KR102595698B1 - Complex compound comprising metal-organic hybrid nano framework and synthetic resin - Google Patents

Complex compound comprising metal-organic hybrid nano framework and synthetic resin Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 유무기 하이브리드 나노 세공체(metal-organic framework; MOF); 및 혼합 가능한 합성수지를 포함하고, 상기 유무기 하이브리드 나노 세공체 및 상기 합성수지는 혼합물 형태로 제공되고, 상기 혼합물 내에서 상기 유무기 하이브리드 나노 세공체와 상기 합성수지 사이에는 공극이 제공되어, 상기 유무기 하이브리드 나노 세공체는 일부 면에서만 상기 합성수지와 접촉하고, 상기 혼합물은 제품의 성형 시에 상기 제품의 원료와 배합되어 이용되는, 복합체 화합물이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, an organic-inorganic hybrid nanoporous body (metal-organic framework; MOF); and a miscible synthetic resin, wherein the organic-inorganic hybrid nanoporous body and the synthetic resin are provided in the form of a mixture, and a gap is provided between the organic-inorganic hybrid nanoporous body and the synthetic resin within the mixture, and the organic-inorganic hybrid nanoporous body is provided in the form of a mixture. A composite compound is provided in which the nanoporous body is in contact with the synthetic resin only on some sides, and the mixture is mixed with the raw materials of the product and used when molding the product.

Description

유무기 하이브리드 나노 세공체 및 합성 수지를 포함하는 복합체 화합물{COMPLEX COMPOUND COMPRISING METAL-ORGANIC HYBRID NANO FRAMEWORK AND SYNTHETIC RESIN}Composite compound containing organic-inorganic hybrid nanoporous body and synthetic resin {COMPLEX COMPOUND COMPRISING METAL-ORGANIC HYBRID NANO FRAMEWORK AND SYNTHETIC RESIN}

본 발명은 유무기 하이브리드 나노 세공체 및 합성 수지를 포함하는 복합체 화합물에 관한 것이다.The present invention relates to a composite compound containing an organic-inorganic hybrid nanoporous body and a synthetic resin.

금속 전구체(metal precursor)와 유기리간드(organic ligand)를 특정 용매에 넣고 수열합성의 방법으로 반응시키면 금속 블록과 유기 리간드가 반복된 배열을 가지는 다공성 물질을 형성한다. 이렇게 형성된 유무기 하이브리드 나노 세공체는 마이크로기공(micropore) 및/또는 메조기공(mesopore)을 포함하여 매우 넓은 비표면적을 갖는데, 이러한 비표면적이 넓은 장점에 의해 기체 저장체로서 각광받고 있다. 뿐만 아니라, 유무기 하이브리드 나노 세공체의 경우에는 금속 전구체와 유기리간드의 조합이 매우 자유로워 현재까지 수 만 가지의 유무기 하이브리드 나노 세공체가 보고 되어 있다.When a metal precursor and an organic ligand are placed in a specific solvent and reacted through hydrothermal synthesis, a porous material with a repeated arrangement of metal blocks and organic ligands is formed. The organic-inorganic hybrid nanoporous body formed in this way has a very large specific surface area including micropores and/or mesopores, and is attracting attention as a gas storage material due to the advantage of this large specific surface area. In addition, in the case of organic-inorganic hybrid nanoporous materials, the combination of metal precursors and organic ligands is very free, and tens of thousands of organic-inorganic hybrid nanoporous materials have been reported to date.

또한, 유무기 하이브리드 나노 세공체의 합성 초기에는 단일 금속과 단일 유기 리간드를 사용하여 합성하였으며, 최근에는 기공 크기를 조절하거나 필요한 성능을 확보하기 위하여 혼합 금속 또는 혼합 유기 리간드를 사용하는 등 다양한 합성법들이 보고되고 있다. In addition, in the early days of the synthesis of organic-inorganic hybrid nanoporous materials, a single metal and a single organic ligand were used to synthesize them, and recently, various synthesis methods, such as using mixed metals or mixed organic ligands to control the pore size or secure the required performance, have been used. It is being reported.

유무기 하이브리드 나노 세공체는 종류에 따라서 다양한 세공구조, 세공크기, 세공부피를 가지며, 구조적 특성에 따라 유무기 하이브리드 나노 세공체의 금속자리 또는 유기 리간드에 기능화를 통해 화학적 특성을 부여할 수 있다. 유무기 하이브리드 나노 세공체는 이러한 물리화학적 특성으로 인해 기체 또는 액체 분리용 흡착제, 기체 저장용 소재, 센서, 멤브레인, 기능성 박막, 약물전달 물질, 필터소재, 촉매 및 촉매 담체 등에 응용될 수 있다.Organic-inorganic hybrid nanoporous materials have various pore structures, pore sizes, and pore volumes depending on the type, and chemical properties can be imparted through functionalization to metal sites or organic ligands of the organic-inorganic hybrid nanoporous materials depending on their structural properties. Due to these physicochemical properties, organic-inorganic hybrid nanoporous materials can be applied to adsorbents for gas or liquid separation, materials for gas storage, sensors, membranes, functional thin films, drug delivery materials, filter materials, catalysts, and catalyst carriers.

최근 몇 년 동안, 유무기 하이브리드 나노 세공체(MOFs)의 탁월한 특성은 유기 및 무기 빌딩 블록의 조합에서 유래 한 무한한 설계 패턴이 산업에서 연구 활동을 촉발 시켜왔다. MOF와 관련하여 최근 이슈가 되는 과제는 MOF의 성능을 향상시키는 것 외에도 다양한 응용분야를 확보하는 것에 중점을 두고 있다. 예를 들어, MOF를 실제 산업분야에 적용하기 위하여 제품 형태의 다양성을 확보하는 것, 성능의 향상 및 안정성을 위하여 복합화 하는 것 등이 최근 중요한 과제로 떠오르고 있다.In recent years, the outstanding properties of organic-inorganic hybrid nanoporous structures (MOFs), whose infinite design patterns originate from the combination of organic and inorganic building blocks, have sparked research activities in industry. Recent issues related to MOFs focus on securing various application fields in addition to improving the performance of MOFs. For example, securing diversity in product form in order to apply MOF to actual industrial fields and combining it for improved performance and stability have recently emerged as important tasks.

특허문헌 0001. 한국등록특허공보 제10-0967631호Patent Document 0001. Korean Patent Publication No. 10-0967631

본 발명은 고분자 화합물 또는 플라스틱를 포함하는 합성 수지의 원료를 압출이나 사출 등의 가공 성형하여 제품을 생산할 때, 최종 제품에 MOF에 기인하는 기능 또는 특성을 부여할 수 있는 원료를 제공하는 것을 목적으로 한다.The purpose of the present invention is to provide raw materials that can impart functions or characteristics resulting from MOF to the final product when producing products by processing and molding raw materials of synthetic resins containing polymer compounds or plastics through extrusion or injection. .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 유무기 하이브리드 나노 세공체(metal-organic framework; MOF); 및 혼합 가능한 합성수지를 포함하고, 상기 유무기 하이브리드 나노 세공체 및 상기 합성수지는 혼합물 형태로 제공되고, 상기 혼합물은 마스터배치이며, 상기 마스터배치 제조된 최종 제품은 유무기 하이브리드 나노 세공체에 의한 추가적인 기능을 포함하고, 상기 혼합물은 제품의 성형 시에 상기 제품의 원료와 배합되어 이용되는, 복합체 화합물이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, an organic-inorganic hybrid nanoporous body (metal-organic framework; MOF); and a miscible synthetic resin, wherein the organic-inorganic hybrid nanoporous body and the synthetic resin are provided in the form of a mixture, the mixture is a masterbatch, and the final product manufactured from the masterbatch has additional functions due to the organic-inorganic hybrid nanoporous body. A composite compound is provided, wherein the mixture is mixed with the raw materials of the product and used during molding of the product.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합체 화합물이 성형되어 제조된 제품 내에서 상기 유무기 하이브리드 나노 세공체와 상기 합성수지 사이에는 공극이 제공되어, 상기 유무기 하이브리드 나노 세공체는 일부 면에서만 상기 합성수지와 접촉하는, 복합체 화합물이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, in a product manufactured by molding the composite compound, a gap is provided between the organic-inorganic hybrid nanoporous body and the synthetic resin, so that the organic-inorganic hybrid nanoporous body is separated from the synthetic resin only on some surfaces. A complex compound is provided, which is in contact with.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 유무기 하이브리드 나노 세공체는 상기 복합체 화합물 전체 중량에 대하여 0.1 중량% 내지 50 중량% 비율로 포함되는, 복합체 화합물이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a composite compound is provided in which the organic-inorganic hybrid nanoporous body is contained in an amount of 0.1% by weight to 50% by weight based on the total weight of the composite compound.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 열경화성 수지, 열가소성 수지, 생분해성 플라스틱, 고무, 바이오 플라스틱로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 합성수지를 포함하는, 복합체 화합물이 제공된다. According to one embodiment of the present invention, a composite compound containing a synthetic resin containing at least one selected from the group consisting of thermosetting resin, thermoplastic resin, biodegradable plastic, rubber, and bioplastic is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합체 화합물은 펠렛, 타블렛, 구, 타원구, 반구, 플레이크, 직육면체, 정육면체 중 적어도 하나 이상의 형상을 갖는, 복합체 화합물이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, the composite compound is provided, having at least one shape selected from the group consisting of a pellet, tablet, sphere, ellipse, hemisphere, flake, rectangular parallelepiped, and cube.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 복합체 화합물은 중심금속 이온 및 상기 중심금속 이온과 결합하는 유기 리간드로 구성된, 유무기 하이브리드 나노 세공체를 포함하는 것인, 복합체 화합물이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, the complex compound is provided, which includes an organic-inorganic hybrid nanoporous body composed of a central metal ion and an organic ligand that binds to the central metal ion.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 카르복실기(-COOH), 카르복실산 음이온기(-COO-), 아민기(-NH2) 및 이미노기(=NH), 니트로기(-NO2), 히드록시기(-OH), 할로겐기(-X) 및 슬폰산기(-SO3H), 술폰산 음이온기(-SO3-), 메탄디티오산기(-CS2H), 메탄디티오산 이온기(-CS2-), 피리딘기 및 피라진기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 작용기를 갖는 화합물 또는 이의 혼합물을 포함하는 유기 리간드로 구성된 유무기 하이브리드 나노 세공체를 포함하는, 복합체 화합물이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a carboxyl group (-COOH), a carboxylic acid anion group (-COO-), an amine group (-NH 2 ) and an imino group (=NH), a nitro group (-NO 2 ), and a hydroxy group. (-OH) , halogen group ( - 2 -), a composite compound is provided, comprising an organic-inorganic hybrid nanoporous body composed of an organic ligand containing a compound having at least one functional group selected from the group consisting of a pyridine group and a pyrazine group, or a mixture thereof.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 다공성 구조를 갖는 유무기 하이브리드 나노 세공체가 포함된, 복합체 화합물이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a composite compound containing an organic-inorganic hybrid nanoporous body having a porous structure is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 합성 수지의 유리전이온도에서 안정한 구조를 갖는 상기 유무기 하이브리드 나노 세공체를 포함하는, 복합체 화합물이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a composite compound including the organic-inorganic hybrid nanoporous body having a stable structure at the glass transition temperature of the synthetic resin is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 공극 내에 제공되는 기체 화합물 또는 증기를 더 포함하는, 복합체 화합물이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a composite compound is provided, further comprising a gaseous compound or vapor provided in the pores.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상술한 어느 하나의 복합체 화합물을 성형하여 제조한, 합성수지 제품이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, a synthetic resin product manufactured by molding any of the above-described composite compounds is provided.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고분자 화합물 또는 플라스틱 원료 등 수지를 포함하는 제품 생산에 복합체 화합물을 제공할 수 있고, 이에 따라 제품에 유무기 하이브리드 나노 세공체에 기인하는 기능/특성을 쉽게 부여할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, it is possible to provide a composite compound for the production of products containing resin, such as polymer compounds or plastic raw materials, and thereby easily impart functions/characteristics resulting from the organic-inorganic hybrid nanoporous body to the product. You can.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합체 화합물의 형태를 나타낸 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합체 화합물의 형태를 확대 도시한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합체 화합물의 제공 형태를 확대하여 나타낸 단면도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예 1에 따른 복합체 화합물의 제공 형태를 확대하여 나타낸 단면도를 주사전자현미경 및 Quantax FlatQUAD Energy Dispersive X-ray Sepctrometer (EDS)를 이용한 Mapping을 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예 2에 따른 복합체 화합물을 이용하여 제조한 합성수지 제품의 주사전자현미경 이미지를 나타낸 사진이다.
Figure 1 is a photograph showing the form of a complex compound according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an enlarged photograph showing the form of a composite compound according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is an enlarged cross-sectional view showing the form of the complex compound provided according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a photograph showing mapping using a scanning electron microscope and a Quantax FlatQUAD Energy Dispersive
Figure 5 is a photograph showing a scanning electron microscope image of a synthetic resin product manufactured using the composite compound according to Example 2 of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can be subject to various changes and have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 MOF-복합체 화합물의 형태를 나타낸 사진이다.Figures 1 and 2 are photographs showing the form of a MOF-composite compound according to an embodiment of the present invention.

복합체 화합물은 유무기 하이브리드 나노 세공체(metal-organic framework; MOF) 및 합성 수지를 포함할 수 있다.The composite compound may include an organic-inorganic hybrid nanoporous body (metal-organic framework (MOF)) and a synthetic resin.

유무기 하이브리드 나노 세공체(MOF)는 분자배위결합을 통해 중심금속 이온이 유기 리간드와 결합하여 형성된 다공성의 유무기 고분자 화합물이며, 골격 구조내에 유기물과 무기물을 모두 포함하고 분자크기 또는 나노크기의 세공구조를 갖는 결정성 화합물이다. 유기 리간드는 링커(linker)라고도 하며, 배위결합할 수 있는 작용기를 가진 어떠한 유기 화합물도 가능하며, 예를 들어 상기 유기 리간드는 카르복실기(-COOH), 카르복실산 음이온기(-COO-), 아민기(-NH2) 및 이미노기(=NH), 니트로기(-NO2), 히드록시기(-OH), 할로겐기(-X) 및 슬폰산기(-SO3H), 술폰산 음이온기(-SO3-), 메탄디티오산기(-CS2H), 메탄디티오산 이온기(-CS2-), 피리딘기 및 피라진기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 작용기를 갖는 화합물 또는 이의 혼합물을 사용할 수 있다. 이러한 유무기 하이브리드 나노 세공체는 유무기 하이브리드 나노세공체의 구조를 가질 수 있다.Organic-inorganic hybrid nanoporous material (MOF) is a porous organic-inorganic polymer compound formed by combining a central metal ion with an organic ligand through molecular coordination. It contains both organic and inorganic substances within the skeletal structure and has molecular or nano-sized pores. It is a crystalline compound with a structure. Organic ligands are also called linkers, and can be any organic compound with a functional group that can coordinate. For example, the organic ligands include carboxyl group (-COOH), carboxylic acid anion group (-COO-), and amine. group (-NH 2 ) and imino group (=NH), nitro group (-NO 2 ), hydroxy group (-OH), halogen group (-X) and sulfonic acid group (-SO 3 H), sulfonic acid anion group (-SO A compound or a mixture thereof having one or more functional groups selected from the group consisting of 3 -), methanedithioic acid group (-CS 2 H), methanedithioic acid ion group (-CS 2 -), pyridine group, and pyrazine group may be used. . This organic-inorganic hybrid nanoporous body may have the structure of an organic-inorganic hybrid nanoporous body.

MOF의 골격(framework)은 SBU(secondary building unit)인 금속 클러스터(metal cluster)와 유기 리간드들 간 공유결합에 의해 형성되며, 금속 클러스터는 MOF의 골격에서 노드(node)가 될 수 있다. MOF들은 다양한 배위결합에 의한 기하학적 구조(coordination geometries), 폴리토픽 링커들(polytopic linkers), 및 보조적인 리간드(ancillary ligands (F-, OH-, H2O among others))에 의해 구성된다. 따라서, MOF 설계는 적절한 금속이온과 적절한 유기 리간드를 선정하는 데서 출발한다. 예컨대, 금속이온(예, Zn2+)과 다양한 초산염들을 반응시키면 Zn4O(CH3COO)6 클러스터가 생성되고 이 클러스터들을 유기 리간드와 결합시키면 MOF 구조가 생성된다. 이때, 벤젠 구조의 유기 리간드 부분이 스페이서(spacer), Zn4O(CH3COO)6 클러스터 부분이 노드(node)가 될 수 있다.The framework of a MOF is formed by covalent bonds between a metal cluster, which is a secondary building unit (SBU), and organic ligands, and the metal cluster can become a node in the framework of the MOF. MOFs are composed of various coordination geometries, polytopic linkers, and ancillary ligands (F-, OH-, H 2 O among others). Therefore, MOF design begins with selecting an appropriate metal ion and an appropriate organic ligand. For example, when metal ions (e.g., Zn 2+ ) react with various acetates, Zn 4 O(CH 3 COO) 6 clusters are created, and when these clusters are combined with organic ligands, a MOF structure is created. At this time, the organic ligand part of the benzene structure can be a spacer, and the Zn 4 O(CH 3 COO) 6 cluster part can be a node.

혼합 가능한 합성 수지는 열경화성 수지, 열가소성 수지, 생분해성 플라스틱, 고무로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 열가소성 수지는 폴리올레핀 수지, 폴리스티렌 수지, 아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌 공중합 수지, 아크릴로니트릴·스티렌 공중합 수지, 메타크릴산·스티렌 공중합 수지, 메타크릴 수지, 부타디엔·스티렌 공중합 수지, 폴리카보네이트 수지, 폴리아미드 수지, 폴리아릴레이트 수지, 폴리설폰 수지, 폴리알릴설폰 수지, 폴리에테르설폰 수지, 폴리에테르이미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트, 폴리유산 등의 폴리에스테르 수지, 폴리에스테르카보네이트 수지, 폴리에스테르에테르 수지, 폴리우레탄 수지, 바이오 플라스틱으로 이루어진 군 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.The mixable synthetic resin may include at least one selected from the group consisting of thermosetting resin, thermoplastic resin, biodegradable plastic, and rubber. Thermoplastic resins include polyolefin resin, polystyrene resin, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer resin, acrylonitrile-styrene copolymer resin, methacrylic acid-styrene copolymer resin, methacrylic resin, butadiene-styrene copolymer resin, polycarbonate resin, poly Amide resin, polyarylate resin, polysulfone resin, polyallylsulfone resin, polyethersulfone resin, polyetherimide resin, polyimide resin, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polytrimethylene terephthalate, polylactic acid, etc. It may include at least one of the group consisting of polyester resin, polyester carbonate resin, polyester ether resin, polyurethane resin, and bioplastic.

유무기 하이브리드 나노 세공체는 다공성 구조를 가질 수 있다. 다공성 구조는 유무기 하이브리드 나노 세공체가 우수한 흡착 성능을 나타내도록 기여할 수 있다.The organic-inorganic hybrid nanoporous body may have a porous structure. The porous structure can contribute to the organic-inorganic hybrid nanoporous material showing excellent adsorption performance.

유무기 하이브리드 나노 세공체 및 상기 합성 수지는 액체 또는 고체 상태의 혼합물 형태로 제공될 수 있다.The organic-inorganic hybrid nanoporous body and the synthetic resin may be provided in the form of a liquid or solid mixture.

유무기 하이브리드 나노 세공체와 합성 수지는 용융 혼합법(Melt compounding), 인시츄 중합법(In-situ polymerization), 용액 혼합법(solution mixing) 등을 통해 혼합될 수 있다.Organic-inorganic hybrid nanoporous materials and synthetic resins can be mixed through melt compounding, in-situ polymerization, solution mixing, etc.

용융 혼합법을 수행하는 경우, 합성 수지와 유무기 하이브리드 나노 세공체는 합성 수지의 유리전이 온도 이상의 공정 온도에서 혼합될 수 있다. 따라서, 합성 수지와 유무기 하이브리드 나노 세공체를 용이하게 혼합하고 이후 압출, 사출 공정 등에 이용하기 위해 유무기 하이브리드 나노 세공체는 열적 안정성을 가질 수 있다. 구체적으로, 유무기 하이브리드 나노 세공체는 합성 수지의 유리전이 온도에서 구조적 변화를 갖지 않는 안정된 물질일 수 있다.When performing the melt mixing method, the synthetic resin and the organic-inorganic hybrid nanoporous body can be mixed at a process temperature higher than the glass transition temperature of the synthetic resin. Therefore, in order to easily mix the synthetic resin and the organic-inorganic hybrid nanoporous body and use it in subsequent extrusion and injection processes, the organic-inorganic hybrid nanoporous body can have thermal stability. Specifically, the organic-inorganic hybrid nanoporous body may be a stable material that does not have structural changes at the glass transition temperature of synthetic resin.

복합체 화합물은 펠렛, 타블렛, 구, 타원구, 반구, 플레이크, 직육면체, 정육면체 중 적어도 하나 이상의 형상을 가질 수 있다.The composite compound may have at least one shape selected from the group consisting of a pellet, tablet, sphere, ellipse, hemisphere, flake, cuboid, and cube.

복합체 화합물은 마스터 배치(Master Batch)와 같이 이용될 수 있다. 구체적으로, 합성 수지 제품을 제작하기 위한 원료로서 앞서 서술한 것과 같이 압출, 사출 등의 공정에 사용될 수 있다. 복합체 화합물을 이용함으로써 보다 쉽게 합성 수지 제품을 생산할 수 있다. 특히, 합성 수지 제품을 생산하기 위한 원료가 고체 상태의 복합체 화합물로 제공되는 경우, 원료의 운반, 보관, 공정에 투입이 매우 용이하다.The complex compound can be used as a master batch. Specifically, as a raw material for manufacturing synthetic resin products, it can be used in processes such as extrusion and injection, as described above. By using composite compounds, synthetic resin products can be produced more easily. In particular, when the raw materials for producing synthetic resin products are provided as solid composite compounds, it is very easy to transport, store, and input the raw materials into the process.

본 명세서에서 사용된 용어 "복합체 화합물"은, 수지 조성물을 제조하는 경우 고농도의 첨가제를 사전에 분산시킨 것을 의미할 수 있다. 이때 첨가제는 유무기 하이브리드 나노 세공체일 수 있다. 이러한 복합체 화합물의 제조를 통해 제품 내 유무기 하이브리드 나노 세공체의 분산성을 향상시킬 수 있고, 이에 따라 유무기 하이브리드 나노 세공체가 갖는 특성/기능을 고르게 제품 내에 부여할 수 있다.The term “composite compound” used herein may mean that a high concentration of additives is dispersed in advance when manufacturing a resin composition. At this time, the additive may be an organic-inorganic hybrid nanoporous body. Through the production of such a composite compound, the dispersibility of the organic-inorganic hybrid nanoporous body within the product can be improved, and thus the properties/functions of the organic-inorganic hybrid nanoporous body can be uniformly imparted to the product.

예를 들어, 유무기 하이브리드 나노 세공체가 흡착 성능을 갖는 경우, 유무기 하이브리드 나노 세공체를 포함하는 복합체 화합물을 첨가하여 제조된 제품 역시 우수한 흡착 성능을 나타낼 수 있다.For example, when an organic-inorganic hybrid nanoporous material has adsorption performance, a product manufactured by adding a composite compound containing the organic-inorganic hybrid nanoporous material can also exhibit excellent adsorption performance.

복합체 화합물 형태로 유무기 하이브리드 나노 세공체를 혼합할 경우, 복합체 화합물이 제품을 제조하기 위한 사출, 압출 공정에 쉽게 사용될 수 있다. 구체적으로, 펠렛 등의 형태를 갖는 복합체 화합물을 제품을 만들기 위한 원료와 배합시킴으로써, 간단히 유무기 하이브리드 나노 세공체를 제품에 적용할 수 있다. 특히, 복합체 화합물이 고체 형상을 가짐에 따라, 고분자 원료와 배합 후 교반하는 것만으로 고분자 원료 내에 균일하게 유무기 하이브리드 나노 세공체를 분산시킬 수 있다.When mixing organic-inorganic hybrid nanoporous bodies in the form of a composite compound, the composite compound can be easily used in injection and extrusion processes to manufacture products. Specifically, by mixing a composite compound in the form of a pellet or the like with raw materials for making a product, the organic-inorganic hybrid nanoporous body can be easily applied to the product. In particular, as the composite compound has a solid shape, the organic-inorganic hybrid nanoporous body can be uniformly dispersed within the polymer raw material just by mixing it with the polymer raw material and then stirring.

유무기 하이브리드 나노 세공체는 상기 복합체 화합물 전체 중량에 대하여 약 0.1 중량% 내지 약 50 중량% 비율로 포함될 수 있다. 경우에 따라서는 유무기 하이브리드 나노 세공체는 복합체 화합물 전체 중량에 대하여 약 1 중량% 내지 약 15 중량% 비율로 포함될 수 있다.The organic-inorganic hybrid nanoporous body may be included in an amount of about 0.1% by weight to about 50% by weight based on the total weight of the composite compound. In some cases, the organic-inorganic hybrid nanoporous body may be included in an amount of about 1% by weight to about 15% by weight based on the total weight of the composite compound.

유무기 하이브리드 나노 세공체는 상기 복합체 화합물 전체 중량에 대하여 약 0.1 중량% 미만으로 포함된 경우, 유무기 하이브리드 나노 세공체의 양이 상대적으로 부족하여 유무기 하이브리드 나노 세공체가 갖는 기능/특성이 제품에서 발현되지 않을 수 있다. 반면, 유무기 하이브리드 나노 세공체는 상기 복합체 화합물 전체 중량에 대하여 약 20 중량%를 초과하여 포함될 경우, 복합체 화합물을 이용한 제품 성형시 성형성이 저하될 수 있다.If the organic-inorganic hybrid nanoporous body is contained in an amount of less than about 0.1% by weight based on the total weight of the composite compound, the amount of the organic-inorganic hybrid nanoporous body is relatively insufficient, so the function/property of the organic-inorganic hybrid nanoporous body is not used in the product. It may not appear. On the other hand, when the organic-inorganic hybrid nanoporous body is included in more than about 20% by weight based on the total weight of the composite compound, moldability may be reduced when molding a product using the composite compound.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합체 화합물을 성형하여 제조한 제품의 형태를 확대하여 나타낸 단면도이다.Figure 3 is an enlarged cross-sectional view showing the shape of a product manufactured by molding a composite compound according to an embodiment of the present invention.

도 3에 따르면, 복합체 화합물로부터 제조된 제품은 공극과 함께 제공된다. 구체적으로 공극은 유무기 하이브리드 나노 세공체와 합성 수지 사이에 제공된다. 이에 따라, 도면에서 확인할 수 있듯이, 유무기 하이브리드 나노 세공체는 합성 수지와 일부 면에서만 접촉하도록 제공된다.According to Figure 3, products made from composite compounds are provided with voids. Specifically, voids are provided between the organic-inorganic hybrid nanoporous body and the synthetic resin. Accordingly, as can be seen in the drawing, the organic-inorganic hybrid nanoporous body is provided to contact the synthetic resin only on some surfaces.

유무기 하이브리드 나노 세공체와 합성 수지 사이에 제공되는 공극은 경우에 따라서는 포어의 일부와 같은 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 합성 수지가 복수 개의 포어를 포함하고, 각각의 포어 내에 유무기 하이브리드 나노 세공체가 삽입된 형태로 혼합물이 제공되며, 포어 내의 일부 면과 유무기 하이브리드 나노 세공체의 일부 면이 접촉하는 형태로 제공될 수 있다. 다만, 상술한 것은 예시적인 형태에 불과하며, 공극의 형상은 합성 수지의 종류와 유무기 하이브리드 나노 세공체의 종류에 따라 다양할 수 있다.The void provided between the organic-inorganic hybrid nanoporous body and the synthetic resin may, in some cases, have the same shape as a part of a pore. For example, the synthetic resin includes a plurality of pores, the mixture is provided in the form of an organic-inorganic hybrid nanoporous material inserted into each pore, and some surfaces of the organic-inorganic hybrid nanoporous body are in contact with some surfaces within the pores. It can be provided in the form However, the above is only an exemplary form, and the shape of the pores may vary depending on the type of synthetic resin and the type of organic-inorganic hybrid nanoporous body.

유무기 하이브리드 나노 세공체와 합성 수지 사이에 공극이 제공됨으로써 혼합물의 균일성이 보다 향상되고 복합체 화합물의 성형성이 향상될 수 있다. 구체적으로, 유무기 하이브리드 나노 세공체가 공극 만큼의 부피 내에서 일정 유동성을 갖기 때문에 유무기 하이브리드 나노 세공체가 특정 영역에만 몰려있는 것이 방지될 수 있다. 이에 따라 유무기 하이브리드 나노 세공체와 합성 수지가 보다 균일하게 혼합될 수 있다. 또한, 복합체 화합물 성형시 공극의 표면을 이루는 합성 수지부터 유리 전이 상태에 놓여 보다 낮은 온도에서 빠르게 복합체 화합물의 성형이 이루어질 수 있다.By providing a gap between the organic-inorganic hybrid nanoporous body and the synthetic resin, the uniformity of the mixture can be further improved and the moldability of the composite compound can be improved. Specifically, because the organic-inorganic hybrid nanoporous material has a certain fluidity within a volume equivalent to the pore, the organic-inorganic hybrid nanoporous material can be prevented from being concentrated only in a specific area. Accordingly, the organic-inorganic hybrid nanoporous body and the synthetic resin can be mixed more uniformly. In addition, when molding a composite compound, the synthetic resin forming the surface of the pore is in a glass transition state, so that the composite compound can be molded quickly at a lower temperature.

또한, 해당 공극을 통해 물질이 합성 수지 사이에 제공된 유무기 하이브리드 나노 세공체와 접촉할 수 있다. 이에 따라서 유무기 하이브리드 나노 세공체가 나타내는 기능이 마스터배치로부터 제조된 제품에서 나타날 수 있다.Additionally, the material can contact the organic-inorganic hybrid nanoporous body provided between the synthetic resins through the corresponding pores. Accordingly, the functions exhibited by the organic-inorganic hybrid nanoporous material can appear in products manufactured from the masterbatch.

유무기 하이브리드 나노 세공체와 합성 수지 사이에 제공되는 공극에는 기체 화합물이 더 제공될 수 있다. 기체 화합물은 탄화수소, 수증기, 수소 등 다양한 종류일 수 있다. 기체 화합물은 성형 공정 내에서 제품에 녹아들어 복합체 화합물로부터 제작된 제품의 물성을 향상시키는데 이용될 수 있다.A gaseous compound may be further provided in the pores provided between the organic-inorganic hybrid nanoporous body and the synthetic resin. Gas compounds can be of various types, such as hydrocarbons, water vapor, and hydrogen. Gas compounds can be used to improve the physical properties of products made from composite compounds by melting into the product during the molding process.

특히, 이러한 공극의 크기와 형태는 마스터배치를 성형하여 제품을 제조할 때 제어할 수도 있다.In particular, the size and shape of these pores can be controlled when manufacturing products by molding the masterbatch.

유무기 하이브리드 나노 세공체를 포함하는 필름은 다양한 용도로 활용될 수 있다. 예를 들어, 유무기 하이브리드 나노 세공체의 가스 흡착능을 이용하여, 필름은 식품의 신선도를 모니터링하는 포장재로 이용될 수 있다. 구체적으로, 식품이 산폐하면서 발생하는 가스를 포장재 필름 내의 유무기 하이브리드 나노 세공체가 흡착하고 가스 흡착에 따른 색깔 변화 등을 나타냄으로써, 식품의 신선도를 모니터링할 수 있는 식품 포장재 필름을 제공할 수 있다. 상술한 예시 외에도 유무기 하이브리드 나노 세공체를 포함하는 필름은 다양한 분야에 활용될 수 있다.Films containing organic-inorganic hybrid nanoporous bodies can be used for various purposes. For example, using the gas adsorption capacity of organic-inorganic hybrid nanoporous materials, films can be used as packaging materials to monitor the freshness of food. Specifically, a food packaging film capable of monitoring the freshness of food can be provided by adsorbing the gas generated when food oxidizes into the organic-inorganic hybrid nanoporous body within the packaging film and exhibiting a color change due to gas adsorption. In addition to the examples described above, films containing organic-inorganic hybrid nanoporous bodies can be used in various fields.

상술한 예시 외에도 플라스틱 원료를 포함하는 제품은 다양한 형태를 가질 수 있다. 제품은 섬유, 포장재, 보관용기, 필터 등 다양한 것일 수 있다. 아울러, 본 발명에서 제품이라고 하는 것은 최종 제품의 전체 또는 일부를 의미할 수 있다.In addition to the examples above, products containing plastic raw materials can take various forms. Products can be a variety of things, including fibers, packaging materials, storage containers, and filters. In addition, in the present invention, the term “product” may refer to all or part of the final product.

제품은, 열가소성 수지, 열경화성 수지 등 성형 가능한 수지로 제작된 물품일 수 있다. 이때 본 발명에서 지칭하는 제품은 고분자 화합물, 고분자 화합물과 금속 등 다른 물질의 혼합물 등으로 제작된 것일 수 있으며, 성형될 수 있는 물질로 제작된 것이라면 제한이 없다.The product may be an article made of moldable resin, such as thermoplastic resin or thermosetting resin. At this time, the product referred to in the present invention may be made of a polymer compound, a mixture of a polymer compound and another material such as metal, etc., and there is no limitation as long as it is made of a material that can be molded.

사용자는 복합체 화합물을 원하는 고분자 원료와 쉽게 배합하고, 사출, 압출 등의 공정을 이용하여 제품을 생산할 수 있기 때문에, 제품의 형태 및 용도에는 제한이 없다. 특히, 복합체 화합물에 포함된 유무기 하이브리드 나노 세공체가 고분자 원료의 유리 전이 온도에서 안정하기 때문에 공정을 쉽게 수행할 수 있다.Since users can easily mix complex compounds with desired polymer raw materials and produce products using processes such as injection and extrusion, there are no restrictions on the form and use of the product. In particular, the process can be easily performed because the organic-inorganic hybrid nanoporous material contained in the composite compound is stable at the glass transition temperature of the polymer raw material.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합체 화합물을 이용하면, 다양한 기능을 갖는 유무기 하이브리드 나노 세공체를 다양한 형태와 용도의 제품을 제조하는데 이용할 수 있다.Therefore, by using the composite compound according to an embodiment of the present invention, organic-inorganic hybrid nanoporous bodies with various functions can be used to manufacture products of various shapes and purposes.

이하에서, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.Below, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited by the following examples. The following examples can be appropriately modified and changed by those skilled in the art within the scope of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 유무기 하이브리드 나노 세공체(metal-organic framework; MOF); 및 혼합 가능한 합성수지를 포함하는 복합체 화합물(또는 마스터 배치)을 제조하기에 앞서, 먼저 제조예 1 내지 5에 개시된 것과 같이 복합체 화합물을 형성하기에 적합한 유무기 하이브리드 나노 세공체를 제조하였다.An organic-inorganic hybrid nanoporous body (metal-organic framework; MOF) according to an embodiment of the present invention; Prior to manufacturing a composite compound (or master batch) containing a miscible synthetic resin, an organic-inorganic hybrid nanoporous body suitable for forming a composite compound was first prepared as disclosed in Preparation Examples 1 to 5.

제조예 1: 유무기 하이브리드 나노 세공체의 제조 (KRICT F100)Preparation Example 1: Preparation of organic-inorganic hybrid nanoporous body (KRICT F100)

Fe-BTC(Fe-benzene-1,3,5-tricarboxylate) 제조를 위해서 둥근 바닥 플라스크에 23.0g의 2차 증류수 및 10.54g의 Fe(NO3)3·9H2O와 3.79g의 1,3,5-벤젠트리카르복실산을 혼합하여 상온에서 30분간 교반하였다. 이후 환류 냉각기가 장착한 후 오일 배스를 이용하여 100 내지 120

Figure 112021028366563-pat00001
에서 12시간 내지 15시간 동안 가열하여 Fe-BTC 흡착제를 합성하였다.To prepare Fe-BTC (Fe-benzene-1,3,5-tricarboxylate), 23.0 g of double distilled water, 10.54 g of Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O and 3.79 g of 1,3 in a round bottom flask. , 5-Benzenetricarboxylic acid was mixed and stirred at room temperature for 30 minutes. Afterwards, the reflux cooler is installed and the temperature is 100 to 120 degrees Celsius using an oil bath.
Figure 112021028366563-pat00001
The Fe-BTC adsorbent was synthesized by heating for 12 to 15 hours.

반응 종료 후, 반응 용액을 냉각하고, 2차 증류수로 1회 세척하고 에탄올로 3회 세척하였다. 생성된 Fe-BTC 결정을 여과로 회수하고, 100

Figure 112021028366563-pat00002
오븐에서 건조하여 흡착제 분말을 수득하였다.After completion of the reaction, the reaction solution was cooled, washed once with double distilled water, and three times with ethanol. The produced Fe-BTC crystals were recovered by filtration, and 100
Figure 112021028366563-pat00002
Adsorbent powder was obtained by drying in an oven.

제조예 2: 유무기 하이브리드 나노 세공체의 제조 (KRICT F300)Preparation Example 2: Preparation of organic-inorganic hybrid nanoporous body (KRICT F300)

유무기 하이브리드 나노 세공체 Al-FMA(Al-Fumaric Acid) 는 다음과 같이 합성되었다.The organic-inorganic hybrid nanoporous Al-FMA (Al-Fumaric Acid) was synthesized as follows.

21.514g 의 Al2(SO4)3·18H2O를 70g의 2차 증류수에 용해하여 금속 전구체 용액을 제조하였다. 7.34g의 퓨마릭산과 7.593g의 가성소다를 70g의 2차 증류수에 용해하여 리간드 전구체 용액을 제조하였다. A metal precursor solution was prepared by dissolving 21.514 g of Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O in 70 g of double distilled water. A ligand precursor solution was prepared by dissolving 7.34 g of fumaric acid and 7.593 g of caustic soda in 70 g of double distilled water.

상기 제조된 두 가지 용액을 60

Figure 112021028366563-pat00003
로 각각 가열한 후, 금속 전구체 용액을 리간드 전구체 용액에 서서히 첨가하면서 교반하여 혼합하였다. 두 용액의 혼합이 종료된 후, 혼합 용액을 60
Figure 112021028366563-pat00004
내지 80
Figure 112021028366563-pat00005
의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 반응시켜 Al-FMA 흡착제를 합성하였다. The two solutions prepared above were mixed at 60
Figure 112021028366563-pat00003
After each heating, the metal precursor solution was slowly added to the ligand precursor solution and mixed with stirring. After mixing of the two solutions is completed, the mixed solution is
Figure 112021028366563-pat00004
to 80
Figure 112021028366563-pat00005
Al-FMA adsorbent was synthesized by reacting at a temperature for 30 minutes to 2 hours.

반응 종료 후, 결과된 반응 용액을 여과하여 Al-FMA 결정을 회수하고, 2차 증류수 및 에탄올로 세척하고, 100

Figure 112021028366563-pat00006
오븐에서 건조하여 흡착제 분말을 수득하였다.After completion of the reaction, the resulting reaction solution was filtered to recover Al-FMA crystals, washed with double distilled water and ethanol, and washed with 100% distilled water and ethanol.
Figure 112021028366563-pat00006
Adsorbent powder was obtained by drying in an oven.

제조예 3: 유무기 하이브리드 나노 세공체의 제조 (KRICT F400)Preparation Example 3: Preparation of organic-inorganic hybrid nanoporous body (KRICT F400)

유무기 하이브리드 나노 세공체체 Al-FDC(Al-2,5-furandicarboxylate)는 다음과 같이 합성되었다. The organic-inorganic hybrid nanoporous body Al-FDC (Al-2,5-furandicarboxylate) was synthesized as follows.

먼저, 100 mL 크기의 둥근 바닥 플라스크에 4.683 g의 2,5-푸란디카르복실산, 7.243 g의 AlCl3·6H2O, 1.20 g의 NaOH 및 60 g 의 증류수를 넣고, 상온에서 3시간 동안 교반하여 혼합한 후, 100

Figure 112021028366563-pat00007
로 가열하면서 24시간 동안 환류 교반하였다. 그런 다음 결과된 반응 용액을 상온으로 냉각시킨 후, 증류수와 에탄올을 이용하여 정제한 후 원심 분리하여 생성물을 회수하였다. First, add 4.683 g of 2,5-furandicarboxylic acid, 7.243 g of AlCl 3 ·6H 2 O, 1.20 g of NaOH, and 60 g of distilled water into a 100 mL round bottom flask, and leave at room temperature for 3 hours. After mixing by stirring, 100
Figure 112021028366563-pat00007
It was refluxed and stirred for 24 hours while heating. Then, the resulting reaction solution was cooled to room temperature, purified using distilled water and ethanol, and then centrifuged to recover the product.

제조예 4: 유무기 하이브리드 나노 세공체의 제조 (KRICT F600)Preparation Example 4: Preparation of organic-inorganic hybrid nanoporous body (KRICT F600)

Al-IPA(Al-isophthalic acid)를 제조하기 위해서, 16.4g의 Al2(SO4)3·18H2O를 35g의 2차 증류수에 용해하여 금속 전구체 용액을 제조하였다. 8.45g의 이소프탈산, 5.41g의 가성소다 및 1.32g의 알루민산나트륨을 110g의 2차 증류수에 용해하여 리간드 전구체 용액을 제조하였다. To prepare Al-IPA (Al-isophthalic acid), 16.4 g of Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O was dissolved in 35 g of double distilled water to prepare a metal precursor solution. A ligand precursor solution was prepared by dissolving 8.45 g of isophthalic acid, 5.41 g of caustic soda, and 1.32 g of sodium aluminate in 110 g of double distilled water.

상기 제조된 금속 전구체 용액을 상기 제조된 리간드 전구체 용액에 천천히 투입하여 혼합 용액을 제조하였다. 상기 혼합 용액을 환류 냉각장치가 부착된 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 120

Figure 112021028366563-pat00008
에서 6시간 동안 반응하여 Al-IPA 결정을 형성시켰다. The prepared metal precursor solution was slowly added to the prepared ligand precursor solution to prepare a mixed solution. The mixed solution was placed in a round bottom flask equipped with a reflux condenser, and 120
Figure 112021028366563-pat00008
Al-IPA crystals were formed by reacting for 6 hours.

반응 종료 후, 결과된 반응 용액을 냉각하고, 2차 증류수로 2회 세척한 다음, 감압 여과하여 Al-IPA 결정을 회수하고 100

Figure 112021028366563-pat00009
오븐에서 건조하여 흡착제 분말을 수득하였다.After completion of the reaction, the resulting reaction solution was cooled, washed twice with double distilled water, and then filtered under reduced pressure to recover Al-IPA crystals.
Figure 112021028366563-pat00009
Adsorbent powder was obtained by drying in an oven.

제조예 5: 유무기 하이브리드 나노 세공체의 제조 (KRICT P300 LP)Preparation Example 5: Preparation of organic-inorganic hybrid nanoporous body (KRICT P300 LP)

유무기 하이브리드 나노세공체 Al-TMA(Al-benzene-1,3,5-tricarboxylic acid)는 다음과 같이 합성되었다.The organic-inorganic hybrid nanoporous material Al-TMA (Al-benzene-1,3,5-tricarboxylic acid) was synthesized as follows.

30.36g의 Al2(SO4)3·18H2O를 120g의 2차 증류수에 용해하여 금속 전구체 용액을 제조하였다. 18.95g의 트리멜리트산(1,2,4-벤젠디카르복실산)을 7.14g의 가성소다를 2차 증류수에 용해하여 리간드 전구체 용액을 제조하였다. A metal precursor solution was prepared by dissolving 30.36 g of Al 2 (SO 4 ) 3 ·18H 2 O in 120 g of double distilled water. A ligand precursor solution was prepared by dissolving 18.95 g of trimellitic acid (1,2,4-benzenedicarboxylic acid) and 7.14 g of caustic soda in double distilled water.

상기 제조된 금속 전구체 용액을 상기 제조된 리간드 전구체 용액에 천천히 투입하여 혼합 용액을 제조하였다. 상기 혼합 용액을 환류 냉각장치가 부착된 둥근 바닥 플라스크에 넣고, 130

Figure 112021028366563-pat00010
에서 12시간 동안 반응하여 Al-TMA 결정을 형성시켰다. The prepared metal precursor solution was slowly added to the prepared ligand precursor solution to prepare a mixed solution. The mixed solution was placed in a round bottom flask equipped with a reflux condenser, and 130
Figure 112021028366563-pat00010
Al-TMA crystals were formed by reacting for 12 hours.

반응 종료 후, 결과된 반응 용액을 냉각하고, 2차 증류수로 2회 세척한 다음, 감압 여과하여 Al-TMA 결정을 회수하고, 100

Figure 112021028366563-pat00011
오븐에서 건조하여 흡착제 분말을 수득하였다.After completion of the reaction, the resulting reaction solution was cooled, washed twice with double distilled water, and then filtered under reduced pressure to recover Al-TMA crystals,
Figure 112021028366563-pat00011
Adsorbent powder was obtained by drying in an oven.

다음으로, 상기 제조예 1 내지 제조예 5에서 수득된 유무기 하이브리드 나노 세공체를 이용하여 복합체 화합물, 즉, 마스터배치 칩을 제조하였다.Next, a composite compound, that is, a masterbatch chip, was manufactured using the organic-inorganic hybrid nanoporous body obtained in Preparation Examples 1 to 5 above.

실시예 1: 유무기 하이브리드 나노세공체가 포함된 마스터배치 칩의 제조Example 1: Preparation of masterbatch chip containing organic-inorganic hybrid nanoporous body

제조예 1 및 제조예 5에서 수득된 유무기 하이브리드 나노 세공체 분말을 흡착제로 사용하여 다양한 함량비를 갖는 마스터배치 칩을 제조하였다.Masterbatch chips with various content ratios were manufactured using the organic-inorganic hybrid nanoporous powder obtained in Preparation Example 1 and Preparation Example 5 as an adsorbent.

칩 형태의 폴리프로필렌 100 g 및 미량의 산화방지제, 자외선안정제를 티-다이 압출 성형기에 첨가하여 용융하고, 여기에 상기 제조예 1내지 5에서 수득된 유무기 하이브리드 나노 세공체 분말을 함량비 1 내지 25 g을 첨가하여 분산시킨 후 압출 성형기 노즐에 압출 및 냉각하여 마스터배치를 제조하였다. 100 g of chip-shaped polypropylene and a trace amount of antioxidant and UV stabilizer were added to a T-die extruder and melted, and then the organic-inorganic hybrid nanoporous powder obtained in Preparation Examples 1 to 5 was added at a content ratio of 1 to 1. 25 g was added and dispersed, then extruded through an extrusion molder nozzle and cooled to prepare a masterbatch.

도 1 및 2는 상기 실시예 1로부터 수득한 마스터 배치 칩으로 각 20 wt % 함량의 유무기 하이브리드 나노세공체가 포함된 마스터배치 칩의 제품 사진이다.Figures 1 and 2 are product photos of the master batch chip obtained in Example 1, each containing 20 wt % of organic-inorganic hybrid nanoporous material.

도 3의 경우 실시예 1로부터 수득한 유무기 하이브리드 나노세공체를 포함하는 마스터배치로부터 제조된 제품에 대한 모식도를 나타낸 것이다.Figure 3 shows a schematic diagram of a product manufactured from a masterbatch containing the organic-inorganic hybrid nanoporous body obtained in Example 1.

도 4의 경우 제조예 1로부터 수득한 Fe-BTC 유무기 하이브리드 나노세공체의 함량비를 조절하여 제조한 마스터 배치 칩을 성형하여 제조한 제품의 전자현미경 분석 결과 및 EDS 맵핑을 이용한 원소의 분포를 분석한 결과이다. 이 때, 마스터 배치 칩에 포함된 Fe-BTC의 함량은 각각 3, 10 및 15 중량 % 였다. In the case of Figure 4, the electron microscope analysis results of a product manufactured by molding a master batch chip manufactured by adjusting the content ratio of the Fe-BTC organic-inorganic hybrid nanoporous body obtained in Preparation Example 1 and the distribution of elements using EDS mapping are shown. This is the result of analysis. At this time, the content of Fe-BTC contained in the master batch chip was 3, 10, and 15% by weight, respectively.

도 3에서와 같이 Fe-BTC 유무기 하이브리드 나노세공체의 경우 마스터 배치로부터 제조된 제품 내 분산된 형태로 존재하며 폴리프로필렌과 유무기 나노세공체의 접촉면에 일정한 수준의 기공이 형성된 것을 확인할 수 있으며, 3, 10, 15 중량 % 를 함유하는 마스터배치 칩을 성형하여 제조한 제품에서 유사한 결과가 관찰되었다. As shown in Figure 3, in the case of the Fe-BTC organic-inorganic hybrid nanoporous material, it exists in a dispersed form in the product manufactured from the master batch, and it can be confirmed that a certain level of pores is formed at the contact surface between polypropylene and the organic-inorganic nanoporous material. Similar results were observed in products manufactured by molding masterbatch chips containing 3, 10, and 15% by weight.

도면에서 확인할 수 있듯이, 마스터배치 내에서 중심 금속(Fe)을 토대로 형성된 유무기 하이브리드 나노세공체는 일부 영역에서 고분자 화합물과 접촉한다. 유무기 하이브리드 나노세공체의 모든 면이 고분자 화합물에 의해 커버되는 것이 아니기 때문에, 유무기 하이브리드 나노세공체와 고분자 화합물 사이에 기공이 존재한다. 이러한 기공에 의해 마스터배치 내부로 물질이 출입할 수 있고 출입한 물질은 유무기 하이브리드 나노세공체와 만날 수 있다.As can be seen in the drawing, the organic-inorganic hybrid nanoporous body formed based on the central metal (Fe) in the masterbatch contacts the polymer compound in some areas. Because not all surfaces of the organic-inorganic hybrid nanoporous body are covered by the polymer compound, pores exist between the organic-inorganic hybrid nanoporous body and the polymer compound. Through these pores, materials can enter and exit the masterbatch, and the materials that enter can meet the organic-inorganic hybrid nanoporous body.

따라서, 특정 유무기 하이브리드 나노세공체를 적정 함량으로 제공함으로써, 유무기 하이브리드 나노세공체를 성형이 용이한 마스터배치 형태로 제공하면서도 유무기 하이브리드 나노세공체가 나타내는 우수한 물성을 그대로 이용할 수 있다. 다만, 도 4의 가장 오른쪽 도면에서 확인할 수 있듯이, 유무기 하이브리드 나노세공체의 함량이 15wt%인 경우 기공 내 유무기 하이브리드 나노세공체 노출 면적이 줄어든 것을 확인할 수 있다. 따라서, 유무기 하이브리드 나노세공체 함량이 일정 이상으로 높아지면 고분자 화합물과 유무기 하이브리드 나노세공체의 접착 면적이 넓어지면서 점점 마스터 배치 내 유무기 하이브리드 나노세공체를 노출하는 기공이 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 이 경우, 물질이 마스터배치 내부까지 유입되어 유무기 하이브리드 나노세공체와 만날 가능성이 줄어든다는 문제가 있다.Therefore, by providing a specific organic-inorganic hybrid nanoporous body in an appropriate amount, the organic-inorganic hybrid nanoporous body can be provided in a masterbatch form that is easy to form, while still utilizing the excellent physical properties exhibited by the organic-inorganic hybrid nanoporous body. However, as can be seen in the rightmost drawing of FIG. 4, when the content of the organic-inorganic hybrid nanoporous body is 15 wt%, it can be seen that the exposed area of the organic-inorganic hybrid nanoporous body within the pore is reduced. Therefore, when the content of the organic-inorganic hybrid nanoporous body increases above a certain level, the adhesion area between the polymer compound and the organic-inorganic hybrid nanoporous body expands, and it can be seen that the pores exposing the organic-inorganic hybrid nanoporous body in the master batch gradually decrease. . In this case, there is a problem that the possibility of the material flowing into the masterbatch and meeting the organic-inorganic hybrid nanoporous body is reduced.

반대로, 도 4의 가장 왼쪽 도면을 참고하면, 유무기 하이브리드 나노세공체의 함량이 3 wt%보다 작아질 경우, 유무기 하이브리드 나노세공체 함량이 지나치게 적어 이들을 통한 물성 개선 효과가 미미함을 알 수 있다.On the contrary, referring to the leftmost drawing of FIG. 4, when the content of the organic-inorganic hybrid nanoporous body is less than 3 wt%, it can be seen that the effect of improving the physical properties through the organic-inorganic hybrid nanoporous body content is too small. there is.

실시예 2: 유무기 하이브리드 나노세공체가 포함된 마스터배치 칩으로부터 복합체 필름의 제조Example 2: Preparation of composite film from masterbatch chip containing organic-inorganic hybrid nanoporous body

실시예 1로부터 제조한 20 중량 %의 Fe-BTC 유무기 하이브리드 나노세공체를 함유하는 마스터배치 칩으로부터 1 중량 % 및 3 중량 %의 Fe-BTC를 함유하는 폴리프로필렌 필름을 제조하였다. Polypropylene films containing 1% by weight and 3% by weight of Fe-BTC were prepared from the masterbatch chip containing 20% by weight of the Fe-BTC organic-inorganic hybrid nanoporous body prepared in Example 1.

먼저 칩 형태의 폴리프로필렌 95 g과 5 g의 마스터배치 칩을 미량의 산화방지제, 자외선안정제를 티-다이 압출 성형기에 첨가하여 용융하고, 용융점 온도까지 가열하여 용융 상태를 유지하도록 하면서 압출한 후 냉매를 이용한 금속 롤을 사용하여 필름의 두께를 0.1 mm 이하로 균일하게 하여 1 중량 %의 Fe-BTC 유무기 하이브리드 나노세공체가 포함된 복합체 필름을 수득하였다. First, 95 g of chip-shaped polypropylene and 5 g of masterbatch chips are melted by adding a small amount of antioxidant and UV stabilizer to a T-die extruder, heated to the melting point temperature to maintain the molten state, and then extruded with coolant. A composite film containing 1% by weight of Fe-BTC organic-inorganic hybrid nanoporous body was obtained by uniformly adjusting the thickness of the film to 0.1 mm or less using a metal roll.

이와 유사하게 폴리프로필렌 칩 85 g과 15 g의 마스터배치 칩을 위의 방법과 동일하게 제조하여 3 중량 %의 Fe-BTC 유무기 하이브리드 나노세공체가 포함된 복합체 필름을 수득하였다. Similarly, 85 g of polypropylene chips and 15 g of masterbatch chips were prepared in the same manner as above to obtain a composite film containing 3% by weight of Fe-BTC organic-inorganic hybrid nanoporous body.

도 5는 상기 실시예 2로부터 얻은 복합체 필름의 표면을 주사전자현미경으로 분석한 결과이다. 또한, 복합체를 포함하지 않은 폴리프로필렌 필름의 표면과 1 또는 3 중량 %의 Fe-BTC를 함유하는 복합체 필름의 표면을 비교하였다. 그 결과 폴리프로필렌 필름의 표면에는 기공이 발달되지 않은 균일한 형태의 매끄러운 표면이 형성된 것을 확인할 수 있으며, 1 내지 3 % 중량의 Fe-BTC를 포함하는 복합체 필름의 경우 접촉면에 기공이 발달된 것을 확인할 수 있다.Figure 5 shows the results of analyzing the surface of the composite film obtained in Example 2 using a scanning electron microscope. Additionally, the surface of the polypropylene film without the composite was compared with the surface of the composite film containing 1 or 3 weight % of Fe-BTC. As a result, it was confirmed that a uniformly smooth surface without pores was formed on the surface of the polypropylene film, and in the case of the composite film containing 1 to 3% by weight of Fe-BTC, it was confirmed that pores were developed on the contact surface. You can.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art or have ordinary knowledge in the relevant technical field should not deviate from the spirit and technical scope of the present invention as set forth in the claims to be described later. It will be understood that the present invention can be modified and changed in various ways within the scope of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to what is described in the detailed description of the specification, but should be defined by the scope of the patent claims.

Claims (12)

유무기 하이브리드 나노 세공체(metal-organic framework; MOF); 및
혼합 가능한 합성수지를 포함하고,
상기 유무기 하이브리드 나노 세공체 및 상기 합성수지는 혼합물 형태로 제공되고,
상기 혼합물은 마스터배치이며, 상기 마스터배치로 제조된 최종 제품은 유무기 하이브리드 나노 세공체에 의한 추가적인 기능을 포함하고,
상기 혼합물은 제품의 성형 시에 상기 제품의 원료와 배합되어 이용되고,
상기 혼합물이 성형되어 제조된 제품 내에서 상기 유무기 하이브리드 나노 세공체와 상기 합성수지 사이에는 공극이 제공되어, 상기 유무기 하이브리드 나노 세공체는 일부 면에서만 상기 합성수지와 접촉하고,
상기 유무기 하이브리드 나노 세공체는 상기 유무기 하이브리드 나노 세공체와 상기 합성수지의 혼합물 전체 중량에 대하여 1 중량% 내지 20 중량% 비율로 포함되는, 복합체.
Organic-inorganic hybrid nanoporous body (metal-organic framework; MOF); and
Contains miscible synthetic resins,
The organic-inorganic hybrid nanoporous body and the synthetic resin are provided in a mixture form,
The mixture is a masterbatch, and the final product manufactured from the masterbatch contains additional functions due to the organic-inorganic hybrid nanoporous body,
The mixture is used by mixing with the raw materials of the product when molding the product,
In a product manufactured by molding the mixture, a gap is provided between the organic-inorganic hybrid nanoporous body and the synthetic resin, so that the organic-inorganic hybrid nanoporous body contacts the synthetic resin only on some surfaces,
The organic-inorganic hybrid nanoporous body is contained in a ratio of 1% by weight to 20% by weight based on the total weight of the mixture of the organic-inorganic hybrid nanoporous body and the synthetic resin.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
열경화성 수지, 열가소성 수지, 생분해성 플라스틱, 고무, 바이오 플라스틱로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 상기 합성수지를 포함하는, 복합체.
According to paragraph 1,
A composite comprising the synthetic resin containing at least one selected from the group consisting of thermosetting resin, thermoplastic resin, biodegradable plastic, rubber, and bioplastic.
제1항에 있어서,
상기 복합체는 펠렛, 타블렛, 구, 타원구, 반구, 플레이크, 직육면체, 정육면체 중 적어도 하나 이상의 형상을 갖는, 복합체.
According to paragraph 1,
The composite has the shape of at least one of a pellet, tablet, sphere, ellipse, hemisphere, flake, cuboid, and cube.
제1항에 있어서,
상기 복합체는
중심금속 이온 및 상기 중심금속 이온과 결합하는 유기 리간드로 구성된 유무기 하이브리드 나노 세공체를 포함하는 것인, 복합체.
According to paragraph 1,
The complex is
A composite comprising an organic-inorganic hybrid nanoporous body composed of a central metal ion and an organic ligand that binds to the central metal ion.
제5항에 있어서,
카르복실기(-COOH), 카르복실산 음이온기(-COO-), 아민기(-NH2) 및 이미노기(=NH), 니트로기(-NO2), 히드록시기(-OH), 할로겐기(-X) 및 슬폰산기(-SO3H), 술폰산 음이온기(-SO3-), 메탄디티오산기(-CS2H), 메탄디티오산 이온기(-CS2-), 피리딘기 및 피라진기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 작용기를 갖는 화합물 또는 이의 혼합물인 유기 리간드로 구성된 상기 유무기 하이브리드 나노 세공체를 포함하는, 복합체.
According to clause 5,
Carboxyl group (-COOH), carboxylic acid anion group (-COO-), amine group (-NH 2 ) and imino group (=NH), nitro group (-NO 2 ), hydroxy group (-OH), halogen group (- ( _ _ _ A composite comprising the organic-inorganic hybrid nanoporous body composed of an organic ligand that is a compound or a mixture thereof having one or more functional groups selected from the group consisting of.
제1항에 있어서,
다공성 구조를 갖는 상기 유무기 하이브리드 나노 세공체를 포함하는, 복합체.
According to paragraph 1,
A composite comprising the organic-inorganic hybrid nanoporous body having a porous structure.
제1항에 있어서,
상기 합성수지의 유리전이온도에서 안정한 구조를 갖는 상기 유무기 하이브리드 나노 세공체를 포함하는, 복합체.
According to paragraph 1,
A composite comprising the organic-inorganic hybrid nanoporous body having a stable structure at the glass transition temperature of the synthetic resin.
제1항에 있어서,
상기 혼합물은 액체 상태 또는 고체 상태를 갖는, 복합체.
According to paragraph 1,
The mixture has a liquid state or a solid state.
제1항에 있어서,
상기 공극 내에 제공되는 기체 화합물 또는 증기를 더 포함하는, 복합체.
According to paragraph 1,
The composite further comprising a gaseous compound or vapor provided within the pores.
제1항 및 제4항 내지 제11항 중 어느 하나의 복합체를 성형하여 제조한, 합성수지 제품.A synthetic resin product manufactured by molding the composite according to any one of claims 1 and 4 to 11.
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