KR102142457B1 - Organic-inorganic hybrid particles and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명의 유무기 하이브리드 입자는, 유기물 고분자 입자로 형성되는 코어; 및 전이금속산화물, 전이후금속산화물, 전이금속산화물 복합체 및 전이후금속산화물 복합체 중 어느 하나로 형성되고, 상기 코어의 표면을 감싸는 쉘(shell)을 포함하고, 1.5 내지 3.85 g.cm3 의 밀도를 갖는다.The organic-inorganic hybrid particles of the present invention include a core formed of organic polymer particles; And a shell formed by any one of a transition metal oxide, a post-transition metal oxide, a transition metal oxide composite, and a post-transition metal oxide composite, and covers the surface of the core, and has a density of 1.5 to 3.85 g.cm 3 . Have.

Description

유무기 하이브리드 입자 및 그 제조 방법{ORGANIC-INORGANIC HYBRID PARTICLES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}Organic-inorganic hybrid particle and its manufacturing method {ORGANIC-INORGANIC HYBRID PARTICLES AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 분산 안전성을 갖는 유무기 하이브리드 입자와 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic-inorganic hybrid particle having dispersion stability and a method of manufacturing the same.

장치의 성능을 개선하기 위한 방법 중 하나로 장치를 구성하는 부품의 표면에 코팅층을 도입하는 것이 고려될 수 있다. 코팅층은 부품의 표면이 본래 갖지 못하는 성질을 표면에 제공하게 되므로, 장치는 본래 갖고 있는 성질 외에 코팅층에 의한 이질적 성질을 추가로 갖게 된다.As one of the ways to improve the performance of the device, it may be considered to introduce a coating layer on the surface of the components constituting the device. Since the coating layer provides the surface with properties that the surface of the part does not have, the device additionally has heterogeneous properties due to the coating layer in addition to the properties originally possessed.

표면에 이질적 성질을 추가로 부여하는 코팅층은 부품에 코팅액을 도포하거나 부품을 코팅액에 침지시키는 방식으로 형성될 수 있다. 어느 경우든 코팅액에는 용매와 함께 이질적 성질을 부여하는 입자가 포함되어 있다.The coating layer that further imparts heterogeneous properties to the surface may be formed by applying a coating liquid to the part or immersing the part in the coating liquid. In either case, the coating liquid contains particles that impart heterogeneous properties together with the solvent.

부품의 표면에 균일한 코팅층을 형성하기 위해서는 입자의 분산 안전성이 중요하다. 무기 입자의 분산 안정성을 확보하기 위한 일반적 방법으로는 분산제를 적용하여 무기 입자 간의 입체 장애를 유발하고, 이를 통해 무기 입자들이 서로 밀어내도록 하는 방법이 있다. 이 방법은 무기 입자를 높은 농도로 포함하는 도료 등의 분산액 제조에는 효과적이다. 그러나 무기 입자를 낮은 농도로 포함하는 코팅액을 제조할 경우, 이 방법은 침전 등의 문제로 인해 적합하지 않다.In order to form a uniform coating layer on the surface of the part, the dispersion stability of the particles is important. As a general method for securing dispersion stability of inorganic particles, there is a method of causing steric hindrance between inorganic particles by applying a dispersing agent, and causing inorganic particles to repel each other through this. This method is effective for preparing a dispersion such as a paint containing inorganic particles in a high concentration. However, when preparing a coating solution containing inorganic particles at a low concentration, this method is not suitable due to problems such as precipitation.

예컨대 선행특허문헌인 대한민국 공개특허번호 제10-2004-0027995호(2004.04.03.)에는 입체 장애 효과를 향상시키는 폴리에테르 디올 분산제가 개시되어 있다. 그러나 상기 선행특허문헌의 분산제는 발명의 명칭에서 알 수 있듯이 입자를 높은 농도로 포함하는 안료 분산제에 한정된다.For example, Korean Patent Application Publication No. 10-2004-0027995 (2004.04.03.), which is a prior patent document, discloses a polyether diol dispersant that improves the steric hindrance effect. However, the dispersant of the prior patent document is limited to a pigment dispersant containing a high concentration of particles, as can be seen from the name of the invention.

따라서 도료 등과 달리 무기 입자를 낮은 농도로 포함하는 코팅액의 제조에 있어 입자의 분산 안정성을 확보할 수 있는 방안이 마련되어야 한다.Therefore, unlike paints, in preparing a coating solution containing inorganic particles at a low concentration, a method for securing dispersion stability of particles must be prepared.

본 발명의 일 목적은 무기 입자의 성질은 그대로 유지하면서, 무기 입자가 갖는 본래의 비중보다 낮은 비중을 가져 용매에서의 분산 안정성을 확보 가능한 유무기 하이브리드 입자와 그 제조 방법을 제안하기 위한 것이다.An object of the present invention is to propose an organic-inorganic hybrid particle capable of securing dispersion stability in a solvent by maintaining a specific gravity lower than the original specific gravity of the inorganic particle while maintaining the properties of the inorganic particle and a method for producing the same.

본 발명은 외부의 물리적 충격에도 원래의 형상을 안정적으로 유지할 수 있는 구성의 유무기 하이브리드 입자를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide an organic-inorganic hybrid particle having a configuration capable of stably maintaining an original shape even under external physical impact.

본 발명의 다른 일 목적은 유무기 하이브리드 입자에 포함되는 코어와 쉘의 적정 크기, 적정 밀도 등을 제공하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide an appropriate size and an appropriate density of the core and the shell included in the organic-inorganic hybrid particles.

본 발명의 또 다른 일 목적은 유무기 하이브리드 입자의 코어와 쉘을 물리적 또는 화학적 방법으로 서로 결합시킬 수 있는 제조 방법을 제시하기 위한 것이다.Another object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of bonding the core and the shell of the organic-inorganic hybrid particles to each other by a physical or chemical method.

이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르는 유무기 하이브리드 입자는, 유기물 고분자 입자로 형성되는 코어; 및 전이금속산화물, 전이후금속산화물, 전이금속산화물 복합체 및 전이후금속산화물 복합체 중 어느 하나로 형성되고, 상기 코어의 표면을 감싸는 쉘(shell)을 포함하고, 1.5 내지 3.85 g.cm3 의 밀도를 갖는다.In order to achieve such an object of the present invention, the organic-inorganic hybrid particles according to an embodiment of the present invention include a core formed of organic polymer particles; And a shell formed by any one of a transition metal oxide, a post-transition metal oxide, a transition metal oxide composite, and a post-transition metal oxide composite, and covers the surface of the core, and has a density of 1.5 to 3.85 g.cm 3 . Have.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 유기물 고분자 입자는, 방향족 비닐계 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 아크릴산 알킬 에스테르 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 메타크릴산 알킬 에스테르 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 아크릴산 플루오로 알킬 에스테르 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 메타크릴산 플루오로 알킬 에스테르 단량체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 단량체를 중합하여 형성된다.According to an example related to the present invention, the organic polymer particle is an aromatic vinyl-based monomer, an acrylic acid alkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms, a methacrylic acid alkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms, and a fluoro acrylic acid having 1 to 20 carbon atoms. It is formed by polymerizing at least one monomer selected from the group consisting of an alkyl ester monomer and a methacrylic acid fluoroalkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 유기물 고분자 입자는, 메틸메타크릴레이트(methylmethacrylate), 스티렌(styrene), 디비닐벤젠(divinyl benzene), 부틸메타크릴레이트(butylmethacrylate), 트리메틸올메탄 테트라아크릴레이트(trimethylolmethane tetraacrylate), 트리메틸올메탄 트리아크릴레이트(trimethylolmethane triacrylate), 트리메틸올부탄 트리아크릴레이트(trimethylolbutane triacrylate), 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 형성된다.According to another example related to the present invention, the organic polymer particles are methyl methacrylate, styrene, divinyl benzene, butyl methacrylate, trimethylolmethane tetraacrylic. At least one selected from the group consisting of trimethylolmethane tetraacrylate, trimethylolmethane triacrylate, trimethylolbutane triacrylate, and ethylene glycol dimethacrylate.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 코어의 지름은 200 nm 내지 500 nm다.According to another example related to the present invention, the diameter of the core is 200 nm to 500 nm.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 코어의 밀도는 0.8 g.cm3 내지 2.0 g.cm3 이다.According to another example related to the present invention, the density of the core is 0.8 g.cm 3 to 2.0 g.cm 3 .

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 코어의 밀도는 0.9 g.cm3 내지 1.1 g.cm3 이다.According to another example related to the present invention, the density of the core is 0.9 g.cm 3 to 1.1 g.cm 3 .

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 전이금속산화물 또는 상기 전이금속산화물 복합체의 전이금속은, 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철 (Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고, 상기 전이후금속산화물 또는 상기 전이후금속산화물 복합체의 전이후금속은, 인듐(In), 주석(Sn), 및 게르마늄(Ge)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.According to another example related to the present invention, the transition metal oxide or the transition metal of the transition metal oxide composite is scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), Iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), tantalum (Ta) and tungsten (W) Including at least one selected from the group consisting of, the post-transition metal oxide or the post-transition metal of the post-transition metal oxide composite, at least one selected from the group consisting of indium (In), tin (Sn), and germanium (Ge) Includes.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 전이금속산화물 복합체 또는 상기 전이후금속산화물 복합체는 전이금속산화물과 염(salt)을 포함하고, 상기 염은 NaNO3, KNO3, Mg(NO3)2. 및 Al(NO3)3으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.According to another example related to the present invention, the transition metal oxide complex or the post-transition metal oxide complex includes a transition metal oxide and a salt, and the salt is NaNO 3 , KNO 3 , Mg(NO 3 ) 2 . And at least one selected from the group consisting of Al(NO 3 ) 3 .

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 전이금속산화물 복합체 또는 상기 전이후금속산화물 복합체는, 2종 이상의 전이금속산화물의 혼합 결정, 2종 이상의 전이후금속산화물의 혼합 결정 또는 전이금속산화물과 전이후금속산화물의 혼합 결정으로 형성된다.According to another example related to the present invention, the transition metal oxide composite or the post-transition metal oxide composite is a mixed crystal of two or more transition metal oxides, a mixed crystal of two or more post-transition metal oxides, or a transition metal oxide and a transition metal oxide. It is then formed as a mixed crystal of metal oxide.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 쉘의 두께는 30 nm 내지 100 nm다.According to another example related to the present invention, the thickness of the shell is 30 nm to 100 nm.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 유무기 하이브리드 입자는 1.5 내지 2.0 g.cm3 의 밀도를 갖는다.According to another example related to the present invention, the organic-inorganic hybrid particles have a density of 1.5 to 2.0 g.cm 3 .

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 코어와 상기 쉘은 서로 반대 전하에 의한 정전기적 인력에 의해 서로 물리적으로 결합된다.According to another example related to the present invention, the core and the shell are physically coupled to each other by electrostatic attraction due to opposite charges.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 코어와 상기 쉘은 커플링제(coupling agent)에 의해 서로 화학적으로 결합된다.According to another example related to the present invention, the core and the shell are chemically bonded to each other by a coupling agent.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 전이금속산화물은 삼산화몰리브덴(molybdenum trioxide, MoO3)을 포함하고, 상기 삼산화몰리브덴은 알파상(α-phase)을 갖는According to another example related to the present invention, the transition metal oxide includes molybdenum trioxide (MoO 3 ), and the molybdenum trioxide has an alpha phase (α-phase).

또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 유무기 하이브리드 입자의 제조 방법을 개시한다. 상기 제조 방법은, (a) 0.8 내지 2.0 g.cm3 의 밀도를 갖는 코어를 제조하도록 유기물 단량체를 중합하여 유기물 고분자 입자를 형성하는 단계; (b) 상기 코어의 표면을 감싸는 쉘을 제조하도록 상기 코어의 표면에 전이금속산화물, 전이후금속산화물, 전이금속산화물 복합체 또는 전이후금속산화물 복합체를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 (b) 단계에서 제조된 입자의 쉘이 갖는 상을 제1 상에서 제2 상으로 변화시키도록 열처리를 실시하는 단계를 포함한다.In addition, in order to realize the above object, the present invention discloses a method of manufacturing organic-inorganic hybrid particles. The manufacturing method includes: (a) forming organic polymer particles by polymerizing an organic monomer to prepare a core having a density of 0.8 to 2.0 g.cm 3 ; (b) forming a transition metal oxide, a post-transition metal oxide, a transition metal oxide composite, or a post-transition metal oxide composite on the surface of the core to produce a shell surrounding the surface of the core; And (c) performing a heat treatment to change the phase of the shell of the particles prepared in step (b) from the first phase to the second phase.

본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 (a) 단계에서는, 방향족 비닐계 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 아크릴산 알킬 에스테르 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 메타크릴산 알킬 에스테르 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 아크릴산 플루오로 알킬 에스테르 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 메타크릴산 플루오로 알킬 에스테르 단량체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 단량체를 중합하여 상기 유기물 고분자 입자를 형성한다.According to an example related to the present invention, in the step (a), an aromatic vinyl-based monomer, an acrylic acid alkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms, a methacrylic acid alkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms, and a fluorine acrylic acid having 1 to 20 carbon atoms At least one monomer selected from the group consisting of an alkyl ester monomer and a methacrylic acid fluoroalkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms is polymerized to form the organic polymer particles.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 (b) 단계에서는 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철 (Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 인듐(In), 주석(Sn), 게르마늄(Ge), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈룸(Ta) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 이용하여 합성을 실시한다.According to another example related to the present invention, in step (b), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co) , Nickel (Ni), Copper (Cu), Indium (In), Tin (Sn), Germanium (Ge), Yttrium (Y), Zirconium (Zr), Niobium (Nb), Molybdenum (Mo), Tantalum (Ta) And at least one selected from the group consisting of tungsten (W) is used to perform the synthesis.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 (b) 단계에서는 쉘을 제조하는 반응 과정 동안 교반을 실시한다.According to another example related to the present invention, in the step (b), stirring is performed during the reaction process of preparing the shell.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 (c) 단계는 400 내지 450℃의 온도에서 30분 이상 실시되며, 상기 제2 상은 상기 제1 상에 비해 용매에 대해 낮은 용출도를 갖는다.According to another example related to the present invention, step (c) is carried out at a temperature of 400 to 450° C. for 30 minutes or more, and the second phase has a lower dissolution rate to the solvent than the first phase.

본 발명과 관련한 다른 일 예에 따르면, 상기 제1 상은 수화물 또는 준안정적인 상(metastable phase)에 해당하고, 상기 제2 상은 안정적인 상(stable phase)에 해당한다.According to another example related to the present invention, the first phase corresponds to a hydrate or a metastable phase, and the second phase corresponds to a stable phase.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 유기물 고분자가 코어를 형성하고 전이금속산화물 등이 쉘?? 형성하므로, 유무기 하이브리드 입자의 비중이 무기물만으로 이루어진 입자에 비해 낮은 비중을 갖는다. 이에 따라 입자의 분산 안정성이 확보될 수 있다.According to the present invention having the above configuration, an organic polymer forms a core, and a transition metal oxide, etc. is a shell?? Therefore, the specific gravity of the organic-inorganic hybrid particles has a lower specific gravity than that of particles composed of only inorganic substances. Accordingly, dispersion stability of the particles can be ensured.

또한 본 발명에 의하면, 유무기 하이브리드 입자 표면의 성질이 쉘을 형성하는 전이금속산화물 등에 의해 부여되며, 전이금속산화물 등은 입자의 표면에 항균성 및 탈취성을 부여한다.In addition, according to the present invention, the properties of the surface of the organic-inorganic hybrid particles are imparted by the transition metal oxide forming the shell, and the transition metal oxide or the like imparts antibacterial properties and deodorization properties to the surface of the particles.

또한 본 발명에 의하면, 코어와 쉘의 적정 크기 및 적정 밀도를 통해 유무기 하이브리드 입자의 적정 밀도를 설정할 수 있다.In addition, according to the present invention, an appropriate density of the organic-inorganic hybrid particles can be set through an appropriate size and an appropriate density of the core and the shell.

또한 본 발명에 의하면, 코어가 외부 충격에 대한 완충 역할을 하므로, 유무기 하이브리드 입자가 이용되는 응용 분야에서 상기 유무기 하이브리드 입자의 본래 형상이 유지될 수 있다.In addition, according to the present invention, since the core acts as a buffer against external impact, the original shape of the organic-inorganic hybrid particles can be maintained in an application field in which the organic-inorganic hybrid particles are used.

도 1은 본 발명에서 제안하는 유무기 하이브리드 입자의 개념도다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 유무기 하이브리드 입자의 제조 방법을 보인 흐름도다.
도 3a 내지 도 3c는 코어와 쉘의 물리적 결합과 열처리의 효과를 설명하기 위한 개념도들이다.
1 is a conceptual diagram of an organic-inorganic hybrid particle proposed in the present invention.
2 is a flow chart showing a method of manufacturing an organic-inorganic hybrid particle proposed in the present invention.
3A to 3C are conceptual diagrams for explaining the effect of physical bonding and heat treatment between a core and a shell.

이하, 본 발명에 관련된 유무기 하이브리드 입자 및 그 제조 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, an organic-inorganic hybrid particle and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일, 유사한 구성에 대해서는 동일, 유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다.In the present specification, the same or similar reference numerals are assigned to the same or similar configurations in different embodiments, and the description is replaced with the first description.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When an element is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that other components may be directly connected to or connected to the other component, but there may be other components in between. It should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.As used herein, a singular expression includes a plural expression unless the context clearly indicates otherwise.

1. 유무기 하이브리드 입자1. Organic-inorganic hybrid particles

도 1은 본 발명에서 제안하는 유무기 하이브리드 입자(100)의 개념도다.1 is a conceptual diagram of an organic-inorganic hybrid particle 100 proposed in the present invention.

유무기 하이브리드 입자(100)는 코어(core)(110)와 쉘(shell)(120)을 포함한다.The organic-inorganic hybrid particle 100 includes a core 110 and a shell 120.

코어(110)는 유무기 하이브리드 입자(100)의 중심에 배치된다. 코어(110)는 구 내지 구에 준하는 형상을 가질 수 있다.The core 110 is disposed at the center of the organic-inorganic hybrid particle 100. The core 110 may have a shape corresponding to a sphere or a sphere.

코어(110)는 쉘(120)보다 작은 밀도를 갖는 유기물 고분자 입자로 형성된다. 코어(110)의 밀도는 0.8 내지 2.0 g.cm3 이며, 바람직하게는 0.9 내지 1.1 g.cm3 다.The core 110 is formed of organic polymer particles having a density smaller than that of the shell 120. The density of the core 110 is 0.8 to 2.0 g.cm 3 , and preferably 0.9 to 1.1 g.cm 3 .

유기물 고분자 입자는, (a) 방향족 비닐계 단량체, (b) 탄소수 1 내지 20개의 아크릴산 알킬 에스테르 단량체, (c) 탄소수 1 내지 20개의 메타크릴산 알킬 에스테르 단량체, (d) 탄소수 1 내지 20개의 아크릴산 플루오로 알킬 에스테르 단량체, (e) 탄소수 1 내지 20개의 메타크릴산 플루오로 알킬 에스테르 단량체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 단량체를 중합하여 형성된다.The organic polymer particles include (a) an aromatic vinyl monomer, (b) an acrylic acid alkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms, (c) a methacrylic acid alkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms, and (d) an acrylic acid having 1 to 20 carbon atoms. It is formed by polymerizing at least one monomer selected from the group consisting of a fluoroalkyl ester monomer, (e) a methacrylic acid fluoroalkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms.

상기 단량체를 중합하여 형성되는 유기물 고분자의 예로 메틸메타크릴레이트(methylmethacrylate), 스티렌(styrene), 디비닐벤젠(divinyl benzene), 부틸메타크릴레이트(butylmethacrylate), 트리메틸올메탄 테트라아크릴레이트(trimethylolmethane tetraacrylate), 트리메틸올메탄 트리아크릴레이트(trimethylolmethane triacrylate), 트리메틸올부탄 트리아크릴레이트(trimethylolbutane triacrylate), 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate)를 들 수 있다. 유기물 고분자 입자는 이들로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 형성될 수 있다.Examples of organic polymers formed by polymerizing the monomers include methylmethacrylate, styrene, divinyl benzene, butylmethacrylate, and trimethylolmethane tetraacrylate. , Trimethylolmethane triacrylate, trimethylolbutane triacrylate, and ethylene glycol dimethacrylate. The organic polymer particles may be formed of at least one selected from the group consisting of these.

이 유기물 고분자 입자는 쉘(120)보다 작은 밀도를 갖는다. 따라서 동일한 크기를 전제로, 무기물만으로 이루어지는 입자에 비해 유무기 하이브리드 입자(100)의 상대적으로 더 가볍다.The organic polymer particles have a density smaller than that of the shell 120. Therefore, on the premise of the same size, the organic-inorganic hybrid particles 100 are relatively lighter than those made of only inorganic substances.

다수의 유기물 고분자 입자로 형성되는 클러스터(cluster)가 코어(110)를 구성할 수도 있다. 이 경우 코어(110)는 여러 개의 구 또는 구에 준하는 형상의 유기물 고분자 입자들의 집합으로 형성된다.Clusters formed of a plurality of organic polymer particles may constitute the core 110. In this case, the core 110 is formed of a plurality of spheres or a set of organic polymer particles having a shape similar to that of a sphere.

쉘(120)은 코어(110)의 표면을 감싸도록 형성된다. 쉘(120)은 코어(110)가 배치되어야 하는 영역을 제외한 나머지 영역에 형성되므로, 쉘(120)은 속이 빈 구 내지 속이 빈 구에 준하는 형상을 갖는다.The shell 120 is formed to surround the surface of the core 110. Since the shell 120 is formed in a region other than the region in which the core 110 is to be disposed, the shell 120 has a shape similar to a hollow sphere or a hollow sphere.

쉘(120)은 코어(110)보다 무거운 전이금속산화물, 전이후금속산화물, 전이금속산화물 복합체 및 전이후금속산화물 복합체 중 어느 하나로 형성된다.The shell 120 is formed of any one of a transition metal oxide, a post-transition metal oxide, a transition metal oxide composite, and a post-transition metal oxide composite, which is heavier than the core 110.

여기서 전이금속산화물 복합체 또는 전이후금속산화물 복합체란 전이금속산화물이나 전이후금속산화물 외에 염(salt)을 추가로 포함하거나, 2종 이상의 혼합 결정을 의미한다.Here, the transition metal oxide complex or the post-transition metal oxide complex refers to a mixture of two or more kinds of crystals, or additionally containing a salt in addition to the transition metal oxide or the post-transition metal oxide.

예컨대 전이금속산화물 복합체 또는 전이후금속산화물 복합체는, 앞서 설명된 전이금속산화물이나 전이후금속산화물 외에 염(salt)을 추가로 포함할 수 있다. 염은 NaNO3, KNO3, Mg(NO3)2. 및 Al(NO3)3으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다. 염에 의해 전이금속산화물 복합체 또는 전이후금속산화물 복합체의 형태(morphology)가 조절될 수 있다.For example, the transition metal oxide complex or the post-transition metal oxide complex may further include a salt in addition to the transition metal oxide or the post-transition metal oxide described above. Salts are NaNO 3 , KNO 3 , Mg(NO 3 ) 2 . And at least one selected from the group consisting of Al(NO 3 ) 3 . The morphology of the transition metal oxide complex or the post-transition metal oxide complex can be controlled by the salt.

또한, 전이금속산화물 복합체 또는 상기 전이후금속산화물 복합체는, 2종 이상의 전이금속산화물의 혼합 결정, 2종 이상의 전이후금속산화물의 혼합 결정, 또는 전이금속산화물과 전이후금속산화물의 혼합 결정으로 형성될 수 있다.In addition, the transition metal oxide composite or the post-transition metal oxide complex is formed of a mixed crystal of two or more transition metal oxides, a mixed crystal of two or more post-transition metal oxides, or a mixed crystal of a transition metal oxide and a post-transition metal oxide. Can be.

한편, 쉘(120)의 전이금속은 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철 (Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.On the other hand, the transition metal of the shell 120 is scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), It contains at least one selected from the group consisting of copper (Cu), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), tantalum (Ta), and tungsten (W).

또한 쉘(120)의 전이후금속은 인듐(In), 주석(Sn), 게르마늄(Ge)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함한다.In addition, the post-transition metal of the shell 120 includes at least one selected from the group consisting of indium (In), tin (Sn), and germanium (Ge).

쉘(120)은 유무기 하이브리드 입자(100)의 표면에 형성되기 때문에, 유무기 하이브리드 입자(100)의 표면 성질은 쉘(120)에 의해 부여된다. 유무기 하이브리드 입자(100)가 장치를 구성하는 부품의 표면에 코팅층에 포함되어 있을 때, 전이금속산화물, 전이후금속산화물, 전이금속산화물 복합체 또는 전이후금속산화물 복합체는 표면에 항균성 및/또는 탈취성(냄새 제거 성능)을 제공한다.Since the shell 120 is formed on the surface of the organic-inorganic hybrid particles 100, the surface properties of the organic-inorganic hybrid particles 100 are imparted by the shell 120. When the organic-inorganic hybrid particles 100 are included in the coating layer on the surface of the parts constituting the device, the transition metal oxide, the post-transition metal oxide, the transition metal oxide composite, or the post-transition metal oxide composite is antibacterial and/or deodorizing on the surface. Provides property (odor removal performance).

이를테면, 전이금속산화물 또는 전이후금속산화물은 수분과 반응하여 산성을 나타낸다. 여기서 산성이란 약산성(pH 5 내지 6)을 포함하는 개념이다. 전이금속산화물은 수분과의 촉매 반응을 통해 산성 또는 약산성의 금속산(metallic acid)을 생성하게 되고, 상기 산성 또는 약산성의 금속산은 표면에 항균성과 탈취성을 부여하게 된다.For example, a transition metal oxide or a post-transition metal oxide reacts with moisture to exhibit acidity. Here, acidity is a concept including weak acidity (pH 5 to 6). The transition metal oxide generates an acidic or weakly acidic metallic acid through a catalytic reaction with moisture, and the acidic or weakly acidic metallic acid imparts antibacterial and deodorant properties to the surface.

표면에 항균성과 탈취성을 부여하는 대표적인 전이금속은 텅스텐(tungsten, W), 몰리브덴(molybdenum, Mo), 지르코늄(Zirconium, Zr)이다.Typical transition metals that impart antibacterial and deodorant properties to the surface are tungsten (W), molybdenum (Mo), and zirconium (Zr).

예를들어, 전이금속산화물의 전이금속이 몰리브덴으로 이루어지는 경우, 몰리브덴 산화물은 수분과의 촉매 반응을 통해 히드로옥소늄 이온(Hydroxonium ion, H3O+)을 생성하게 된다. 히드로옥소늄 이온은 산성을 나타내므로 때문에 세균의 표면과 직접적으로 접촉하게 되면 살균 작용을 일으킨다.For example, when the transition metal of the transition metal oxide is made of molybdenum, the molybdenum oxide generates hydroxonium ions (H 3 O + ) through a catalytic reaction with moisture. Hydrooxonium ions are acidic, so when they come into direct contact with the surface of bacteria, they cause sterilization.

또한 금속산은 표면에 탈취성을 부여한다. 예컨대 트리메틸아민{trimethylamine, (CH3)3N}과 같은 아민계 악취 물질은 금속산에 의한 산화 반응을 통해 냄새 강도가 낮은 화합물 또는 냄새 미유발 화합물인 TMAO{TMA N-oxide, (CH3)3NO}로 변화된다. 또 다른 예로 악취 물질인 암모니아수(NH3)는 산도가 높아졌을 때 수소 양이온과 반응하여 냄새 강도가 낮은 형태(NH4 +)로 변화될 수 있다.In addition, metallic acids impart deodorization to the surface. For example, amine-based malodorous substances such as trimethylamine {trimethylamine, (CH 3 ) 3 N} are compounds with low odor intensity or odorless compounds TMAO{TMA N-oxide, (CH 3 ) through oxidation reaction with metallic acids. 3 NO}. As another example, aqueous ammonia (NH 3 ), which is an odorous substance, may react with hydrogen cations when the acidity increases, and change into a form with low odor intensity (NH 4 + ).

한편, 일부 전이금속산화물과 전이후금속산화물은 광촉매로 작용하며, 수분과 관계없이 중성 또는 염기성 표면에 항균성과 탈취성을 부여한다.On the other hand, some transition metal oxides and post-transition metal oxides act as photocatalysts and impart antibacterial properties and deodorizing properties to neutral or basic surfaces regardless of moisture.

광촉매는 빛을 받아 촉매로써의 역할을 한다. 광촉매에 빛을 쪼이게 되면 전자(electron)와 정공(hole)이 생성된다. 전자는 광촉매의 표면에 존재하는 산소와 반응하여 수퍼옥사이드 음이온(O2 -)을 만들게 되고, 정공은 공기 중의 수분과 반응하여 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical, OH)을 만들게 된다. 하이드록실 라디칼은 유기물질들을 산화분해할 수 있는 능력이 뛰어나기 때문에 세균 등을 분해하여 물과 이산화탄소로 바꾸어 버린다. 이러한 이유로 광촉매는 항균 기능을 제공한다.The photocatalyst receives light and acts as a catalyst. When light is irradiated on a photocatalyst, electrons and holes are generated. Electronics superoxide anion can react with oxygen present on the surface of the photocatalyst (O 2 -) and create a hole will produce hydroxyl radicals (hydroxyl radical, OH) by reaction with moisture in the air. Since hydroxyl radicals have an excellent ability to oxidize and decompose organic substances, they decompose bacteria and change them into water and carbon dioxide. For this reason, the photocatalyst provides an antibacterial function.

또한 세균은 악취를 유발하는데, 세균이 무취 물질인 물과 이산화탄소로 분해되어 버리면, 세균으로부터 유발되는 악취도 제거될 수 있다.In addition, bacteria cause odor. If bacteria are decomposed into odorless substances such as water and carbon dioxide, odors caused by bacteria can also be removed.

광촉매로 작용하는 대표적인 전이금속은 아연(zinc, Zn), 티타늄(titanium, Ti), 구리(copper, Cu)이다. 또한 광촉매로 작용하는 대표적인 전이후금속은 주석(Tin, Sn)이다.Representative transition metals that act as photocatalysts are zinc (Zn), titanium (Ti), and copper (copper, Cu). In addition, a typical post-transition metal acting as a photocatalyst is tin (Tin, Sn).

하이드록실 라디칼의 생성에는 수분이 필요하지만 공기 중의 수분만으로도 충분하다. 광촉매의 촉매 반응에는 빛이 필요할 뿐, 수분이 필요한 것은 아니다. 광촉매의 촉매 반응에 필요한 빛은 자연계에 존재하는 빛만으로 충분하다.Moisture is required to generate hydroxyl radicals, but moisture in the air is sufficient. The catalytic reaction of the photocatalyst requires light, but not moisture. The light required for the catalytic reaction of the photocatalyst is sufficient only with light that exists in nature.

한편 전이금속산화물 등은 유무기 하이브리드 입자(100)의 표면에서 안정된 상을 가져야 한다. 여기서 전이금속산화물 등이란 전이금속산화물, 전이후금속산화물, 전이금속산화물 복합체, 전이후금속산화물 복합체를 의미한다. 그리고 안정된 상이란 전이금속산화물 등이 가질 수 있는 다른 상에 비해 용매에서 상대적으로 낮은 용출도를 갖는 상을 의미한다.Meanwhile, the transition metal oxide or the like should have a stable phase on the surface of the organic-inorganic hybrid particles 100. Here, a transition metal oxide or the like means a transition metal oxide, a post-transition metal oxide, a transition metal oxide composite, and a post-transition metal oxide composite. And the stable phase means a phase having a relatively low dissolution degree in a solvent compared to other phases that a transition metal oxide may have.

예컨대 쉘(120)을 형성하게 될 전이금속이 몰리브덴(Mo)인 경우, 상기 몰리브덴은 전이금속산화물로 합성되는 과정에서 몰리브데넘산(molybdic acid, MoO3·2H2O)을 형성하게 되며, 몰리브데넘산은 헥사고날(hexagonal) 또는 베타상(β-phase)을 갖는다. 몰리브데넘산이 열처리되고 나면, 삼산화몰리브덴(molybdenum trioxide, MoO3)이 되고, 삼산화몰리브덴은 헥사고날이나 베타상에 비해 낮은 용출도를 갖는 알파상(α-phase)으로 상변화된다.For example, when the transition metal that will form the shell 120 is molybdenum (Mo), the molybdenum forms molybdic acid (MoO 3 ·2H 2 O) in the process of being synthesized as a transition metal oxide, Molybdenumic acid has a hexagonal or beta-phase. After the molybdenum acid is heat-treated, molybdenum trioxide (MoO 3 ) becomes molybdenum trioxide, and molybdenum trioxide is phase-changed to an alpha phase (α-phase) having a lower dissolution rate than the hexagonal or beta phase.

쉘(120)을 형성하는 전이금속산화물 등의 밀도는 4 g.cm3 이상이다. 예컨대 삼산화몰리브덴(molybdenum trioxide, MoO3)의 밀도는 4.69 g.cm3, 산화아연(zinc oxide, ZnO)의 밀도는 5.61 g.cm3, 산화텅스텐(tungsten oxide, WO)의 밀도는 7.16 g.cm3 이다.The density of the transition metal oxide forming the shell 120 is 4 g.cm 3 or more. For example, the density of molybdenum trioxide (MoO 3 ) is 4.69 g.cm 3 , the density of zinc oxide (ZnO) is 5.61 g.cm 3 , and the density of tungsten oxide (WO) is 7.16 g. cm 3 .

유기물 고분자 입자로 형성되는 코어(110)와, 전이금속산화물 등의 쉘(120)을 포함하는 유무기 하이브리드 입자(100)의 밀도는 1.5 내지 3.8 g.cm3 이다. 바람직하게는 유무기 하이브리드 입자(100)의 밀도가 1.5 내지 2 g.cm3 이다. 유무기 하이브리드 입자(100)의 밀도가 작을수록 유무기 하이브리드 입자(100)는 코팅액의 용매 내에서 더 향상된 분산 안정성을 가질 수 있다.The density of the organic-inorganic hybrid particles 100 including the core 110 formed of organic polymer particles and the shell 120 such as transition metal oxide is 1.5 to 3.8 g.cm 3 . Preferably, the density of the organic-inorganic hybrid particles 100 is 1.5 to 2 g.cm 3 . As the density of the organic-inorganic hybrid particles 100 decreases, the organic-inorganic hybrid particles 100 may have improved dispersion stability in the solvent of the coating solution.

유무기 하이브리드 입자(100)의 밀도가 상기 범위를 갖기 위해서는, 코어(110)의 지름이 200 nm 내지 500 nm, 쉘(120)의 두께가 30 nm 내지 100 nm 의 범위 내에 있어야 한다.In order for the density of the organic-inorganic hybrid particles 100 to have the above range, the diameter of the core 110 must be in the range of 200 nm to 500 nm, and the thickness of the shell 120 must be in the range of 30 nm to 100 nm.

밀도가 0.9 g.cm3 내지 1.1 g.cm3 인 코어(110)와, 밀도가 5인 쉘(120)을 포함하는 유무기 하이브리드 입자(100)의 여러 실시예를 표 1과 같이 나열했을 때, 유무기 하이브리드 입자(100)의 밀도는 모두 1.5 내지 3.85 g.cm3 의 범위 내에 있다.When several embodiments of the organic-inorganic hybrid particles 100 including a core 110 having a density of 0.9 g.cm 3 to 1.1 g.cm 3 and a shell 120 having a density of 5 are listed as shown in Table 1 , The density of the organic-inorganic hybrid particles 100 are all within the range of 1.5 to 3.85 g.cm 3 .

실시예Example 지름
(nm)
diameter
(nm)
부피
(nm3)
volume
(nm 3 )
부피비Volume ratio 밀도
(g/cm3)
density
(g/cm 3 )
전체 무게
(g)
Full weight
(g)
전체 밀도
(g/cm3)
Overall density
(g/cm 3 )
1One 코어core 200200 4186666.74186666.7 0.2962960.296296 0.90.9 0.2666670.266667 3.7851853.785185 코어+쉘Core+shell 300300 9943333.39943333.3 0.7037040.703704 55 3.5185193.518519 22 코어core 500500 6541666.76541666.7 0.8396190.839619 0.90.9 0.7556570.755657 1.5575611.557561 코어+쉘Core+shell 530530 1249563012495630 0.1603810.160381 55 0.8019040.801904 33 코어core 200200 4186666.74186666.7 0.2962960.296296 1.11.1 0.3259260.325926 3.8444443.844444 코어+쉘Core+shell 300300 9943333.39943333.3 0.7037040.703704 55 3.5185193.518519 44 코어core 500500 65416666.765416666.7 0.8396190.839619 1.11.1 0.9235810.923581 1.7254851.725485 코어+쉘Core+shell 530530 1249563012495630 0.1603810.160381 55 0.8019040.801904

한편, 유무기 하이브리드 입자(100)의 코어(110)와 쉘(120)은 상호 경계면에서 물리적 또는 화학적으로 서로 결합될 수 있다.Meanwhile, the core 110 and the shell 120 of the organic-inorganic hybrid particle 100 may be physically or chemically bonded to each other at the mutual interface.

물리적 결합이란 서로 반대 전하에 의한 정전기적 인력을 의미한다. 예컨대 코어(110)가 양전하 작용기를 갖는 유기물 고분자로 형성되고, 쉘(120)이 합성되는 과정에서 음전하를 나타내게 된다면, 코어(110)와 쉘(120)은 서로 반대 전하에 의한 정전기적 인력에 의해 물리적으로 결합될 수 있다.Physical coupling refers to electrostatic attraction due to opposite charges. For example, if the core 110 is formed of an organic polymer having a positively charged functional group and exhibits a negative charge during the synthesis of the shell 120, the core 110 and the shell 120 are formed by electrostatic attraction due to opposite charges. Can be physically combined.

화학적 결합이란 커플링제(coupling agent)에 의한 결합을 의미한다. 유무기 하이브리드 입자(100)가 합성되는 과정에서 커플링제를 첨가하게 되면, 코어(110)와 쉘(120)이 화학적으로 결합될 수 있다.Chemical bonding refers to bonding by a coupling agent. When a coupling agent is added during the synthesis of the organic-inorganic hybrid particles 100, the core 110 and the shell 120 may be chemically bonded.

코어(110)가 유무기 하이브리드 입자(100)의 중심에 배치되면, 외부의 물리적 충격에 대해 코어(110)가 완충층 역할을 하게 된다. 따라서 유무기 하이브리드 입자(100)가 압출물이나 사출물의 첨가제로 사용될 때, 외부의 물리적 충격에도 유무기 하이브리드 입자(100)는 본래의 형상을 유지할 수 있다.When the core 110 is disposed at the center of the organic-inorganic hybrid particle 100, the core 110 acts as a buffer layer against external physical impact. Therefore, when the organic-inorganic hybrid particle 100 is used as an additive for an extruded or extruded product, the organic-inorganic hybrid particle 100 can maintain its original shape even with external physical impact.

2. 유무기 하이브리드 입자의 제조 방법2. Manufacturing method of organic-inorganic hybrid particles

이하에서는 유무기 하이브리드 입자의 제조 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing the organic-inorganic hybrid particles will be described.

도 2는 본 발명에서 제안하는 유무기 하이브리드 입자의 제조 방법을 보인 흐름도다.2 is a flow chart showing a method of manufacturing an organic-inorganic hybrid particle proposed in the present invention.

(S100) 먼저, 유기물 단량체를 중합하여 유기물 고분자 입자의 코어를 제조한다. 코어는 0.8 내지 2.0 g.cm3 의 밀도, 수백 나노미터 크기를 갖도록 제조된다. 코어의 제조에 사용될 수 있는 유기물 단량체는 앞서 도 1에서 설명하였다.(S100) First, a core of organic polymer particles is prepared by polymerizing an organic monomer. The core is manufactured to have a density of 0.8 to 2.0 g.cm 3 and a size of several hundred nanometers. Organic monomers that can be used in the manufacture of the core were previously described in FIG. 1.

중합에는 유화 중합 방법이 이용될 수 있고, 중합을 위한 첨가제로 분산제와 가교제가 용매에 첨가될 수 있다.In the polymerization, an emulsion polymerization method may be used, and a dispersant and a crosslinking agent may be added to the solvent as additives for polymerization.

(S200) 다음으로는 코어의 표면에 전이금속산화물 등의 표면에 전이금속산화물 등의 쉘을 합성한다. 쉘의 제조에 사용될 수 있는 전이금속과 전이후금속은 앞서 도 1에서 설명하였다.(S200) Next, a shell such as a transition metal oxide is synthesized on a surface of a transition metal oxide or the like on the surface of the core. The transition metal and the post-transition metal that can be used in the manufacture of the shell have been previously described in FIG.

쉘을 합성하는 방법으로는 acid precipitation, hydrothermal, solvothermal reaction 등의 방법이 이용될 수 있다. 쉘은 코어의 표면을 감싸는 형태로 합성된다. 이 과정에서 강한 교반이 이루어질 수 있다.As a method of synthesizing the shell, methods such as acid precipitation, hydrothermal, solvothermal reaction, etc. may be used. The shell is synthesized to surround the surface of the core. Strong agitation can be achieved in this process.

코어와 쉘의 상호 경계면에서의 결합은 물리적 또는 화학적으로 이루어질 수 있다. 물리적 결합은 정전기적 인력에 의한 결합, 화학적 결합은 커플링제에 의한 결합이다.The bonding at the mutual interface between the core and the shell can be made physically or chemically. Physical bonding is by electrostatic attraction, and chemical bonding is by coupling agents.

쉘이 코어의 둘레에 형성되면, 쉘은 2수화물(dehydrate) 형태이거나 준안정적인(metastable) 상일 수 있다. 따라서 입자의 표면을 견고한 막으로 형성하기 위해서는 열처리가 필요하다.When the shell is formed around the core, the shell may be in the form of a dihydrate or a metastable phase. Therefore, heat treatment is required to form a solid film on the surface of the particles.

(S300) 마지막으로 앞서 제조된 입자의 쉘이 갖는 상을 제1 상에서 제2 상으로 변화시키도록 열처리한다. 제2 상은 제1 상에 비해 용매에 대해 낮은 용출도를 갖는 안정된 상이다. 열처리는 400 내지 450℃의 온도에서 30분 이상 실시될 수 있다.(S300) Finally, heat treatment is performed to change the phase of the shell of the previously prepared particles from the first phase to the second phase. The second phase is a stable phase with a lower degree of dissolution to the solvent than the first phase. The heat treatment may be performed at a temperature of 400 to 450° C. for 30 minutes or more.

도 3a 내지 도 3c는 코어와 쉘의 물리적 결합과 열처리의 효과를 설명하기 위한 개념도들이다.3A to 3C are conceptual diagrams for explaining the effect of physical bonding and heat treatment between a core and a shell.

먼저 도 3a를 참조하면, 양전하를 띄는 코어(110)의 주변에서 음전하는 띄는 전이금속산화물 입자(120')가 합성된다. 합성되는 전이금속산화물 입자(120')는 2수화물 상태이거나 준안정적인 상을 가지고 있을 수 있다.First, referring to FIG. 3A, transition metal oxide particles 120 ′ having a negative charge around the core 110 having a positive charge are synthesized. The transition metal oxide particles 120 ′ to be synthesized may have a dihydrate state or a metastable phase.

도 3b에서는 전이금속산화물 입자(120')합성되는 과정 동안 강하게 교반을 실시한다. 강한 교반에 의해 서로 다른 전하는 갖는 입자들끼리 정전기적 인력에 의해 상호 흡착될 확률이 높아질 수 있다. 따라서 합성된 전이금속산화물 입자(120')는 코어의 표면에 흡착된다.In FIG. 3B, strong stirring is performed during the process of synthesizing the transition metal oxide particles 120'. By vigorous stirring, the probability that particles having different charges are mutually adsorbed by electrostatic attraction may increase. Therefore, the synthesized transition metal oxide particles 120 ′ are adsorbed on the surface of the core.

도 3c를 참조하면, 열처리를 통해 전이금속산화물을 코어의 둘레에 안정된 상으로 상변화시켜 쉘(120)을 형성하게 되고 유무기 하이브리드 입자(100)의 제조가 완료된다.Referring to FIG. 3C, the transition metal oxide is converted into a stable phase around the core through heat treatment to form the shell 120, and the organic-inorganic hybrid particles 100 are manufactured.

상기 설명된 제조 방법은 쉘의 합성 방법, 코어와 쉘의 결합 방법 등에서 여러 선택지를 갖는다. 이하에서는 여러 선택지 중 두 가지에 경우에 대하여 설명한다. 다만 두 실시예 모두 폴리스티렌(polystyrene)을 코어로, 삼산화몰리브덴(molybdenum trioxide, MoO3)을 쉘로 구성하는 유무기 하이브리드 입자가 제조된다.The manufacturing method described above has several options, such as a method of synthesizing a shell, a method of combining a core and a shell, and the like. Hereinafter, two of the various options will be described. However, in both embodiments, organic-inorganic hybrid particles comprising polystyrene as a core and molybdenum trioxide (MoO 3 ) as a shell are prepared.

용매로 물을 사용하고 분산제로 CTAB(Cetrimonium bromide, 물 대비 0.5wt.%)를 사용하고 유화 중합을 통해 폴리스티렌 코어를 생성한다. 유화 중합 시 가교제로 DVB(divinylbenzene)을 폴리스티렌 대비 1wt.% 첨가하게 되면, 중합된 폴리스티렌은 가교된 형태를 갖는다. 폴리스티렌 코어는 수백 나노미터 크기의 입자이며, 폴리스티렌 코어의 표면은 NH2 작용기를 가지며, NH3 +가 코어 표면의 양전하를 형성하게 된다.Water is used as a solvent, CTAB (Cetrimonium bromide, 0.5 wt.% of water) is used as a dispersant, and a polystyrene core is produced through emulsion polymerization. When 1wt.% of DVB (divinylbenzene) is added as a crosslinking agent during emulsion polymerization, the polymerized polystyrene has a crosslinked form. The polystyrene core is a particle having a size of several hundred nanometers, the surface of the polystyrene core has an NH 2 functional group, and NH 3 + forms a positive charge on the surface of the core.

다음으로 삼산화몰리브덴 쉘의 합성은 hydrothermal 방법을 이용한다. 에탄올 10mL, 1-옥타데켄(1octadecene 20mL), 올레산(oleic acid) 10mL, 올레일아민(oleylamine) 1mL을 용매로 사용한다. 앞서 중합된 폴리스티렌 2g을 용매에 혼합한 후 pH 3인 산성 수용액 4mL에 헵타몰리브덴산암모늄 테트라수화물(ammonium heptamolybdate tetrahydrate) 0.18g을 녹여 서서히 혼합한다. 헵타몰리브덴산암모늄 테트라수화물은 삼산화몰리브덴 쉘을 구성하게 될 전구체에 해당한다.Next, the synthesis of molybdenum trioxide shell uses a hydrothermal method. Ethanol 10mL, 1-octadecene (20mL), oleic acid (oleic acid) 10mL, oleylamine (oleylamine) 1mL is used as a solvent. After mixing 2 g of previously polymerized polystyrene in a solvent, 0.18 g of ammonium heptamolybdate tetrahydrate is dissolved in 4 mL of an acidic aqueous solution having a pH of 3, and then slowly mixed. Ammonium heptamolybdate tetrahydrate corresponds to a precursor that will constitute a molybdenum trioxide shell.

혼합 반응은 오토클레이브에서 이루어지고, 180℃에서 24시간 동안 혼합 반응이 이루어진다. 혼합 반응에 의해 5-50nm 크기의 전이금속산화물 입자가 고분자 코어의 표면에서 합성된다. 코어의 표면에 형성되는 전이금속산화물 입자는 음전하를 띄게 된다. 특히 전이금속산화물 입자를 코어의 표면에 흡착되게 하기 위해 혼합 반응 과정 동안 강한 교반을 실시할 수 있다. 특히 코어와 쉘의 비율을 조절하여 균일한 흡착을 유도할 수 있다.The mixing reaction is performed in an autoclave, and the mixing reaction is performed at 180° C. for 24 hours. Transition metal oxide particles having a size of 5-50 nm are synthesized on the surface of the polymer core by mixing reaction. Transition metal oxide particles formed on the surface of the core have a negative charge. In particular, strong stirring may be performed during the mixing reaction process in order to allow the transition metal oxide particles to be adsorbed on the surface of the core. In particular, it is possible to induce uniform adsorption by controlling the ratio of the core and the shell.

이러한 과정에 의해 형성되는 입자(코어+쉘)를 필터링 또는 원심 분리를 통해 3회 이상 세척한 후 동결건조하여 분말 형태로 400℃에서 1시간 열처리 하였다. 열처리 전 쉘 입자는 코어의 표면에서 코어의 표면에서 몰리브데넘산(molybdic acid, MoO3·2H2O)으로 합성되었기 때문에 헥사고날 또는 베타상을 갖는다. 그러나 열처리 후에는 쉘 입자가 안정적(stable) 상에 해당하며, 물에 대해 매우 낮은 용출도를 갖는 알파상을 갖는다.The particles (core + shell) formed by this process were washed three or more times through filtering or centrifugation, and then lyophilized and heat-treated in powder form at 400° C. for 1 hour. The shell particles before heat treatment have a hexagonal or beta phase because they are synthesized from the surface of the core to molybdic acid (MoO 3 ·2H 2 O). However, after the heat treatment, the shell particles correspond to a stable phase and have an alpha phase with very low dissolution to water.

용매로 물을 사용하고 분산제로 아스코르브산(ascorbic acid, 물 대비 0.5wt.%)를 사용하고 유화 중합을 통해 폴리스티렌 코어를 생성한다. 유화 중합 시 가교제로 DVB(divinylbenzene)을 폴리스티렌 대비 1wt.% 첨가하게 되면, 중합된 폴리스티렌은 가교된 형태를 갖는다. 폴리스티렌 코어는 수백 나노미터 크기의 입자이며, 폴리스티렌 코어의 표면은 아스코르브산 작용기를 갖는다. 폴리스티렌 코어의 입자는 필요에 따라 분산제의 함량을 조절하여 50nm 크기까지 조절될 수 있다.Water is used as a solvent and ascorbic acid (0.5 wt.% of water) is used as a dispersant, and a polystyrene core is produced through emulsion polymerization. When 1wt.% of DVB (divinylbenzene) is added as a crosslinking agent during emulsion polymerization, the polymerized polystyrene has a crosslinked form. The polystyrene core is a particle size of several hundred nanometers, and the surface of the polystyrene core has ascorbic acid functionality. The particles of the polystyrene core may be adjusted to a size of 50 nm by adjusting the content of the dispersant as necessary.

다음으로 삼산화몰리브덴 쉘의 합성은 hydrothermal 방법을 이용한다. 폴리스티렌 현탁액 2g에 헵타몰리브덴산암모늄 테트라수화물(ammonium heptamolybdate tetrahydrate) 0.2g을 혼합한다. 헵타몰리브덴산암모늄 테트라수화물은 삼산화몰리브덴 쉘을 구성하게 될 전구체에 해당한다.Next, the synthesis of molybdenum trioxide shell uses a hydrothermal method. 0.2 g of ammonium heptamolybdate tetrahydrate is mixed with 2 g of polystyrene suspension. Ammonium heptamolybdate tetrahydrate corresponds to a precursor that will constitute a molybdenum trioxide shell.

혼합 반응은 오토클레이브에서 이루어지고, 180℃에서 24시간 동안 혼합 반응이 이루어진다. 아스코르브산을 촉매로 하는 혼합 반응에 의해 고분자 코어의 표면에서부터 전이금속산화물 입자가 합성된다.The mixing reaction is performed in an autoclave, and the mixing reaction is performed at 180° C. for 24 hours. Transition metal oxide particles are synthesized from the surface of the polymer core by a mixing reaction using ascorbic acid as a catalyst.

이러한 과정에 의해 형성되는 입자(코어+쉘)를 필터링 또는 원심 분리를 통해 3회 이상 세척한 후 동결건조하여 분말 형태로 400℃에서 1시간 열처리 하였다. 열처리 전 쉘 입자는 코어의 표면에서 코어의 표면에서 몰리브데넘산(molybdic acid, MoO3·2H2O)으로 합성되었기 때문에 헥사고날 또는 베타상을 갖는다. 그러나 열처리 후에는 쉘 입자가 안정적(stable) 상에 해당하며, 물에 대해 매우 낮은 용출도를 갖는 알파상을 갖는다.The particles (core + shell) formed by this process were washed three or more times through filtering or centrifugation, then lyophilized and heat-treated at 400° C. for 1 hour in powder form. The shell particles before heat treatment have a hexagonal or beta phase because they are synthesized from the surface of the core to molybdic acid (MoO 3 ·2H 2 O). However, after the heat treatment, the shell particles correspond to a stable phase and have an alpha phase with very low dissolution to water.

만일 삼산화몰리브덴을 acid precipitation 방법으로 합성하는 경우, 로드 형태의 수 마이크로 미터 크기를 갖는 헥사고날 상이 합성될 것이다. 그러나 전구체 제조 시 텅스텐 산화물(WO3)을 혼합하게 되면 수십 내지 수백나노미터로 크기 조절이 가능하다. 텅스텐 산화물을 혼합하는 혼합비율은 1:1부터 1:3이 유리하나 필요에 따라 다양한 조성으로 합성 가능하다.If molybdenum trioxide is synthesized by the acid precipitation method, a hexagonal phase having a size of several micrometers in the form of a rod will be synthesized. However, when tungsten oxide (WO 3 ) is mixed during the preparation of the precursor, the size can be adjusted to tens to hundreds of nanometers. The mixing ratio for mixing tungsten oxide is advantageous from 1:1 to 1:3, but it can be synthesized in various compositions as needed.

이상에서 설명된 유무기 하이브리드 입자 및 그 제조 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The organic-inorganic hybrid particles and their manufacturing method described above are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, and all or part of the embodiments are selectively combined so that various modifications can be made. It can also be configured.

Claims (20)

유기물 고분자 입자로 형성되는 코어; 및
전이금속산화물, 전이후금속산화물, 전이금속산화물 복합체 및 전이후금속산화물 복합체 중 어느 하나로 형성되고, 상기 코어의 표면을 감싸는 쉘(shell)을 포함하고,
상기 코어는 상기 쉘보다 작은 밀도를 갖는 유기물 고분자 입자로 형성되며,
1.5 내지 3.85 g.cm3 의 밀도를 갖는 유무기 하이브리드 입자.
A core formed of organic polymer particles; And
A transition metal oxide, a post-transition metal oxide, a transition metal oxide composite, and a post-transition metal oxide composite, and includes a shell surrounding the surface of the core,
The core is formed of organic polymer particles having a smaller density than the shell,
Organic-inorganic hybrid particles having a density of 1.5 to 3.85 g.cm 3 .
제1항에 있어서,
상기 유기물 고분자 입자는, 방향족 비닐계 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 아크릴산 알킬 에스테르 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 메타크릴산 알킬 에스테르 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 아크릴산 플루오로 알킬 에스테르 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 메타크릴산 플루오로 알킬 에스테르 단량체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 단량체를 중합하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자.
The method of claim 1,
The organic polymer particles include an aromatic vinyl monomer, an acrylic acid alkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms, a methacrylic acid alkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms, an acrylic acid fluoroalkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms, and 1 to 20 carbon atoms. Organic-inorganic hybrid particles, characterized in that formed by polymerizing at least one monomer selected from the group consisting of methacrylic acid fluoroalkyl ester monomers.
제1항에 있어서,
상기 유기물 고분자 입자는, 메틸메타크릴레이트(methylmethacrylate), 스티렌(styrene), 디비닐벤젠(divinyl benzene), 부틸메타크릴레이트(butylmethacrylate), 트리메틸올메탄 테트라아크릴레이트(trimethylolmethane tetraacrylate), 트리메틸올메탄 트리아크릴레이트(trimethylolmethane triacrylate), 트리메틸올부탄 트리아크릴레이트(trimethylolbutane triacrylate), 에틸렌글리콜디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate)로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자.
The method of claim 1,
The organic polymer particles are methyl methacrylate, styrene, divinyl benzene, butyl methacrylate, trimethylolmethane tetraacrylate, trimethylolmethane tri Organic-inorganic hybrid particles, characterized in that formed of at least one selected from the group consisting of acrylate (trimethylolmethane triacrylate), trimethylolbutane triacrylate, and ethylene glycol dimethacrylate.
제1항에 있어서,
상기 코어의 지름은 200 nm 내지 500 nm 인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자.
The method of claim 1,
Organic-inorganic hybrid particles, characterized in that the diameter of the core is 200 nm to 500 nm.
제1항에 있어서,
상기 코어의 밀도는 0.8 g.cm3 내지 2.0 g.cm3 인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자.
The method of claim 1,
Organic-inorganic hybrid particles, characterized in that the density of the core is 0.8 g.cm 3 to 2.0 g.cm 3 .
제1항에 있어서,
상기 코어의 밀도는 0.9 g.cm3 내지 1.1 g.cm3 인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자.
The method of claim 1,
Organic-inorganic hybrid particles, characterized in that the density of the core is 0.9 g.cm 3 to 1.1 g.cm 3 .
제1항에 있어서,
상기 전이금속산화물 또는 상기 전이금속산화물 복합체의 전이금속은, 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철 (Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈륨(Ta) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하고,
상기 전이후금속산화물 또는 상기 전이후금속산화물 복합체의 전이후금속은, 인듐(In), 주석(Sn), 및 게르마늄(Ge)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자.
The method of claim 1,
The transition metal oxide or the transition metal of the transition metal oxide composite is scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), Including at least one selected from the group consisting of nickel (Ni), copper (Cu), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), tantalum (Ta) and tungsten (W),
The post-transition metal oxide or the post-transition metal of the post-transition metal oxide composite is an organic-inorganic hybrid comprising at least one selected from the group consisting of indium (In), tin (Sn), and germanium (Ge). particle.
제1항에 있어서,
상기 전이금속산화물 복합체 또는 상기 전이후금속산화물 복합체는 전이금속산화물과 염(salt)을 포함하고,
상기 염은 NaNO3, KNO3, Mg(NO3)2. 및 Al(NO3)3으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자.
The method of claim 1,
The transition metal oxide complex or the post-transition metal oxide complex includes a transition metal oxide and a salt,
The salt is NaNO 3 , KNO 3 , Mg(NO 3 ) 2 . And Al(NO 3 ) 3 Organic-inorganic hybrid particles comprising at least one selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
상기 전이금속산화물 복합체 또는 상기 전이후금속산화물 복합체는, 2종 이상의 전이금속산화물의 혼합 결정, 2종 이상의 전이후금속산화물의 혼합 결정 또는 전이금속산화물과 전이후금속산화물의 혼합 결정으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자.
The method of claim 1,
The transition metal oxide composite or the post-transition metal oxide composite is formed of a mixed crystal of two or more transition metal oxides, a mixed crystal of two or more post-transition metal oxides, or a mixed crystal of a transition metal oxide and a post-transition metal oxide. Organic-inorganic hybrid particles characterized by.
제1항에 있어서,
상기 쉘의 두께는 30 nm 내지 100 nm 인 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자.
The method of claim 1,
Organic-inorganic hybrid particles, characterized in that the thickness of the shell is 30 nm to 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 유무기 하이브리드 입자는 1.5 내지 2.0 g.cm3 의 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자.
The method of claim 1,
The organic-inorganic hybrid particles, characterized in that the organic-inorganic hybrid particles have a density of 1.5 to 2.0 g.cm 3 .
제1항에 있어서,
상기 코어와 상기 쉘은 서로 반대 전하에 의한 정전기적 인력에 의해 서로 물리적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자.
The method of claim 1,
The organic-inorganic hybrid particles, wherein the core and the shell are physically bonded to each other by electrostatic attraction due to opposite charges.
제1항에 있어서,
상기 코어와 상기 쉘은 커플링제(coupling agent)에 의해 서로 화학적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자.
The method of claim 1,
The organic-inorganic hybrid particles, characterized in that the core and the shell are chemically bonded to each other by a coupling agent.
제1항에 있어서,
상기 전이금속산화물은 삼산화몰리브덴(molybdenum trioxide, MoO3)을 포함하고, 상기 삼산화몰리브덴은 알파상(α-phase)을 갖는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자.
The method of claim 1,
The transition metal oxide comprises molybdenum trioxide (MoO 3 ), and the molybdenum trioxide has an alpha phase (α-phase).
(a) 유기물 단량체를 중합하여 유기물 고분자 입자를 형성하여 0.8 내지 2.0 g.cm3 의 밀도를 갖는 코어를 제조하는 단계;
(b) 상기 코어의 표면에 전이금속산화물, 전이후금속산화물, 전이금속산화물 복합체 또는 전이후금속산화물 복합체를 형성하여 상기 코어의 표면을 감싸는 쉘을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 (b) 단계에서 제조된 입자의 쉘이 갖는 상을 제1 상에서 제2 상으로 변화시키도록 열처리를 실시하는 단계; 를 포함하고,
상기 제1상은 수화물 또는 준안정적인 상(metastable phase)에 해당하고, 상기 제2상은 안정적인 상(stable phase)에 해당하는 것인 유무기 하이브리드 입자의 제조 방법.
(a) polymerizing an organic monomer to form organic polymer particles to prepare a core having a density of 0.8 to 2.0 g.cm 3 ;
(b) forming a transition metal oxide, a post-transition metal oxide, a transition metal oxide composite, or a post-transition metal oxide composite on the surface of the core to prepare a shell surrounding the surface of the core; And
(c) performing a heat treatment to change the phase of the shell of the particles prepared in step (b) from the first phase to the second phase; Including,
The first phase corresponds to a hydrate or a metastable phase, and the second phase corresponds to a stable phase (stable phase).
제15항에 있어서,
상기 (a) 단계에서는, 방향족 비닐계 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 아크릴산 알킬 에스테르 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 메타크릴산 알킬 에스테르 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 아크릴산 플루오로 알킬 에스테르 단량체, 탄소수 1 내지 20개의 메타크릴산 플루오로 알킬 에스테르 단량체로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 단량체를 중합하여 상기 유기물 고분자 입자를 형성하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자의 제조 방법.
The method of claim 15,
In the step (a), an aromatic vinyl monomer, an acrylic acid alkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms, a methacrylic acid alkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms, an acrylic acid fluoroalkyl ester monomer having 1 to 20 carbon atoms, and 1 to 20 carbon atoms A method for producing organic-inorganic hybrid particles, comprising polymerizing at least one monomer selected from the group consisting of four methacrylic acid fluoroalkyl ester monomers to form the organic polymer particles.
제15항에 있어서,
상기 (b) 단계에서는 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 바나듐(V), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철 (Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 인듐(In), 주석(Sn), 게르마늄(Ge), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 탄탈룸(Ta) 및 텅스텐(W)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나를 이용하여 합성을 실시하는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자의 제조 방법.
The method of claim 15,
In step (b), scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu) , Indium (In), tin (Sn), germanium (Ge), yttrium (Y), zirconium (Zr), niobium (Nb), molybdenum (Mo), tantalum (Ta) and tungsten (W) selected from the group consisting of A method for producing an organic-inorganic hybrid particle, characterized in that the synthesis is performed using at least one.
제15항에 있어서,
상기 (b) 단계에서는 쉘을 제조하는 반응 과정 동안 교반을 실시하는 것을 특징으로 하는 유무기 입자의 제조 방법.
The method of claim 15,
In the step (b), a method for producing organic-inorganic particles, characterized in that stirring is performed during a reaction process for producing a shell.
제15항에 있어서,
상기 (c) 단계는 400 내지 450℃의 온도에서 30분 이상 실시되며,
상기 제2 상은 상기 제1 상에 비해 용매에 대해 낮은 용출도를 갖는 것을 특징으로 하는 유무기 하이브리드 입자의 제조 방법.
The method of claim 15,
The step (c) is carried out for 30 minutes or more at a temperature of 400 to 450°C,
The second phase is a method for producing an organic-inorganic hybrid particle, characterized in that it has a lower elution degree to the solvent than the first phase.
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