
Carbon black
(g)
증류수
(g)
Distilled water
(g)
PVP
(g)
PVP
(g)
에탄올
(ml)
ethanol
(ml)
암모니아수
(ml)
ammonia
(ml)
TEOS
(ml)
TEOS
(ml)
실시예 4Example 4 1One 400400 1.51.5 100100 4.44.4 33 실시예 5Example 5 1One 400400 1.51.5 100100 4.44.4 44 실시예 6Example 6 1One 400400 1.51.5 100100 4.44.4 55

<비교예 1>Comparative Example 1

반응기에 PVP 0.1 g과 증류수 400 g을 투입하여 PVP가 완전히 용해될 때까지 초음파를 가해준다. 상기 PVP가 용해된 증류수에 카본블랙 1 g을 투입하고 상온에서 24 시간동안 교반하여 PVP를 카본블랙 표면에 물리적으로 흡착시켰다.0.1 g of PVP and 400 g of distilled water are added to the reactor and ultrasonic waves are applied until the PVP is completely dissolved. 1 g of carbon black was added to distilled water in which PVP was dissolved, and stirred at room temperature for 24 hours to physically adsorb PVP on the surface of carbon black.

상기 반응물을 필터로 걸러내어 에탄올 100 ml에 재분산시킨 후, 암모니아수 4.4 ml와 TEOS 5 ml를 넣고 상온에서 24 시간동안 교반하여 카본블랙/실리카 복합체를 얻었다. 얻어진 복합체는 투과전자현미경을 통하여 확인하였으며 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에 따르면, 카본블랙 표면에 흡착된 PVP 양이 적어 합성된 실리카가 카본블랙 입자에 붙지 못하고 매질 상에 따로 합성되어 있음을 알 수 있다. 합성된 실리카의 크기는 카본블랙보다 큰 약 100 nm정도였다. 상기 복합체의 제조를 위한 각 성분의 함량을 표 3에 나타내었다.The reaction mixture was filtered and redispersed in 100 ml of ethanol, and 4.4 ml of ammonia water and 5 ml of TEOS were added and stirred at room temperature for 24 hours to obtain a carbon black / silica composite. The obtained composite was confirmed through a transmission electron microscope and the results are shown in FIG. According to FIG. 2, it can be seen that the amount of PVP adsorbed on the surface of the carbon black is small, and thus the synthesized silica does not adhere to the carbon black particles and is separately synthesized on the medium. The size of the synthesized silica was about 100 nm larger than that of carbon black. The content of each component for the preparation of the composite is shown in Table 3.

<비교예 2>Comparative Example 2

반응기에 PVP 2.0 g과 증류수 400 g을 투입하여 PVP가 완전히 용해될 때까지 초음파를 가해주었다. PVP가 용해된 증류수에 카본블랙 1 g을 투입하고 상온에서 24 시간동안 교반하여 PVP를 카본블랙 표면에 물리적으로 흡착시켰다.2.0 g of PVP and 400 g of distilled water were added to the reactor, and ultrasonic waves were applied until the PVP was completely dissolved. 1 g of carbon black was added to distilled water in which PVP was dissolved, and stirred at room temperature for 24 hours to physically adsorb PVP on the surface of carbon black.

상기 반응물은 필터링이 되지 않아, 그 이후의 실리카 합성 반응은 진행하지 않았다.The reactants were not filtered, and the subsequent silica synthesis did not proceed.

상기 PVP가 과량 흡착된 카본블랙 입자는 투과전자현미경을 통하여 확인하였으며 그 결과를 도 5에 나타내었다. 도 5에 따르면, 둥근 카본블랙 입자 주위로 PVP가 두껍게 흡착되어 있음을 알 수 있다. 상기 복합체의 제조를 위한 각 성분의 함량을 표 3에 나타내었다.Carbon black particles adsorbed excessively by PVP were confirmed by transmission electron microscope, and the results are shown in FIG. 5. According to FIG. 5, it can be seen that PVP is thickly adsorbed around the round carbon black particles. The content of each component for the preparation of the composite is shown in Table 3.

카본블랙
(g)
Carbon black
(g)
증류수
(g)
Distilled water
(g)
PVP
(g)
PVP
(g)
에탄올
(ml)
ethanol
(ml)
암모니아수
(ml)
ammonia
(ml)
TEOS
(ml)
TEOS
(ml)
비교예 1Comparative Example 1 1One 400400 0.10.1 100100 4.44.4 55 비교예 2Comparative Example 2 1One 400400 2.02.0 -- -- --

<비교예 3>Comparative Example 3

반응기에 PVP 1.5 g과 증류수 400 g을 투입하여 PVP가 완전히 용해될 때까지 초음파를 가해주었다. PVP가 용해된 증류수에 카본블랙 1 g을 투입하고 상온에서 24 시간동안 교반하여 PVP를 카본블랙 표면에 물리적으로 흡착시켰다.1.5 g of PVP and 400 g of distilled water were added to the reactor, and ultrasonic waves were applied until the PVP was completely dissolved. 1 g of carbon black was added to distilled water in which PVP was dissolved, and stirred at room temperature for 24 hours to physically adsorb PVP on the surface of carbon black.

반응물을 필터로 걸러내어 에탄올 100 ml에 재분산시킨 후, 암모니아수 4.4 ml를 넣고, TEOS는 넣지 않은 상태에서 상온에서 24 시간동안 교반하였다.The reaction mixture was filtered and redispersed in 100 ml of ethanol, 4.4 ml of ammonia water was added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours without adding TEOS.

반응 후의 입자를 투과전자현미경을 통하여 확인하였으며 이를 도 6에 나타내었다. 도 6에 따르면, 실리카의 전구체인 TEOS를 투입하지 않았으므로 합성된 실리카 없이 반응 후에 카본블랙만 존재함을 알 수 있다. 상기 복합체의 제조를 위한 각 성분의 함량을 표 4에 나타내었다.Particles after the reaction were confirmed through a transmission electron microscope, which is shown in FIG. 6. According to FIG. 6, since TEOS, which is a precursor of silica, was not added, it can be seen that only carbon black is present after the reaction without the synthesized silica. The content of each component for the preparation of the composite is shown in Table 4.

카본블랙
(g)
Carbon black
(g)
증류수
(g)
Distilled water
(g)
PVP
(g)
PVP
(g)
에탄올
(ml)
ethanol
(ml)
암모니아수
(ml)
ammonia
(ml)
TEOS
(ml)
TEOS
(ml)
비교예 3Comparative Example 3 1One 400400 1.51.5 100100 4.44.4 00

도 1은 본 발명에서 사용된 카본블랙 입자의 투과전자현미경 사진이다.1 is a transmission electron micrograph of the carbon black particles used in the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 졸-겔법으로 제조된 비교예 1의 카본블랙에 흡착된 PVP의 양이 적어 합성된 실리카가 카본블랙에 결합하지 못한 상태의 카본블랙과 실리카 입자의 투과전자현미경 사진이다.FIG. 2 is a transmission electron micrograph of carbon black and silica particles in a state in which the synthesized silica is not bonded to the carbon black due to the small amount of PVP adsorbed on the carbon black of Comparative Example 1 prepared by the sol-gel method according to the present invention. .

도 3은 본 발명에 따른 졸-겔법으로 제조된 실시예 3 및 실시예 5의 카본블랙/실리카 복합체의 투과전자현미경 사진이다.3 is a transmission electron micrograph of the carbon black / silica composite of Example 3 and Example 5 prepared by the sol-gel method according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 졸-겔법으로 제조된 실시예 6의 카본블랙/실리카 복합체의 투과전자현미경 사진이다.Figure 4 is a transmission electron micrograph of the carbon black / silica composite of Example 6 prepared by the sol-gel method according to the present invention.

도 5는 비교예 2의 PVP가 과량 흡착된 카본블랙의 투과전자현미경 사진이다.5 is a transmission electron microscope photograph of carbon black in which PVP is excessively adsorbed in Comparative Example 2. FIG.

도 6은 TEOS가 없는 상태에서 반응시킨 비교예 3의 카본블랙 입자의 투과전자현미경 사진이다.6 is a transmission electron micrograph of the carbon black particles of Comparative Example 3 reacted in the absence of TEOS.

Claims (3)

증류수 용매에, 증류수 100 중량부에 대하여 0.075 ~ 0.375 중량부 범위의 PVP(Polyvinylpyrrolondone)을 분산시키고, 이에 카본블랙을 도입하여 카본블랙 표면에 PVP를 흡착시키는 단계;Dispersing polyvinylpyrrolondone (PVP) in a range of 0.075 to 0.375 parts by weight with respect to 100 parts by weight of distilled water, and introducing carbon black to adsorb PVP on the surface of the carbon black; 에탄올 100 부피비에 대하여 암모니아수가 4 ~ 5 부피비 범위 내인 에탄올 및 암모니아수의 혼합 용매 내에 상기 PVP가 흡착된 카본블랙 입자들을 분산시키는 단계;Dispersing the carbon black particles adsorbed by the PVP in a mixed solvent of ethanol and ammonia water in an ammonia water of 4 to 5 volume ratio relative to 100 ethanol volume ratio; 상기 혼합 용매 내에서 에탄올 100 부피비에 대하여 3 ~ 7 부피비 범위의 TEOS를 졸-겔법에 의하여 실리카로 합성하는 단계; 및Synthesizing TEOS in a range of 3 to 7 by volume with respect to 100 volumes by weight of ethanol in the mixed solvent to silica by a sol-gel method; And 상기 합성된 실리카를 상기 PVP가 흡착된 카본블랙 표면에 결합시키는 단계Bonding the synthesized silica to the surface of carbon black adsorbed with PVP; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 카본블랙/실리카 복합체의 제조방법.Method of producing a carbon black / silica composite comprising a. 제 1항에 있어서, 상기 각 단계는 20 ~ 50 ℃의 반응 온도에서 12 ~ 48 시간동안 수행되는 것을 특징으로 하는 카본블랙/실리카 복합체의 제조방법.The method of claim 1, wherein each of the steps is performed for 12 to 48 hours at a reaction temperature of 20 to 50 ℃. 삭제delete
KR1020080122360A 2008-12-04 2008-12-04 Method for preparing carbon black / silica composite using sol-gel method KR101046340B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080122360A KR101046340B1 (en) 2008-12-04 2008-12-04 Method for preparing carbon black / silica composite using sol-gel method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080122360A KR101046340B1 (en) 2008-12-04 2008-12-04 Method for preparing carbon black / silica composite using sol-gel method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100063972A KR20100063972A (en) 2010-06-14
KR101046340B1 true KR101046340B1 (en) 2011-07-05

Family

ID=42363726

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080122360A KR101046340B1 (en) 2008-12-04 2008-12-04 Method for preparing carbon black / silica composite using sol-gel method

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101046340B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110676445B (en) * 2019-09-19 2022-11-08 安徽清泉新能源科技集团有限责任公司 Lithium battery material and preparation method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002059193A1 (en) 2001-01-25 2002-08-01 The Yokohama Rubber Co., Ltd. Rubber composition
JP2008163142A (en) 2006-12-27 2008-07-17 Toyo Tire & Rubber Co Ltd Preparation of rubber-filler composite

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002059193A1 (en) 2001-01-25 2002-08-01 The Yokohama Rubber Co., Ltd. Rubber composition
JP2008163142A (en) 2006-12-27 2008-07-17 Toyo Tire & Rubber Co Ltd Preparation of rubber-filler composite

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
국제저널(Journal of Materials Science, Vol.33, pp.1871-1879, 1998.)

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100063972A (en) 2010-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6803874B2 (en) Carbon-modified Boron Nitride, Its Manufacturing Method and Highly Thermally Conductive Resin Composition
CN111763406A (en) Preparation process of graphene nanocomposite
CN102730674A (en) Hydrosilylation method for modifying graphene
KR101269074B1 (en) Bridged organosilica precursor having amphiphilic polymeric chain and nano particle using thereof
CN104151828A (en) Method for improving heat resistance of organic silicone resin by nano-silica-coated multi-walled carbon nanotubes
KR101839983B1 (en) Additive for modifying polymer and manufacturing method thereof
CN109464969B (en) Functionalization method of nitrogen-rich polymer on ferroferric oxide/silicon dioxide nano particle surface
KR102366576B1 (en) Nanocomposites and curable compositions containing the same
CN111229182A (en) Double-functional group modified carbon nanotube composite material and preparation method thereof
CN114456480A (en) Cable material composition for automobile wire harness and preparation method thereof
KR101046340B1 (en) Method for preparing carbon black / silica composite using sol-gel method
CN111334094A (en) Composite materials comprising chemically linked graphite fluoride-derived nanoparticles
KR101436016B1 (en) Polymeric nanocomposites with excellent mechanical properties and electrical conductivities comprising modified carbon nano-tube and preparation method thereof
KR101672614B1 (en) Preparation method of multi-wall carbon nanotube having metharcylate
WO2018230638A1 (en) Carbon-modified boron nitride, method for producing same, and highly heat-conductive resin composition
CN112940318A (en) Method for producing organic-inorganic composite film and organic-inorganic composite film
KR102294709B1 (en) Method for preparing conductive polymer having dispersion stability and highly conductive, conductive polymer made therefrom and anti-static coating agent using the same
KR101557325B1 (en) Carbon nanotube coated with polydopamine/mPEG derivatives and preparation method thereof
KR101107230B1 (en) Preparing Method For Composite Of Silica/Carbon Nanotubes
CN113416383A (en) Flexible linear polymer and inorganic nanoparticle composite modified graphene oxide-epoxy resin composite material and preparation method thereof
KR101740887B1 (en) Novel Pyrene Compounds, Carbon Nanomaterials modified with the Compounds, and Carbon Nanomaterial/Polyamide Composite
Ganjeh et al. Vinyl modified Cloisite 30B clay as an efficient filler for the synthesis of poly (styrene-co-butyl acrylate)/clay nanocomposite by emulsion polymerization
WO2021246859A1 (en) Method of preparing silane-functionalized graphene
KR101726077B1 (en) Composite of inorganic paticle-catechol and method for preparing the same
CN117210015A (en) Silicon rubber composite material and preparation method and application thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140320

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150216

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160404

Year of fee payment: 6

LAPS Lapse due to unpaid annual fee