KR20060125508A - 기능성 유기 입자, 및 그 제조 방법 - Google Patents

기능성 유기 입자, 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유기 고분자 매트릭스에 분산된 기능성 나노 입자를 포함하는 기능성 유기 입자로서, 기능성 유기 입자의 중심으로부터 입경이 증가하는 방향으로 기능성 나노 입자의 분포가 증가하는 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
기능성 유기 입자, 기능성 나노 입자, 현탁 중합, 원심력

Description

기능성 유기 입자, 및 그 제조 방법{FUNCTIONAL ORGANIC PARTICLE, AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
도 1은 본 발명의 기능성 유기 입자의 일 예를 나타낸 단면도.
도 2는 기능성 유기 입자의 표면으로부터 중심 방향으로 기능성 유기 입자 반경의 50%가 되는 지점까지의 외곽 영역 내에 전체 기능성 나노 입자 수의 70 % 내지 100 %를 포함하는 기능성 유기 입자의 일 예를 나타낸 단면도.
도 3은 외곽 영역의 범위 안에서 전체 기능성 나노 입자 수의 70 % 내지 100 %가 포함되는 영역의 두께가 20 nm인 기능성 유기 입자의 일 예를 나타낸 단면도.
도4는 표면에 기능성 나노 입자가 분포된 기능성 유기 입자의 단면 사진.
[산업상 이용분야]
본 발명은 기능성 유기 입자, 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 유기 고분자 매트릭스에 분산된 기능성 나노 입자를 포함하는 기능성 유기 입자로서 적은 양의 기능성 나노 입자를 사용하여도 우수한 기능성을 나 타내는 기능성 유기 입자 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.
본 출원은 2005년 6월 1일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2005-0046706호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
[종래기술]
기능성 유기 입자의 한 예인 전도성 유기 입자는 종래에 유화 중합 또는 분산 중합으로 합성된 미세 유기 입자의 표면에 후처리 과정으로 백금 등의 금속을 전착시키는 방법을 사용하여 제조되었다. 이러한 종래의 방법은 미세 유기 입자의 표면에 균일하고 얇은 전도성 막을 형성시킬 수 있다는 장점이 있다. 그러나 중합 또는 전착 가능한 원료를 선정하기가 어려우며, 전착 가능한 원료의 가격이 비싸 대량생산이 어려운 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위하여, 한국 공개특허공보 2003-0049007호에는 나노 크기의 은 콜로이드 용액, 단량체, 유화제, 개시제 등을 혼합한 후, 유화중합, 분산중합, 마이크로 유화중합 등의 방법으로 은 입자를 수지 조성물로 캡슐화시키는 방법이 기재되어 있다.
그러나, 상기 방법으로 제조되는 캡슐은 고분자 수지 내부에 은 입자가 불규칙적으로 분산되어 있기 때문에, 고분자 수지 내부에 깊숙히 박혀 있는 은 입자는 제 역할을 하지 못하게 되며, 충분한 효과를 얻기 위해서는 많은 양의 은 입자를 첨가해야 한다는 문제점이 있다.
본 발명자들은 적은 양의 기능성 나노 입자를 포함하여도 우수한 기능성을 나타낼 수 있는 기능성 유기 입자의 구조를 밝혀내었다. 또한 본 발명자들은 상기와 같은 구조의 기능성 유기 입자를 균일한 형태 및 좁은 입경 분포를 갖도록 제조하는 방법을 밝혀내었다. 이에 본 발명은 상기 구조를 갖는 기능성 유기 입자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 유기 고분자 매트릭스, 및 상기 유기 고분자 매트릭스에 분산된 기능성 나노 입자를 포함하는 기능성 유기 입자로서, 중심으로부터 입경이 증가하는 방향으로 기능성 나노 입자의 분포량이 증가하는 기능성 유기 입자를 제공한다.
또한 본 발명은 유기 고분자 매트릭스, 및 상기 유기 고분자 매트릭스에 분산된 기능성 나노 입자를 포함하는 기능성 유기 입자의 제조 방법으로서, 단량체, 분자량 조절제, 및 기능성 나노 입자를 혼합하여 단량체 혼합물을 제조하는 단계; 상기 단량체 혼합물에 중합개시제를 넣고 반응시키는 제1차 반응 단계; 및 상기 제1차 반응의 생성물을 분산제 용액과 혼합하여, 상기 기능성 유기 입자의 중심으로부터 입경이 증가하는 방향으로, 기능성 나노 입자의 분포량을 증가시키는데 필요한 크기의 원심력을 가하며 반응시키는 제2차 반응 단계를 포함하는 기능성 유기 입자의 제조 방법을 제공한다.
상기 기능성 유기 입자의 제조 방법은 상기 제2차 반응 단계 이후에, 상기 제2차 반응의 생성물에 상기 제2차 반응 단계에서 가해지는 원심력보다 약한 원심 력을 가하며 반응시키는 제3차 반응 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 기능성 유기 입자의 일 예를 나타낸 단면도이다. 다만, 본 발명의 기능성 유기 입자가 도 1의 구성으로만 한정되는 것은 아니다. 도 1을 참고하면, 본 발명의 기능성 유기 입자(10)는 유기 고분자 매트릭스(11), 및 상기 유기 고분자 매트릭스에 분산된 기능성 나노 입자(12)를 포함하며, 상기 기능성 유기 입자(10)의 중심으로부터 입경이 증가하는 방향으로 기능성 나노 입자(12)의 분포량이 증가하는 것을 특징으로 한다.
기능성 나노 입자의 함량이 기능성 유기 입자의 중심으로부터 입경이 증가하는 방향으로 증가할 경우에, 표면 가까이에 위치하는 기능성 나노 입자의 분포량이 증가하여, 기능성 나노 입자의 활용도가 증가하고, 이에 따라 적은 양의 기능성 나노 입자만으로도 상대적으로 우수한 기능을 나타내는 기능성 유기 입자가 될 수 있다.
상기 기능성 유기 입자에 포함되는 유기 고분자 매트릭스를 구성하는 단량체는 특별히 한정되지 않으나, 하나 이상의 비닐기를 가지는 단량체가 바람직하다. 구체적으로 i) 스티렌, 모노클로로스티렌, 메틸스티렌, 및 디메틸스티렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 방향족 비닐계 단량체; ii) 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 및 2-에틸헥실아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 아크릴레이트계 단량체; iii) 메틸 메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴 레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 도데실 메타크릴레이트, 및 2-에틸헥실 메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 메타크릴레이트계 단량체; 및 iv) 부타디엔, 및 이소프렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 디엔계 단량체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 단량체를 사용할 수 있다.
또한, 유기 고분자 매트릭스는 단량체에, 디비닐벤젠, 에틸렌 디메타크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 1,6-헥사메틸렌 디아크릴레이트, 알릴 메타크릴레이트, 1,1,1-트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리알릴아민 및, 테트라알릴옥시에탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 크로스링킹제를 부가하여 중합되는 것이 바람직하다. 크로스링킹제는 기능성 유기 입자의 기계적 강도를 향상시킬 수 있다.
상기 유기 고분자 매트릭스에 분산된 기능성 나노 입자는 이것이 포함되는 유기 입자에 목적하는 기능을 부여하는 것이면 그 기능이나 재료의 종류에 한정되지 않는다. 본 발명에서 상기 기능성 나노 입자는 예를 들어, 전도성 나노 입자, 칼라 나노 입자, 대전 제어제(charge control agents) 나노 입자 등일 수 있다. 대전 제어제를 고 마찰 대전 특성 나노 입자로서 사용하는 경우, 대전 방지 기능성 유기 입자를 제조하는 것이 가능하다.
전도성 나노 입자는, a) 구리, 은, 금, 백금, 인듐틴옥사이드(ITO), 및 안티몬틴옥사이드(ATO)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 기능성 금속; b) 카본 블랙, 흑연, 카본나노튜브, 플러렌, 카본나노혼, 카본나노링, 및 카본나노와이어로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나노카본; 또는 c) 이들 중에서 선택되는 2 종 이상을 포함하는 혼합물로 이루어진 것일 수 있다.
상기 기능성 나노 입자는 상기 기능성 유기 입자의 전체 중량에 대하여 0.1 내지 50 중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 기능성 나노 입자의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 상기 기능성 유기 입자가 충분한 기능성을 나타낼 수 없으며, 50 중량%를 초과하는 경우에는 본 발명의 기능성 유기 입자의 구조를 형성하기 어렵다.
본 발명의 기능성 유기 입자는 100 nm 내지 1 mm의 입경을 가지는 것이 바람직하며, 0.5 내지 100 ㎛의 입경을 가지는 것이 더 바람직하다. 기능성 유기 입자의 입경이 100 nm 미만인 경우에는 취급이 용이하지 않으며, 1 mm를 초과하는 경우에는 기능성 나노 입자 사이의 간극이 커져서 기능성 유기 입자가 기능성 나노 입자에 의해 부여되는 기능성을 충분히 나타내지 못할 수 있다.
또한, 상기 기능성 유기 입자에 포함되는 기능성 나노 입자는 10 nm 내지 100 ㎛의 입경을 가지는 것이 바람직하며, 10 nm 내지 1 ㎛의 입경을 가지는 것이 더 바람직하다. 기능성 나노 입자의 입경이 10 nm 미만인 경우에는 기능성 나노 입자들이 특정 분포를 이루기 어려우며, 100 ㎛를 초과하는 경우에는 본 발명의 기능성 유기 입자의 구조의 형성이 어렵다.
다만, 상기 기능성 나노 입자가 본 발명에서 원하는 분포를 이루기 위해서는 상기 입경 범위 내에서 기능성 나노 입자의 입경이 상기 기능성 유기 입자의 입경의 1/4 이하인 것이 바람직하다.
특히, 상기 기능성 유기 입자는 기능성 유기 입자의 표면으로부터 중심 방향 으로 기능성 유기 입자 반경의 50%가 되는 지점까지의 외곽 영역 내에 전체 기능성 나노 입자 수의 70 % 내지 100 %가 포함되는 것이 바람직하다. 외곽 영역에 포함되는 기능성 나노 입자의 수가 전체의 70 % 미만인 경우에는 나노 입자의 안정화가 어렵고, 기능성 유기 입자에서의 기능성 향상의 효과가 미미하다.
도 2는 기능성 유기 입자의 표면으로부터 중심 방향으로 입자 반경의 50%가 되는 지점(23)까지의 외곽 영역(24) 내에 전체 기능성 나노 입자(12) 수의 70 % 내지 100 %를 포함하는 기능성 유기 입자(20)의 일 예를 나타낸 단면도이다. 다만, 본 발명의 기능성 유기 입자가 도 2의 구성으로만 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명의 기능성 유기 입자는 상기 외곽 영역(24) 범위 안에서 전체 기능성 나노 입자 수의 70 % 내지 100 %가 포함되는 기능성 나노 입자 농축 층의 두께가 10 nm 이상인 것이 더 바람직하다. 상기 기능성 나노 입자 농축 층의 두께가 10 nm 미만인 경우에는 기능성 유기 입자를 이용하는 과정에서 유기 입자의 구조가 붕괴될 수 있고, 상기 기능성 나노 입자가 전도성 나노 입자인 경우, 기능성 유기 입자에 의한 전도 패스가 단절될 염려가 있다.
도 3은 외곽 영역(24)의 범위 안에서 전체 기능성 나노 입자(12) 수의 70 % 내지 100 %가 포함되는 영역(33)의 두께가 20 nm인 기능성 유기 입자(30)의 일 예를 나타낸 단면도이다. 다만, 본 발명의 기능성 유기 입자가 도 3의 구성으로만 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 기능성 유기 입자는 또한, 상기 기능성 나노 입자들을 기능성 유기 입자의 표면 부근으로 농축시키기 위하여 첨가되는 기능성 나노 입자 안정화제 를 더 포함할 수 있다. 상기 기능성 나노 입자 안정화제는 온도나 산에 민감하지 않은 고분자 물질인 것이 바람직하다. 구체적으로는 선형 에스테르계 고분자, 스티렌계 고분자, 및 아크릴레이트계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 더 바람직하고, 스티렌-부타디엔-스티렌, 스티렌-이소프렌-스티렌, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌, 및 스티렌-에틸렌-프로필렌-스티렌 블록 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 가장 바람직하다.
상기 기능성 유기 입자에 포함되는 기능성 나노 입자가 본 발명의 특정한 구조를 가지기 위해서는 상기 기능성 유기 입자의 제조 방법 중 현탁 중합 과정에서 원심력을 가하며 제조되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 원심력 부가의 효과를 나타내기 위해서는 상기 기능성 나노 입자는 유기 고분자 매트릭스보다 비중이 큰 것이 바람직하다. 기능성 나노 입자의 비중이 유기 고분자 매트릭스의 비중보다 크지 않은 경우에는 원심력에 의해서는 상기와 같은 기능성 유기 입자의 구조가 형성되지 않으며, 기능성 나노 입자의 분포를 열역학적인 방법에만 의존하여야 하므로, 기능성 나노 입자를 기능성 유기 입자의 표면 부근으로 농축시키기 어렵다.
본 발명의 기능성 유기 입자는 단량체, 분자량 조절제, 및 기능성 나노 입자를 혼합하여 단량체 혼합물을 제조하는 단계; 상기 단량체 혼합물에 중합개시제를 넣고 반응시키는 제1차 반응 단계; 및 상기 제1차 반응의 생성물을 분산제 용액과 혼합하고, 상기 기능성 유기 입자의 중심으로부터 입경이 증가하는 방향으로, 기능성 나노 입자의 분포량을 증가시키는데 필요한 크기의 원심력을 가하며 반응시키는 제2차 반응 단계를 포함하는 기능성 유기 입자의 제조 방법에 따라 제조될 수 있다.
상기 기능성 유기 입자의 제조 방법은 상기 제2차 반응 단계 이후에, 상기 제2차 반응의 생성물에 상기 제2차 반응 단계에서 가해지는 원심력보다 약한 원심력을 가하며 반응시키는 제3차 반응 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 분산제 용액은 비활성 용매에 분산제가 포함된 용액을 나타낸다. 상기 비활성 용매의 비제한적인 예로는 물이 있다.
상기 분자량 조절제는 t-도데실 메르캅탄, n-도데실 메르캅탄, n-옥틸메르캅단, 사염화탄소 및 사브롬화탄소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하다.
상기 단량체 혼합물을 제조하는 단계에서 기능성 나노 입자 안정화제를 더 첨가할 수도 있다. 또한 상기 단량체 혼합물을 제조하는 단계에서 크로스링킹제를 더 첨가할 수도 있다.
상기 기능성 유기 입자의 제조 방법에 있어서, 단량체, 기능성 나노 입자 안정화제, 기능성 나노 입자 및 크로스링킹제에 관한 사항은 앞서 기재한 사항과 동일하므로, 이하 상세한 설명을 생략한다.
상기 단량체 혼합물은 단량체 100 중량부에 대하여, 분자량 조절제 0.001 내지 8 중량부, 및 기능성 나노 입자 0.1 내지 50 중량부를 혼합하여 제조되는 것이 바람직하며, 추가로 들어갈 수 있는 기능성 나노 입자 안정화제는 0.1 내지 50 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 단량체 혼합물의 성분이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 본 발명의 기능성 유기 입자의 구조를 형성하기 어렵다.
상기 단량체 혼합물의 제조 방법은 특별히 한정되지 않으나, 상온에서 500 내지 3000 rpm의 회전속도로 30분 내지 5 시간 동안 혼합하는 것이 바람직하며, 비드밀(bead mill)을 이용하여 혼합하는 것이 더 바람직하다.
상기 단량체 혼합물에 첨가되는 중합개시제로는 통상적인 중합 개시제를 사용할 수 있다. 구체적으로 부가 중합개시제를 사용할 수 있으며, 이의 예로는 아조계 개시제, 유기 퍼옥사이드계 개시제, 또는 과황산염 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 아조비스이소부티로니트릴, 아조비스발레로니트릴, 벤조일퍼옥사이드, 라우로일퍼옥사이드, 과황산칼륨, 및 과황산암모늄으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 중합개시제를 사용할 수 있다.
상기 중합개시제의 함량은 통상적인 중합반응에 사용되는 함량 범위 내에서 선택적으로 사용할 수 있으므로, 특별히 한정되지는 않는다. 부가 중합인 경우, 단량체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부로 사용되는 것이 바람직하며, 0.1 내지 2 중량부로 사용되는 것이 더 바람직하다. 중합개시제의 함량이 0.01 중량부 미만인 경우에는 반응 진행 속도가 느리고, 원하는 반응 수율을 얻을 수 없으며, 5 중량부를 초과하는 경우에는 기능성 나노 입자의 분산성이 떨어져 바람직한 기능성 유기 입자를 제조할 수 없게 된다.
상기 제1차 반응은 30 내지 95 ℃에서 교반하며 1 내지 30 분 동안 반응시키는 것이 바람직하다. 제1차 반응 온도가 30 ℃ 미만이거나, 반응시간이 1 분 미만인 경우에는 중합개시제에 의한 충분한 개시가 일어나지 못한다. 또한 제1차 반응 온도가 95 ℃를 초과하거나 30 분을 초과하는 경우에는 과도한 반응으로 반응물의 점도가 상승하여 균일한 입자 형성이 어려워진다.
상기 제1차 반응과는 별개로 30 내지 95 ℃의 온도를 가지는 분산제 용액을 준비한다. 제1차 반응의 생성물의 급격한 온도 변화를 막기 위하여 상기 분산제 용액의 온도는 제1차 반응의 생성물의 온도와 동일하게 유지하는 것이 더 바람직하다.
상기 제2차 반응 단계에서는 상기 분산제 용액에 상기 제1차 반응의 생성물을 혼합하여 반응시키는데, 이때 분산제는 기능성 유기 입자의 입경 분포를 최적화하기 위한 것이다. 분산제로는, a) 실리카, 불용성 칼슘염 및 불용성마그네슘염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 무기분산제; b) 지방산염, 알킬 황산에스테르염, 알킬아릴 황산에스테르염, 디알킬 설포숙신산염, 및 알킬 인산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 음이온성 계면활성제; 또는 c) 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시알킬렌 알킬페놀에테르, 솔비탄지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리비닐 알콜, 알킬 셀룰로오스, 및 폴리비닐 피롤리돈으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비이온성 계면활성제 중에서 선택되는 1종 이상인 것이 바람직하며, 콜로이달 실리카, 인산칼슘염, 수산화마그네슘염, 또는 폴리비닐알콜인 것이 더 바람직하다.
상기 분산제 용액 중의 비활성 용매는 물인 것이 바람직하며, 이 경우에 분산제 수용액에 포함되는 분산제의 농도는 특별히 한정되지 않으나, 물 100 중량부에 대하여 0.1 내지 50 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 분산제의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우에는 분산제의 효과가 미미하며, 50 중량부를 초과하는 경우에는 유화중합에 의한 부반응으로 인해 기능성 나노 입자를 포함하지 않은 입자가 생성되어 기능성 유기 입자 형성이 균일하지 않게 된다.
상기 제2차 반응 단계는 상기 제1차 반응의 생성물과 분산제 용액의 중량비를 1:95 내지 50:50으로 혼합하여 진행하는 것이 바람직하다. 제1차 반응의 생성물과 분산제 용액의 중량비가 1:95 미만인 경우에는 분산 효과는 뛰어나지만 최종 기능성 유기 입자의 생성량이 미미하여 상업적 생산이 어려우며, 50:50를 초과하는 경우에는 분산 안정성을 확보하기 어려워 중합 반응 도중 큰 입자들이 형성될 수 있다.
상기 제2차 반응 단계는 30 내지 95 ℃에서 5 내지 60 분 동안 진행하는 것이 바람직하다. 제2차 반응의 온도가 30 ℃ 미만이면 중합개시제의 충분한 개시가 일어나지 않아 반응을 진행하는데 충분하지 않다. 반응 시간이 5 분 미만인 경우에는 입자에 대한 원심력의 작용 시간이 충분치 않아 원하는 입자 구조에 불충분 하거나 상대적으로 짧은 전단력 작용 시간으로 기능성 유기 입자의 입경이 균일하지 못하다. 제2차 반응의 온도가 95 ℃를 초과하거나 60 분을 초과하는 경우에는 과도한 반응으로 반응물의 응집이 발생할 염려가 있다.
또한, 상기 제2차 반응 단계에서는 반응물에 상기 기능성 유기 입자의 중심으로부터 입경이 증가하는 방향으로, 기능성 나노 입자의 분포량을 증가시키는데 필요한 크기의 원심력을 가하며 진행하는 것이 바람직하다. 제2차 반응 단계에서 가해지는 원심력은 일반적인 교반기 또는 호모게나이저(homogenizer)를 이용하여 가할 수 있으며, 호모게나이저를 이용하는 것이 더 바람직하다.
상기 기능성 유기 입자의 중심으로부터 입경이 증가하는 방향으로, 기능성 나노 입자의 분포량을 증가시키는데 필요한 크기의 상기 원심력은 목표하는 기능성 유기 입자의 입경 및 분포에 따라 달라지며 대략적으로 50 G 내지 5000 G 범위로 가해지는 것이 바람직하다. 상기 원심력이 50 G 미만인 경우에는 기능성 나노 입자가 기능성 유기 입자의 바깥쪽으로 분포되지 못하고, 5000 G를 초과하는 경우에는 과도한 원심력으로 인해 기능성 유기 입자의 구조가 붕괴될 수 있다.
상기 제2차 반응 단계에서 가해지는 원심력은 교반기, 특히 호모게나이저의 로터의 회전 속도에 의하여 가해지는 원심력(공전 원심력) 과 기능성 유기 입자에 가해지는 전단력에 의하여 발생하는 입자의 회전에 의한 입자 내부의 원심력(자전 원심력)으로 구분된다. 두 가지 원심력이 함께 작용하여 기능성 나노 입자들이 기능성 유기 입자의 표면 방향으로 위치하게 한다.
상기 제3차 반응 단계는 30 내지 95 ℃에서 5 내지 30 시간 동안, 바람직하게는 5 내지 15시간 동안 반응을 지속시켜 진행하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제3차 반응 단계에서는 제2차 반응 단계에서보다 작은 원심력을 가하는 것이 바람직하다. 예를 들어 1G 내지 1000G의 범위에서 제2차 반응 단계에서의 원심력보다는 작은 원심력이 바람직하다. 이때에도 제2차 반응 단계에서와 마찬가지로 공전 원심력과 자전 원심력이 기능성 유기 입자에 작용한다.
상기 원심력에 의한 기능성 나노 입자의 기능성 유기 입자 표면 집중 현상은 중합 반응 초기에 주로 일어나며, 중합 반응이 어느 정도 진행되면 유기 고분자 매 트릭스의 점도가 증가하여 기능성 나노 입자들의 표면 집중 속도가 급격히 저하된다.
따라서 효과적인 기능성 유기 입자를 제조하기 위해서는 기능성 나노 입자 안정화제의 설계, 교반기를 이용한 원심력, 및 반응 속도의 제어가 적절하게 조합되어야 한다.
상기 제3차 반응 단계가 종결된 후에는 필요에 따라 반응 과정에서 첨가된 상기 분산제와 반응 단계에서 생성된 응집물을 제거하는 후처리 단계를 거칠 수 있다.
상기 후처리 단계 중에서 분산제를 제거하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 콜로이달 실리카의 경우 제3차 반응 단계가 종결된 기능성 유기 입자 현탁액에 수산화 나트륨 수용액을 첨가하여 수산화 나트륨의 농도가 0.05 내지 0.2 N이 되도록 맞추는 방법이 이용될 수 있다.
또한, 상기 반응 단계에서 생성된 응집물은 체(mesh)를 이용하여 걸러낼 수 있다. 체의 크기는 목표하는 기능성 유기 입자의 크기에 따라 임의로 선택할 수 있다.
상기 분산제와 응집물이 제거된 제3차 반응의 생성물은 다시 원심분리-디컨팅(decanting)-재분산 과정을 거칠 수 있으며, 이 과정에서 남아 있는 분산제와 반응 부산물들이 제거될 수 있다.
상기 분산제와 반응 부산물이 제거된 제3차 반응의 생성물을 다시 필터링하여 수분을 제거하고, 건조하여 최종적인 기능성 유기 입자를 제조할 수 있다. 표면 에 기능성 나노 입자가 분포된 기능성 유기 입자의 단면을 찍은 TEM 사진이 도 4에 예시되어 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
(기능성 유기 입자 분말 제조)
내용적 500 ml의 반응기에 분산제로서 콜로이달 실리카 10 g을 증류수 400 g에 녹이고, 반응 온도인 70 ℃로 온도를 높여 분산제 용액을 준비하였다.
이와 별도로 스티렌 160 g, 부틸 아크릴레이트 40 g, 크로스링킹제로서 알릴메타크릴레이트 4 g, 및 분자량 조절제로 n-도데실 메르캅탄 0.02 g을 넣고 혼합한 후, 기능성 나노 입자 안정화제로서 스티렌 함량이 30 중량%이며 중량 평균 분자량이 70,000 g/mole인 스티렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체 3.5 g 을 상기 혼합물에 충분히 녹이고, 평균 입경 50 nm인 인듐틴옥사이드(ITO) 10 g을 첨가한 후, 비드밀로 2000 rpm에서 2시간 동안 교반한 후, 비드를 제거하고 단량체 혼합물 105g을 취하여 준비하였다.
상기 단량체 혼합물을 70 ℃ 물 중탕에 넣어 온도를 높인 후, 중합개시제인 아조비스이소부티로니트릴 2 g을 첨가하고, 5 분 동안 교반시키며 제1차 반응시켰다.
상기 제1차 반응의 생성물을 앞서 준비한 분산제 용액과 혼합하고, 호모게나 이저를 이용하여 70 ℃에서 2000 G의 원심력으로 20분간 교반하면서 제2차 반응을 실시하였다.
일반 교반기를 이용하여 상기 제2차 반응의 생성물을 70 ℃에서 15 G의 원심력으로 15 시간 동안 제3차 반응하여 기능성 유기 입자를 제조하였다.
(후처리)
상기 제조된 기능성 유기 입자는 현탁액 상태로 존재하며, 상기 현탁액에 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 수산화나트륨의 농도를 0.1 N의 농도로 맞추어 줌으로써, 분산제인 실리카를 기능성 유기 입자의 표면에서 제거하였다.
상기 과정 후에, No. 150 메쉬의 체로 걸러 응집물을 제거한 후, 건조하였다.
상기 건조 후에 남은 제3차 반응의 생성물을 원심 분리-디컨팅-재분산하는 과정을 반복하여 분산제와 반응 부산물을 제거하였다. 또한, 남은 생성물을 필터링하여 수분을 제거하고 남은 기능성 유기 입자 케익을 48시간 동안 상온에서 진공 건조하여 기능성 유기 입자 분말을 제조하였다.
실시예 2
(기능성 유기 입자 분말 제조)
내용적 500 ml의 반응기에 분산제로서 콜로이달 실리카 10 g을 증류수 400 g에 녹이고, 반응 온도인 70 ℃로 온도를 높여 분산제 용액을 준비하였다.
이와 별도로 스티렌 160 g, 부틸 아크릴레이트 40 g, 크로스링킹제로서 알릴메타크릴레이트 4 g, 및 분자량 조절제로 n-도데실 메르캅탄 0.02 g을 넣고, 기능 성 나노 입자 안정화제로서 스티렌 함량이 30 중량%이며 중량 평균 분자량이 70,000 g/mole인 스티렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체 3.5 g을 충분히 녹이고, 평균 입경 13 nm인 카본블랙 FW200 (Degussa) 2 g을 첨가한 후, 비드밀로 2000 rpm에서 2 시간 동안 교반한 후, 비드를 제거하고 단량체 혼합물 105 g을 취하여 준비하였다.
상기 단량체 혼합물을 70 ℃ 물 중탕에 넣어 온도를 높인 후, 중합개시제인 아조비스이소부티로니트릴 2 g을 첨가하고, 5 분 동안 교반시키며 제1차 반응시켰다.
상기 제1차 반응의 생성물을 앞서 준비한 분산제 수용액과 혼합하고, 호모게나이저를 이용하여 70 ℃에서 2000 G의 원심력으로 20분간 교반하면서 제2차 반응을 실시하였다.
일반 교반기를 이용하여 상기 제2차 반응의 생성물을 70 ℃에서 15 G의 원심력으로 15시간 동안 제3차 반응하여 기능성 유기 입자를 제조하였다.
(후처리)
상기 제조된 기능성 유기 입자는 현탁액 상태로 존재하며, 상기 현탁액에 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 수산화나트륨의 농도를 0.1 N의 농도로 맞추어 줌으로써, 분산제인 실리카를 기능성 유기 입자의 표면에서 제거하였다.
상기 과정 후에, No. 150 메쉬의 체로 걸러 응집물을 제거한 후, 건조하였다.
상기 건조 후에 남은 생성물을 원심 분리-디컨팅-재분산하는 과정을 반복하 여 분산제와 반응 부산물을 제거하였다. 그 후 남은 생성물을 필터링하여 수분을 제거하고 남은 기능성 유기 입자 케익을 48시간 동안 상온에서 진공 건조하여 기능성 유기 입자 분말을 제조하였다.
실시예 3
(기능성 유기 입자 분말 제조)
내용적 500 ml의 반응기에 분산제로서 콜로이달 실리카 10 g을 증류수 400 g에 녹이고, 반응 온도인 70 ℃로 온도를 높여 분산제 용액을 준비하였다.
이와 별도로 스티렌 160 g, 부틸 아크릴레이트 40 g, 크로스링킹제로서 알릴메타크릴레이트 4 g, 및 분자량 조절제로 n-도데실 메르캅탄 0.02 g을 넣고, 기능성 나노 입자 안정화제로서 스티렌 함량이 30 중량%이며 중량 평균 분자량이 70,000 g/mole인 스티렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체 3.5 g을 충분히 녹이고, 평균 입경 50 nm인 인듐틴옥사이드(ITO) 20 g을 첨가한 후, 비드밀로 2000 rpm에서 2시간 동안 교반한 후, 비드를 제거하고 단량체 혼합물 105 g을 취하여 준비하였다.
상기 단량체 혼합물을 70 ℃ 물 중탕에 넣어 온도를 높인 후, 중합개시제인 아조비스이소부티로니트릴 2 g을 첨가하고, 5 분 동안 교반시키며 제1차 반응시켰다.
상기 제1차 반응의 생성물을 앞서 준비한 분산제 수용액과 혼합하고, 일반교반기를 이용하여 70 ℃에서 50 G의 원심력으로 20 분간 교반하면서 제2차 반응을 실시하였다.
일반 교반기를 이용하여 상기 제2차 반응의 생성물을 70 ℃에서 40 G의 원심 력으로 15 시간 동안 제3차 반응하여 기능성 유기 입자를 제조하였다.
(후처리)
상기 제조된 기능성 유기 입자는 현탁액 상태로 존재하며, 상기 현탁액에 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 수산화나트륨의 농도를 0.1 N의 농도로 맞추어 줌으로써, 분산제인 실리카를 기능성 유기 입자의 표면에서 제거하였다.
상기 과정 후에, No. 150 메쉬의 체로 걸러 응집물을 제거한 후, 건조하였다.
상기 건조 후에 남은 생성물을 원심 분리-디컨팅-재분산하는 과정을 반복하여 분산제와 반응 부산물을 제거하였다. 그 후 남은 생성물을 필터링하여 수분을 제거하고 남은 기능성 유기 입자 케익을 48시간 동안 상온에서 진공 건조하여 기능성 유기 입자 분말을 제조하였다.
실시예 4
기능성 나노 입자 안정화제로서 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 공중합체(SEBS:styrene-ethylene-butylene-styrene) 3.5 g과 기능성 나노 입자로서 카본나노튜브 10 g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 기능성 유기 입자 분말을 제조하였다.
비교예 1
(기능성 유기 입자 분말 제조)
내용적 500 ml의 반응기에 분산제로서 콜로이달 실리카 10 g을 증류수 400 g에 녹이고, 반응 온도인 70 ℃로 온도를 높여 분산제 용액을 준비하였다.
이와 별도로 스티렌 160 g, 부틸 아크릴레이트 40 g, 크로스링킹제로서 알릴메타크릴레이트 4 g, 및 분자량 조절제로 n-도데실 메르캅탄 0.02 g을 넣고, 기능성 나노 입자 안정화제로서 스티렌 함량이 30 중량%이며 중량 평균 분자량이 70,000 g/mole인 스티렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체 3.5 g을 충분히 녹이고, 평균 입경 12 nm인 카본블랙 0.1 g을 첨가한 후, 비드밀로 2000 rpm에서 2 시간 동안 교반한 후, 비드를 제거하고 단량체 혼합물 105 g을 취하여 준비하였다.
상기 단량체 혼합물을 70 ℃ 물 중탕에 넣어 온도를 높인 후, 중합개시제인 아조비스이소부티로니트릴 2 g을 첨가하고, 5 분 동안 교반시키며 제1차 반응시켰다.
상기 제1차 반응의 생성물을 앞서 준비한 분산제 수용액과 혼합하고, 호모게나이저를 이용하여 70 ℃에서 4000 G의 원심력으로 20분간 교반하면서 제2차 반응을 실시하였다.
일반 교반기를 이용하여 상기 제2차 반응의 생성물을 70 ℃에서 15 G의 원심력으로 15 시간 동안 제3차 반응하여 기능성 유기 입자를 제조하였다.
(후처리)
상기 제조된 기능성 유기 입자는 현탁액 상태로 존재하며, 상기 현탁액에 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 수산화나트륨의 농도를 0.1 N의 농도로 맞추어 줌으로써, 분산제인 실리카를 기능성 유기 입자의 표면에서 제거하였다.
상기 과정 후에, No. 150 메쉬의 체로 걸러 응집물을 제거한 후, 건조하였다.
상기 건조 후에 남은 생성물을 원심 분리-디컨팅-재분산하는 과정을 반복하여 분산제와 반응 부산물을 제거하였다. 그 후 남은 생성물을 필터링하여 수분을 제거하고 남은 기능성 유기 입자 케익을 48 시간 동안 상온에서 진공 건조하여 기능성 유기 입자 분말을 제조하였다.
비교예 2
(기능성 유기 입자 분말 제조)
내용적 500 ml의 반응기에 분산제로서 콜로이달 실리카 10 g을 증류수 400 g에 녹이고, 반응 온도인 70 ℃로 온도를 높여 준비하였다.
이와 별도로 스티렌 160 g, 부틸 아크릴레이트 40 g, 크로스링킹제로서 알릴메타크릴레이트 4 g, 및 분자량 조절제로 n-도데실 메르캅탄 0.02 g을 넣고, 기능성 나노 입자 안정화제로서 스티렌 함량이 30 중량%이며 중량 평균 분자량이 70,000 g/mole인 스티렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체 3.5 g을 충분히 녹이고, 평균 입경 50 nm인 인듐틴옥사이드(ITO) 100 g을 첨가한 후, 비드밀로 2000 rpm에서 2시간 동안 교반한 후, 비드를 제거하고 단량체 혼합물 105 g을 취하여 준비하였다.
상기 단량체 혼합물을 70 ℃ 물 중탕에 넣어 온도를 높인 후, 중합개시제인 아조비스이소부티로니트릴 2 g을 첨가하고, 5 분 동안 교반시키며 제1차 반응시켰다.
상기 제1차 반응의 생성물을 앞서 준비한 분산제 수용액과 혼합하고, 일반 교반기를 이용하여 70 ℃에서 10 G의 원심력으로 20분간 교반하면서 제2차 반응을 실시하였다.
일반 교반기를 이용하여 상기 제2차 반응의 생성물을 70 ℃에서 1 G의 원심력으로 15 시간 동안 제3차 반응하여 기능성 유기 입자를 제조하였다.
(후처리)
상기 제조된 기능성 유기 입자는 현탁액 상태로 존재하며, 상기 현탁액에 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 수산화나트륨의 농도를 0.1 N의 농도로 맞추어 줌으로써, 분산제인 실리카를 기능성 유기 입자의 표면에서 제거하였다.
상기 과정 후에, No. 150 메쉬의 체로 걸러 응집물을 제거한 후, 건조하였다.
상기 건조 후에 남은 생성물을 원심 분리-디컨팅-재분산하는 과정을 반복하여 분산제와 반응 부산물을 제거하였다. 또한, 남은 생성물을 필터링하여 수분을 제거하고 남은 기능성 유기 입자 케익을 48 시간 동안 상온에서 진공 건조하여 기능성 유기 입자 분말을 제조하였다.
비교예 3
(기능성 유기 입자 분말 제조)
내용적 500 ml의 반응기에 분산제로서 콜로이달 실리카 10 g을 증류수 400 g에 녹이고, 반응 온도인 70 ℃로 온도를 높여 준비하였다.
이와 별도로 스티렌 160 g, 부틸 아크릴레이트 40 g, 크로스링킹제로서 알릴메타크릴레이트 4 g, 및 분자량 조절제로 n-도데실 메르캅탄 0.02 g을 넣고, 기능성 나노 입자 안정화제로서 스티렌 함량이 30 중량%이며 중량 평균 분자량이 70,000 g/mole인 스티렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체 3.5 g을 충분히 녹이고, 평균 입경 12 nm인 카본블랙 5 g을 첨가한 후, 비드밀로 2000 rpm에서 2 시간 동안 교반한 후, 비드를 제거하고 단량체 혼합물 105 g을 취하여 준비하였다.
상기 단량체 혼합물을 70 ℃의 물 중탕에 넣어 온도를 높인 후, 중합개시제인 아조비스이소부티로니트릴 2 g을 첨가하고, 5 분 동안 교반시키며 제1차 반응시켰다.
상기 제1차 반응의 생성물을 앞서 준비한 분산제 수용액과 혼합하고, 일반 교반기를 이용하여 70 ℃에서 10 G의 원심력으로 20 분간 교반하면서 제2차 반응을 실시하였다.
일반 교반기를 이용하여 상기 제2차 반응의 생성물을 70 ℃에서 1 G의 원심력으로 15 시간 동안 제3차 반응하여 기능성 유기 입자를 제조하였다.
(후처리)
상기 제조된 기능성 유기 입자는 현탁액 상태로 존재하며, 상기 현탁액에 수산화나트륨 수용액을 첨가하여 수산화나트륨의 농도를 0.1 N의 농도로 맞추어 줌으로써, 분산제인 실리카를 기능성 유기 입자의 표면에서 제거하였다.
상기 과정 후에, No. 150 메쉬의 체로 걸러 응집물을 제거한 후, 건조하였다.
상기 건조 후에 남은 생성물을 원심 분리-디컨팅-재분산하는 과정을 반복하여 분산제와 반응 부산물을 제거하였다. 그 후 남은 생성물을 필터링하여 수분을 제거하고 남은 기능성 유기 입자 케익을 48 시간 동안 상온에서 진공 건조하여 기 능성 유기 입자 분말을 제조하였다.
비교예 4
(유기 입자 분말 제조)
내용적 500 ml의 반응기에 분산제로서 콜로이달 실리카 10 g을 증류수 400 g에 녹이고, 반응 온도인 70 ℃로 온도를 높여 준비하였다.
이와 별도로 스티렌 160 g, 부틸 아크릴레이트 40 g, 크로스링킹제로서 알릴메타크릴레이트 4 g, 및 분자량 조절제로 n-도데실 메르캅탄 0.02 g을 넣고, 스티렌 함량이 30 중량%이며 중량 평균 분자량이 70,000 g/mole인 스티렌-부타디엔-스티렌 블록공중합체 3.5 g을 충분히 녹이고, 비드밀로 2000 rpm에서 2 시간 동안 교반한 후, 비드를 제거하고 단량체 혼합물 105 g을 취하여 준비하였다.
상기 단량체 혼합물을 70 ℃ 물 중탕에 넣어 온도를 높인 후, 중합개시제인 아조비스이소부티로니트릴 2 g을 첨가하고, 5 분 동안 교반시키며 제1차 반응시켰다.
상기 제1차 반응의 생성물을 앞서 준비한 분산제 수용액과 혼합하고, 호모게나이저를 이용하여 70 ℃에서 2000 G의 원심력으로 20 분간 교반하면서 제2차 반응을 실시하였다.
일반 교반기를 이용하여 상기 제2차 반응의 생성물을 70 ℃에서 15 G의 원심력으로 15 시간 동안 제3차 반응하여 유기 입자를 제조하였다.
(후처리)
상기 제조된 유기 입자는 현탁액 상태로 존재하며, 상기 현탁액에 수산화나 트륨 수용액을 첨가하여 수산화나트륨의 농도를 0.1 N의 농도로 맞추어 줌으로써, 분산제인 실리카를 유기 입자의 표면에서 제거하였다.
상기 과정 후에, No. 150 메쉬의 체로 걸러 응집물을 제거한 후, 건조하였다.
상기 건조 후에 남은 생성물을 원심 분리-디컨팅-재분산하는 과정을 반복하여 분산제와 반응 부산물을 제거하였다. 그 후 남은 생성물을 필터링하여 수분을 제거하고 남은 유기 입자 케익을 48 시간 동안 상온에서 진공 건조하여 유기 입자를 제조하였다. 이 유기 입자의 표면에 백금을 전착시켜 백금층이 0.1 ㎛ 되도록 준비하였다.
상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 4에 따라 제조된 기능성 유기 입자에 대하여 다음의 방법으로 다양한 물성을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 정리하였다.
* 평균 입경 및 입경분포
멀티사이저 쿨터 카운터(multisizer coulter counter)를 이용하여 부피평균 입경을 측정하였고, SEM을 이용하여 입경크기 및 입경분포를 측정하였다. 하기 표 1에서 입경분포는 입경의 표준편차를 의미한다.
* 기능성 나노 입자의 분포
TEM를 이용하여 기능성 나노 입자의 분포를 측정하였다.
* 전기전도도
분체 저항 측정 장비를 이용하여 체적 저항을 측정함으로 기능성 유기 입자 의 전기전도도를 측정하였다.
평균 입경 (㎛) 입경분포 (㎛) 외곽 영역 내에 포함되는 기능성 나노 입자의 분포량(%) 전기전도도 (S/cm) 고형분 대비 응집물양 (중량%)
실시예 1 7.2 1.8 85 3.7x10-5 1.2
실시예 2 7.6 1.7 90 4.3x10-5 2.3
실시예 3 98 20 75 2.1x10-4 12.3
실시예 4 6.9 1.5 95 4.3x10-4 0.6
비교예 1 0.12 0.02 45 2.1x10-6 3.4
비교예 2 102 21 42 2.6x10-7 15.3
비교예 3 7.6 2.0 21 3.4x10-7 2.1
비교예 4 7.6 1.6 - 2.0x10-5 3.0
* 외곽 영역은 기능성 유기 입자의 표면으로부터 중심 방향으로 상기 입자 반경의 50%가 되는 지점까지를 의미한다.
상기 표 1에서 보는 것과 같이, 본 발명의 기능성 유기 입자는 입경 분포가 균일하고, 우수한 전기전도도를 나타내는 것을 알 수 있다.
본 발명의 기능성 유기 입자는 적은 양의 기능성 나노 입자를 사용하는 경우에도 상대적으로 우수한 기능을 나타낼 수 있다. 본 발명에서 기능성 나노 입자로서 전도성 나노 입자를 사용하는 경우에는 전자파 차폐용 플라스틱, 또는 전자파 차폐용 코팅 조성물의 유효 성분으로 전자파 차폐 기능을 용이하게 향상시킬 수 있으며, 토너를 대신하여 고해상도의 패턴 제조가 가능한 레이저 프린터용 현상제로 사용될 수도 있다.

Claims (35)

  1. 유기 고분자 매트릭스, 및 상기 유기 고분자 매트릭스에 분산된 기능성 나노 입자를 포함하는 기능성 유기 입자로서, 상기 기능성 유기 입자의 중심으로부터 입경이 증가하는 방향으로 상기 기능성 나노 입자의 분포량이 증가하는 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 기능성 유기 입자는 100 nm 내지 1 mm의 입경을 가지고, 상기 기능성 나노 입자는 10 nm 내지 100 ㎛의 입경을 가지며, 상기 기능성 나노 입자의 입경이 상기 기능성 유기 입자의 입경의 1/4 이하인 기능성 유기 입자.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 기능성 나노 입자의 함량이 기능성 유기 입자 총중량에 대하여 0.1~50 중량%인 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 기능성 유기 입자의 표면으로부터 중심 방향으로 기능성 유기 입자 반경의 50 %가 되는 지점까지의 외곽 영역 내에 전체 기능성 나노 입자 수의 70 내지 100 %가 포함되는 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 기능성 나노 입자 수의 70 내지 100 %를 포함하는 영역의 두께가 상기 기능성 유기 입자의 표면으로부터 10 nm이상인 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 기능성 나노 입자는 유기 고분자 매트릭스보다 비중이 큰 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 기능성 나노 입자는 전도성 나노 입자, 칼라 나노 입자, 또는 대전 제어제 나노 입자인 것인 기능성 유기 입자.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 전도성 나노 입자는,
    a) 구리, 은, 금, 백금, 인듐틴옥사이드(ITO), 및 안티몬틴옥사이드(ATO)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 기능성 금속;
    b) 카본 블랙, 흑연, 카본나노튜브, 플러렌, 카본나노혼, 카본나노링, 및 카본나노와이어로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 나노카본; 또는
    c) 이들 중에서 선택되는 2종 이상을 포함하는 혼합물
    로 이루어진 것인 기능성 유기 입자.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 유기 고분자 매트릭스는
    i) 스티렌, 모노클로로스티렌, 메틸스티렌, 및 디메틸스티렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 방향족 비닐계 단량체;
    ii) 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 및 2-에틸헥실아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 아크릴레이트계 단량체;
    iii) 메틸 메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 도데실 메타크릴레이트, 및 2-에틸헥실 메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 메타크릴레이트계 단량체; 및
    iv) 부타디엔, 및 이소프렌으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 디엔계 단량체
    로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 단량체로부터 중합된 유기 고분자 매트릭스인 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 유기 고분자 매트릭스가, 단량체에, 디비닐벤젠, 에틸렌 디메타크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 1,6-헥사메틸렌 디아크릴레이트, 알릴 메타크릴레이트, 1,1,1-트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리알릴아민 및, 테트라알릴옥시에탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 크로스링킹제를 부가하여 중합된 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 기능성 유기 입자는 기능성 나노 입자 안정화제를 더 포함하는 것인 기능성 유기 입자.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 기능성 나노 입자 안정화제는 선형 에스테르계 고분자, 스티렌계 고분자, 및 아크릴레이트계 고분자로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것인 기능성 유기 입자.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 기능성 유기 입자는 현탁중합 단계에서 원심력을 가하여 제조된 것인 기능성 유기 입자.
  14. 유기 고분자 매트릭스, 및 상기 유기 고분자 매트릭스에 분산된 기능성 나노 입자를 포함하는 기능성 유기 입자의 제조 방법으로서,
    a) 단량체, 분자량 조절제, 및 기능성 나노 입자를 혼합하여 단량체 혼합물을 제조하는 단계;
    b) 상기 단량체 혼합물에 중합개시제를 넣고 반응시키는 제1차 반응 단계; 및
    c) 상기 제1차 반응의 생성물을 분산제 용액과 혼합하고, 상기 기능성 유기 입자의 중심으로부터 입경이 증가하는 방향으로, 기능성 나노 입자의 분포량을 증가시키는데 필요한 크기의 원심력을 가하며 반응시키는 제2차 반응 단계
    를 포함하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 c) 단계 후
    d) 상기 제2차 반응의 생성물에 상기 제2차 반응 단계에서 가해지는 원심력보다 약한 원심력을 가하며 반응시키는 제3차 반응 단계
    를 더 포함하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 a) 단계의 단량체가
    i) 스티렌, 모노클로로스티렌, 메틸스티렌, 및 디메틸스티렌로 이루어진 군에서 선택되는 방향족 비닐계 단량체;
    ii) 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 및 2-에틸헥실아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 아크릴레이트계 단량체;
    iii) 메틸 메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, 이소부틸 메타크릴레이트, 도데실 메타크릴레이트, 및 2-에틸헥실 메타크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 메타크릴레이트계 단량체; 및
    iv) 부타디엔, 및 이소프렌으로 이루어진 군에서 선택되는 디엔계 단량체
    로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 a) 단계에, 디비닐벤젠, 에틸렌 디메타크릴레이트, 에틸렌글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 1,6-헥사메틸렌 디아크릴레이트, 알릴 메타크릴레이트, 1,1,1-트리메틸올프로판 트리아크릴레 이트, 트리알릴아민 및, 테트라알릴옥시에탄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 크로스링킹제를 더 첨가하여 중합하는 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  18. 청구항 14에 있어서, 상기 a) 단계의 분자량 조절제는 t-도데실 메르캅탄, n-도데실 메르캅탄, n-옥틸메르캅탄, 사염화탄소 및 사브롬화탄소로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것인 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  19. 청구항 14에 있어서, 상기 a) 단계에 기능성 나노 입자 안정화제를 더 첨가하는 것인 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  20. 청구항 14에 있어서, 상기 a) 단계의 단량체 혼합물은 단량체 100 중량부에 대하여, 분자량 조절제 0.001 내지 8 중량부, 및 기능성 나노 입자 0.1 내지 50 중량부를 혼합하여 제조되며, 상기 b) 단계의 중합개시제는 단량체 100 중량부에 대하여 0.01 내지 5 중량부로 사용되는 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  21. 청구항 14에 있어서, 상기 c) 단계의 분산제 용액은
    i) 실리카, 불용성 칼슘염 및 불용성마그네슘염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 무기분산제;
    ii) 지방산염, 알킬 황산에스테르염, 알킬아릴 황산에스테르염, 디알킬 설포숙신산염, 알킬 인산염으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 음이온성 계면활성제; 또는
    iii) 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시알킬렌 알킬페놀에테르, 솔비탄지방산 에스테르, 폴리옥시알킬렌 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 폴리비닐 알콜, 알킬 셀룰로오스, 폴리비닐 피롤리돈으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 비이온성 계면활성제
    중에서 선택되는 1종 이상의 분산제를 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  22. 청구항 14에 있어서, 상기 c) 단계에서 분산제 용액의 비활성 용매는 물이고, 물 100 중량부에 대하여 분산제를 0.1 내지 50 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  23. 청구항 22에 있어서, 상기 c) 단계에서, 상기 제1차 반응의 생성물과 분산제 용액의 중량비가 1:95 내지 50:50인 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  24. 청구항 14에 있어서, 상기 c) 단계에 가해지는 원심력은 50~5000 G인 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  25. 청구항 15에 있어서, 상기 d) 단계에 가해지는 원심력은 1~1000 G인 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  26. 청구항 14에 있어서, 상기 b) 단계는 30 내지 95 ℃에서 1 내지 30 분 동안 교반하고, c) 단계는 30 내지 95 ℃에서 50 내지 5000 G의 원심력을 가하며, 5 내지 60분 동안 교반하는 것인 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  27. 청구항 15에 있어서, d) 단계는 30 내지 95 ℃에서 1 G 내지 1000 G의 원심력을 가하며, 5 내지 30 시간 동안 교반하는 것인 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  28. 청구항 14에 있어서, 상기 기능성 유기 입자가 100 nm 내지 1 mm의 입경을 가지고, 상기 기능성 나노 입자는 10 nm 내지 100 ㎛의 입경을 가지며, 상기 기능성 나노 입자의 입경이 상기 기능성 유기 입자의 입경의 1/4 이하인 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  29. 청구항 14에 있어서, 상기 기능성 유기 입자 내에 기능성 나노 입자가 상기 기능성 유기 입자의 전체 중량에 대하여 0.1 내지 50중량%의 양으로 사용되는 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  30. 청구항 14에 있어서, 상기 기능성 나노 입자는 유기 고분자 매트릭스보다 비중이 큰 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  31. 청구항 14에 있어서, 상기 기능성 나노 입자는 전도성 나노 입자, 칼라 나노 입자, 또는 대전 제어제 나노 입자인 것인 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  32. 청구항 14에 있어서, 상기 c) 단계 이후에, 분산제, 반응응집물, 및 반응부산물을 제거하는 단계를 추가로 실시하는 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  33. 청구항 15에 있어서, 상기 d) 단계 이후에, 분산제, 반응응집물, 및 반응부산물을 제거하는 단계를 추가로 실시하는 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  34. 청구항 14에 있어서, 상기 c) 단계 이후에, 필터링에 의한 수분 제거와 건조 단계를 추가로 실시하는 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
  35. 청구항 15에 있어서, 상기 d)단계 이후에, 필터링에 의한 수분 제거와 건조 단계를 추가로 실시하는 것을 특징으로 하는 기능성 유기 입자의 제조 방법.
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