KR101550339B1 - Hybrid particle and manufacturing method of the same - Google Patents

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KR101550339B1 KR1020130153129A KR20130153129A KR101550339B1 KR 101550339 B1 KR101550339 B1 KR 101550339B1 KR 1020130153129 A KR1020130153129 A KR 1020130153129A KR 20130153129 A KR20130153129 A KR 20130153129A KR 101550339 B1 KR101550339 B1 KR 101550339B1
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Abstract

본 발명은 현탁 중합을 통한 30 마이크론 이하의 유무기 복합 입자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 무기물, 고분자 단량체의 혼합물을 반응기 투입 전 수용성 안정제로 에멀젼화시킴으로써 효과적으로 30마이크론 이하의 입도 분포가 좁은 단량체 액적을 얻을 수 있으며, 이를 중합 반응하여 유무기 복합 입자를 수득하였다. 이러한 중합 방법으로 기존의 현탁 중합에 비해 높은 함량의 무기물의 첨가가 가능하고, 비교적 낮은 교반 속도와 적은 함량의 중합 안정제를 사용하더라도 30마이크론 이하의 크기의 높은 분산 안정성을 갖는 유무기 복합입자의 제조가 가능하였다. The present invention relates to an organic-inorganic composite particle having a particle size distribution of 30 microns or less and a method for preparing the same, wherein the mixture of an inorganic substance and a polymeric monomer is emulsified as a water- The reaction product was polymerized to obtain an organic-inorganic composite particle. Such a polymerization method makes it possible to add a higher content of inorganic material than conventional suspension polymerization, and it is possible to produce inorganic or organic composite particles having a high dispersion stability of 30 microns or less even if a relatively low stirring speed and a small amount of a polymerization stabilizer are used Respectively.

Description

현탁 중합을 통한 유무기 복합 입자 및 이의 제조 방법{HYBRID PARTICLE AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an organic-inorganic composite particle,

본 발명은 현탁 중합을 통해 입도 분포가 우수한 30마이크론 이하의 크기를 갖는 안정화된 유무기 복합 고분자 입자를 제조하는 방법 및 그 방법에 의해 제조된 복합 입자에 관한 것이다. 보다 상세하게는 무기물/단량체/고분자 혼합물에, 수용액에 용해된 고분자계 분산 안정제를 단량체 액적 내에 도입하여 교반을 통해 에멀젼화시키는 과정을 거쳐 이를 분산 용매에 현탁시켜 제조하는 유무기 복합 입자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing stable organic / inorganic hybrid polymer particles having a size of 30 microns or less and excellent particle size distribution through suspension polymerization, and a composite particle produced by the method. More particularly, the present invention relates to an organic / inorganic composite particle prepared by introducing a polymeric dispersion stabilizer dissolved in an aqueous solution into an inorganic / monomer / polymer mixture and emulsifying the mixture by stirring to suspend the dispersion in a dispersion solvent, .

현재까지의 현탁 중합을 통한 유무기 복합입자의 제조는, 종래의 분산 용매에 분산 안정제를 용해 후 여기에 단량체를 투입해 기계적인 교반에 의해 단량체 액적을 분쇄시켜 현탁시킨 후 중합함으로써 구상의 분산도가 넓은 다분산 고분자 입자를 제조하였다.To prepare the organic-inorganic hybrid particles through suspension polymerization, the dispersion stabilizer is dissolved in a conventional dispersion solvent, the monomer is added thereto, the monomer droplets are pulverized by mechanical agitation, suspended and then polymerized to obtain spherical dispersion Were prepared.

이러한 기능성 유무기 복합 입자의 제조를 위해 그 동안 여러 현탁중합 방법이 제시되어 방법이 제시되어 왔는데 몇 가지를 살펴보면 예를 들어 (1) 선형 고분자 구조를 갖는 단분산 씨드 입자를 분산 용매에 분산 시킨후, 단량체로 팽윤하여 중합하는 방법, (2) 단량체를 안정제가 녹아있는 반응 용매에 분산 후 교반을 통해 액적을 현탁시켜 중합하는 방법, (3) 고분자를 상용성 용매에 용해시키고, 비상용성 반응 매질에 투입하여 분산 시킴으로서 입자를 제조하는 방법이 대표적이다. For example, (1) a method of dispersing monodisperse seed particles having a linear polymer structure in a dispersion solvent, followed by dispersing (2) a method in which a monomer is dispersed in a reaction solvent in which a stabilizer is dissolved and then the liquid droplets are suspended and stirred to effect polymerization; (3) a method in which a polymer is dissolved in a compatible solvent, And then dispersing the mixture to prepare particles.

그러나, 이러한 방법의 경우 30마이크론 이하의 유무기 복합 입자를 효과적으로 제조하기 어렵다는 문제점이 있다. 자세히 설명하면, (1)의 방법에서는 중합 과정에서 무기물의 첨가가 어려워 입자의 표면에만 선택적으로 무기물을 도입할 수 있다는 문제점이 있으며, (2)의 방법에서는 교반 속도와 안정제를 투입하지 않으면 중합시 응집 현상이 발생하고 단분산도가 크게 저하되며, (3)의 방법은 입자 수득율이 낮으며 반응 후 사용된 상용성 용매의 제거에 어려움이 있다. 유무기 복합입자를 제조하기 위해 (2)의 방법이 가장 보편적으로 적용되고 있다. 하지만 단량체에 금속 및 무기 첨가제를 도입할 경우 중합 과정에서 단량체와 함께 분산된 다량의 첨가제가 중합 과정 중에 단량체로부터 분산 용매로 빠져나가는 문제점이 있어 이를 효과적으로 제어하기 위해 단량체에 다량의 고분자를 용해시켜 점도를 상승 시킴으로써 단량체 액적에서 첨가제의 이탈을 저하시켰다. 하지만 이러한 과정에서 용해된 고분자에 의해 단량체 액적의 점도가 상승하여 30마이크로 이하로 입도를 제어하기 어렵고 제조된 입자의 입도 분포가 넓다는 문제점이 있었다.
However, this method has a problem in that it is difficult to effectively produce an organic-inorganic composite particle of 30 microns or less. In detail, in the method (1), it is difficult to add an inorganic substance to the surface of the particles because it is difficult to add the inorganic substance in the polymerization process. In the method (2), if the stirring speed and the stabilizer are not added, The aggregation phenomenon occurs and the degree of monodispersity is greatly decreased. In the method (3), the particle yield is low and it is difficult to remove the compatible solvent used after the reaction. The method (2) is most commonly applied to produce organic / inorganic composite particles. However, when a metal and an inorganic additive is introduced into a monomer, a large amount of an additive dispersed together with the monomer in the polymerization step escapes from the monomer to the dispersed solvent during polymerization. To control this effectively, a large amount of polymer is dissolved in the monomer, Lt; RTI ID = 0.0 > drop < / RTI > of the additive in the monomer droplets. However, in this process, the viscosity of the monomer droplet is increased by the dissolved polymer, so that it is difficult to control the particle size to 30 microns or less and the particle size distribution of the produced particles is wide.

한국특허등록 10-0572013 호Korean Patent Registration No. 10-0572013

따라서, 보다 손쉽고 단순한 방법으로 30마이크로 이하의 안정된 유무기 복합 입자를 제조할 수 있는 방법이 요구되어 왔으나, 지금까지 그러한 복합입자를 제조하는 현탁중합 방법은 알려지지 않았다.Therefore, there has been a demand for a method for producing stable organic / inorganic composite particles of less than 30 micrometers by a simple and simple method. However, until now, a suspension polymerization method for producing such composite particles has not been known.

이에 본 발명에서는 기존 현탁중합 제조방법의 단점을 극복하고, 보다 용이한 방법으로 유무기 복합 입자를 제조하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention aims at overcoming the disadvantages of the conventional suspension polymerization method and manufacturing an organic-inorganic composite particle by a more easy method.

본 발명은 기존의 현탁중합의 문제점을 해결하기 위한 것으로 단량체 내 분산제의 직접적인 도입을 통해 반응 매질로의 투입전 유화시켜 단량체 내의 분산제가 반응 용매로 확산되는 과정에서 단량체를 분쇄시키는 것을 특징으로 한다.       Disclosure of Invention Technical Problem [7] The present invention is to solve the problems of conventional suspension polymerization, and is characterized in that the monomer is pulverized in the process of dispersing the dispersant in the monomer into the reaction solvent by emulsification before introduction into the reaction medium through direct introduction of the dispersant in the monomer.

본 발명의 제조 방법은 낮은 교반속도와 적은 분산제 함량에서도 30마이크론 이하의 입자 크기와 우수한 단분산도를 갖는 유무기 복합 입자를 제공할 수 있다. The method of the present invention can provide an organic / inorganic composite particle having a particle size of 30 microns or less and excellent monodispersity even at a low stirring speed and a small dispersant content.

도 1은 본 발명의 방법으로 얻어진 유무기 복합 입자의 광학현미경 사진이다.
도 2는 종래의 일반적인 현탁 중합을 통해 얻어진 유무기 복합 입자의 광학 현미경 사진이다.
1 is an optical microscope photograph of an organic / inorganic composite particle obtained by the method of the present invention.
2 is an optical microscope image of an organic / inorganic composite particle obtained by conventional suspension polymerization.

본 발명에 따른 30마이크론 이하의 우수한 입도 분포를 갖는 유무기 복합입자는 라디칼 중합성 단량체를 사용하는 현탁중합 방법을 사용하여 제조된다. The organic-inorganic composite particles having an excellent particle size distribution of 30 microns or less according to the present invention are prepared using a suspension polymerization method using a radical polymerizable monomer.

본 발명에서는 통상적으로 실시했던 현탁 중합 방법과는 다르게, 단량체에 직접적으로 수용액에 용해된 분산안정제를 도입하여 단량체를 사전에 에멀젼화 시켜 분산용매에 투입 후 현탁시켜 중합하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, unlike the conventional suspension polymerization method, a dispersion stabilizer dissolved in an aqueous solution is directly introduced into a monomer, the monomer is previously emulsified, put in a dispersion solvent, and then suspended and polymerized.

이러한 단량체 혼합물이 분산 용매에 분산시, 혼합물 내의 분산매가 단량체 내부에서 분산용매로 분산됨과 동시에 비교적 낮은 안정제 함량과 교반 속도 조건에서도 단량체 액적을 효과적으로 분쇄하여 30마이크로 이하의 단량체 액적으로 현탁시키고 이를 중합 과정을 통해 입자화한다. When such a monomer mixture is dispersed in a dispersion solvent, the dispersion medium in the mixture is dispersed in the monomer as a dispersion solvent, and at the same time, the monomer droplet is effectively pulverized even under a relatively low stabilizer content and stirring speed conditions and suspended in a monomer droplet of 30 micro- Lt; / RTI >

구체적으로, 본 발명의 유무기 복합입자의 제조 방법은, 중합된 고분자, 무기물 및 개시제를 단량체에 용해시킨 후, 여기에 수용액에 완전히 용해된 분산 안정제를 투입하여 유화시키는 제1단계, 상기 제1단계에서 유화된 단량체를 반응 용매에 분산시키고 현탁하여 반응 개시온도 이상으로 열을 가하여 중합하는 2단계로 이루어진 것을 특징으로 한다. Specifically, the method for producing an organic-inorganic composite particle according to the present invention comprises a first step of dissolving a polymerized polymer, an inorganic substance and an initiator in a monomer, then adding a dispersion stabilizer completely dissolved in an aqueous solution thereto and emulsifying the dispersion stabilizer, In which the emulsified monomer is dispersed in a reaction solvent, suspended, and polymerized by heating at a temperature not lower than the reaction start temperature.

상기 제 1단계는 단량체를 사전 유화시키는 단계로, 고분자 중합물, 기능성 무기 첨가물, 개시제를 라디칼 중합성 단량체에 완전 용해시킨 후 여기에 물에 용해된 수용성 안정제를 투입하여 교반을 통해 단량체 혼합물을 안정제와 에멀젼화 시키는 단계이다. The first step is a step of pre-emulsifying the monomer. After the polymeric polymer, the functional inorganic additive and the initiator are completely dissolved in the radical polymerizable monomer, the water-soluble stabilizer dissolved in the water is added thereto, and the monomer mixture is stirred with the stabilizer And emulsifying it.

상기 고분자 중합물은 단량체에 용해되어 단량체의 점도를 상승시켜 분산 및 중합시 무기 첨가제의 반응 매질로의 이탈을 막고 단량체 액적을 효과적으로 마이크로 분산시키는 역할을 하며, 종류는 제한되지 않으나 사용되는 단량체에 완전히 용해가 되는 부타디엔, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌 등의 1종 또는 이들을 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 용제 사용량은 단량체 총량 100 중량부에 대하여 1~40 중량부를 사용하는 것이 좋다. The polymeric polymer is dissolved in the monomer to increase the viscosity of the monomer, thereby preventing the inorganic additive from escaping into the reaction medium during the dispersion and polymerization and effectively dispersing the monomer droplet in a micro-dispersion. The type of the polymeric monomer is not limited, Such as butadiene, polymethyl methacrylate, and polystyrene, or a combination thereof. The amount of the solvent used is preferably 1 to 40 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the monomers.

상기 안정제는 수용액에 용해된 상태에서 단량체와 혼합되어, 중합 전 단량체 내부에 유화된 상태로 분산되어 있다가, 수상의 분산 용매에 분산되면, 단량체 안에서 밖으로 분산되는 과정에서 단량체의 액적을 반응 용매로 끌고 들어가 분쇄시킴으로써 단량체 액적을 30마이크론 이하로 분쇄시키는 역할을 하며, 종류는 제한되지 않으나 수상에 완전 용해되는 폴리비닐알콜, 폴리비닐피롤리돈 등의 1종 또는 이들을 혼합하여 사용하는 것이 좋다. 안정제의 사용량은 단량체와 여기에 용해된 고분자 총량 100 중량부에 대해 0.75~5 중량부를 사용하는 것이 좋다.  The stabilizer is mixed with the monomer in the state of being dissolved in the aqueous solution and dispersed in an emulsified state in the monomer before polymerization. When the stabilizer is dispersed in the aqueous dispersion solvent, the monomer droplets are dispersed in the reaction solvent And is pulverized to pulverize monomer droplets to 30 microns or less. There is no limitation on the kind, but it is preferable to use one kind of polyvinyl alcohol or polyvinyl pyrrolidone which is completely dissolved in water phase or a mixture thereof. The amount of the stabilizer to be used is preferably 0.75 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the monomer and the polymer dissolved therein.

상기 기능성 첨가물은 고분자 입자에 열, 전기 전도성 및 자성과 같은 기존의 고분자가 가지지 못하는 기능적 물성을 부여하는 역할을 하며 종류는 제한되지 않으나 은, 구리, CNT, 흑연 등 입자 및 로드 형태를 갖는 것이 좋으며, 입자화된 상태가 1 마이크론 이하의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 이보다 클 경우 최종 크기가 증가하거나 중합시 고분자 입자끼리의 응집이 발생할 수 있다. 기능성 첨가물은 단량체와 여기에 용해된 고분자 총량 100 중량부에 대하여 1~30% 중량부를 사용하는 것이 좋다.  The functional additive imparts functional properties not possessed by conventional polymers such as heat, electrical conductivity and magnetism to the polymer particles, and it is preferable that the functional additives have particles and rod shapes such as silver, copper, CNT, and graphite, , And it is preferable that the particle state has a size of 1 micron or less. If it is larger than this, the final size may increase or aggregation of the polymer particles may occur during polymerization. The functional additive is preferably used in an amount of 1 to 30% by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the monomer and the polymer dissolved therein.

상기 제2단계는, 상기 제1단계에서 수용액에 용해된 안정제가 에멀젼화된 단량체 혼합물을 분산 용매에 분산시켜 교반 과정을 통해 단량체 내부에 에멀젼화된 안정제를 수상 반응 매질로 분산시켜 단량체를 분쇄 현탁 하는 단계로, 소수성인 다량의 단량체 내부에 소량의 수상이 에멀젼화된 상태에서 과량의 수상 상태로 변화함을 통해 급격한 상 변화에 따른 단량체의 분쇄를 발생시키고 이를 현탁 중합하는 단계이다. In the second step, the stabilizer dissolved in the aqueous solution in the first step is dispersed in a dispersion solvent, and the stabilized emulsion stabilized in the monomer is dispersed in the aqueous reaction medium through stirring to disperse the monomer into a pulverized suspension A small amount of water phase in a hydrophobic monomer is changed from an emulsified state to an excessive water phase to cause the monomer to be pulverized according to an abrupt phase change and suspension polymerized.

상기 현탁 중합의 온도는, 40 ~ 90℃에서 중합하는 것이 좋다. 반응속도는 개시제, 반응온도 및 기능성 첨가물의 함량 등에 따라 변화하며, 통상 6~24시간이 소요된다. 고분자 입자의 크기는 기능성 첨가물의 크기, 단량체의 점도 유화된 안정제의 농도에 따라 보통 0.8~30mm의 입자가 얻어진다. 제조된 유무기 복합 입자는 광학 현미경(optical microschope)을 이용하여 입도 분포를 확인할 수 있다.
The suspension polymerization is preferably carried out at a temperature of 40 to 90 占 폚. The reaction rate varies depending on the initiator, the reaction temperature and the content of the functional additive, and usually takes 6 to 24 hours. The size of the polymer particles is usually 0.8 to 30 mm according to the size of the functional additive and the viscosity of the monomer and the concentration of the emulsified stabilizer. The particle size distribution of the produced organic / inorganic composite particles can be confirmed by using an optical microschope.

이하, 본 발명에서 사용되는 구성성분을 구체적으로 설명한다.
Hereinafter, the constituent components used in the present invention will be specifically described.

(1) 단량체(1) Monomer

본 발명의 유무기 복합 고분자 입자의 제조에 사용될 수 있는 단량체는 특별히 제한되지 않는다.The monomers usable in the production of the organic / inorganic hybrid polymer particles of the present invention are not particularly limited.

사용가능한 단량체로는, 구체적으로는 스티렌, p-메틸스티렌, m-메틸스티렌, p-에틸스티렌, m-에틸스티렌, p-클로로스티렌, m-클로로스티렌, p-클로로메틸스티렌, m-클로로메틸스티렌, 스티렌설포닉에시드, p-t-부톡시스티렌, m-t-부톡시스티렌, 플로로스티렌, 알파메틸스티렌, 비닐톨루엔, 클로로스티렌의 방향족 비닐계 단량체; 메틸(메타)아크릴레이트, 에틸(메타)아크릴레이트, 부틸(메타)아크릴레이트, 옥틸(메타)아크릴레이트, 스테아릴(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 글리시딜(메타)아크릴레이트, 플루오르에틸아크릴레이트, 트리플루오르에틸메타크릴레이트, 펜타플루오르프로필메타크릴레이트, 플로로에틸메타크릴레이트, 헥사플루오르부틸(메타)아크릴레이트, 헥사플루오르이소프로필메타크릴레이트, 퍼플루오르알킬아크릴레이트, 옥타플루오르페닐메타크릴레이트 등의 (메타)아크릴레이트계 단량체; 및 비닐아세테이트, 비닐프로피오네이트, 비닐부틸레이트, 비닐에테르, 알릴부틸에테르, 알릴글리시딜에테르, (메타)아크릴산, 말레산과 같은 불포화 카르복시산, 알킬(메타)아크릴아미드, (메타)아크릴로니트릴의 시안화 비닐계 단량체 등을 들 수 있다. 본 발명에서는 단량체를 단독 혹은 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 특히, 단량체는 스티렌, (메타)아크릴레이트계 단량체 혹은 이와 공중합체를 형성할 수 있는 방향족 비닐계 단량체 등이 바람직하다.Specific examples of the monomers that can be used include styrene, p-methylstyrene, m-methylstyrene, p-ethylstyrene, m-ethylstyrene, p-chlorostyrene, m-chlorostyrene, Aromatic vinyl monomers of methylstyrene, styrenesulfonic acid, pt-butoxystyrene, mt-butoxystyrene, fluorostyrene, alphamethylstyrene, vinyltoluene and chlorostyrene; Acrylates such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, octyl (meth) acrylate, stearyl (Meth) acrylate, hexafluoroisopropyl methacrylate, perfluoroalkyl acrylate, hexafluorobutyl methacrylate, hexafluorobutyl methacrylate, hexafluoroisopropyl methacrylate, perfluorooctyl methacrylate, (Meth) acrylate monomers such as octafluorophenyl methacrylate; And unsaturated carboxylic acids such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl ether, allyl butyl ether, allyl glycidyl ether, (meth) acrylic acid and maleic acid, alkyl (meth) acrylamide, (meth) acrylonitrile Vinyl cyanide monomers, and the like. In the present invention, monomers may be used singly or in combination of two or more. In particular, the monomer is preferably a styrene, (meth) acrylate monomer or an aromatic vinyl monomer capable of forming a copolymer thereof.

단량체의 사용량은 제1단계에 들어가는 라디칼 중합성 단량체, 개시제, 분산안정제 및 수용액, 기능성 무기 첨가제의 합계 100중량부에 대하여 20 내지 80중량부, 바람직하게는 30 내지 60중량부이다.
The amount of the monomer to be used is 20 to 80 parts by weight, preferably 30 to 60 parts by weight based on 100 parts by weight of the total amount of the radical polymerizing monomer, initiator, dispersion stabilizer, aqueous solution and functional inorganic additive to be introduced into the first step.

(2) 개시제 (2) Initiators

개시제로서는 벤조일퍼옥사이드, 라우릴퍼옥사이드, 큐멘하이드로퍼옥사이드, 메틸에틸케톤퍼옥사이드, t-부틸하이드로퍼옥사이드, t-부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, t-헥실퍼옥시-2-에틸헥사노에이트, ,1,3,3-테트라메틸부틸퍼옥시-2-에틸헥사노에이트 등의 퍼옥사이드계; 2,2'-아조비스이소부티로니트릴, 2,2'-아조비스2,4-디메틸발레로니트릴, 2,2'-아조비스2-메틸이소부티로니트릴 등의 아조계 반응개시제 등과 이들의 혼합물 등이 사용될 수 있다.Examples of the initiator include benzoyl peroxide, lauryl peroxide, cumene hydroperoxide, methyl ethyl ketone peroxide, t-butyl hydroperoxide, t-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, t- Peroxides such as ethylhexanoate, and 1,3,3-tetramethylbutylperoxy-2-ethylhexanoate; Azo type reaction initiators such as 2,2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis 2,4-dimethylvaleronitrile, and 2,2'-azobis 2-methylisobutyronitrile; And the like can be used.

제1단계에서 사용되는 개시제의 양은 단량체 100중량부에 대하여 0.5내지 5중량부, 바람직하게는 1 내지 3 중량부이다
The amount of the initiator used in the first step is 0.5 to 5 parts by weight, preferably 1 to 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the monomer

(3) 분산안정제(3) Dispersion stabilizer

분산안정제로서는 메틸셀룰로스, 에틸셀룰로스, 하이드록시프로필셀룰로스 등의 셀룰로스 유도체, 폴리비닐알콜, 폴리비닐메틸에테르, 폴리아크릴산, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐피롤리돈, 비닐피롤리돈과 비닐아세테이트의 공중합체 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 폴리비닐피롤리돈과 폴리비닐알콜 등이 있다. 사용되는 안정제는 상기 1단계에서 투입되는 단량체, 고분자 합계 100중량부에 대하여 0.75 내지 5 중량부, 바람직하게는 2 내지 4 중량부이다.
Examples of the dispersion stabilizer include cellulose derivatives such as methyl cellulose, ethyl cellulose and hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyvinyl methyl ether, polyacrylic acid, polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidone, copolymers of vinyl pyrrolidone and vinyl acetate And polyvinyl pyrrolidone, polyvinyl alcohol, and the like. The stabilizer to be used is 0.75 to 5 parts by weight, preferably 2 to 4 parts by weight, based on 100 parts by weight of the sum of the monomer and polymer added in the above step 1.

이외에도 본 발명은 통상의 현탁 중합반응에 사용되는 공지의 첨가제가 통상적인 용도와 방법으로 부가 사용될 수 있다. 구체적으로 부틸 알데히드; 트리클로로에틸렌; 퍼클로로에틸렌; 아세트알데히드 또는 머캅탄 등의 중합 조절제나 pH 조절제, 가교 결합제, 스케일 방지제, 계면활성제, 염료 및 안료 등이 필요에 따라 부가될 수 있다.
In addition, the present invention can be additionally used with conventional additives and conventional additives used in conventional suspension polymerization reactions. Butylaldehyde; Trichlorethylene; Perchlorethylene; A polymerization regulator such as acetaldehyde or mercaptan, a pH adjuster, a crosslinking agent, an anti-scale agent, a surfactant, a dye and a pigment may be added as needed.

<실시예 1> &Lt; Example 1 >

(a) 단량체 유화(a) Monomer emulsion

교반기가 설치된 1000ml 4구 유리 반응기에 단량체로 스티렌 68g 에 벤젠퍼옥사이드 개시제 1g을 완전 용해시킨 후 기능성 첨가물인 카본 나노 튜브 2g 을 넣고 교반을 통해 500rpm 5분간 분산시키고 이 혼합물에 폴리스티렌 30g을 투입하여 교반을 통해 300rpm 1시간 완전히 용해시켜 단량체 혼합물을 제조하였다. 여기에 증류수에 10% 농도로 용해된 폴리비닐알콜 분산안정제 용액 30 g을 반응기에 투입하고 500rpm의 속도로 30분간 상온에서 충분히 교반하여 단량체 혼합물을 에멀젼화시켰다In a 1000 ml four-necked glass reactor equipped with a stirrer, 1 g of benzene peroxide initiator was completely dissolved in 68 g of styrene as a monomer, 2 g of a carbon nanotube as a functional additive was added and dispersed at 500 rpm for 5 minutes by stirring. 30 g of polystyrene was added to the mixture, At 300 rpm for 1 hour to prepare a monomer mixture. 30 g of a polyvinyl alcohol dispersion stabilizer solution dissolved in distilled water at a concentration of 10% was added to the reactor, and the monomer mixture was emulsified by sufficiently stirring at a speed of 500 rpm for 30 minutes at room temperature

이때 유화가 진행되는 동안 카본 나노튜브에 의해 검은색을 띄던 단량체 혼합물이 교반과정 후에 발생된 미세한 수상 방울에 의해 에멀젼화되며 회색으로 변화하게 된다 During the emulsification, the monomer mixture, which is black by the carbon nanotubes, is emulsified and changed to gray by the fine water droplets generated after the stirring process

(b) 단량체 혼합물 분산 (b) Dispersion of monomer mixture

교반기와 항온 서큘레이터가 설치된 2리터 4구 유리 자켓 반응기에 반응 용매인 증류수를 300g 투입한 후, 상온에서 상기 에멀젼화시킨 단량체 혼합물을 투입하여 250rpm으로 교반을 실시하였다. 교반이 실시되면 단량체 혼합물 내부에 증류수에 용해되 에멀젼화된 분산 안정제가 수상의 반응 용매로 빠져나가게 되는데 이 과정에서 단량체 혼합물은 미세하게 분쇄되고 이러한 과정을 통해 수~수십 마이크론 크기의 단량체 액적이 생겨나게 된다 이것은 단량체 내부에 안정제로 인해 에멀젼화되어 있던 물이 단량체 밖으로 빠져나오려는 힘으로 인해 전단력이 발생하게 되는데 안정제인 폴리비닐 알코올이 단량체와 물 사이의 계면에 위치하여 전단력이 더욱 강하게 발생하여 거대한 단량체 덩어리가 작게 쪼개지는 과정을 갖게 된다. 단량체의 분쇄과정에서 폴리비닐 알코올은 계속적으로 단량체 표면에 남게 되어 입자 안정제의 표면 안정화 효과를 극대화시키고, 입자의 안정성을 높이는 결과를 갖는다. 300 g of distilled water as a reaction solvent was added to a 2-liter four-necked glass jacket reactor equipped with a stirrer and a thermostat circulator, and the emulsified monomer mixture was added at room temperature and stirred at 250 rpm. When stirring is carried out, the emulsion-dispersed dispersion stabilizer is dissolved in distilled water in the monomer mixture, and the monomer mixture is finely pulverized in this process. Through this process, a monomer droplet having a size of several to several tens of microns is generated This is because the emulsified water due to the stabilizer in the monomer causes the shear force due to the force to escape out of the monomer. Since the stabilizer polyvinyl alcohol is located at the interface between the monomer and water, the shear force is generated more strongly, The lumps will have a small splitting process. The polyvinyl alcohol continuously remains on the surface of the monomer during the pulverization of the monomer, thereby maximizing the surface stabilizing effect of the particle stabilizer and enhancing the stability of the particle.

(c) 중합 (c) polymerization

상기 단량체 혼합물이 내부에 유화된 안정제의 배출을 통한 전단력의 발생에 의해 작은 단량체 액적으로 분쇄되는 것을 확인한 후, 반응기의 온도를 80℃로 높이고 현탁 중합을 실시하였다. 제조된 고분자 입자는 원심 분리기를 이용하여 미반응물과 분산안정제를 반복하여 제거한 후 증류수와 메탄올을 이용하여 수회 세척하여 건조하였다. 건조 완료된 입자는 분쇄기를 통해 분쇄한 후 시빙(sieving)을 거쳐 최종 분말 샘플을 수득한 후 광학 현미경을 이용하여 입도 분포를 확인하였다. 사진을 도 1에 게시하였다. After confirming that the monomer mixture was pulverized into small monomer droplets by the generation of shear force through the discharge of the emulsified stabilizer therein, the temperature of the reactor was raised to 80 캜 and suspension polymerization was carried out. The prepared polymer particles were washed with distilled water and methanol several times by using a centrifuge to remove unreacted materials and dispersion stabilizer. The dried particles were pulverized through a pulverizer, sieved to obtain a final powder sample, and then the particle size distribution was confirmed using an optical microscope. A photograph is shown in FIG.

반응 종료 후 제조된 고분자 입자는 5~20마이크론 크기 범위를 갖는 CNT-폴리스티렌 기능성 복합 입자였다.
The polymer particles prepared after the reaction were CNT-polystyrene functional composite particles having a size ranging from 5 to 20 microns.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

단량체 유화 단계에서 기능성 첨가제를 투입하지 않은 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that the functional additive was not added in the monomer emulsification step.

<실시예 3> &Lt; Example 3 >

단량체 유화 단계에서 기능성 첨가제를 카본 나노 튜브에서 산화철로 사용한 이외는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that the functional additive was used as iron oxide in the carbon nanotubes in the monomer emulsification step.

<실시예 4><Example 4>

단량체 유화 단계에서 사용된 10% 폴리비닐알콜이 용해된 수용액 30g에서 7% 안정제가 희석된 수용액 30g을 사용한 것 이외는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하였다. The procedure of Example 1 was repeated except that 30 g of the aqueous solution in which the 7% stabilizer was diluted in 30 g of the aqueous solution of 10% polyvinyl alcohol dissolved in the monomer emulsification step was used.

<실시예 5> &Lt; Example 5 >

단량체 혼합물 분산 단계에서 단량체 혼합물 분산시 교반속도를 200rpm에서 50 rpm으로 변화한 것 이외는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that the monomer mixture was dispersed in the monomer mixture dispersion step at a stirring speed of 200 rpm to 50 rpm.

<비교예 1> &Lt; Comparative Example 1 &

단량체 유화 단계에서 투입된 10% 폴리비닐알콜이 용해된 수용액을 투입하지 않고 분산용매에 용해하여 투입한 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 진행되었다. 제조된 고분자 입자는 원심 분리기를 이용하여 미반응물과 분산안정제를 반복하여 제거한 후 증류수와 메탄올을 이용하여 수회 세척하여 건조하였다. 건조 완료된 입자는 분쇄기를 통해 분쇄한 후 시빙(sieving)을 거쳐 최종 분말 샘플을 수득한 후 광학 현미경을 이용하여 입도 분포를 확인하였다. 사진을 도 1에 게시하였다. Except that the aqueous solution in which the 10% polyvinyl alcohol dissolved in the monomer emulsification step was not added was dissolved in a dispersing solvent and charged. The prepared polymer particles were washed with distilled water and methanol several times by using a centrifuge to remove unreacted materials and dispersion stabilizer. The dried particles were pulverized through a pulverizer, sieved to obtain a final powder sample, and then the particle size distribution was confirmed using an optical microscope. A photograph is shown in FIG.

반응 종료 후 제조된 고분자 입자는 500~2000마이크론 크기 범위를 갖는 CNT-폴리스티렌 기능성 복합 입자였다.
The polymer particles prepared after the reaction were CNT-polystyrene functional composite particles having a size ranging from 500 to 2,000 microns.

<비교예 2> &Lt; Comparative Example 2 &

단량체 유화 단계에서 사용된 10% 폴리비닐알콜이 용해된 수용액 30g을 단량체 혼합물이 아닌 반응용매에 분산시킨 것 이외는 상기 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
The procedure of Example 1 was repeated except that 30 g of the aqueous solution of 10% polyvinyl alcohol dissolved in the monomer emulsification step was dispersed in the reaction solvent instead of the monomer mixture.

<비교예 3>&Lt; Comparative Example 3 &

단량체 유화단계에서 단량체에 고분자를 용해시키지 않은 것 이외에는 상기 실시예 1과 동일하게 진행되었다.       The procedure was the same as in Example 1 except that the polymer was not dissolved in the monomer in the monomer emulsification step.

실험결과는 표 1에 나타내었다. 표 1은 첨가제 함량에 따른 공극부여에 대한 비교를 나타낸 것이다.
The experimental results are shown in Table 1. Table 1 shows comparisons of voiding according to additive content.

  기능성 첨가제Functional additive 단량체 혼합물내 PS 함량 (%)PS content in monomer mixture (%) PVA 함량/
단량체혼합물
(%)
PVA content /
Monomer mixture
(%)
PVA 분산위치PVA dispersion location 입자 내
첨가제 함량 (%/monomer)
Within the particle
Additive content (% / monomer)

rpm

rpm
Size(mm)Size (mm)
실시예1Example 1 CNTCNT 3030 33 단량체 내부Inside monomer 22 200200 5~205-20 실시예2Example 2 없음none 3030 33 단량체 내부Inside monomer 00 200200 1~71 to 7 실시예3Example 3 산화철Iron oxide 3030 33 단량체 내부Inside monomer 22 200200 3~103 to 10 실시예4Example 4 CNTCNT 3030 2.12.1 단량체 내부Inside monomer 22 200200 10~2510-25 실시예5Example 5 CNTCNT 3030 33 단량체 내부Inside monomer 22 5050 5~205-20 비교예 1Comparative Example 1 CNTCNT 3030 00 분산 용매Dispersed solvent 22 200200 500~2000500 ~ 2000 비교예 2Comparative Example 2 CNTCNT 3030 33 단량체 내부Inside monomer 22 200200 100~1000100-1000 비교예3Comparative Example 3 CNTCNT 00 33 단량체 내부Inside monomer 0.80.8 200200 1000-30001000-3000

본 발명에서는 단량체 혼합물에 수용액 상의 안정제를 직접적으로 에멀젼화시키는 과정을 통해 단량체 혼합물의 점도를 낮추고 대부분의 안정제를 단량체 표면에 오게 함으로써 분산 안정 효과를 증대시켜 이로 인한 단량체 분쇄 효과를 크게 증대시킬 수 있었다. 종래의 분산 용매에 안정제를 용해시켜 교반을 통해 단량체 혼합물을 분쇄시켜 중합하였던 현탁 중합 방법에 비해 비교적 낮은 안정제 농도 및 교반 속도에서도 30마이크론 이하 크기의 유무기 복합 고분자 입자의 제조가 가능하다. 또한 기존의 현탁 중합에서 제시되어온 문제점인 복합입자 제조시 입도의 증가 및 분산도 저하의 문제점을 해결할 수 있다.
In the present invention, by directly emulsifying the aqueous phase stabilizer in the monomer mixture, the viscosity of the monomer mixture is lowered and most of the stabilizer is brought to the surface of the monomer, thereby increasing the dispersion stabilizing effect and greatly increasing the monomer crushing effect. It is possible to manufacture organic / inorganic hybrid polymer particles having a size of 30 microns or less at a relatively low stabilizer concentration and stirring speed as compared with the suspension polymerization method in which a monomer mixture is polymerized by dissolving a stabilizer in a conventional dispersion solvent and then pulverizing the monomer mixture by stirring. In addition, it is possible to solve the problem of increase in particle size and decrease in dispersion in the production of composite particles, which is a problem presented in the conventional suspension polymerization.

본 발명의 제조방법에 의해 높은 무기물 함량과 높은 단량체 점도 조건에서도 30마이크론 이하의 입자의 제조가 가능해 사용자가 원하는 열 및 전기 전도성 등이 조절된 기능성 분야에 적용될 수 있다.
According to the production method of the present invention, it is possible to manufacture particles with a particle size of 30 microns or less even under conditions of high inorganic content and high monomer viscosity, and thus can be applied to functional fields in which heat and electric conductivity desired by the user are controlled.

Claims (5)

스티렌계 고분자, 무기물 및 개시제를 스티렌계 단량체에 용해시킨 후, 여기에 폴리비닐알코올 안정제가 용해된 수용액을 투입하여 에멀젼화시키는 제 1단계;
상기 제 1단계에서 유화된 단량체 혼합물을 수상에 분산시켜 교반하여 현탁 중합하는 제 2단계를 포함하는 유·무기 복합 입자의 제조방법.
A first step of dissolving a styrene-based polymer, an inorganic substance and an initiator in a styrene-based monomer, and then emulsifying an aqueous solution containing the polyvinyl alcohol stabilizer dissolved therein;
And a second step of dispersing and emulsifying the monomer mixture emulsified in the first step in an aqueous phase, followed by suspension polymerization.
제 1항에 있어서, 상기 안정제의 함량은 투입된 고분자, 단량체 혼합물 총량 100중량부 당 0.75~5 중량부인 것을 특징으로 하는 유·무기 복합 입자의 제조방법. The method for producing an organic-inorganic composite particle according to claim 1, wherein the content of the stabilizer is 0.75 to 5 parts by weight per 100 parts by weight of the total amount of the polymer and the monomer mixture. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 무기물은 산화철, 은, 구리, CNT 및 흑연으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유·무기 복합입자의 제조방법.


The method for producing an organic / inorganic composite particle according to claim 1, wherein the inorganic material is selected from the group consisting of iron oxide, silver, copper, CNT and graphite.


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