KR101516675B1 - Silica based nano sheet, dispersion sol of silica based nano sheet and method for preparing thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 실리카계 나노시트, 실리카계 나노시트 분산졸 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 2차원의 판상 형상을 띄며 결정성 입자로서 기계적, 열적, 화학적 특성이 우수하면서 유기물과 하이브리드화에 적용가능한 실리카계 나노시트, 실리카계 나노시트 분산졸 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a silica-based nanosheet, a silica-based nanosheater dispersion sol and a method for producing the same, and more particularly to a silica-based nanosheet dispersion sol having a two-dimensional plate shape and being excellent in mechanical, thermal and chemical properties as crystalline particles, Based nano-sheet dispersed sol, and a method for producing the same.
실리카는 내부식성, 내화학성, 내마모성, 내열특성 및 고경도와 같은 우수한 물성을 가지고 있어, 구조재료, 보호용 코팅재료, 연마 재료와 같은 분야에서 활발하게 활용되고 있으며, 이러한 우수한 물성을 지니는 실리카의 적용범위가 전기전자 및 정보용 소재로까지 확대되고 있다.Silica has excellent physical properties such as corrosion resistance, chemical resistance, abrasion resistance, heat resistance and hardness, and is actively utilized in such fields as structural materials, protective coating materials and abrasive materials. The application range of silica having such excellent properties Is expanding to electric and electronic materials and information materials.
특히, 이러한 실리카를 나노시트로 제조하는 것은 다양한 용도로 활용이 가능하나, 현재 거의 제조된 예가 없으며 유기 물질과 결합되어 복합체(composite)를 이루는 형태여서 다양한 분야에 기본 소재로서 적용하기 어렵다.In particular, it is possible to use such silica as a nanosheet for a variety of applications, but there is no currently available example and it is difficult to apply it as a base material in various fields because it forms a composite by combining with an organic material.
또한 실리카 외에 금속화합물을 이용하여 나노시트를 제조하는 것은 제조 공정상의 수율 및 가공 비용면에서 경제적이지 못한 문제가 있다.In addition, the production of nanosheets using metal compounds other than silica has a problem in that it is not economical in terms of yield and processing cost in the production process.
나노단위의 메조 세공을 가진 다공성 금속화합물 나노시트도 개발된 바 있으나, 제조 수율이 낮고 입자의 크기 및 다공성 등의 특성을 제어하기 어려운 문제가 있어, 이로 인하여 다양한 분야로 응용하기 위한 소재로서의 사용이 제한적이다.There has been developed a porous metal compound nano-sheet having mesopores of nano unit, but it has a problem that the production yield is low and the characteristics such as particle size and porosity are difficult to control, and as a result, it is used as a material for various applications Limited.
따라서 물리적·화학적 특성이 우수하고 제조가 용이하면서 다양한 응용 분야에 적용할 수 있는 나노시트 및 나노시트를 제조하는 방법에 대한 개발이 요구되고 있다.Therefore, there is a demand for development of a method for manufacturing nanosheets and nanosheets which are excellent in physical and chemical properties and easy to manufacture and applicable to various application fields.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 종래의 0차원의 구형이며 비정질 실리카 입자에 비하여 2차원의 판상형이며 결정형 입자로서 기계적, 열적, 화학적 특성이 우수한 실리카계 나노시트, 실리카계 나노시트 분산졸 및 이의 제조방법을 제공함에 목적이 있다.Therefore, an object of the present invention is to solve such conventional problems, and it is an object of the present invention to provide a silica-based nanosheet having excellent dimensional, mechanical, thermal and chemical properties as a two- , A silica-based nanosheet dispersion sol, and a process for producing the same.
또한, 유기물과 하이브리드된 물질을 제조하는데 용이한 실리카계 나노시트 분산졸 및 이의 제조방법을 제공함에 목적이 있다. It is another object of the present invention to provide a silica-based nanosheet dispersion sol which is easy to produce a hybrid material with an organic material and a method for producing the same.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 실리카계 나노시트는 미응집된 형태이며, 평균입경이 0.1 내지 10.0㎛이고, 두께가 0.5 내지 30nm일 수 있다.In order to achieve the above object, the silica-based nanosheets according to an embodiment of the present invention may be in the form of non-agglomerated particles having an average particle diameter of 0.1 to 10.0 탆 and a thickness of 0.5 to 30 nm.
상기 실리카계 나노시트는 층상 실리케이트가 박리되어 형성된 것일 수 있다.The silica-based nanosheets may be formed by delaminating a layered silicate.
상기 층상 실리케이트는 카네마이트(kanemite), 벤토나이트(bentonite), 몬모릴로나이트(montmorllonite), 운모(mica), 카올린(kaolin), 제올라이트(zeolite), 버미큘라이트(vermiculite), 일라이트(illite), 라포나이트(laponite) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.The layered silicate may be selected from the group consisting of kaemite, bentonite, montmorillonite, mica, kaolin, zeolite, vermiculite, illite, laponite, ), And combinations thereof.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리카계 나노시트 분산졸은 평균입경이 0.1 내지 10.0㎛이고, 두께가 0.5 내지 30nm인 실리카계 나노시트; 및 유기용매를 포함할 수 있다.The silica-based nanosheater dispersion sol according to one embodiment of the present invention is a silica-based nanosheet having an average particle diameter of 0.1 to 10.0 탆 and a thickness of 0.5 to 30 nm; And organic solvents.
상기 실리카계 나노시트는 층상 실리케이트가 박리되어 형성된 것일 수 있다. The silica-based nanosheets may be formed by delaminating a layered silicate.
상기 실리카계 나노시트는 실란 화합물 또는 유기계면활성제 중 적어도 하나를 포함하는 표면처리제로 표면처리된 것일 수 있다.The silica-based nanosheet may be surface-treated with a surface treatment agent containing at least one of a silane compound and an organic surfactant.
상기 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드, 알코올, 헥산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The organic solvent may be selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, alcohol, hexane, and combinations thereof.
본 발명의 일 실시예에 따른 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법은 층상 간 금속 이온을 포함하는 층상 실리케이트를 산(acid) 처리하여 상기 금속 이온을 양성자(H+)로 이온 교환시키는 이온 교환단계; 이온 교환된 상기 층상 실리케이트에 4차 수산화암모늄 화합물을 반응시켜 상기 층상 실리케이트를 박리함으로써 나노시트를 제조하는 박리단계; 상기 나노시트를 실란 화합물 또는 유기계면활성제 중 적어도 하나를 포함하는 표면처리제로 표면처리하는 표면처리단계; 및 상기 나노시트를 유기용매에 분산시켜 분산졸을 제조하는 분산단계를 포함할 수 있다.A method for producing a silica-based nanosheet dispersion sol according to an embodiment of the present invention includes: an ion exchange step of acid-treating a layered silicate containing interstitial metal ions to ion exchange the metal ion with a proton (H + ); ; A step of removing the layered silicate by reacting the quaternary ammonium hydroxide compound with the ion-exchanged layered silicate to produce a nanosheet; A surface treatment step of surface-treating the nanosheet with a surface treatment agent comprising at least one of a silane compound and an organic surfactant; And a dispersing step of dispersing the nanosheet in an organic solvent to produce a dispersion sol.
상기 이온 교환단계에서, 상기 층상 간 금속 이온을 포함하는 층상 실리케이트는 실리카졸 및 금속 수산화물을 혼합하여 형성할 수 있다.In the ion exchange step, the layer silicate containing the interstitial metal ion may be formed by mixing silica sol and metal hydroxide.
상기 층상 간 금속 이온을 포함하는 층상 실리케이트에서, 층상 실리케이트는 카네마이트(kanemite), 벤토나이트(bentonite), 몬모릴로나이트(montmorllonite), 운모(mica), 카올린(kaolin), 제올라이트(zeolite), 버미큘라이트(vermiculite), 일라이트(illite), 라포나이트(laponite) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In the layered silicate comprising intercalated metal ions, the layered silicate is selected from the group consisting of kanemite, bentonite, montmorillonite, mica, kaolin, zeolite, vermiculite, , Illite, laponite, and combinations thereof.
상기 금속 이온은 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속 이온 중 적어도 하나일 수 있다.The metal ion may be at least one of an alkali metal ion or an alkaline earth metal ion.
상기 산(acid)은 강산일 수 있다.The acid may be a strong acid.
상기 4차 수산화암모늄 화합물은 0.5 내지 5몰농도일 수 있다.The quaternary ammonium hydroxide compound may be in a concentration of 0.5 to 5 moles.
상기 4차 수산화암모늄 화합물은 수산화메틸트리부틸암모늄, 수산화디에틸디메틸암모늄, 수산화테트라메틸암모늄, 수산화테트라에틸암모늄, 수산화테트라프로필암모늄, 수산화테트라부틸암모늄, 수산화테트라옥틸암모늄, 수산화트리메틸에틸암모늄, 수산화헥사데실트리메틸암모늄, 수산화벤질트리에틸암모늄, 수산화(2-히드록시에틸)트리메틸암모늄, 수산화(2-히드록시에틸)트리에틸암모늄, 수산화(2-히드록시에틸)트리프로필암모늄, 수산화(1-히드록시프로필)트리메틸암모늄 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택될 수 있다.Wherein the quaternary ammonium hydroxide compound is selected from the group consisting of methyltributylammonium hydroxide, diethyldimethylammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, tetraoctylammonium hydroxide, trimethylethylammonium hydroxide, (2-hydroxyethyl) trimethylammonium hydroxide, benzyltriethylammonium hydroxide, hydroxy (2-hydroxyethyl) trimethylammonium hydroxide, Hydroxypropyl) trimethylammonium, and combinations thereof.
상기 표면처리단계에서, 상기 표면처리제는 상기 나노시트 100중량부에 대하여 1 내지 7중량부일 수 있다.In the surface treatment step, the surface treatment agent may be 1 to 7 parts by weight based on 100 parts by weight of the nanosheet.
상기 실란 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.The silane compound may be a compound represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
R(CH2)xSi(R')4-y R (CH 2) x Si ( R ') 4-y
상기 화학식 1에서, R은 에폭시, 하이드로카본, 하이드로카본아민, 하이드로카본할라이드, 이소시아네이트 또는 벤젠이고, x는 1 내지 16의 정수이고, R'는 알콕시, 아세톡시 또는 하이드록시이고, y는 1 내지 3의 정수이다.Wherein R is an epoxy, a hydrocarbon, a hydrocarbonamine, a hydrocarbon halide, an isocyanate or a benzene, x is an integer of 1 to 16, R 'is alkoxy, acetoxy or hydroxy, Lt; / RTI >
상기 실란 화합물은 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필디메틸메톡시실란, 3-아미노프로필메틸디메톡시실란, 3-(아미노프로필)에틸디메톡시실란, 3-아미노프로필디메틸에톡시실란, 3-아미노프로필페닐디메톡시실란, 2-아미노에틸트리에톡시실란, 4-아미노부틸트리에톡시실란, 4-아미노부틸트리메톡시실란, 4-아미노부틸메틸디메톡시실란, 3-이소시아네이토프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The silane compound may be selected from the group consisting of 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyldimethylmethoxysilane, 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3- (aminopropyl) ethyldimethoxysilane, , 3-aminopropylphenyldimethoxysilane, 2-aminoethyltriethoxysilane, 4-aminobutyltriethoxysilane, 4-aminobutyltrimethoxysilane, 4-aminobutylmethyldimethoxysilane, 3- 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, and combinations thereof. .
상기 표면처리단계는 아세트산을 더 첨가할 수 있다.The surface treatment step may further include addition of acetic acid.
상기 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드, 알코올, 헥산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.The organic solvent may be selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, alcohol, hexane, and combinations thereof.
상기 나노시트는 평균입경이 0.1 내지 10.0㎛이고, 두께가 0.5 내지 30nm일 수 있다.The nanosheet may have an average particle diameter of 0.1 to 10.0 mu m and a thickness of 0.5 to 30 nm.
본 발명에 따른 실리카계 나노시트는 2차원의 판상형이며 결정성을 가짐으로써 종래의 0차원의 구형이며 비정질 실리카 입자에 비하여 기계적, 열적, 화학적 특성이 우수하다.The silica-based nanosheet according to the present invention is two-dimensional plate-like and has crystallinity, so that it is superior in mechanical, thermal and chemical properties to amorphous silica particles which are spherical and spherical in shape of the conventional zero-dimensional.
또한, 본 발명에 따른 실리카계 나노시트 분산졸은 용매에 실리카계 나노시트가 분산된 형태이며 분산력이 우수하여 다른 유기물질과 하이브리드하여 유-무기 복합체 형성에 용이하고, 이에 따라 다양한 분야에 응용할 수 있다. 특히, 코팅제 및 코팅막을 제조하여 하드코팅막 또는 절연소재로서 용이하게 사용할 수 있다.In addition, the silica-based nanosheets dispersed sol according to the present invention is a dispersion of silica-based nanosheets in a solvent and is excellent in dispersibility, so that it can hybridize with other organic materials to facilitate formation of organic-inorganic composites, have. Particularly, a coating agent and a coating film can be prepared and used easily as a hard coating film or an insulating material.
본 발명에 따른 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법은 층상형 실리케이트를 직접 박리화하여 실리카계 나노시트 분산졸을 제조하는 방법을 제공할 수 있다.The method for producing a silica-based nanosheet dispersion sol according to the present invention can provide a method for producing a silica-based nanosheet dispersion sol by directly removing the layered silicate.
또한, 실리카계 나노시트 분산졸을 제조하는데 사용되는 물질 및 단계를 최적화하여 크기 분포를 줄여 크기를 균일하게 합성하여 물리적, 화학적 특성의 제어가 가능하다.In addition, physical and chemical properties can be controlled by uniformly synthesizing the size by reducing the size distribution by optimizing the materials and steps used to manufacture the silica-based nanosheets dispersion sol.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실리카계 나노시트 분산졸을 제조하는 방법을 순차적으로 도시한 도면이다.
도 2는 실시예 1, 2 및 3의 실리카계 나노시트를 제조에 사용된 카네마이트 판상체를 주사전자 현미경(scanning electron microscope, SEM)으로 입자의 형상을 분석한 이미지이다.
도 3은 실시예 4에 의해 실리카계 나노시트를 제조하는 과정에서 (a)이온 교환단계 전, (b)이온 교환단계 후 및 (c) 제조된 실리카계 나노시트 분산졸을 Si-웨이퍼에 코팅한 후에 측정한 X선 회절 그래프이다.
도 4는 실시예 4에 의해 제조된 실리카계 나노시트 분산졸을 건조하여 필드 방사 주사전자 현미경(field emission scanning electron microscope, FE-SEM)으로 분석한 이미지이다.
도 5는 실시예 3에 의해 제조된 실리카계 나노시트를 투과전자 gusarud(transmission electron microscope, TEM)으로 분석한 이미지이다.
도 6은 실시예 6에 의해 제조된 실리카계 나노시트를 투과전자 현미경(transmission electron microscope, TEM)으로 분석한 이미지이다.
도 7은 실시예 4에 의해 제조된 실리카계 나노시트를 원자간력 현미경(atomic force microscope, AFM)으로 분석한 이미지이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram sequentially showing a method for producing a silica-based nanosheet dispersion sol according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 2 is an image obtained by analyzing the shape of particles of a carneitic plate used in the preparation of the silica-based nanosheets of Examples 1, 2 and 3 using a scanning electron microscope (SEM).
FIG. 3 is a graph showing the results of the measurement of the silica-based nanosheets in the process of producing the silica-based nanosheets according to Example 4, (b) ion exchange, (c) X-ray diffraction diagram after measurement.
FIG. 4 is an image obtained by drying the silica-based nanosheet dispersion sol prepared in Example 4 and analyzing it by a field emission scanning electron microscope (FE-SEM).
5 is an image obtained by analyzing the silica-based nanosheet prepared in Example 3 by transmission electron gusarud (transmission electron microscope, TEM).
6 is an image obtained by analyzing the silica-based nanosheet prepared in Example 6 with a transmission electron microscope (TEM).
7 is an image obtained by analyzing the silica-based nanosheets prepared in Example 4 with an atomic force microscope (AFM).
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.
이하, 본 발명의 실리카계 나노시트, 실리카계 나노시트 분산졸 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the silica-based nanosheets, the silica-based nanosheets dispersed sols and the method for producing the same will be described in detail.
본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 나노시트는 미응집 형태이며 판상형을 가질 수 있다. The silica-based nanosheets according to one embodiment of the present invention may have a non-aggregated form and a plate-like form.
종래의 실리카계 나노시트는 응집된 상태로 덩어리(aggregates)의 형태로 존재하나, 본 발명에서 실리카계 나노시트는 나노시트 입자가 분리되어 미응집된 형태를 가진다. 이러한 응집되지 않은 형태를 가지는 실리카계 나노시트는, 각각의 나노시트를 사용하여 매우 얇은 박막 형성 등에 적용할 수 있다.The conventional silica-based nanosheets exist in the form of agglomerates in the aggregated state, but in the present invention, the nanosheets of the silica-based nanosheets have a form in which the nanosheet particles are separated and not agglomerated. Such a non-agglomerated silica-based nanosheet can be applied to formation of a very thin film using each nanosheet.
상기 실리카계 나노시트는 평균입경이 0.1 내지 10.0㎛이고 두께가 0.5 내지 30nm일 수 있으며, 바람직하게는 평균입경이 0.5 내지 5.0㎛이고 두께가 0.5 내지 20nm일 수 있다.The silica-based nanosheets may have an average particle diameter of 0.1 to 10.0 탆 and a thickness of 0.5 to 30 nm, preferably an average particle diameter of 0.5 to 5.0 탆, and a thickness of 0.5 to 20 nm.
여기서, 입경은 계측법에 의해 수치화한 입도 크기 및 두께를 표현하는 방법으로 필드 방사 주사전자현미경(FE-SEM) 또는 투과전자 현미경(TEM)에 의해 입자 크기를 측정하며, 원자간력 현미경(AFM)을 통해 입자의 크기 및 두께를 동시에 측정한 것을 의미한다. 평균입경은 계측법에 의해 수치화하여 집단의 평균 크기를 표현하는 방법이 있지만, 범용적으로 사용되는 것으로 분포의 최대값을 나타내는 모드 직경, 적분 분포 곡선의 중앙값에 상당하는 메디안 직경, 각종 평균 직경(수평균, 길이 평균, 면적 평균, 질량 평균, 체적 평균 등)등이 있고 본 발명에 있어서는 특별히 언급하지 않는 한 평균입경이란 수평균 입경이고, 동적 광산란형 입도 분포 측정기에 의해 측정된 D50(분포율이 50% 되는 지점의 입경)을 측정한 것을 의미하다. Here, the particle size is measured by a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) or a transmission electron microscope (TEM) as a method of expressing the particle size and thickness quantified by a measurement method, and an atomic force microscope (AFM) Which means that the size and thickness of the particles are measured at the same time. The average particle diameter can be expressed numerically by a measurement method to represent the average size of the population. However, it is generally used. The mode diameter indicates the maximum value of the distribution, the median diameter corresponds to the median value of the integral distribution curve, The average particle size is a number average particle size, unless otherwise specified in the present invention. D50 (distribution ratio of 50 (measured by a dynamic light scattering type particle size distribution analyzer) % Of the particle size).
상기 실리카계 나노시트는 층상 실리케이트로부터 제조될 수 있으며, 층상 실리케이트가 박리되어 형성될 수 있다.The silica-based nanosheets may be prepared from a layered silicate, and the layered silicate may be formed by peeling.
상기 층상 실리케이트의 기본 구조는 테트라히드랄 구조의 실리카 층과 옥타히드랄 구조의 알루미나 층의 조합으로 이루어져 있는데 두 층 사이의 -OH 관능기의 축합반응을 거쳐 생성될 수 있다. 층상 실리케이트 구조에서 옥타히드랄 층의 Al3 + 이온 대신에 Mg2 +, Fe2 +, Fe3 + 이온이, 테트라히드랄 층에서는 Si4 + 이온 대신에 Al3+ 이온이 등방치환될 수 있다. The basic structure of the layered silicate is composed of a combination of a silica layer of a tetrahydral structure and an alumina layer of an octahydral structure and can be produced through a condensation reaction of -OH functional groups between two layers. Layered silicate structure octa hydroxide LAL Mg 2 + in place of Al 3 + ions in the layer, Fe + 2, Fe + 3 ions in this, and in the LAL-tetrahydroxy layer is Al 3+ ion in place of Si + 4 ion can be substituted isotropic .
상기 층상 실리케이트는 매우 넓은 표면적을 가지고, 매우 얇은 시트가 수십에서 수백 장 정도 적층된 구조를 지니고 있다.The layered silicate has a very large surface area and has a structure in which a very thin sheet is stacked on the order of tens to hundreds of sheets.
구체적으로, 상기 층상 실리케이트는 카네마이트(kanemite), 벤토나이트(bentonite), 몬모릴로나이트(montmorllonite), 운모(mica), 카올린(kaolin), 제올라이트(zeolite), 버미큘라이트(vermiculite), 일라이트(illite) 또는 라포나이트(laponite)일 수 있으며, 경우에 따라 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.Specifically, the layered silicate may be selected from the group consisting of kaemite, bentonite, montmorillonite, mica, kaolin, zeolite, vermiculite, illite or lapo Laponite, and may be used in combination of two or more of them in some cases.
본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 나노시트 분산졸은 실리카계 나노시트 및 유기용매를 포함하며, 구체적으로 상기 실리카계 나노시트는 유기용매에 분산된 형태로 존재할 수 있다.The silica-based nanosheet dispersion sol according to an embodiment of the present invention includes a silica-based nanosheet and an organic solvent. Specifically, the silica-based nanosheet may be dispersed in an organic solvent.
상기 실리카계 나노시트는 실란 화합물 또는 유기계면활성제 중 적어도 하나를 포함하는 표면처리제로 표면처리된 것일 수 있다. 표면처리를 통하여 실리카계 나노시트의 분산도를 향상시킬 수 있다.The silica-based nanosheet may be surface-treated with a surface treatment agent containing at least one of a silane compound and an organic surfactant. The dispersion degree of the silica-based nanosheets can be improved through the surface treatment.
상기 유기용매는 상기 실리카계 나노시트를 분산시키는 분산매의 역할을 할 수 있다.The organic solvent may serve as a dispersion medium for dispersing the silica-based nanosheets.
상기 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 또는 디메틸술폭시드, 알코올, 헥산 등일 수 있으며, 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있고, 상기 유기용매들은 실리카계 나노시트를 분산도가 우수한 정도로 분산시킬 수 있다.The organic solvent may be N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide or dimethylsulfoxide, alcohol, hexane or the like, or a mixture of two or more of them may be used. Can be dispersed to a degree of excellent dispersion.
본 발명의 일 실시예에 의한 실리카계 나노시트 분산졸은 도 1에 도시한 바와 같이, 이온 교환단계(S10), 박리단계(S20), 표면처리단계(S30) 및 분산단계(S40)를 포함하는 공정을 통하여 제조될 수 있다.As shown in FIG. 1, the silica-based nanosheet dispersion sol according to an embodiment of the present invention includes an ion exchange step (S10), a peeling step (S20), a surface treatment step (S30) and a dispersion step (S40) . ≪ / RTI >
이온 교환단계(S10)는 층상 간 금속 이온을 포함하는 층상 실리케이트를 산(acid) 처리하여 상기 금속 이온을 양성자(H+)로 이온 교환시키는 단계이다.The ion exchange step S10 is a step of ion-exchanging the metal ion with a proton (H + ) by acid treatment of a layered silicate containing interstitial metal ions.
상기 층상 간 금속 이온을 포함하는 층상 실리케이트는 실리카졸 및 금속 수산화물을 혼합하여 형성될 수 있다. The layered silicate containing the interstratified metal ions may be formed by mixing silica sol and metal hydroxide.
상기 금속 수산화물은 알칼리금속 수산화물 또는 알칼리토금속 수산화물일 수 있으며, 바람직하게는 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 수산화칼슘일 수 있다.The metal hydroxide may be an alkali metal hydroxide or an alkaline earth metal hydroxide, preferably sodium hydroxide, potassium hydroxide or calcium hydroxide.
구체적으로, 상기 층상 간 금속 이온을 포함하는 층상 실리케이트는 실리카졸과 금속 수산화물을 혼합하여 혼합액을 형성하고, 상기 혼합액을 100 내지 150℃의 온도 하에서 100 내지 300분간 건조시키고 700 내지 800℃의 온도 하에서 소성시킨 후, 수세하여 제조될 수 있다.Specifically, the layered silicate containing intercalated metal ions may be prepared by mixing a silica sol with a metal hydroxide to form a mixed solution, drying the mixed solution at a temperature of 100 to 150 ° C. for 100 to 300 minutes, Firing, and then washing with water.
상기 혼합물을 건조시키는 시간이 100분 미만인 경우에는 혼합액의 수분이 빠져나가지 않아 겔화가 어려워 층상 실리케이트의 형성이 어려울 수 있으며, 300분을 초과하는 경우에는 혼합액이 굳어서 입자 형성이 어려울 수 있다.If the drying time of the mixture is less than 100 minutes, moisture of the mixed solution does not escape and gelation is difficult, so that formation of a layered silicate may be difficult, and if it exceeds 300 minutes, the mixture may harden and hardly form particles.
이 때, 실리카졸과 금속 산화물은 중량 비율이 1:0.8 내지 1:1.2일 수 있으며, 바람직하게는 1:0.9 내지 1:0.9인 것이 효과적이다. 상기 함량비를 벗어나면 층상 간 금속 이온을 포함하는 층상 실리케이트를 형성하기 어려울 수 있다. In this case, the weight ratio of the silica sol and the metal oxide may be 1: 0.8 to 1: 1.2, preferably 1: 0.9 to 1: 0.9. If the content ratio is exceeded, it may be difficult to form a layered silicate containing interstitial metal ions.
상기 금속 이온은 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속일 수 있으며, 바람직하게는 Na+, K+ 또는 Ca2 +일 수 있다. The metal ion may be an alkali metal ion or alkaline earth metal, preferably may be a Na +, K + or Ca 2 +.
상기 산(acid)은 강산일 수 있으며, 상기 층상 간 금속 이온을 포함하는 층상 실리케이트를 산에 담지시켜 이온교환되도록 할 수 있다.The acid may be a strong acid, and the layered silicate containing the interstitial metal ion may be supported on the acid to be ion-exchanged.
상기 강산 바람직하게는 황산, 염산 또는 질산일 수 있으며, 더 바람직하게는 염산을 사용할 수 있다.The strong acid may be preferably sulfuric acid, hydrochloric acid or nitric acid, more preferably hydrochloric acid.
층간 실리케이트를 산(acid)에 담지하는 시간은 15 내지 30시간일 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 28시간일 수 있다. 담지하는 시간이 15시간 미만이면 층간 실리케이트의 일부만이 이온교환이 진행되고, 30시간을 초과하면 이온교환의 효과 향상 정도가 미미하여 비경제적이다.The time for carrying the interlayer silicate to the acid may be from 15 to 30 hours, preferably from 20 to 28 hours. If the supporting time is less than 15 hours, only a part of the interlayer silicate proceeds ion exchange, and if the supporting time exceeds 30 hours, the improvement effect of ion exchange is insignificant, which is uneconomical.
상기 산(acid)은 농도가 0.5 내지 2M인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.8 내지 1.2M일 수 있다. 산의 농도 0.5M 미만인 경우에는 이온교환이 어렵고 2M을 초과하면 층상 실리케이트가 산에 용해되어 입자의 이온교환이 어렵다는 문제가 있다.The concentration of the acid is preferably 0.5 to 2M, more preferably 0.8 to 1.2M. When the concentration of the acid is less than 0.5M, the ion exchange is difficult. When the concentration exceeds 2M, the layered silicate is dissolved in the acid, so that the ion exchange of the particles is difficult.
층상 실리케이트를 산 처리하여 금속 이온을 양성자로 이온 교환시킨 후, 층상 실리케이트가 함유된 산 용액을 탈수시키고, 3차 정제수를 이용하여 수세한 후 약 80 내지 100℃의 온도 하에서 4 내지 8시간동안 건조시켜 이온 교환된 층상 실리케이트를 건조된 상태로 얻을 수 있다.After the layered silicate is treated with an acid to ion-exchange the metal ion with the proton, the acid solution containing the layered silicate is dehydrated, washed with tertiary purified water, dried at a temperature of about 80 to 100 DEG C for 4 to 8 hours To obtain a dry ion-exchanged layered silicate.
박리단계(S20)는 상기 이온교환단계(S10)에서 이온 교환된 층상 실리케이트를 박리시키는 단계로, 층상 실리케이트를 이루고 있는 나노시트를 각각 박리하는 공정이다.The peeling step (S20) is a step of peeling the ion-exchanged layered silicate in the ion exchange step (S10), and is a step of peeling each of the nanosheets constituting the layered silicate.
구체적으로, 4차 수산화암모늄 화합물 용액에 이온 교환된 층상 실리케이트를 담지하여 각각의 나노시트로 박리할 수 있다.Specifically, the ion-exchanged layered silicate may be supported on the quaternary ammonium hydroxide compound solution to be peeled off with each of the nanosheets.
상기 4차 수산화암모늄 화합물은 수산화메틸트리부틸암모늄, 수산화디에틸디메틸암모늄, 수산화테트라메틸암모늄, 수산화테트라에틸암모늄, 수산화테트라프로필암모늄, 수산화테트라부틸암모늄, 수산화테트라옥틸암모늄, 수산화트리메틸에틸암모늄, 수산화헥사데실트리메틸암모늄, 수산화벤질트리에틸암모늄, 수산화(2-히드록시에틸)트리메틸암모늄, 수산화(2-히드록시에틸)트리에틸암모늄, 수산화(2-히드록시에틸)트리프로필암모늄 또는 수산화(1-히드록시프로필)트리메틸암모늄을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 수산화테트라프로필암모늄을 사용할 수 있다. 경우에 따라 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.Wherein the quaternary ammonium hydroxide compound is selected from the group consisting of methyltributylammonium hydroxide, diethyldimethylammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, tetraoctylammonium hydroxide, trimethylethylammonium hydroxide, Trimethylammonium hydroxide, (2-hydroxyethyl) triethylammonium hydroxide, (2-hydroxyethyl) tripropylammonium hydroxide or (1- Hydroxypropyl) trimethylammonium. Of these, tetrapropylammonium hydroxide can be preferably used. In some cases, two or more of them may be mixed and used.
상기 4차 수산화암모늄 화합물은 0.5 내지 5몰농도일 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 3몰농도인 것이 효과적이다. 상기 4차 수산화암모늄 화합물의 농도가 0.5몰농도 미만인 경우에는 층상 실리케이트의 박리가 어렵고, 5몰농도를 초과하면 층상 실리케이트가 용해되어 나노시트로 박리할 수 없게 된다.The quaternary ammonium hydroxide compound may be used in a concentration of 0.5 to 5 moles, preferably 1 to 3 moles. When the concentration of the quaternary ammonium hydroxide compound is less than 0.5 molar, the layered silicate is difficult to peel off. When the concentration of the quaternary ammonium hydroxide compound exceeds 5 molar, the layered silicate dissolves and can not be peeled off with the nanosheet.
상기 박리단계(S20)에 의해 박리된 나노시트가 함유된 4차 수산화암모늄 화합물 용액을 동결 건조시켜 분말 상태의 실리카계 나노시트를 얻는 것이 바람직하다.It is preferable that the quaternary ammonium hydroxide solution containing nanosheets separated by the peeling step (S20) is lyophilized to obtain a powdered silica-based nanosheet.
표면처리단계(S30)는 상기 박리단계(S20)를 통하여 얻은 나노시트의 표면을 처리하는 단계로, 이는 추후 나노시트를 다른 유기 물질과 혼합하여 복합체를 형성하는 경우 분산도를 향상시키기 위함이다.The surface treatment step S30 is a step of treating the surface of the nanosheet obtained through the peeling step S20 so as to improve the degree of dispersion when the nanosheet is mixed with another organic material to form a composite.
구체적으로, 나노시트를 유기용매, 바람직하게는 알코올계 용매에 분산시킨 후 표면처리제를 첨가하여 진탕기(shaker)에 첨가하여 15 내지 60분간 혼합하여 수행할 수 있다.Specifically, the nanosheets may be dispersed in an organic solvent, preferably an alcohol-based solvent, and then the surface treatment agent may be added to the shaker, followed by mixing for 15 to 60 minutes.
상기 나노시트의 표면을 개질시키는 표면처리제는 실란 화합물 또는 유기계면활성제일 수 있으며, 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.The surface treating agent for modifying the surface of the nanosheet may be a silane compound or an organic surfactant, or a mixture of two or more thereof.
상기 실란 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물일 수 있다.
The silane compound may be a compound represented by the following formula (1).
[화학식 1][Chemical Formula 1]
R(CH2)xSi(R')4-y R (CH 2) x Si ( R ') 4-y
상기 화학식 1에서, R은 에폭시, 하이드로카본, 하이드로카본아민, 하이드로카본할라이드, 이소시아네이트 또는 벤젠이고, x는 1 내지 16의 정수이고, R'는 알콕시, 아세톡시 또는 하이드록시이고, y는 1 내지 3의 정수이다.
Wherein R is an epoxy, a hydrocarbon, a hydrocarbonamine, a hydrocarbon halide, an isocyanate or a benzene, x is an integer of 1 to 16, R 'is alkoxy, acetoxy or hydroxy, Lt; / RTI >
상기 실란 화합물은 바람직하게 아미노알콕시실란 화합물일 수 있으며, 구체적으로 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필디메틸메톡시실란, 3-아미노프로필메틸디메톡시실란, 3-(아미노프로필)에틸디메톡시실란, 3-아미노프로필디메틸에톡시실란, 3-아미노프로필페닐디메톡시실란, 2-아미노에틸트리에톡시실란, 4-아미노부틸트리에톡시실란, 4-아미노부틸트리메톡시실란, 4-아미노부틸메틸디메톡시실란, 3-이소시아네이토프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란 또는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란일 수 있으며, 더 바람직하게는 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-이소시아네이토프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란 또는 3-글리시독시프로필트리메톡시실란을 사용할 수 있다.The silane compound may preferably be an aminoalkoxysilane compound, and specifically includes 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyldimethylmethoxysilane, 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3- (aminopropyl) ethyl Aminopropyltrimethoxysilane, 4-aminobutyltrimethoxysilane, 4-aminobutyltrimethoxysilane, 4-aminopropyltrimethoxysilane, 4-aminopropyltrimethoxysilane, - aminobutylmethyldimethoxysilane, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane or 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane And more preferably 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-isocyanatopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane or 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, use Can.
상기 유기계면활성제는 양이온계 계면활성제를 사용할 수 있으며, 구체적으로 상품명 triton X-100, 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol, PVA) 등의 양이온계 계면활성제를 사용할 수 있다.As the organic surfactant, a cationic surfactant may be used. Specifically, a cationic surfactant such as triton X-100 and polyvinyl alcohol (PVA) may be used.
상기 표면처리제는 상기 나노시트 100중량부에 대하여 1 내지 7중량부일 수 있으며, 바람직하게는 2 내지 6중량부일 수 있다. 표면처리제의 함량이 1중량부 미만인 경우에는 나노시트의 표면 개질이 어렵고, 7중량부를 초과하는 경우에는 오히려 분산졸의 분산도를 떨어뜨릴 수 있다.The surface treating agent may be used in an amount of 1 to 7 parts by weight, preferably 2 to 6 parts by weight, based on 100 parts by weight of the nanosheet. When the content of the surface treatment agent is less than 1 part by weight, the surface of the nanosheet is difficult to be modified, and when it exceeds 7 parts by weight, the dispersion degree of the dispersed sol may be lowered.
상기 표면처리단계(S30)에서 상기 실란 화합물 외에 아세트산을 더 첨가하는 것이 바람직하며, 이는 실란 화합물의 가수분해와 축합을 제어할 수 있다. 상기 아세트산은 실란 화합물 100중량부에 대하여 0.1 내지 20중량부, 바람직하게는 1 내지 8중량부 첨가할 수 있다.In the surface treatment step (S30), it is preferable to further add acetic acid in addition to the silane compound, which can control the hydrolysis and condensation of the silane compound. The acetic acid may be added in an amount of 0.1 to 20 parts by weight, preferably 1 to 8 parts by weight, based on 100 parts by weight of the silane compound.
분산단계(S40)는 상기 표면처리단계(S30)에 의해 표면 개질된 나노시트를 유기용매에 분산시켜 분산졸을 제조하는 단계이다. The dispersing step S40 is a step of dispersing the nanosheet surface-modified by the surface treatment step S30 in an organic solvent to prepare a dispersion sol.
상기 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드 또는 디메틸술폭시드일 수 있으며, 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.The organic solvent may be N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide or dimethylsulfoxide, or a mixture of two or more thereof.
구체적으로, 상기 분산단계(S40)는 증발기(evaporator) 하에서 상기 표면처리단계(S30)에서 첨가한 유기용매를 제거하고 상기 분산단계(S40)에서 첨가한 유기용매에 나노시트를 분산시켜 실리카계 나노시트 분산졸을 제조할 수 있다.
Specifically, in the dispersing step S40, the organic solvent added in the surface treatment step S30 is removed under an evaporator, and the nanosheet is dispersed in the organic solvent added in the dispersing step S40, A sheet dispersed sol can be produced.
[실시예][Example]
이하에서는, 본 발명의 중공 판상 물질의 우수한 효과를 입증하기 위한 실험을 실시한 결과를 나타낸다.Hereinafter, the results of experiments conducted to demonstrate the excellent effects of the hollow plate material of the present invention are shown.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하지만, 이는 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples, but the present invention is not limited thereto.
실시예Example 1 One
50wt% 수계형 TM-50 실리카졸(LUDOX社)과 수산화나트륨을 1:0.8의 몰비율로 혼합하여 100℃ 오븐에서 3일동안 건조시킨 후 700℃에서 24시간 동안 소성하여 층상 간에 Na+ 이온을 포함하는 카네마이트를 형성하였다. 카네마이트를 1M의 염산에 24시간동안 담지하여 이온 교환한 후 충분히 세척하여 양이온 치환형 층상 실리케이트를 제조하였다. 이 후, H+ 이온교환된 층상 실리케이트의 H+ 이온농도 1몰 대비 수산화테트라프로필암모늄 1몰농도 하에서 양이온 치환형 카네마이트를 층간 박리하여 나노시트를 제조하고, 동결건조한다. 동결건조된 나노시트를 에탄올에 분산시킨 후 3-아미노프로필트리에톡시실란(나노시트 100중량부에 대하여 3-아미노프로필트리에톡시실란 5중량부 사용) 및 소량의 아세트산을 첨가하여 항온 진탕기에서 30분간 혼합하여 표면처리하였다. 표면처리된 나노시트를 N-메틸-2-피롤리돈에 첨가한 후, 에탄올은 증발기에서 분리시켜 N-메틸-2-피롤리돈에 분산된 실란 개질된 실리카계 나노시트 분산졸을 제조하였다.
50 wt% water-based TM-50 silica sol (LUDOX) and sodium hydroxide were mixed at a molar ratio of 1: 0.8, dried in an oven at 100 ° C. for 3 days, and then calcined at 700 ° C. for 24 hours to obtain Na + ≪ / RTI > The carnemite was supported on 1 M hydrochloric acid for 24 hours to carry out ion exchange, and then sufficiently washed to prepare a cation-exchange type layered silicate. Subsequently, the cation-exchange type caneite is delaminated at a concentration of 1 mol of tetrafluoroammonium hydroxide to 1 mol of the H + ion concentration of the H + ion-exchanged layered silicate to produce a nanosheet, followed by lyophilization. After the freeze-dried nanosheets were dispersed in ethanol, 3-aminopropyltriethoxysilane (5 parts by weight of 3-aminopropyltriethoxysilane per 100 parts by weight of nanosheets) and a small amount of acetic acid were added thereto, For 30 minutes. After the surface-treated nanosheets were added to N-methyl-2-pyrrolidone, the ethanol was separated in an evaporator to prepare a silane-modified silica-based nanosheet dispersion sol dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone .
실시예Example 2 2
실시예 1에서 수산화테트라프로필암모늄을 2몰농도로 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건으로 실리카계 나노시트 분산졸을 제조하였다.
A silica-based nanosheets dispersion sol was prepared under the same conditions as in Example 1, except that tetramethylammonium hydroxide was used in a concentration of 2 molar in Example 1.
실시예Example 3 3
실시예 1에서 수산화테트라프로필암모늄을 3몰농도로 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건으로 실리카계 나노시트 분산졸을 제조하였다.
A silica-based nanosheet dispersion sol was prepared under the same conditions as in Example 1 except that tetramethylammonium hydroxide was used in a concentration of 3 molar in Example 1.
실시예Example 4 4
소듐실리케이트를 이용하여 100℃ 오븐에서 3일동안 건조시킨 후 700℃에서 24시간 동안 소성하여 층상 실리케이트를 형성하였다. 층상 실리케이트를 1M의 염산에 24시간동안 담지하여 이온 교환한 후 충분히 세척하여 양이온 치환형 카네마이트를 제조하였다. 이 후, H+ 이온교환된 층상 실리케이트의 H+ 이온농도 1몰 대비 수산화테트라프로필암모늄 1몰농도 하에서 양이온 치환형 카네마이트를 층간 박리하여 나노시트를 제조하고, 동결건조한다. 동결건조된 나노시트를 에탄올에 분산시킨 후 3-아미노프로필트리에톡시실란(나노시트 100중량부에 대하여 3-아미노프로필틜에톡시실란 5중량부 사용) 및 소량의 아세트산을 첨가하여 항온 진탕기에서 30분간 혼합하여 표면처리하였다. 표면처리된 나노시트를 N-메틸-2-피롤리돈에 첨가한 후, 에탄올은 증발기에서 분리시켜 N-메틸-2-피롤리돈에 분산된 실란 개질된 실리카계 나노시트 분산졸을 제조하였다.
After drying for 3 days in an oven at 100 ° C using sodium silicate, the layered silicate was formed by baking at 700 ° C for 24 hours. The layered silicate was immersed in 1M hydrochloric acid for 24 hours to carry out ion exchange and then sufficiently washed to prepare a cation exchange type cannate. Subsequently, the cation-exchange type caneite is delaminated at a concentration of 1 mol of tetrafluoroammonium hydroxide to 1 mol of the H + ion concentration of the H + ion-exchanged layered silicate to produce a nanosheet, followed by lyophilization. After freeze-dried nanosheets were dispersed in ethanol, 3-aminopropyltriethoxysilane (5 parts by weight of 3-aminopropyltriethoxysilane was added to 100 parts by weight of nanosheets) and a small amount of acetic acid were added thereto, For 30 minutes. After the surface-treated nanosheets were added to N-methyl-2-pyrrolidone, the ethanol was separated in an evaporator to prepare a silane-modified silica-based nanosheet dispersion sol dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone .
실시예Example 5 5
실시예 4에서 수산화테트라프로필암모늄을 2몰농도로 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건으로 실리카계 나노시트 분산졸을 제조하였다.
A silica-based nanosheets dispersion sol was prepared under the same conditions as in Example 1, except that tetramethylammonium hydroxide was used in a concentration of 2 molar in Example 4.
실시예Example 6 6
실시예 4에서 수산화테트라프로필암모늄을 3몰농도로 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 조건으로 실리카계 나노시트 분산졸을 제조하였다.
A silica-based nanosheets dispersion sol was prepared under the same conditions as in Example 1, except that tetramethylammonium hydroxide was used in a concentration of 3 molar in Example 4.
실시예 1 내지 6의 방법으로 제조된 실리카계 나노시트 분산졸에 대해 입자크기 및 두께, 나노시트 수율을 측정하여 표 1에 기재하였다. 나노시트 두께 측정은 원자력현미경(atomic force microscope, AFM) 장비로 측정하였으며, Si-웨이퍼 표면에 나노시트를 코팅하여 탐침을 캔틸리버의 끝에 매달아 놓고, 캔틸리버의 도중에 도전체의 작은 바늘을 달아 터널전류를 측정하여 표면의 원자상을 측정하였다.
The particle size and thickness, and the yield of nanosheet, of the silica-based nanosheets dispersed sol prepared by the methods of Examples 1 to 6 were measured and are shown in Table 1. The thickness of the nanosheets was measured with an atomic force microscope (AFM). The nanosheets were coated on the surface of the Si wafer, and the probe was hung on the end of the cantilever. And the atomic phase of the surface was measured.
실리카 입자는 0차원의 구형이며 비정질이나, 본 발명의 실리카계 나노시트는 결정상이어서 절연 특성에 용이하게 적용할 수 있을 것으로 예상된다.The silica particles are spherical and amorphous in a zero-dimensional shape, but the silica-based nanosheets of the present invention are in a crystalline phase, so that it is expected that they can be easily applied to the insulating properties.
도 2는 실시예 1, 2 및 3의 실리카계 나노시트를 제조에 사용된 카네마이트 판상체를 주사전자 현미경으로 입자의 형상을 분석한 결과로, 입자의 형상이 5∼20㎛의 입경을 가지는 것을 확인할 수 있다.Fig. 2 is a graph showing the results of analyzing the shape of particles of a carnemate plate used in the production of the silica-based nanosheets of Examples 1, 2 and 3 by a scanning electron microscope. .
도 3은 실시예 4에 의해 실리카계 나노시트를 제조하는 과정에서 (a) 이온 교환단계 전, (b) 이온 교환단계 후 및 (c) 제조된 실리카계 나노시트 분산졸을 Si-웨이퍼에 코팅한 후에 측정한 X선 회절 결과로, 이온 교환 전에는 카네마이트 구조를 지니고 있고, 이온 교환 후에는 양이온으로 이온 교환되면서 층상 실리케이트의 층간 간격이 단위셀(Unit cell)내의 bc plane의 4개의 Na 양이온이 4개의 H 양이온으로 교환 및 흡착수인 물분자의 탈착으로 인해 층간간격이 축소됨을 확인할 수 있으며, (c)를 통하여 나노시트로 박리되면서 회절 패턴이 사라짐에 따라 층상 실리케이트가 나노시트로 잘 박리되었음을 확인할 수 있다. 특히, 투명 나노시트졸을 건조하여 분말상에서 측정하면 층상 실리케이트 고유의 XRD 패턴이 나타남을 통해 결정상 나노시트로 잘 박리되었음을 알 수 있다.FIG. 3 is a graph showing the results of the measurement of the silica-based nanosheets in the process of producing the silica-based nanosheets according to Example 4, (b) ion exchange, (c) As a result of X-ray diffraction after measurement, it has a carnemate structure before ion exchange. After the ion exchange, the interlayer spacing of the layered silicate becomes four Na cations in the unit cell (bc plane) It is confirmed that the interlayer spacing is reduced due to the exchange of 4 H cations and the desorption of water molecules as adsorbed water. It is confirmed that the layered silicate is well separated from the nanosheet due to the disappearance of the diffraction pattern due to separation of the nanosheet through (c) . In particular, when the transparent nanosheet sol is dried and measured on the powder, it can be seen that the XRD pattern inherent to the layered silicate appears and is well separated by the crystalline nano-sheet.
도 4는 실시예 4에 의해 제조된 실리카계 나노시트 분산졸을 건조하여 필드 방사 주사전자현미경(field emission scanning electron microscope, FE-SEM)으로 분석한 결과로, 나노시트가 응집되어 있는 입자 형성을 볼 수 있다.FIG. 4 is a graph showing the results of analysis of a silica-based nanosheet dispersed sol prepared in Example 4 by a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) can see.
도 5는 실시예 3에 의해 제조된 실리카계 나노시트를 TEM으로 분석한 결과로, 입경은 0.3∼10㎛이며 두께가 약 0.5nm인 응집되지 않고 분리되어 있는 1층 정도의 나노시트가 관찰되었다.5 shows the results of analysis of the silica-based nanosheets prepared in Example 3 by TEM. As a result, nanosheets having a grain size of about 0.3 to 10 mu m and a thickness of about 0.5 nm, .
도 6은 실시예 6에 의해 제조된 실리카계 나노시트를 TEM으로 분석한 결과로, 입경은 0.3∼2㎛이며 두께가 약 1.5~3nm인 약 3~5층 정도의 나노시트가 관찰되었다.FIG. 6 shows the results of analysis of the silica-based nanosheets prepared in Example 6 by TEM. As a result, nanosheets of about 3 to 5 layers having a particle size of 0.3 to 2 μm and a thickness of about 1.5 to 3 nm were observed.
도 7은 실시예 4에 의해 제조된 실리카계 나노시트를 AFM으로 분석한 결과로, 입경은 0.5∼3㎛이고, 두께는 약 4nm인 나노시트가 관찰되었다.
7 shows the result of analysis of the silica-based nanosheets prepared in Example 4 by AFM. As a result, a nanosheet having a particle size of 0.5 to 3 mu m and a thickness of about 4 nm was observed.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be embodied in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims.
Claims (20)
상기 실리카계 나노시트는 미응집된 형태이며,
평균입경이 0.1 내지 10.0㎛이고, 두께가 0.5 내지 30nm이고,
층상 실리케이트가 박리되어 형성된 것인 실리카계 나노시트.
As a silica-based nanosheet,
The silica-based nanosheets are in a non-aggregated form,
An average particle diameter of 0.1 to 10.0 mu m, a thickness of 0.5 to 30 nm,
Wherein the layered silicate is formed by being peeled off.
상기 층상 실리케이트는 카네마이트(kanemite), 벤토나이트(bentonite), 몬모릴로나이트(montmorllonite), 운모(mica), 카올린(kaolin), 제올라이트(zeolite), 버미큘라이트(vermiculite), 일라이트(illite), 라포나이트(laponite) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 실리카계 나노시트.
The method according to claim 1,
The layered silicate may be selected from the group consisting of kaemite, bentonite, montmorillonite, mica, kaolin, zeolite, vermiculite, illite, laponite, ), And a combination thereof.
유기용매를 포함하는 실리카계 나노시트 분산졸.
A silica-based nanosheet having an average particle diameter of 0.1 to 10.0 占 퐉, a thickness of 0.5 to 30 nm, and a layered silicate peeled; And
A silica-based nanosheet dispersion sol containing an organic solvent.
상기 실리카계 나노시트는 실란 화합물 또는 유기계면활성제 중 적어도 하나를 포함하는 표면처리제로 표면처리된 것인 실리카계 나노시트 분산졸.
5. The method of claim 4,
Wherein the silica-based nanosheets are surface-treated with a surface treatment agent containing at least one of a silane compound and an organic surfactant.
상기 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드, 알코올, 헥산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 실리카계 나노시트 분산졸.
5. The method of claim 4,
Wherein the organic solvent is selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, alcohol, hexane and combinations thereof.
이온 교환된 상기 층상 실리케이트에 4차 수산화암모늄 화합물을 반응시켜 상기 층상 실리케이트를 박리함으로써 나노시트를 제조하는 박리단계;
상기 나노시트를 실란 화합물 또는 유기계면활성제 중 적어도 하나를 포함하는 표면처리제로 표면처리하는 표면처리단계; 및
상기 나노시트를 유기용매에 분산시켜 분산졸을 제조하는 분산단계를 포함하는 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법.
An ion exchange step of acid-treating a layered silicate containing interstitial metal ions to ion exchange the metal ions with a proton (H + );
A step of removing the layered silicate by reacting the quaternary ammonium hydroxide compound with the ion-exchanged layered silicate to produce a nanosheet;
A surface treatment step of surface-treating the nanosheet with a surface treatment agent comprising at least one of a silane compound and an organic surfactant; And
And dispersing the nanosheet in an organic solvent to produce a dispersion sol.
상기 이온 교환단계에서, 상기 층상 간 금속 이온을 포함하는 층상 실리케이트는 실리카졸 및 금속 수산화물을 혼합하여 형성하는 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법.
9. The method of claim 8,
In the ion exchange step, the layered silicate containing the interstitial metal ion is formed by mixing silica sol and metal hydroxide.
상기 층상 간 금속 이온을 포함하는 층상 실리케이트에서, 층상 실리케이트는 카네마이트(kanemite), 벤토나이트(bentonite), 몬모릴로나이트(montmorllonite), 운모(mica), 카올린(kaolin), 제올라이트(zeolite), 버미큘라이트(vermiculite), 일라이트(illite), 라포나이트(laponite) 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법.
9. The method of claim 8,
In the layered silicate comprising intercalated metal ions, the layered silicate is selected from the group consisting of kanemite, bentonite, montmorillonite, mica, kaolin, zeolite, vermiculite, Wherein the sol is selected from the group consisting of silica, lignite, laponite, and combinations thereof.
상기 금속 이온은 알칼리금속 이온 또는 알칼리토금속 이온 중 적어도 하나인 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the metal ion is at least one of an alkali metal ion and an alkaline earth metal ion.
상기 산(acid)은 강산인 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the acid is a strong acid.
상기 4차 수산화암모늄 화합물은 0.5 내지 5몰농도인 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the quaternary ammonium hydroxide compound is in a concentration of 0.5 to 5 moles.
상기 4차 수산화암모늄 화합물은 수산화메틸트리부틸암모늄, 수산화디에틸디메틸암모늄, 수산화테트라메틸암모늄, 수산화테트라에틸암모늄, 수산화테트라프로필암모늄, 수산화테트라부틸암모늄, 수산화테트라옥틸암모늄, 수산화트리메틸에틸암모늄, 수산화헥사데실트리메틸암모늄, 수산화벤질트리에틸암모늄, 수산화(2-히드록시에틸)트리메틸암모늄, 수산화(2-히드록시에틸)트리에틸암모늄, 수산화(2-히드록시에틸)트리프로필암모늄, 수산화(1-히드록시프로필)트리메틸암모늄 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법.
14. The method according to claim 8 or 13,
Wherein the quaternary ammonium hydroxide compound is selected from the group consisting of methyltributylammonium hydroxide, diethyldimethylammonium hydroxide, tetramethylammonium hydroxide, tetraethylammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide, tetrabutylammonium hydroxide, tetraoctylammonium hydroxide, trimethylethylammonium hydroxide, (2-hydroxyethyl) trimethylammonium hydroxide, benzyltriethylammonium hydroxide, hydroxy (2-hydroxyethyl) trimethylammonium hydroxide, Hydroxypropyl) trimethylammonium, and combinations thereof. The present invention relates to a process for producing a silica-based nanosheet dispersion sol.
상기 표면처리단계에서, 상기 표면처리제는 상기 나노시트 100중량부에 대하여 1 내지 7중량부인 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the surface treatment agent is 1 to 7 parts by weight based on 100 parts by weight of the nanosheet in the surface treatment step.
상기 실란 화합물은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물인 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법.
[화학식 1]
R(CH2)xSi(R')4-y
상기 화학식 1에서, R은 에폭시, 하이드로카본, 하이드로카본아민, 하이드로카본할라이드, 이소시아네이트 또는 벤젠이고, x는 1 내지 16의 정수이고, R'는 알콕시, 아세톡시 또는 하이드록시이고, y는 1 내지 3의 정수이다.
16. The method according to claim 8 or 15,
Wherein the silane compound is a compound represented by the following formula (1).
[Chemical Formula 1]
R (CH 2) x Si ( R ') 4-y
Wherein R is an epoxy, a hydrocarbon, a hydrocarbonamine, a hydrocarbon halide, an isocyanate or a benzene, x is an integer of 1 to 16, R 'is alkoxy, acetoxy or hydroxy, Lt; / RTI >
상기 실란 화합물은 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필디메틸메톡시실란, 3-아미노프로필메틸디메톡시실란, 3-(아미노프로필)에틸디메톡시실란, 3-아미노프로필디메틸에톡시실란, 3-아미노프로필페닐디메톡시실란, 2-아미노에틸트리에톡시실란, 4-아미노부틸트리에톡시실란, 4-아미노부틸트리메톡시실란, 4-아미노부틸메틸디메톡시실란, 3-이소시아네이토프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법.
17. The method of claim 16,
The silane compound may be selected from the group consisting of 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyldimethylmethoxysilane, 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, 3- (aminopropyl) ethyldimethoxysilane, , 3-aminopropylphenyldimethoxysilane, 2-aminoethyltriethoxysilane, 4-aminobutyltriethoxysilane, 4-aminobutyltrimethoxysilane, 4-aminobutylmethyldimethoxysilane, 3- 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, and combinations thereof. (Preparation method of nanosheet dispersion sol).
상기 표면처리단계는 아세트산을 더 첨가하는 것인 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the surface treatment step further comprises adding acetic acid.
상기 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드, 알코올, 헥산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the organic solvent is selected from the group consisting of N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, alcohol, hexane and combinations thereof.
상기 나노시트는 평균입경이 0.1 내지 10.0㎛이고, 두께가 0.5 내지 30nm인 실리카계 나노시트 분산졸의 제조방법.9. The method of claim 8,
Wherein the nanosheet has an average particle diameter of 0.1 to 10.0 m and a thickness of 0.5 to 30 nm.
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