KR20060102368A - Polymer macroparticle of which surface is modified by mesoparticle and nanoparticle, nanoparticle-polymer composite using the same, and preparation thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따르면, 중합체 매크로입자의 표면에 메조입자 및 나노입자를 충격식 타격수단, 낙차식 혼합수단, 고속분사수단에서 선택되는 기계적 수단에 의해 부착하여 나노입자-메조입자-매크로입자로 된 복합구조를 형성시키고, 경우에 따라 열처리하여 나노입자 또는 메조입자를 매크로입자 표면에 고착시킴으로써, 메조입자 및 나노입자로 표면개질된 중합체 매크로입자를 간편하고 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 메조입자 및 나노입자로 표면개질된 중합체 매크로입자로부터 나노입자-중합체 복합소재가 제공될 수 있다. According to the present invention, a composite of nanoparticles-mesoparticles-macroparticles is attached to mesoparticles and nanoparticles on the surface of the polymer macroparticles by mechanical means selected from impact striking means, drop mixing means, and high speed spraying means. By forming the structure and optionally heat-treating the nanoparticles or mesoparticles to the macroparticle surface, polymer macroparticles surface-modified with mesoparticles and nanoparticles can be produced simply and easily. In addition, nanoparticle-polymer composites can be provided from polymer macroparticles surface-modified with mesoparticles and nanoparticles.

나노입자,메조입자,매크로입자,중합체,충격식 타격수단,복합재료 Nanoparticles, Mesoparticles, Macroparticles, Polymers, Impact Strike, Composites

Description

나노입자 및 메조입자로 표면 개질된 중합체 거대입자, 이를 이용한 나노입자-고분자 복합소재, 및 이들의 제조방법 {POLYMER MACROPARTICLE OF WHICH SURFACE IS MODIFIED BY MESOPARTICLE AND NANOPARTICLE, NANOPARTICLE-POLYMER COMPOSITE USING THE SAME, AND PREPARATION THEREOF} POLYMER MACROPARTICLE OF WHICH SURFACE IS MODIFIED BY MESOPARTICLE AND NANOPARTICLE, NANOPARTICLE-POLYMER COMPOSITE USING THE SAME, AND PREPARATION THEREOF}

도 1은 본 발명에 따라 제조된 나노입자-메조입자-매크로입자 복합소재의 형상을 개념적으로 나타내는 설명도이고, 1 is an explanatory diagram conceptually showing the shape of a nanoparticle-mesoparticle-macroparticle composite prepared according to the present invention,

도 2는 본 발명에 따라 제조된 다층구조의 복합소재의 형상을 개념적으로 나타내는 설명도이다. Figure 2 is an explanatory view conceptually showing the shape of the composite material of a multi-layer structure manufactured according to the present invention.

본 발명은 나노입자 및 메조입자로 표면개질된 중합체 거대입자, 이를 이용한 나노입자-고분자 복합소재 및 이들의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 특별하게는 본 발명은 나노입자 및 메조입자가 부착되어 표면이 개질된 중합체 거대입자, 이들 거대입자를 혼련하여 수득된 나노입자-고분자 복합소재, 및 이들의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a polymer macroparticles surface-modified with nanoparticles and mesoparticles, nanoparticle-polymer composites using the same and a method for producing the same. More particularly, the present invention relates to polymer macroparticles having a surface modified by attaching nanoparticles and mesoparticles, nanoparticle-polymer composite materials obtained by kneading these macroparticles, and a method of manufacturing the same.

지금까지, 나노입자-고분자 복합체 및 이의 제조방법을 개발하기 위하여 많 은 연구가 진행되어 왔다. Until now, many studies have been conducted to develop nanoparticle-polymer complexes and methods for preparing the same.

나노입자를 고분자 매트릭스에 혼입하여 분산시키는 전통적인 시스템은, 나노입자의 높은 표면에너지로 인한 나노입자의 상태 변화 및 나노입자의 2차 응집으로 인한 입도변화와 이로 인한 매트릭스 재료와의 상분리 등으로 인해 만족스러운 복합 재료 특성을 나타내지 못하고 있다. Conventional systems for incorporating and dispersing nanoparticles into a polymer matrix are satisfactory due to changes in the state of the nanoparticles due to the high surface energy of the nanoparticles and particle size changes due to the secondary aggregation of the nanoparticles and thus phase separation from the matrix material. It does not exhibit the unique composite material properties.

나노입자와 단량체를 혼합하고 이를 중합시키는 시스템 [예. Polym. Composites1996 , 7, 125, J. Appl. Polym. Sci.1995 , 55, 371, J. Appl. Polym. Sci.1996 , 60, 323]은 나노입자 존재 하에 단량체의 고분자화와 이렇게 고분자화된 매트릭스 내에 분산되어 있는 금속이온의 환원이라는 두 단계를 거치는데, 고분자화와 환원이 개별적으로 일어나기 때문에 금속 나노입자가 고분자 기질 내에 잘 분산되어 있지 못하다는 문제점을 수반하고 있었다. Systems for mixing nanoparticles and monomers and polymerizing them [eg. Polym. Composites 1996, 7, 125, J. Appl. Polym. Sci. 1995, 55, 371, J. Appl. Polym. Sci. 1996, 60, 323] undergoes two steps: polymerisation of monomers in the presence of nanoparticles and reduction of metal ions dispersed in this polymerized matrix, since metallization and reduction occur separately. It has been accompanied with a problem that is not well dispersed in the polymer matrix.

중합체에 나노입자 전구체를 혼합한 후 나노입자 전구체로부터 나노입자를 제조하는 시스템 [예. Chem. Commun., 1997, 1081; 한국특허 10-0379250호; 한국공개공보 2330-0082064호]에서는, 나노입자 전구체를 UV 또는 감마선을 이용하여 환원시킴으로써 중합체 내에 나노입자를 형성시키지만, 나노입자 전구체를 중합체와 균일하게 혼합해야 하므로, 이 방법이 적용될 수 있는 중합체가 제한적이다. A system for preparing nanoparticles from nanoparticle precursors after mixing the nanoparticle precursors with the polymer [eg. Chem. Commun., 1997, 1081; Korean Patent No. 10-0379250; In Korean Patent Publication No. 2330-0082064, the nanoparticle precursor is reduced by UV or gamma ray to form nanoparticles in the polymer, but the nanoparticle precursor must be uniformly mixed with the polymer. Limited.

금(Au), 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 등과 같은 전이 금속으로 된 나노입자들은 응집된 분말 형태이거나 대기에 민감하며 비가역적으로 응집되는 경향이 있는데, 입자의 비가역적인 응집은 입자 크기 분포를 좁힐 수 없는 분리 공정을 일으키고, 자기 기록 응용 분야 등 필수적인 부드럽고 얇은 필름을 쉽게 형성하는 것을 방해한다. 또, 나노입자 응집체는 촉매 작용 등을 위한 화학적으로 활성인 표면적을 감소시키고 용해도를 크게 제한한다. Nanoparticles of transition metals such as gold (Au), silver (Ag), palladium (Pd), platinum (Pt), etc., are in the form of agglomerated powders or are sensitive to the atmosphere and tend to be irreversibly agglomerated. Agglomeration results in a separation process that cannot narrow the particle size distribution and prevents the easy formation of essential soft thin films, such as magnetic recording applications. In addition, nanoparticle aggregates reduce chemically active surface areas for catalysis and the like and greatly limit solubility.

한편, 종래로부터, 고체 입자들의 고결방지, 변색변질방지, 분산성의 향상, 유동성의 개선, 촉매효과의 향상, 소화흡수의 제어, 자기특성의 향상, 색조의 개선, 내광성의 향상, 유용(고가)물질의 절약 등을 목적으로서 각종의 표면개질이 전기화학적방법, 물리흡착법, 화학흡착법, 진공증착법, 정전 부착법, 용해물질의 피복법, 특수스프레이 드라잉법, 유동 코팅법등의 방법이 행해져 왔었다. 이 가운데 특히 고체입자의 표면을 고체입자로서 즉, 분체의 표면을 분체로서 표면개질하는 경우, 또는 고체입자의 표면을 각종 물질의 미입자의 현탁액 및 각종 물질의 용해, 용융액으로서 표면개질하는 경우는 공지의 각종 믹서형이나 볼밀형의 교반기를 사용해서 장시간(수시간-수십시간) 교반하고, 교반에 수반해서 생긴 정전현상이나 완만한 건조현상, 메카노케미칼 현상을 용융하여 개질을 행하여 왔지만, 모입자에 대한 자입자 또는 조막물질의 밀착성이 충분하지 않게 되든지, 또한 모입자에 가하는 힘이 균일하지 않기 때문에 조막물의 형성이 균일하지 못하게 되고, 따라서 개질 후의 분체를 다음 공정에서 혼합, 혼련, 분산, 페이스트화등의 가공을 하는 경우, 자입자가 간단히 탈락한다든지, 성분편석이 생긴다든지 하여서 그 조작조건을 현저하게 재한할 뿐만 아니라, 가공후의 생산품의 품질에 분산이 생기는 최대의 원인이 되는 것이다. On the other hand, conventionally, solidification prevention of solid particles, prevention of discoloration change, improvement of dispersibility, improvement of fluidity, improvement of catalytic effect, control of digestion and absorption, improvement of magnetic properties, improvement of color tone, improvement of light resistance, usefulness (high price) For the purpose of saving materials, various surface modifications have been performed by electrochemical methods, physical adsorption methods, chemical adsorption methods, vacuum deposition methods, electrostatic deposition methods, coating methods of dissolved materials, special spray drying methods, and fluid coating methods. In particular, when the surface of the solid particles is surface-modified as solid particles, that is, the surface of the powder is powdered, or when the surface of the solid particles is surface-modified as a suspension of fine particles of various substances and the dissolution of various substances, as a melt Although a variety of well-known mixer-type or ball-mill stirrers were used for a long time (several hours to several tens of hours), the electrostatic phenomena, gentle drying phenomena, and mechanochemical phenomena caused by the agitation were melted and modified. The adhesion of the particles or the film forming material to the particles is insufficient or the force applied to the parent particles is not uniform, so that the formation of the film is not uniform. Therefore, the powder after modification is mixed, kneaded, dispersed, In the case of processing such as pasting, the operation conditions are expressed by simple dropping of the particles or segregation of components. In addition to the jaehan, is the cause of the maximum dispersion occurs in the quality of the product after processing.

일례로, 한국특허 90-001366호에는 분체를 구성하는 거대입자(모입자)의 표면에, 이 거대입자보다 크기가 상대적으로 적은 다른 고체입자(자입자)나 액상체를 충격식 타격수단을 이용해서 고정화하는 방법이 개시되어 있다. 그러나 전술한 거대입자(모입자)의 표면에 나노입자(자입자)를 부착하고자 할 때에는, 나노입자(자입자)들이 거대입자(모입자)의 표면에 부착하는 도중에 상당한 응집이 발생하므로, 나노입자가 응집없이 분산되어 있는 나노입자-고분자 복합소재를 제조하는 것은 어렵다. For example, in Korean Patent No. 90-001366, impact impact means is applied to the surface of the large particles (parent particles) constituting the powder to other solid particles (own particles) or liquid bodies having a relatively smaller size than the large particles. The method of immobilizing is disclosed. However, when the nanoparticles (subparticles) are to be attached to the surface of the macroparticles (parent particles) described above, since the nanoparticles (subparticles) adhere to the surfaces of the macroparticles (parent particles), significant aggregation occurs. It is difficult to produce nanoparticle-polymer composites in which particles are dispersed without aggregation.

따라서, 본 발명자들은 중합체 거대입자의 표면에 나노입자를 응집없이 부착시키기 위하여 예의 연구한 결과, 충격식 타격수단과 같은 기계적 수단에 의해 매크로입자의 표면에 매크로입자보다 크기가 작은 메조입자 및/또는 메조입자보다 크기가 작은 나노입자를 동시에, 순차적으로, 또는 교대로 부착시킴으로써, 매크로입자의 크기를 제한하면서도 표면적을 늘리고, 이에 의해 매크로입자의 표면에 부착되는 나노입자들의 과도한 응집을 방지하는 방법을 제공한다. Therefore, the present inventors have diligently studied to attach nanoparticles to the surface of polymer macroparticles without aggregation, and as a result, mesoparticles and / or smaller than macroparticles on the surface of macroparticles by mechanical means such as impact striking means, and / or By attaching nanoparticles smaller in size than mesoparticles simultaneously, sequentially, or alternately, the surface area can be increased while limiting the size of the macroparticles, thereby preventing excessive aggregation of nanoparticles attached to the surface of the macroparticles. to provide.

본 발명의 다른 목적은 전술한 표면개질된 중합체 매크로입자를 혼련하여 제조된 나노입자-중합체 복합재료를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a nanoparticle-polymer composite prepared by kneading the surface modified polymer macroparticles described above.

본 발명의 하나의 목적은 중합체 매크로입자의 표면에 메조입자 및 나노입자를 충격식 타격수단, 낙차식 혼합수단, 고속분사수단과 같은 기계적 수단을 이용해서 고정화하는 것을 특징으로 하는, 나노입자로 표면개질된 중합체 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다. One object of the present invention is to fix the mesoparticles and nanoparticles on the surface of the polymer macroparticles by using mechanical means such as impact striking means, drop mixing means, high-speed spray means, surface with nanoparticles It is to provide a modified polymer and a method of making the same.

본 발명의 다른 목적은 상기 얻어진 나노입자로 표면개질된 중합체를 사용하 여 나노입자-중합체 복합재료를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a nanoparticle-polymer composite using the polymer surface-modified with the obtained nanoparticles.

이하에 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. The present invention is explained in more detail below.

본 발명에서, 중합체 매크로입자로 사용되는 중합체의 종류에는 한정이 없지만, 구체적으로 예를 들면 다음과 같다: 폴리에틸렌계 수지, 예를 들면, 저밀도 폴리에틸렌수지 (LDPE), 초저밀도 폴리에틸렌수지 (LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌 (HDPE), 에틸렌-비닐아세테이트수지 (EVA), 이의 공중합체 등; - 폴리스티렌계 수지, 예를들면, HIPS, GPPS, SAN 등; - 폴리프로필렌계 수지, 예를들면, HOMO PP, RANDOM PP, 이의 공중합체; 투명 또는 일반 ABS(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 삼원공중합체); - 경질 PVC; - 엔지니어링 플라스틱, 예를들면, 나일론, PRT, PET, POM(아세탈), PC, 우레탄, 분체수지, PMMA, PES, 등. In the present invention, there are no limitations on the kind of polymer used as the polymer macroparticles, but specific examples are as follows: polyethylene-based resins such as low density polyethylene resin (LDPE), ultra low density polyethylene resin (LLDPE), High density polyethylene (HDPE), ethylene-vinylacetate resin (EVA), copolymers thereof, and the like; Polystyrene-based resins such as HIPS, GPPS, SAN and the like; Polypropylene-based resins such as HOMO PP, RANDOM PP, copolymers thereof; Transparent or general ABS (acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymer); -Rigid PVC; Engineering plastics such as nylon, PRT, PET, POM (acetal), PC, urethane, powder resin, PMMA, PES, etc.

본 발명에서, 매크로입자의 크기는 100~500 ㎛, 메조입자의 크기는 1~10 ㎛이고, 나노입자의 크기는 5~500 nm이다. 중합체 입자의 분쇄는 일반적인 분쇄기를 사용하여 행해질 수 있다. In the present invention, the size of the macroparticles is 100 ~ 500 ㎛, the size of the meso particles 1 ~ 10 ㎛, the size of the nanoparticles is 5 ~ 500 nm. Crushing the polymer particles can be done using a common mill.

메조입자는 매크로입자 또는 나노입자의 재료와 유사하거나 동일할 수 있다. 구체적으로는 거대입자와 동일하거나 유사한 중합체, 실리카, 티타니아, 알루미나, 탄산칼슘 등과 같은 중합체 충전제 물질을 언급할 수 있다. The mesoparticles may be similar or identical to the material of the macroparticles or nanoparticles. Specifically mention may be made of polymer filler materials, such as polymers identical or similar to macroparticles, silica, titania, alumina, calcium carbonate and the like.

나노입자는 특별히 한정되지 않으며, 금속, 무기, 유기, 또는 이들의 복합재료로 제조될 수 있으며, 특별하게는 전이금속 또는 금, 은을 언급할 수 있다. The nanoparticles are not particularly limited, and may be made of metal, inorganic, organic, or a composite material thereof, and specifically, mention may be made of transition metal, gold, or silver.

전술한 메조입자와 나노입자는 분체로 공급될 수도 있지만, 콜로이드 용액의 형태로 공급될 수 있다. 콜로이드 형태일 경우에, 미소액적의 형태로 분사함으로 써 매크로입자의 표면에 도포할 수 있다. The mesoparticles and nanoparticles described above may be supplied in powder form, but may be supplied in the form of a colloidal solution. In the case of the colloidal form, it can be applied to the surface of the macroparticle by spraying in the form of microdroplets.

본 발명에 있어서, 매크로입자, 메조입자 또는 나노입자의 상대적인 크기는, 이들의 평균입도를 기준으로 할 때, 매크로입자와 메조입자가 20:1 내지 100:1, 메조입자와 나노입자가 20:1 내지 100:1 일 수 있지만, 필요에 따라 조절할 수 있다. 예를 들면, 중합체 매크로입자가 200~400 ㎛의 평균입도를 갖는 경우, 탄산칼슘 또는 또다른 중합체의 메조입자는 2~10 ㎛의 평균입도를 가질 수 있으며, 은나노입자는 40 ~ 200 nm 의 평균입도를 가질 수 있다. In the present invention, the relative size of the macroparticles, mesoparticles or nanoparticles, based on their average particle size, the macroparticles and mesoparticles 20 to 100: 1, the meso particles and nanoparticles 20: It may be 1 to 100: 1, but can be adjusted as needed. For example, when the polymer macroparticles have an average particle size of 200 to 400 μm, the mesoparticles of calcium carbonate or another polymer may have an average particle size of 2 to 10 μm, and the silver nanoparticles have an average particle size of 40 to 200 nm. It may have a particle size.

본 발명에 있어서, 매크로입자 표면에 메조입자 또는 나노입자의 부착은 입자들 사이의 정전기 흡착력 뿐만 아니라 충격식 타격수단, 낙차식 혼합수단 또는 고속분사수단과 같은 기계적 수단에 의해 달성된다. 충격식 타격수단으로는 고속회전하는 커터 등을 갖춘 충격식 분쇄장치와 같은 충격식 타격수단을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 충격식 타격수단의 예로서 한국특허 1990-001366호에 개시된 장치 또는 이와 유사한 기능을 갖는 시판 장치 (예. 동명기공에서 제조판매하는 HYBRI-DIC)를 언급할 수 있다. 언급된 충격식 타격장치에서는 충격작업이 단시간 (수초-수분) 내에 연속해서 여러 차례 반복되므로 메조입자/나노입자는 매크로입자의 표면에 매설되거나 단단하게 고착될 수 있다. In the present invention, the attachment of mesoparticles or nanoparticles to the surface of the macroparticles is achieved by mechanical means such as impact striking means, drop mixing means or high speed spraying means as well as electrostatic adsorption force between the particles. As the impact striking means, it may be desirable to use an impact striking means such as an impact crushing device equipped with a cutter that rotates at high speed. As an example of the impact striking means, a device disclosed in Korean Patent No. 1990-001366 or a commercially available device having a similar function (eg, HYBRI-DIC manufactured and sold by Dongmyung) can be mentioned. In the impact impact device mentioned, the mesoparticles / nanoparticles can be embedded or firmly fixed on the surface of the macroparticles since the impact operation is repeated several times in succession within a short time (seconds-minutes).

본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 일반적으로 구입가능한 중합체칩을 충격식 분쇄장치에서 평균입도 200 ㎛으로 분쇄하여 중합체 매크로입자를 제조하고, 제조된 매크로입자를 가열 순환시키면서 평균입도 2 ㎛의 탄산칼슘 용액 및 평균입도 20 ㎚의 은나노입자 콜로이드 용액을 순차적으로, 교대로 또는 동시에 매크로입자 에 분사하고, 용매를 서서히 제거한다. 이렇게 메조입자/나노입자로 처리된 매크로입자들은 충격식 분쇄장치에 또다시 도입하여 분쇄 및 순환을 반복함으로써, 응집된 매크로입자들을 재차 분쇄시키고, 매크로입자에 도포되는 메조입자/나노입자의 양을 증가시킬 수 있다. According to one embodiment of the present invention, a commercially available polymer chip is pulverized to an average particle size of 200 μm in an impact mill to produce polymer macroparticles, and carbonic acid having an average particle size of 2 μm is heated and circulated through the prepared macroparticles. A calcium solution and a silver nanoparticle colloidal solution having an average particle size of 20 nm are sprayed on the macroparticles sequentially, alternately or simultaneously, and the solvent is gradually removed. The macroparticles treated with mesoparticles / nanoparticles are introduced into the impact mill again and again, and the grinding and circulation are repeated to crush the agglomerated macroparticles again, and to reduce the amount of mesoparticles / nanoparticles applied to the macroparticles. Can be increased.

도 1은 본 발명에 따라 제조된 나노입자-메조입자-매크로입자 복합소재의 형상을 개념적으로 나타내는 설명도이다. 매크로입자(1)에 부착된 메조입자(2)는 표면적을 대폭 증가시키고, 나노입자(3)는 매크로입자(1)와 메조입자(2)의 표면에 분산되어 있다.1 is an explanatory view conceptually showing the shape of the nanoparticle-mesoparticle-macroparticle composite prepared according to the present invention. Mesoparticles 2 attached to the macroparticles 1 significantly increase the surface area, and the nanoparticles 3 are dispersed on the surfaces of the macroparticles 1 and the mesoparticles 2.

도 2는 본 발명에 따라 제조된 다층구조의 복합소재의 형상을 개념적으로 나타내는 설명도이다. 우측상단의 박스 안에는 매크로입자(1)과 메조입자(2) 사이에 부착된 나노입자(1)들은 우측 상단의 박스 안에만 도시되어 있는데, 메조입자와 나노입자가 수회에 걸쳐 동시에 또는 교대로 분사되어 매크로입자 표면에 다층구조를 형성할 수 있음을 보여주고 있다. Figure 2 is an explanatory view conceptually showing the shape of the composite material of a multi-layer structure manufactured according to the present invention. In the upper right box, the nanoparticles 1 attached between the macroparticles 1 and the mesoparticles 2 are only shown in the upper right box, where the mesoparticles and nanoparticles are sprayed simultaneously or alternately several times. It has been shown that a multi-layer structure can be formed on the macroparticle surface.

본 발명의 방법에 있어서, 중합체 매크로입자에는 정전기가 유발될 수 있도록 분쇄조건, 순환조건 및/또는 작업온도를 조절하는 것이 바람직하며, 필요에 따라 정전기장치를 설치할 수 있다. 정전기-유발된 매크로입자는 메조입자/나노입자의 흡착을 향상시킬 뿐만 아니라 매크로입자들 사이의 응집을 증대시킬 수 있지만, 응집된 매크로입자들은 반복된 순환과정에서 충격식 분쇄장치에 의해 분쇄된다. In the method of the present invention, it is preferable to adjust the grinding conditions, the circulation conditions and / or the working temperature to the polymer macroparticles to induce static electricity, it is possible to install an electrostatic device if necessary. Electrostatic-induced macroparticles can not only enhance the adsorption of mesoparticles / nanoparticles but also increase agglomeration between macroparticles, but the agglomerated macroparticles are pulverized by an impact mill in a repeated circulation process.

본 발명에서 사용하는 메조입자는 매크로입자와 동일 또는 유사한 물질로 만들거나 매크로입자와 나노입자의 결합을 도와주는 물질로 제조하는 것이 바람직하 다. 아울러, 메조입자와 나노입자들은 단일성분으로 구성되거나 다성분으로 구성될 수 있다. 즉 은나노입자와 다른 금속 또는 무기 나노입자를 포함하는 혼합물 또는 혼합물의 콜로이드 용액을 사용함으로써, 응집없이 분산시키고자 하는 대상물질, 예를 들면 은나노입자의 응집을 최대한 억제할 수도 있다. The mesoparticles used in the present invention are preferably made of the same or similar material as the macroparticles or made of a material that helps the macroparticles and the nanoparticles bind. In addition, mesoparticles and nanoparticles may be composed of a single component or multicomponent. That is, by using a colloidal solution of a mixture or a mixture containing silver nanoparticles and other metal or inorganic nanoparticles, aggregation of a target material to be dispersed without aggregation, for example, silver nanoparticles, may be suppressed as much as possible.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 일반적으로 구입가능한 중합체칩을 평균입도 200 ㎛으로 분쇄하여 중합체 매크로입자를 제조하고, 제조된 매크로입자를 믹서와 같은 혼합장치에서 가열하에 처리하여 정전기를 유발하고, 여기에 평균입도 2 ㎛의 탄산칼슘 용액 및 평균입도 20 ㎚의 은나노입자 콜로이드 용액을 순차적으로, 교대로 또는 동시에 매크로입자에 분사하고, 용매를 제거한다. 메조입자 및 나노입자의 도입은 여러번에 걸쳐 행하는 것이 바람직하나 필수적인 것은 아니다. 믹서 또는 니더와 같은 혼합장치는 일반적인 믹서 또는 니더를 사용할 수 있지만, V형 혼합기와 같은 낙차형 혼합장치나 O형 순환 분쇄형 혼합장치가 바람직하다. According to another embodiment of the present invention, generally, a commercially available polymer chip is pulverized to an average particle size of 200 μm to prepare polymer macroparticles, and the prepared macroparticles are treated under heating in a mixing apparatus such as a mixer to induce static electricity, Here, a calcium carbonate solution having an average particle size of 2 µm and a silver nanoparticle colloidal solution having an average particle size of 20 nm are sprayed on the macroparticles sequentially, alternately or simultaneously, to remove the solvent. Introduction of mesoparticles and nanoparticles is preferably carried out several times, but is not essential. Mixing devices such as mixers or kneaders may use a general mixer or kneader, but a drop-type mixing device such as a V-type mixer or an O type circulating grinding mixer is preferable.

본 발명의 또다른 구현예에 따르면, 나노입자와 메조입자로 처리된 매크로입자는 경우에 따라 열처리하여 나노입자와 메조입자의 전부 또는 일부를 연화,용융시켜 이들을 매크로입자 표면에 고착시킴으로써, 추가의 충격식 분쇄과정 또는 순환과정에서 나노입자와 메조입자가 매크로입자로부터 탈리하는 것을 방지할 수 있다. 더나가서, 이러한 열처리를 통해 나노입자/메조입자로 처리된 매크로입자 표면에 피막을 형성시킴으로써 다층구조를 갖는 중합체 입자를 제조하는 것도 가능하다. According to another embodiment of the present invention, the macroparticles treated with nanoparticles and mesoparticles are optionally heat treated to soften and melt all or part of the nanoparticles and mesoparticles, thereby fixing them on the surface of the macroparticles. It is possible to prevent the nanoparticles and the mesoparticles from being detached from the macroparticles in the impact grinding or circulation process. Furthermore, it is also possible to produce polymer particles having a multi-layer structure by forming a film on the surface of macroparticles treated with nanoparticles / mesoparticles through this heat treatment.

본 발명의 또다른 구현예에 따르면, 매크로입자 상에서 나노입자들끼리의 응 집을 방지하고 응집된 나노입자들을 분쇄하기 위한 초음파분쇄장치를 사용할 수 있다. According to another embodiment of the present invention, it is possible to use an ultrasonic grinding device for preventing the aggregation of the nanoparticles on the macroparticles and for pulverizing the aggregated nanoparticles.

본 발명의 또다른 목적은, 전술한 방법을 실시하기 위한 장치를 제공하는 것으로, 충격식 타격수단을 설치한 충격실, 이 충격실에 매크로입자를 공급하기 위한 공급구, 충격실의 출구에서 상기 공급구로 연통하는 순환로, 순환로에 설치된 메조입자 공급구 및 나노입자 공급구, 경우에 따라서는 순환하는 매크로입자에 정전기를 유발하기 위한 정전기수단 및 초음파분쇄수단을 구비한다. Another object of the present invention is to provide an apparatus for implementing the above-described method, comprising: an impact chamber provided with impact impact means; a supply port for supplying macroparticles to the impact chamber; A circulation passage communicating with the supply port, a meso particle supply port and a nano particle supply port provided in the circulation path, and in some cases, electrostatic means and ultrasonic grinding means for causing static electricity to the circulating macroparticles.

이렇게 제조된 나노입자-메조입자-매크로입자 다층구조 복합소재를 혼련하여 나노입자-중합체 복합소재를 제조할 수 있다. The nanoparticle-mesoparticle-macroparticle multilayer structure composite material thus prepared may be kneaded to prepare a nanoparticle-polymer composite material.

본 발명의 하나의 바람직한 방법에 따르면, 매크로입자는 중합체 입자이고, 메조입자는 무기 또는 유기입자이고, 나노입자는 무기 또는 금속입자로 구성된다. 예를 들면, 매크로입자는 나일론 12이고, 메조입자는 이산화티탄 입자, 나노입자는 은나노입자 또는 은이 담지된 실리카 또는 티타니아 입자일 수 있다. According to one preferred method of the invention, the macroparticles are polymer particles, the mesoparticles are inorganic or organic particles, and the nanoparticles are composed of inorganic or metal particles. For example, the macroparticles may be nylon 12, the mesoparticles may be titanium dioxide particles, the nanoparticles may be silver nanoparticles or silver or silica or titania particles supported thereon.

이상에서 본 발명을 바람직한 구현예를 예를 들어 도식적으로 설명하였으나, 본 발명은 상기 구현예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다. Although the present invention has been described in terms of preferred embodiments by way of example, the present invention is not limited to the above embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.

본 발명에 따르면, 기존 복합재료 공정의 문제점인 나노입자들간의 응집체 형성의 문제를 방지하면서 나노입자-중합체 복합소재를 간편하고 용이하게 제조할 수 있는 방법이 제공된다. According to the present invention, there is provided a method for easily and easily preparing a nanoparticle-polymer composite material while preventing the problem of aggregate formation between nanoparticles, which is a problem of the existing composite material process.

Claims (7)

중합체 매크로입자의 표면에 메조입자 및 나노입자가 부착되어 나노입자-메조입자-매크로입자로 된 복합구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 메조입자 및 나노입자로 표면개질된 매크로입자 중합체. A macroparticle polymer surface-modified with mesoparticles and nanoparticles, wherein the mesoparticles and nanoparticles are attached to the surface of the polymer macroparticles to have a complex structure of nanoparticles-mesoparticle-macroparticles. 제 1 항에 있어서, 전술한 메조입자는 중합체입자 또는 무기입자, 및 나노입자는 무기 또는 금속입자인 것을 특징으로 하는, 메조입자 및 나노입자로 표면개질된 매크로입자 중합체. The macroparticle polymer of claim 1, wherein the mesoparticles described above are polymer particles or inorganic particles, and the nanoparticles are inorganic or metal particles. 제 1 항에 있어서, 나노입자가 은나노입자 또는 은이 담지된 무기입자인 것을 특징으로 하는, 메조입자 및 나노입자로 표면개질된 매크로입자 중합체. The macroparticle polymer surface-modified with mesoparticles and nanoparticles according to claim 1, wherein the nanoparticles are silver nanoparticles or silver-supported inorganic particles. 중합체 매크로입자의 표면에 메조입자 및 나노입자를 충격식 타격수단, 낙차식 혼합수단, 고속분사수단에서 선택되는 기계적 수단에 의해 부착하여 나노입자-메조입자-매크로입자로 된 복합구조를 형성시키고, 경우에 따라 열처리하여 나노입자 또는 메조입자를 매크로입자 표면에 고착시키는 것을 특징으로 하는, 메조입자 및 나노입자로 표면개질된 매크로입자 중합체의 제조방법. Mesoparticles and nanoparticles are attached to the surface of the polymer macroparticles by mechanical means selected from impact striking means, drop mixing means, and high speed spraying means to form a composite structure of nanoparticle-mesoparticle-macroparticles, A method of producing a macroparticle polymer surface-modified with mesoparticles and nanoparticles, characterized in that the nanoparticles or mesoparticles are adhered to the macroparticle surface by heat treatment in some cases. 중합체 매크로입자의 표면에 메조입자 및 나노입자가 부착되어 나노입자-메 조입자-매크로입자로 된 복합구조를 갖는 메조입자 및 나노입자로 표면개질된 매크로입자 중합체를 임의의 중합체와 함께 혼합하고 혼련하는 것을 특징으로 하는, 나노입자-중합체 복합소재의 제조방법.Mesoparticles and nanoparticles are attached to the surface of the polymer macroparticles so that the mesoparticles having a complex structure of nanoparticles-mesoparticles-macroparticles and the surface-modified macroparticle polymers are mixed and kneaded with any polymer. Characterized in that the nanoparticle-polymer composite material. 제 5 항의 방법에 따라 제조된 나노입자-중합체 복합소재.Nanoparticle-polymer composite prepared according to the method of claim 5. 충격식 타격수단을 설치한 충격실, 이 충격실에 매크로입자를 공급하기 위한 공급구, 충격실의 출구에서 상기 공급구로 연통하는 순환로, 순환로에 설치된 메조입자 공급구 및 나노입자 공급구, 및 경우에 따라서는 순환하는 매크로입자에 정전기를 유발하기 위한 정전기수단 및 초음파분쇄수단을 구비하는, 나노입자-메조입자-매크로입자로 된 복합구조를 갖는 표면개질된 중합체 매크로입자 제조용 장치. An impact chamber provided with impact striking means, a supply port for supplying macroparticles to the impact chamber, a circulation passage communicating from the outlet of the impact chamber to the supply port, a meso particle supply port and a nano particle supply port provided in the circulation path, and the case Apparatus for producing surface-modified polymer macroparticles having a composite structure of nanoparticle-mesoparticle-macroparticles, comprising electrostatic means and ultrasonic grinding means for causing static electricity in the circulating macroparticles.
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