KR20070018972A - Composite nanofiber, composite nanofiber mass, composite structure, and processes for producing these - Google Patents

Composite nanofiber, composite nanofiber mass, composite structure, and processes for producing these Download PDF

Info

Publication number
KR20070018972A
KR20070018972A KR1020067025019A KR20067025019A KR20070018972A KR 20070018972 A KR20070018972 A KR 20070018972A KR 1020067025019 A KR1020067025019 A KR 1020067025019A KR 20067025019 A KR20067025019 A KR 20067025019A KR 20070018972 A KR20070018972 A KR 20070018972A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polymer
nanofiber
metal
silica
composite
Prior art date
Application number
KR1020067025019A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101136494B1 (en
Inventor
렌화 진
지안준 유안
Original Assignee
자이단호진 가와무라 리카가쿠 겐큐쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 자이단호진 가와무라 리카가쿠 겐큐쇼 filed Critical 자이단호진 가와무라 리카가쿠 겐큐쇼
Priority claimed from PCT/JP2005/009769 external-priority patent/WO2005116140A1/en
Publication of KR20070018972A publication Critical patent/KR20070018972A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101136494B1 publication Critical patent/KR101136494B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L79/00Compositions of macromolecular compounds obtained by reactions forming in the main chain of the macromolecule a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon only, not provided for in groups C08L61/00 - C08L77/00
    • C08L79/02Polyamines
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02Elements
    • C08K3/08Metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K7/00Use of ingredients characterised by shape
    • C08K7/02Fibres or whiskers
    • C08K7/04Fibres or whiskers inorganic
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01FCHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/96Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from other synthetic polymers
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M11/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising
    • D06M11/77Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with silicon or compounds thereof
    • D06M11/79Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with inorganic substances or complexes thereof; Such treatment combined with mechanical treatment, e.g. mercerising with silicon or compounds thereof with silicon dioxide, silicic acids or their salts
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M13/00Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment
    • D06M13/50Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with organometallic compounds; with organic compounds containing boron, silicon, selenium or tellurium atoms
    • D06M13/503Treating fibres, threads, yarns, fabrics or fibrous goods made from such materials, with non-macromolecular organic compounds; Such treatment combined with mechanical treatment with organometallic compounds; with organic compounds containing boron, silicon, selenium or tellurium atoms without bond between a carbon atom and a metal or a boron, silicon, selenium or tellurium atom
    • D06M13/507Organic silicon compounds without carbon-silicon bond
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00Specific properties of additives
    • C08K2201/011Nanostructured additives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

실온에서 물분자의 존재에 의해 수불용성의 결정체를 형성할 수 있는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 결정성 폴리머 필라멘트에 의해, 실리카 나노파이버가 유도되고, 그 실리카 중의 결정성 폴리머 필라멘트가 금속 이온을 농축 함으로써, 실리카 중에 금속 또는 금속 이온을 내부에 함유하는 복합 나노파이버를 실현할 수 있다. 또한, 본 발명의 복합 나노파이버는 실리카 중에 금속 이온의 발판이 되는 폴리머 구조체를 고정하고, 그 발판에 금속 이온을 농축시킴으로써, 또는 그 금속 이온을 환원시킴으로써 용이하게 제조할 수 있다. 또 그 복합 나노파이버나 복합 나노파이버의 회합체, 구조체로부터 폴리머 성분을 제거함으로써, 금속 함유 실리카 나노파이버를 용이하게 얻을 수 있다. 이들 나노파이버는 집합화, 집적화할 수 있고, 집합화나 집적화한 회합체나 구조체는 다양한 형상을 발현할 수 있다.Silica nanofibers are induced by a crystalline polymer filament of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton capable of forming water-insoluble crystals at room temperature by the presence of water molecules, and the crystalline polymer filaments in the silica are metal ions. By concentrating, the composite nanofiber which contains a metal or metal ion in silica inside can be implement | achieved. Moreover, the composite nanofiber of this invention can be manufactured easily by fixing the polymer structure used as a scaffold of a metal ion in silica, concentrating a metal ion to the scaffold, or reducing the metal ion. Moreover, a metal containing silica nanofiber can be obtained easily by removing a polymer component from the assembly | assembly of a composite nanofiber, a composite nanofiber, and a structure. These nanofibers can be aggregated and integrated, and aggregated and integrated assemblies and structures can express various shapes.

복합 나노파이버, 복합 나노파이버 회합체, 복합 구조체 Composite nanofiber, composite nanofiber assembly, composite structure

Description

복합 나노파이버, 복합 나노파이버 회합체, 복합 구조체 및 이들의 제조 방법{COMPOSITE NANOFIBER, COMPOSITE NANOFIBER MASS, COMPOSITE STRUCTURE, AND PROCESSES FOR PRODUCING THESE}Composite Nanofibers, Composite Nanofiber Aggregates, Composite Structures and Methods for Manufacturing the Same {COMPOSITE NANOFIBER, COMPOSITE NANOFIBER MASS, COMPOSITE STRUCTURE, AND PROCESSES FOR PRODUCING THESE}

본 발명은 금속 또는 금속 이온을 실리카 나노파이버 중에 함유하는 나노파이버, 그 나노파이버가 집합화한 회합체나 구조체, 및 이들 나노파이버나 나노파이버 회합체의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to nanofibers containing metals or metal ions in silica nanofibers, assemblies and structures in which the nanofibers are collected, and methods for producing these nanofibers and nanofiber assemblies.

본원은 일본국특허청에 2004년 5월 31일에 출원된 특원 2004-161234호 및 2004년 8월 24일에 출원된 특원 2004-243580호에 의거하는 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.This application claims priority to Japanese Patent Office pursuant to Japanese Patent Application No. 2004-161234 filed on May 31, 2004 and Japanese Patent Application No. 2004-243580 filed on August 24, 2004, the contents of which are incorporated herein by reference. .

나노사이즈의 구조를 가진 재료는 벌크 상태와는 다른 특성이 나타나는 것이 알려져 있고, 그 중에서도 나노미터의 굵기와, 그 굵기의 수십 배 이상의 길이를 갖는 나노파이버는 그 높은 어스펙트비에 의해 파이버 형상 특유의 사이즈 효과를 발현하기 때문에, 첨단 재료의 하나로서 주목받고 있다. 실리카 나노파이버는 나노파이버 특유의 높은 어스펙트비나 큰 표면적을 갖는 동시에, 무기 재료 고유의 반도체 특성, 도전성, 표면 물성, 기계적 강도 등의 여러 물성을 가지므로, 전자 재료 분야나 바이오·라이프 사이언스 분야를 비롯한 각종 첨단 재료 분야에서 그 응용 전개가 유망시되고 있다. 또한, 한 가닥의 나노파이버(1차원)를 그 나노파이버의 특성을 유지한 채, 천 형상(2차원)이나 괴상(3차원)으로 집합화하여 구조체로 함으로써, 비약적으로 실리카 나노파이버의 용도가 확대될 것으로 기대되고 있다.It is known that a material having a nano-sized structure exhibits characteristics different from that of a bulk state. Among them, nanofibers having a nanometer thickness and a length of several tens of times or more are unique in fiber shape due to their high aspect ratio. Because of expressing the size effect of, it is attracting attention as one of the advanced materials. Silica nanofibers have a high aspect ratio and a large surface area unique to nanofibers, and have various physical properties such as semiconductor properties, conductivity, surface properties, and mechanical strength inherent in inorganic materials. Its application is promising in various high-tech materials fields. In addition, one strand of nanofibers (one-dimensional) is aggregated into a cloth (two-dimensional) or a block (three-dimensional) while maintaining the characteristics of the nanofibers, thereby making a structure, the use of silica nanofibers dramatically It is expected to expand.

특히, 실리카 나노파이버를 다른 무기 재료나 유기 재료 등의 기능성 재료와 조합시킨 것은 광범위한 응용 가능성을 갖고 있어, 예를 들면 금속 등의 무기 재료와 조합함으로써, 전자 재료, 광학 재료, 촉매, 색제, 센서 등 많은 영역에서의 응용이 기대되고 있다.In particular, the combination of silica nanofibers with functional materials such as other inorganic materials and organic materials has a wide range of application possibilities. For example, by combining with inorganic materials such as metals, electronic materials, optical materials, catalysts, colorants, sensors, etc. Applications in many areas are expected.

실리카와 금속 또는 금속 이온을 조합시킨 재료로서는, 금속 착체를 메소포러스 실리카에 고정시킨 복합 재료가 화학 반응 촉매, 전기 화학 센서, 고체 폴리머 전해질 등에 사용되고 있다. 메소포러스 실리카에 금속 착체를 도입한 복합체를 응용에 사용했을 경우, 실리카 표면의 높은 표면적, 나노(nano) 공동(空洞)에서의 착체 활성점의 균일한 분포, 기질 화합물의 빠른 확산, 촉매 담지체의 내열성, 내산성 등 많은 이점이 예측되므로, 메소포러스 실리카를 담지체로 하는 금속 착체 고정화 기술은 많은 주목을 받고 있다(비특허문헌 1 참조).As a material combining silica and metal or metal ions, a composite material in which a metal complex is immobilized on mesoporous silica is used for a chemical reaction catalyst, an electrochemical sensor, a solid polymer electrolyte and the like. In the case of application of a complex in which a metal complex is introduced into mesoporous silica, the high surface area of the silica surface, the uniform distribution of the complex active point in the nanocavity, the rapid diffusion of the substrate compound, and the catalyst carrier Since many advantages, such as heat resistance and acid resistance, are expected, a metal complex immobilization technique having mesoporous silica as a support attracts much attention (see Non-Patent Document 1).

그러나 이들 종래의 금속 착체와 실리카의 복합 재료에 사용되고 있는 실리카는 실리카의 벌크 분말이나 입자 상태에 한정되는 것이었다. 따라서 그 복합체 미립자는 어스펙트비가 거의 1:1의 입자 형상이기 때문에 그 복합체 미립자만으로 집합화, 집적화할 수 없어, 나노구조 재료 특유의 성질을 유지한 구조체를 형성하는 것은 곤란했다.However, the silica used for the composite material of these conventional metal complexes and silica was limited to the bulk powder or particle | grain state of silica. Therefore, since the composite fine particles have a particle shape having an aspect ratio of almost 1: 1, the composite fine particles cannot be aggregated and integrated only with the composite fine particles, and it is difficult to form a structure in which the characteristics unique to the nanostructured material are maintained.

또한, 제조 방법에서는 금속 이온을 배위결합시키기 위한 아미노기, 이미노 기 등을 화학결합으로 실리카 골격에 도입하는 공정을 필요로 하는 등, 그 공정은 복잡했다.In addition, the manufacturing method requires a step of introducing an amino group, an imino group, or the like for coordinating metal ions into the silica skeleton by chemical bonding, and the process is complicated.

실리카와 금속의 미세한 복합 재료로서는, 예를 들면 MCM-41 계열의 메소포러스 실리카의 채널 중에 금속 이온 용액을 환원함에 의한 메소포러스 실리카/금속 나노와이어 복합체(비특허문헌 2, 비특허문헌 3 참조)나, 실리카 미립자 중에 금속 이온을 결합시킴에 의한 실리카 미립자/금속 나노입자 복합체(비특허문헌 4 참조) 등 다수의 연구가 이루어져 있다.As a fine composite material of silica and a metal, for example, mesoporous silica / metal nanowire composite by reducing a metal ion solution in a channel of MCM-41 series mesoporous silica (see Non-Patent Document 2 and Non-Patent Document 3). Many studies have been made on silica fine particles / metal nanoparticle composites (see Non-Patent Document 4) by bonding metal ions to silica fine particles.

그러나 이들 종래의 금속 나노입자·나노와이어와 다른 재료의 복합체에서는 형상이 고정된 재료의 고정된 공간이 아니면 금속 나노입자나 나노와이어의 형성이 어렵기 때문에, 실리카 형상의 자유도는 낮아, 와이어를 형성하는 구멍을 갖는 벌크의 실리카나, 입자 형상의 것에 한정되는 것이며, 복합체의 형상을 제어하는 것이 곤란했다. 이 때문에, 복합체나 내부의 금속 나노와이어를 고도로 집적화시키는 것은 곤란했다.However, in these conventional composites of metal nanoparticles and nanowires and other materials, it is difficult to form metal nanoparticles or nanowires unless a fixed space of a material having a fixed shape is used. Thus, the degree of freedom of silica is low, thus forming wires. It was limited to the bulk silica and the particle shape which have a hole to make, and it was difficult to control the shape of a composite body. For this reason, it was difficult to highly integrate a composite and the metal nanowire inside.

<비특허문헌 1> : B. Lee et al., Langmuir, (2003), 19, p4246-4252Non-Patent Document 1: B. Lee et al., Langmuir, (2003), 19, p4246-4252

<비특허문헌 2> : G. Hornyak et al., Chem. Eur. J. 1997, 3, No. 12, p1951-1956<Non-Patent Document 2>: G. Hornyak et al., Chem. Eur. J. 1997, 3, No. 12, p1951-1956

<비특허문헌 3> : Yong-Jin Han, Chem. Mater., 2000년, 12, p2068-2069Non-Patent Document 3: Yong-Jin Han, Chem. Mater., 2000, 12, p 2068-2069

<비특허문헌 4> : V. G. Pol et al., Chem. Mater., 2003, 15, p1111-1118Non-Patent Document 4: V. G. Pol et al., Chem. Mater., 2003, 15, p1111-1118

[발명의 개시][Initiation of invention]

[발명이 해결하고자 하는 과제][Problem to Solve Invention]

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 구조 중에 금속의 이온이나 원자가 고정화되고, 또한 고도로 집합화가 가능한 금속 함유 실리카 나노파이버, 그 금속 함유 실리카 나노파이버에 기능성 폴리머가 더 복합화된 복합 나노파이버, 이들이 고도로 집합화한 회합체나 구조체, 및 이들의 간편한 제조 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The problem to be solved by the present invention is a metal-containing silica nanofiber in which metal ions or atoms are immobilized in a structure and highly collectable, a composite nanofiber in which a functional polymer is further complexed with the metal-containing silica nanofiber, and these highly aggregated It is to provide an assembly or structure, and a simple method for producing them.

[과제를 해결하기 위한 수단][Means for solving the problem]

본 발명에서는 실온에서 물분자의 존재에 의해 수불용성의 결정체를 형성할 수 있는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 결정성 폴리머 필라멘트에 의해, 실리카 나노파이버가 유도되고, 그 실리카 중의 결정성 폴리머 필라멘트가 금속 이온을 농축함으로써, 실리카 중에 금속 또는 금속 이온을 내부에 함유하는 복합 나노파이버를 실현할 수 있다. 이 복합 나노파이버는 집합화, 집적화할 수 있고, 집합화나 집적화한 회합체나 구조체는 다양한 형상을 발현할 수 있다. 또한, 본 발명의 복합 나노파이버는 실리카 중에 금속 이온의 발판이 되는 폴리머 구조체를 고정하고, 그 발판에 금속 이온을 농축시킴으로써, 또는 그 금속 이온을 환원시킴으로써 용이하게 제조할 수 있다. 또 그 복합 나노파이버나 복합 나노파이버의 회합체, 구조체로부터 폴리머 성분을 제거함으로써, 금속 함유 실리카 나노파이버를 용이하게 얻을 수 있다.In the present invention, silica nanofibers are induced by the crystalline polymer filaments of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton which can form water-insoluble crystals at room temperature by the presence of water molecules, and the crystalline polymer filaments in the silica. By concentrating valent metal ions, a composite nanofiber containing metal or metal ions in silica can be realized. This composite nanofiber can be aggregated and integrated, and aggregated and integrated assemblies and structures can express various shapes. Moreover, the composite nanofiber of this invention can be manufactured easily by fixing the polymer structure used as a scaffold of a metal ion in silica, concentrating a metal ion to the scaffold, or reducing the metal ion. Moreover, a metal containing silica nanofiber can be obtained easily by removing a polymer component from the assembly | assembly of a composite nanofiber, a composite nanofiber, and a structure.

즉, 본 발명은 적어도 1종의 금속 또는 금속 이온이 배위한 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 실리카 나노파이버 중에 함유하는 복합 나노파이버, 그 복합 나노파이버가 서로 회합한 회합체, 그 회합체끼리가 더 회합하여 이루어지는 복합 구조체를 제공하는 것이다.That is, the present invention relates to a composite nanofiber containing a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in which at least one metal or metal ion is arranged in silica nanofibers, an assembly in which the composite nanofibers are associated with each other, and the aggregates thereof. It is to provide a composite structure formed by further association.

또한, 본 발명은 상기 복합 나노파이버, 복합 나노파이버 회합체, 및 복합 구조체로부터 폴리머 성분을 제거한 금속 함유 실리카 나노파이버, 금속 함유 실리카 나노파이버 회합체, 금속 함유 실리카 나노파이버 구조체를 제공하는 것이다.In addition, the present invention provides a composite nanofiber, a composite nanofiber assembly, and a metal-containing silica nanofiber, a metal-containing silica nanofiber assembly, and a metal-containing silica nanofiber structure from which a polymer component is removed from the composite structure.

또한, 본 발명은 (1) 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 용매에 용해시킨 후, 물의 존재하에서 석출시켜, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 결정성 폴리머 필라멘트를 얻는 공정과, (2) 물의 존재하에서 상기 결정성 폴리머 필라멘트와 알콕시실란을 접촉시킴으로써, 상기 결정성 폴리머 필라멘트를 실리카로 피복하여 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 얻는 공정과, (3) 상기 폴리머 함유 실리카 나노파이버와, 금속 이온이 용해한 용액을 접촉시켜, 금속 이온을 상기 폴리머 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 배위결합시키는 공정으로 이루어지는 복합 나노파이버의 제조 방법, 및 그 공정 후에 (4) 상기 폴리머 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 배위결합한 천이 금속 이온을 환원시키는 공정을 갖는 복합 나노파이버의 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention also provides a step of (1) dissolving a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in a solvent, followed by precipitation in the presence of water to obtain a crystalline polymer filament of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton, and (2) Contacting the crystalline polymer filament with an alkoxysilane in the presence of water to coat the crystalline polymer filament with silica to obtain a polymer-containing silica nanofiber; (3) the polymer-containing silica nanofiber and a metal ion A method for producing a composite nanofiber comprising a step of bringing a solution into contact and coordinating metal ions to a linear polyethyleneimine skeleton in the polymer, and (4) a transition metal coordinated to the linear polyethyleneimine skeleton in the polymer after the step. Manufacturing method of composite nanofibers having a process of reducing ions To provide.

또한, 본 발명은 상기 공정에 의해 복합 나노파이버를 얻은 후, (5) 그 복합 나노파이버 중의 폴리머 성분을 제거하는 공정을 갖는 금속 함유 실리카 나노파이버의 제조 방법을 제공하는 것이다.Moreover, this invention provides the manufacturing method of the metal containing silica nanofiber which has a process of removing the polymer component in the composite nanofiber after obtaining a composite nanofiber by the said process.

[발명의 효과][Effects of the Invention]

본 발명의 복합 나노파이버 및 금속 함유 실리카 나노파이버는 서로 회합하여 고도로 집합화, 집적화함으로써, 마이크로∼밀리미터 오더의 2차원 또는 3차원적인 공간 형상을 갖는 회합체를 형성할 수 있다. 그 회합체 형상은, 예를 들면 양상추 형상, 파이버 형상, 스펀지 형상, 애스터 형상, 선인장 형상, 민들레 형상등 여러 가지 형상으로 조정할 수 있다. 또한, 복합 나노파이버 회합체끼리, 또는 그 회합체가 다른 복합 나노파이버를 거쳐 결합함으로써, 밀리미터 오더 이상의 크기의 거시적인 외형 형상을 갖는 구조체를 형성할 수 있다. 그 구조체의 외형은 임의의 형상으로 성형할 수 있고, 구체적인 응용의 요구에 맞추어, 원반형, 원주형, 플레이트형, 필터형, 막형, 구형, 로드형 등으로 성형할 수 있고, 분말, 입자, 다면체, 실린더 등 여러 가지 상태로 가공이 가능하다. 그 구조체 내부에는 상기 회합체의 회합체 형상이 존재하고, 그 회합체는 본 발명의 복합 나노파이버나 금속 함유 실리카 나노파이버를 기초로 하는 것이다. 따라서 그 구조체는 이들 나노파이버가 복잡하게 형성된 3차원 망목 구조를 갖는다.The composite nanofiber and the metal-containing silica nanofiber of the present invention can be associated with each other to be highly aggregated and integrated to form an assembly having a two-dimensional or three-dimensional spatial shape of micro to millimeter order. The association shape can be adjusted to various shapes, such as a lettuce shape, a fiber shape, a sponge shape, an aster shape, a cactus shape, and a dandelion shape, for example. In addition, by combining the composite nanofiber assemblies or the assemblies through other composite nanofibers, it is possible to form a structure having a macroscopic shape of a size of millimeter order or more. The outer shape of the structure can be formed into any shape, and can be formed into disc, columnar, plate, filter, film, spherical, rod, etc. according to the requirements of a specific application. It can be processed in various states such as cylinder and cylinder. Inside the structure, there is an aggregate shape of the aggregate, and the aggregate is based on the composite nanofiber or metal-containing silica nanofiber of the present invention. Thus, the structure has a three-dimensional network structure in which these nanofibers are complex.

또한, 본 발명의 복합 나노파이버 및 금속 함유 실리카 나노파이버는 그 내부에 금속 이온이나 금속을 함유한다. 금속 이온으로서는 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 천이 금속 등의 이온을 함유하므로, 이들 나노파이버는 고체 전해질, 고체 촉매, 나노첨가제, 나노박막 재료에의 응용을 기대할 수 있다.In addition, the composite nanofiber and the metal-containing silica nanofiber of the present invention contain metal ions and metals therein. Since metal ions contain ions such as alkali metals, alkaline earth metals and transition metals, these nanofibers can be expected to be applied to solid electrolytes, solid catalysts, nanoadditives, and nano thin film materials.

또한, 금속 이온을 자발 환원시키거나, 또는 열처리나 환원제에 의해 환원시킴으로써 금속 이온이 금속 클러스터를 경유하여 입자 형상이나 와이어 형상의 금속이 된다. 이에 의하여 금속 나노와이어를 함유하는 나노파이버로 이루어지는 필름 형상의 구조체, 금속 나노와이어를 함유하는 나노파이버로 이루어지는 스펀지 형상의 구조체, 금속 나노와이어를 함유하는 나노파이버로 이루어지는 망목 구조체를 제공할 수 있다. 또한, 금속 나노입자를 이들 형상의 복합 구조체 내에 분포시 킬 수도 있다.In addition, metal ions are spontaneously reduced or reduced by heat treatment or a reducing agent so that the metal ions become a particulate or wire metal via the metal cluster. Thereby, the film-like structure which consists of nanofibers containing a metal nanowire, the sponge-like structure which consists of nanofibers containing a metal nanowire, and the mesh structure which consists of nanofibers containing a metal nanowire can be provided. In addition, the metal nanoparticles may be distributed in these shaped composite structures.

그 중에서도 천이 금속, 특히 귀금속의 결정을 함유하는 실리카 나노파이버는 유용성이 높아, 나노테크놀로지의 영역 전반, 예를 들면 나노금속 촉매, 나노금속 도전 재료, 나노금속 색재, 나노금속 센서, 광화상 재료, 광·전자 재료, 의료용 재료로서 넓은 응용을 기대할 수 있다.Among them, silica nanofibers containing crystals of transition metals, especially precious metals, have high usefulness, and are widely used in nanotechnology domains such as nanometal catalysts, nanometal conductive materials, nanometal colorants, nanometal sensors, photoimaging materials, Wide application can be expected as an optoelectronic material and a medical material.

본 발명의 제조 방법에 의하면, 복합 나노파이버는 나노미터 굵기의 결정성 폴리머 필라멘트의 표면 위에서만 진행하는 실리카 소스의 졸겔 반응에 의해, 일정한 두께의 실리카가 그 결정성 폴리머 필라멘트를 피복한 후, 금속 이온을 고정화 함으로써, 또한 필요에 따라 금속 이온을 환원함으로써 단시간에 용이하게 제조할 수 있다.According to the production method of the present invention, a composite nanofiber is formed by a sol-gel reaction of a silica source which proceeds only on the surface of a nanometer-thick crystalline polymer filament, and after silica of a certain thickness covers the crystalline polymer filament, By fixing an ion and reducing metal ion as needed, it can manufacture easily in a short time.

또한, 본 발명의 복합 나노파이버 중의 폴리머 성분은 소결 등에 의해 간단히 제거할 수 있으므로, 금속 나노입자나 금속 나노와이어를 내부에 포함하는 금속 함유 실리카 나노파이버의 제조도 용이하다.In addition, since the polymer component in the composite nanofiber of the present invention can be easily removed by sintering or the like, it is also easy to manufacture metal-containing silica nanofibers containing metal nanoparticles and metal nanowires therein.

[도 1] 본 발명의 실시예 1에서의 복합 나노파이버 구조체의 투과형 전자 현미경 사진이다.1 is a transmission electron micrograph of a composite nanofiber structure in Example 1 of the present invention.

[도 2] 본 발명의 실시예 1에서의 복합 나노파이버 구조체 중의 금 나노와이어의 고분해능 투과형 전자 현미경 사진이다.2 is a high resolution transmission electron micrograph of gold nanowires in a composite nanofiber structure in Example 1 of the present invention.

[도 3] 본 발명의 실시예 2에서의 복합 나노파이버 구조체의 투과형 전자 현미경 사진이다.3 is a transmission electron micrograph of a composite nanofiber structure in Example 2 of the present invention.

[도 4] 본 발명의 실시예 2에서의 복합 나노파이버 구조체 중의 백금 나노와이어의 고분해능 투과형 전자 현미경 사진이다.4 is a high resolution transmission electron micrograph of platinum nanowires in a composite nanofiber structure in Example 2 of the present invention.

[도 5] 본 발명의 실시예 4에서의 복합 나노파이버 구조체의 주사형 전자 현미경 사진이다.5 is a scanning electron micrograph of a composite nanofiber structure in Example 4 of the present invention.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]Best Mode for Carrying Out the Invention

본 발명의 복합 나노파이버는 금속 또는 금속 이온과, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머가 실리카 나노파이버 중에 함유된 복합 재료이다.The composite nanofiber of the present invention is a composite material in which a metal or metal ion and a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton are contained in silica nanofibers.

(직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머)(Polymer having a linear polyethyleneimine skeleton)

본 발명에서 말하는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격이란, 2급 아민의 에틸렌이민 단위를 주된 구조 단위로 하는 직쇄상의 폴리머 골격을 말한다. 그 골격 중에는 에틸렌이민 단위 이외의 구조 단위가 존재하고 있어도 되지만, 결정성 폴리머 필라멘트를 형성시키기 위해서는 폴리머쇄의 일정 쇄길이가 연속적인 에틸렌이민 단위로 이루어지는 것이 바람직하다. 그 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격의 길이는 그 골격을 갖는 폴리머가 결정성 폴리머 필라멘트를 형성할 수 있는 범위이면 특별히 제한되지 않지만, 적합하게 결정성 폴리머 필라멘트를 형성하기 위해서는, 그 골격 부분의 에틸렌이민 단위의 반복 단위수가 10 이상인 것이 바람직하고, 20∼10000의 범위인 것이 특히 바람직하다.The linear polyethyleneimine backbone as used in the present invention refers to a linear polymer backbone having ethyleneimine units of secondary amines as main structural units. Although structural units other than ethyleneimine unit may exist in the frame | skeleton, in order to form a crystalline polymer filament, it is preferable that the fixed chain length of a polymer chain consists of continuous ethyleneimine units. The length of the linear polyethyleneimine skeleton is not particularly limited as long as the polymer having the skeleton can form a crystalline polymer filament, but in order to suitably form the crystalline polymer filament, It is preferable that it is 10 or more, and it is especially preferable that it is the range of 20-10000.

본 발명에서 사용하는 폴리머는 그 구조 중에 상기 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 것이면 되고, 그 형상이 선상, 성상(star-shaped) 또는 빗형상이더라도 물의 존재하에서 결정성 폴리머 필라멘트를 제공할 수 있는 것이면 된다.The polymer used in the present invention may be one having the linear polyethyleneimine skeleton in its structure, and may be a crystalline polymer filament in the presence of water even if the shape is linear, star-shaped, or comb-shaped. .

또한, 이들 선상, 성상 또는 빗형상의 폴리머는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격만으로 이루어진 것이어도, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격으로 이루어지는 블록(이하, 폴리에틸렌이민 블록으로 약기)과 다른 폴리머 블록의 블록 코폴리머로 이루어지는 것이어도 된다. 다른 폴리머 블록으로서는, 예를 들면 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로피오닐에틸렌이민, 폴리아크릴아미드 등의 수용성 폴리머 블록, 또는 폴리스티렌, 폴리옥사졸린류의 폴리페닐옥사졸린, 폴리옥틸옥사졸린, 폴리도데실옥사졸린, 폴리아크릴레이트류의 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트 등의 소수성 폴리머 블록을 사용할 수 있다. 이들 외의 폴리머 블록과의 블록 코폴리머로 함으로써 결정성 폴리머 필라멘트의 형상이나 특성을 조정할 수 있다.In addition, even if these linear, star-shaped, or comb-shaped polymers consist only of a linear polyethyleneimine skeleton, what consists of block copolymers of a block consisting of a linear polyethyleneimine skeleton (hereinafter abbreviated as polyethyleneimine block) and other polymer blocks You can do it. As another polymer block, For example, water-soluble polymer blocks, such as polyethyleneglycol, polypropionylethyleneimine, polyacrylamide, or polystyrene, polyphenyloxazoline of polyoxazoline, polyoctyloxazoline, polydodecyloxazoline, Hydrophobic polymer blocks, such as polymethyl methacrylate and polybutyl methacrylate of polyacrylates, can be used. By setting it as a block copolymer with these other polymer blocks, the shape and characteristic of a crystalline polymer filament can be adjusted.

직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머가 다른 폴리머 블록 등을 가질 경우의 그 폴리머 중에 있어서의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격의 비율은 결정성 폴리머 필라멘트를 형성할 수 있는 범위이면 특별히 제한되지 않지만, 적합하게 결정성 폴리머 필라멘트를 형성하기 위해서는, 폴리머 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격의 비율이 25몰% 이상인 것이 바람직하고, 40몰% 이상인 것이 보다 바람직하며, 50몰% 이상인 것이 더욱 바람직하다.Although the ratio of the linear polyethyleneimine skeleton in the polymer when the polymer having the linear polyethyleneimine skeleton has another polymer block or the like is not particularly limited as long as it is a range in which a crystalline polymer filament can be formed, it is appropriately crystalline. In order to form a polymer filament, it is preferable that the ratio of the linear polyethyleneimine skeleton in a polymer is 25 mol% or more, It is more preferable that it is 40 mol% or more, It is further more preferable that it is 50 mol% or more.

상기 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머는 그 전구체가 되는 폴리옥사졸린류로 이루어지는 직쇄상의 골격을 갖는 폴리머(이하, 전구체 폴리머로 약기)를 산성 조건하 또는 알칼리 조건하에서 가수분해함으로써 용이하게 얻을 수 있다. 따라서 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 선상, 성상, 또는 빗형상 등의 형상은, 이 전구체 폴리머의 형상을 제어함으로써 용이하게 설계할 수 있다. 또한, 중합도나 말단 구조도 전구체 폴리머의 중합도나 말단 기능단을 제어함으로써 용이하게 조정할 수 있다. 또한, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 블록 코폴리머를 형성할 경우에는, 전구체 폴리머를 블록 코폴리머로 하고, 그 전구체 중의 폴리옥사졸린류로 이루어지는 직쇄상의 골격을 선택적으로 가수분해함으로써 얻을 수 있다.The polymer having a linear polyethyleneimine skeleton can be easily obtained by hydrolyzing a polymer having a linear skeleton (hereinafter abbreviated as precursor polymer) composed of polyoxazolines serving as a precursor under acidic conditions or alkaline conditions. have. Therefore, the shape, such as linear, star shape, or comb shape, of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton can be easily designed by controlling the shape of the precursor polymer. The degree of polymerization and terminal structure can also be easily adjusted by controlling the degree of polymerization or terminal functional groups of the precursor polymer. In addition, when forming the block copolymer which has a linear polyethyleneimine skeleton, it can obtain by making a precursor polymer into a block copolymer, and selectively hydrolyzing the linear skeleton which consists of polyoxazolines in the precursor.

전구체 폴리머는 옥사졸린류의 모노머를 사용하여, 양이온형의 중합법, 또는 매크로 모노머법 등의 합성 방법에 의해 합성할 수 있고, 합성 방법이나 개시제를 적당히 선택함으로써, 선상, 성상, 또는 빗형상 등의 각종 형상의 전구체 폴리머를 합성할 수 있다.Precursor polymer can be synthesize | combined by the synthesis method, such as a cationic polymerization method or a macromonomer method, using the oxazoline-type monomer, and by selecting a synthesis | combination method and an initiator suitably, linear shape, a shape, a comb shape, etc. Precursor polymers of various shapes can be synthesized.

폴리옥사졸린류로 이루어지는 직쇄상의 골격을 형성하는 모노머로서는 메틸옥사졸린, 에틸옥사졸린, 메틸비닐옥사졸린, 페닐옥사졸린 등의 옥사졸린 모노머를 사용할 수 있다.As a monomer which forms the linear skeleton which consists of polyoxazolines, oxazoline monomers, such as methyl oxazoline, ethyl oxazoline, methylvinyl oxazoline, and phenyl oxazoline, can be used.

중합 개시제로서는 분자 중에 염화알킬기, 브롬화알킬기, 요오드화알킬기, 톨루엔술포닐옥시기, 또는 트리플루오로메틸술포닐옥시기 등의 관능기를 갖는 화합물을 사용할 수 있다. 이들 중합 개시제는 많은 알코올류 화합물의 수산기를 다른 관능기로 변환시킴으로써 얻어진다. 그 중에서도 관능기 변환으로 브롬화, 요오드화, 톨루엔술폰산화, 및 트리플루오로메틸술폰산화된 것은 중합 개시 효율이 높기 때문에 바람직하고, 특히 브롬화알킬, 톨루엔술폰산알킬이 바람직하다.As a polymerization initiator, the compound which has functional groups, such as an alkyl chloride group, a brominated alkyl group, an alkyl iodide group, a toluenesulfonyloxy group, or a trifluoromethylsulfonyloxy group, can be used in a molecule | numerator. These polymerization initiators are obtained by converting the hydroxyl groups of many alcohol compounds. Among them, brominated, iodide, toluenesulfonated, and trifluoromethylsulfonated by functional group conversion are preferable because of high polymerization initiation efficiency, and alkyl bromide and alkyl toluenesulfonate are particularly preferable.

또한, 폴리(에틸렌글리콜)의 말단 수산기를 브롬 또는 요오드로 변환한 것, 또는 톨루엔술포닐기로 변환한 것을 중합 개시제로서 사용할 수도 있다. 그 경우, 폴리(에틸렌글리콜)의 중합도는 5∼100의 범위인 것이 바람직하고, 10∼50의 범위이면 특히 바람직하다.Moreover, what converted the terminal hydroxyl group of poly (ethylene glycol) into bromine or iodine, or the toluenesulfonyl group can also be used as a polymerization initiator. In that case, it is preferable that the polymerization degree of poly (ethylene glycol) is the range of 5-100, and it is especially preferable if it is the range of 10-50.

또한, 양이온 개환 리빙 중합 개시능을 갖는 관능기를 갖고, 또한 광에 의한 발광 기능, 에너지 이동 기능, 전자 이동 기능을 갖는 포르피린 골격, 프탈로시아닌 골격, 또는 피렌 골격의 어느 골격을 갖는 색소류는, 얻어지는 폴리머에 특수한 기능을 부여할 수 있다.Moreover, the pigment | dye which has a functional group which has a cation ring-opening living polymerization initiation capability, and which has a porphyrin skeleton, a phthalocyanine skeleton, or a pyrene skeleton which has the light emission function, energy transfer function, and electron transfer function by light is a polymer obtained Special functions can be given to

선상의 전구체 폴리머는 상기 옥사졸린 모노머를 1가 또는 2가의 관능기를 갖는 중합 개시제에 의해 중합함으로써 얻어진다. 이와 같은 중합 개시제로서는, 예를 들면 염화메틸벤젠, 브롬화메틸벤젠, 요오드화메틸벤젠, 톨루엔술폰산메틸벤젠, 트리플루오로메틸술폰산메틸벤젠, 브롬화메탄, 요오드화메탄, 톨루엔술폰산메탄 또는 톨루엔술폰산 무수물, 트리플루오로메틸술폰산 무수물, 5-(4-브로모메틸페닐)-10,15,20-트리(페닐)포르피린, 또는 브로모메틸피렌 등의 1가의 것, 디브로모메틸벤젠, 디요오드화메틸벤젠, 디브로모메틸비페닐렌, 또는 디브로모메틸아조벤젠 등의 2가의 것을 들 수 있다. 또한, 폴리(메틸옥사졸린), 폴리(에틸옥사졸린), 또는 폴리(메틸비닐옥사졸린) 등의 공업적으로 사용되고 있는 선상의 폴리옥사졸린을 그대로 전구체 폴리머로서 사용할 수도 있다.The linear precursor polymer is obtained by polymerizing the oxazoline monomer with a polymerization initiator having a monovalent or divalent functional group. As such a polymerization initiator, for example, methyl chloride benzene, methyl benzene bromide, methyl iodide, toluene sulfonate methylbenzene, trifluoromethyl sulfonate methylbenzene, methane bromide, methane iodide, toluene sulfonate or toluene sulfonic anhydride, trifluoro Monovalent ones such as romethylsulfonic anhydride, 5- (4-bromomethylphenyl) -10,15,20-tri (phenyl) porphyrin, or bromomethylpyrene, dibromomethylbenzene, methyliode iodide, di And divalent ones such as bromomethylbiphenylene or dibromomethyl azobenzene. Moreover, linear polyoxazoline used industrially, such as poly (methyl oxazoline), poly (ethyl oxazoline), or poly (methyl vinyl oxazoline), can also be used as a precursor polymer as it is.

성상의 전구체 폴리머는 상기한 바와 같은 옥사졸린 모노머를 3가 이상의 관능기를 갖는 중합 개시제에 의해 중합함으로써 얻어진다. 3가 이상의 중합 개시제로서는, 예를 들면 트리브로모메틸벤젠 등의 3가의 것, 테트라브로모메틸벤젠, 테트라(4-클로로메틸페닐)포르피린, 테트라브로모에톡시프탈로시아닌 등의 4가의 것, 헥사브로모메틸벤젠, 테트라(3,5-디토실에틸옥시페닐)포르피린 등의 5가 이상의 것을 들 수 있다.The precursor polymer in the form is obtained by polymerizing the oxazoline monomer as described above with a polymerization initiator having a trivalent or higher functional group. Examples of the trivalent or higher polymerization initiator include trivalent ones such as tribromomethylbenzene, tetravalent ones such as tetrabromomethylbenzene, tetra (4-chloromethylphenyl) porphyrin, tetrabromoethoxyphthalocyanine, and hexabromo. And pentavalent or higher ones such as methylbenzene and tetra (3,5-ditosylethyloxyphenyl) porphyrin.

빗형상의 전구체 폴리머를 얻기 위해서는 다가의 중합 개시기를 갖는 선상의 폴리머를 사용하여, 그 중합 개시기로부터 옥사졸린 모노머를 중합시킬 수 있지만, 예를 들면 통상의 에폭시 수지나 폴리비닐알코올 등의 측쇄에 수산기를 갖는 폴리머의 수산기를 브롬이나 요오드 등으로 할로겐화하거나, 또는 톨루엔술포닐기로 변환시킨 후, 그 변환 부분을 중합 개시기로서 사용함으로써도 얻을 수 있다.In order to obtain a comb-shaped precursor polymer, a linear polymer having a polyvalent polymerization initiator can be used to polymerize the oxazoline monomer from the polymerization initiator, but for example, a side chain such as an ordinary epoxy resin or polyvinyl alcohol It can also be obtained by halogenating the hydroxyl group of the polymer having a hydroxyl group with bromine, iodine or the like, or converting the toluenesulfonyl group, and using the converted portion as a polymerization initiator.

또한, 빗형상의 전구체 폴리머를 얻는 방법으로서, 폴리아민형 중합 정지제를 사용할 수도 있다. 예를 들면, 1가의 중합 개시제를 사용하여, 옥사졸린을 중합시키고, 그 폴리옥사졸린의 말단을 폴리에틸렌이민, 폴리비닐아민, 폴리프로필아민 등의 폴리아민의 아미노기에 결합시킴으로써 빗형상의 폴리옥사졸린을 얻을 수 있다.Moreover, a polyamine type polymerization terminator can also be used as a method of obtaining comb shaped precursor polymer. For example, comb-shaped polyoxazolin is formed by polymerizing oxazoline using a monovalent polymerization initiator and binding the terminal of the polyoxazoline to amino groups of polyamines such as polyethyleneimine, polyvinylamine, and polypropylamine. You can get it.

상기에 의해 얻어지는 전구체 폴리머의 폴리옥사졸린류로 이루어지는 직쇄상 골격의 가수분해는 산성 조건하 또는 알칼리 조건하의 어느 조건하에서도 좋다.The hydrolysis of the linear skeleton which consists of polyoxazolines of the precursor polymer obtained by the above may be under all conditions under acidic conditions or alkali conditions.

산성 조건하에서의 가수분해는, 예를 들면 염산 수용액 중에서 폴리옥사졸린을 가열하에서 교반함으로써, 폴리에틸렌이민의 염산염을 얻을 수 있다. 얻어진 염산염을 과잉의 암모니아수로 처리함으로써 염기성의 폴리에틸렌이민의 결정 분말을 얻을 수 있다. 사용하는 염산 수용액은 진한 염산이어도, 1mol/L 정도의 수용액이어도 되지만, 가수분해를 효율적으로 행하기 위해서는 5mol/L의 염산 수용액을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 반응 온도는 80℃ 전후가 바람직하다.In hydrolysis under acidic conditions, hydrochloride of polyethyleneimine can be obtained by, for example, stirring polyoxazoline under heating in an aqueous hydrochloric acid solution. By treating the obtained hydrochloride with excess ammonia water, a crystal powder of basic polyethyleneimine can be obtained. Although the hydrochloric acid aqueous solution to be used may be concentrated hydrochloric acid or an aqueous solution of about 1 mol / L, it is preferable to use 5 mol / L hydrochloric acid aqueous solution in order to perform hydrolysis efficiently. In addition, the reaction temperature is preferably around 80 ° C.

알칼리 조건하에서의 가수분해는, 예를 들면 수산화나트륨 수용액을 사용함으로써 폴리옥사졸린을 폴리에틸렌이민으로 변환시킬 수 있다. 알칼리 조건하에서 반응시킨 후, 반응액을 투석막으로 세정함으로써 과잉의 수산화나트륨을 제거하여, 폴리에틸렌이민의 결정 분말을 얻을 수 있다. 사용하는 수산화나트륨의 농도는 1∼10mol/L의 범위이면 되고, 보다 효율적인 반응을 행하기 위해서는 3∼5mol/L의 범위인 것이 바람직하다. 또한, 반응 온도는 80℃ 전후가 바람직하다.Hydrolysis under alkaline conditions can convert polyoxazoline into polyethyleneimine, for example by using aqueous sodium hydroxide solution. After reacting under alkaline conditions, excess sodium hydroxide can be removed by washing the reaction solution with a dialysis membrane, thereby obtaining a crystal powder of polyethyleneimine. The concentration of sodium hydroxide to be used should just be in the range of 1-10 mol / L, and in order to perform more efficient reaction, it is preferable that it is the range of 3-5 mol / L. In addition, the reaction temperature is preferably around 80 ° C.

산성 조건하 또는 알칼리 조건하에서의 가수분해에 있어서의 산 또는 알칼리의 사용량은 폴리머 중의 옥사졸린 단위에 대하여 1∼10당량이면 좋고, 반응 효율의 향상과 후처리의 간편화를 위해서는 3당량 정도로 하는 것이 바람직하다.The amount of acid or alkali used in hydrolysis under acidic conditions or alkaline conditions may be 1 to 10 equivalents relative to the oxazoline units in the polymer, and about 3 equivalents is preferred for improving the reaction efficiency and simplifying the post-treatment. .

상기 가수분해에 의해, 전구체 폴리머 중의 폴리옥사졸린류로 이루어지는 직쇄상의 골격이 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격으로 되고, 그 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머가 얻어진다.By the said hydrolysis, the linear skeleton which consists of polyoxazolines in a precursor polymer turns into a linear polyethyleneimine skeleton, and the polymer which has this polyethyleneimine skeleton is obtained.

또한, 직쇄상 폴리에틸렌이민 블록과 다른 폴리머 블록의 블록 코폴리머를 형성할 경우에는 전구체 폴리머를 폴리옥사졸린류로 이루어지는 직쇄상의 폴리머 블록과, 다른 폴리머 블록으로 이루어지는 블록 코폴리머로 하고, 그 전구체 폴리머 중의 폴리옥사졸린류로 이루어지는 직쇄상의 블록을 선택적으로 가수분해함으로써 얻을 수 있다.In addition, when forming a block copolymer of a linear polyethyleneimine block and another polymer block, the precursor polymer is a block copolymer made of a linear polymer block made of polyoxazolines and another polymer block, and the precursor polymer. It can obtain by selectively hydrolyzing the linear block which consists of polyoxazolines in it.

다른 폴리머 블록이 폴리(N-프로피오닐에틸렌이민) 등의 수용성 폴리머 블록일 경우에는 폴리(N-프로피오닐에틸렌이민)이 폴리(N-포르밀에틸렌이민)이나 폴리(N-아세틸에틸렌이민)에 비하여, 유기 용제에 대한 용해성이 높은 것을 이용하여 블록 코폴리머를 형성할 수 있다. 즉, 2-옥사졸린 또는 2-메틸-2-옥사졸린을 상기의 중합 개시 화합물의 존재하에서 양이온 개환 리빙 중합한 후, 얻어진 리빙 폴리머에 2-에틸-2-옥사졸린을 더 중합시킴으로써 폴리(N-포르밀에틸렌이민) 블록 또는 폴리(N-아세틸에틸렌이민) 블록과, 폴리(N-프로피오닐에틸렌이민) 블록으로 이루어지는 전구체 폴리머를 얻는다. 그 전구체 폴리머를 물에 용해시키고, 그 수용액에 폴리(N-프로피오닐에틸렌이민) 블록을 용해하는 물과는 비상용의 유기 용제를 혼합하여 교반함으로써 에멀션을 형성한다. 그 에멀션의 수상(水相)에 산 또는 알칼리를 첨가함으로써 폴리(N-포르밀에틸렌이민) 블록 또는 폴리(N-아세틸에틸렌이민) 블록을 우선적으로 가수분해시킴으로써, 직쇄상 폴리에틸렌이민 블록과, 폴리(N-프로피오닐에틸렌이민) 블록을 갖는 블록 코폴리머를 형성할 수 있다.When the other polymer block is a water-soluble polymer block such as poly (N-propionylethyleneimine), poly (N-propionylethyleneimine) is converted to poly (N-formylethyleneimine) or poly (N-acetylethyleneimine). In comparison, block copolymers can be formed using those having high solubility in organic solvents. That is, after cationic ring-opening living polymerization of 2-oxazoline or 2-methyl-2-oxazoline in the presence of the above-mentioned polymerization initiating compound, the obtained living polymer is further polymerized with 2-ethyl-2-oxazoline to obtain poly (N A precursor polymer comprising a -formylethyleneimine) block or a poly (N-acetylethyleneimine) block and a poly (N-propionylethyleneimine) block is obtained. The precursor polymer is dissolved in water, and an emulsion is formed by mixing and stirring an incompatible organic solvent with water in which a poly (N-propionylethyleneimine) block is dissolved in the aqueous solution. By adding an acid or an alkali to the aqueous phase of the emulsion, the poly (N-formylethyleneimine) block or the poly (N-acetylethyleneimine) block is preferentially hydrolyzed to form a linear polyethyleneimine block and a poly Block copolymers having (N-propionylethyleneimine) blocks can be formed.

여기서 사용하는 중합 개시 화합물의 가수가 1 및 2의 경우에는, 직쇄상의 블록 코폴리머로 되고, 그 이상의 가수이면 성형(星型)의 블록 코폴리머가 얻어진다. 또한, 전구체 폴리머를 다단의 블록 코폴리머로 함으로써 얻어지는 폴리머도 다단의 블록 구조로 할 수도 있다.When the valence of the polymerization start compound used here is 1 and 2, it will become a linear block copolymer, and if it is more than a valence, a molded block copolymer will be obtained. Moreover, the polymer obtained by making a precursor polymer into a multistage block copolymer can also be set as a multistage block structure.

(금속, 금속 이온)(Metals, metal ions)

본 발명에서의 금속 이온은 상기의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머 중의 폴리에틸렌이민 골격이 갖는 강한 배위 능력에 의해 그 골격 중의 폴리에틸렌이민 단위와 배위결합하여 금속 착체를 형성하는 것이다. 그 금속 착체는 금속 이온이 폴리에틸렌이민 단위에 배위됨으로써 얻어지는 것이며, 이온결합 등의 과정과 달리, 금속이 양이온이어도, 또는 음이온이어도 폴리에틸렌이민의 배위에 의해 착체를 형성할 수 있다. 따라서 금속 이온의 금속종은 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머 중의 폴리에틸렌이민 단위와 배위결합할 수 있는 것이면 제한되지 않고, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 천이 금속, 반금속, 란탄계 금속, 폴리옥소메탈레이트류의 금속 화합물 등을 들 수 있고, 이들 금속종을 갖는 금속 이온을 바람직하게 사용할 수 있다.The metal ion in the present invention coordinates with the polyethyleneimine unit in the skeleton to form a metal complex by the strong coordination ability of the polyethyleneimine skeleton in the polymer having the linear polyethyleneimine skeleton. The metal complex is obtained by coordinating metal ions to a polyethyleneimine unit. Unlike the processes of ionic bonding and the like, a complex may be formed by coordinating polyethyleneimine whether the metal is a cation or an anion. Therefore, the metal species of the metal ions are not limited as long as they can coordinate with the polyethyleneimine units in the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton, and are not limited to alkali metals, alkaline earth metals, transition metals, semimetals, lanthanide metals, and polyoxometalates. Kinds of metal compounds and the like, and metal ions having these metal species can be preferably used.

상기 알칼리 금속 이온으로서는 Li, Na, K, Cs 등의 이온을 들 수 있다. 알칼리 금속 이온의 상대 음이온으로서는 Cl, Br, I, NO3, SO4, PO4, ClO4, PF6, BF4, F3CSO3 등을 적합하게 사용할 수 있다.As said alkali metal ion, ion, such as Li, Na, K, Cs, is mentioned. As counter anions of alkali metal ions, Cl, Br, I, NO 3 , SO 4 , PO 4 , ClO 4 , PF 6 , BF 4 , F 3 CSO 3 and the like can be suitably used.

알칼리 토금속 이온으로서는 Mg, Ba, Ca 등의 이온을 들 수 있다.Examples of alkaline earth metal ions include ions such as Mg, Ba, and Ca.

천이 금속계 이온으로서는 그것이 천이 금속 양이온(Mn +)이어도, 또는 천이 금속이 산소와의 결합으로 이루어지는 산 라디칼 음이온(MOxn -), 또는 할로겐류 결합으로 이루어지는 음이온(MLxn -)이어도 착체 형성에 적합하게 사용할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 천이 금속이란, 주기표 제3족의 Sc, Y, 및 제4∼12족으로 제4∼6주기에 있는 천이 금속 원소를 가리킨다.The transition metal-based ion may be a transition metal cation (M n + ), an acid radical anion (MOx n ) formed by a bond with oxygen, or an anion (MLx n ) formed by a halogen bond. It can use suitably. In addition, in this specification, a transition metal refers to Sc, Y of group 3 of periodic table, and the transition metal element in 4th-6th cycle of group 4-12.

천이 금속 양이온으로서는 하기의 천이 금속의 양이온(Mn +), 예를 들면 Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, W, Os, Ir, Pt, Au, Hg의 1가, 2가, 3가 또는 4가의 양이온 등을 들 수 있다. 이들 금속 양이온의 상대 음이온은 Cl, NO3, SO4, 또는 폴리옥소메탈레이트류 음이온, 또는 카르복시산류의 유기 음이온의 어느 것이어도 된다. 단, Ag, Au, Pt 등 폴리에틸렌이민 골격에 의해 환원되기 쉬운 것은 pH를 산성 조건으로 하는 등, 환원 반응을 억제함으로써 착체를 제조하는 것이 바람직하다.As the transition metal cation, the following transition metal cations (M n + ), for example, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Mo, Ru, Rh, Pd, Ag Monovalent, divalent, trivalent, or tetravalent cations of Cd, W, Os, Ir, Pt, Au, and Hg. The counter anion of these metal cations may be any of Cl, NO 3 , SO 4 , or polyoxometallate anion, or an organic anion of carboxylic acids. However, it is preferable to produce a complex by suppressing a reduction reaction, such as pH which is easy to reduce with polyethyleneimine frame | skeleton, such as Ag, Au, and Pt, to acidic conditions.

또 천이 금속 음이온으로서는 하기의 천이 금속 음이온(MOxn -), 예를 들면MnO4, MoO4, ReO4, WO3, RuO4, CoO4, CrO4, VO3, NiO4, UO2의 음이온을 들 수 있다.In the transition metal anion to as the transition metal anion (MOx n -), for example, MnO 4, MoO 4, ReO 4 , WO 3, RuO 4, CoO 4, anions of CrO 4, VO 3, NiO 4 , UO 2 Can be mentioned.

본 발명의 금속 이온으로서는 상기 천이 금속 음이온이 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머 중의 에틸렌이민 단위에 배위한 금속 양이온을 거쳐 실리카 중에 고정된, 폴리옥소메탈레이트류의 금속 화합물의 형태이어도 된다. 그 폴리옥소메탈레이트류의 구체적인 예로서는 천이 금속 양이온과 조합시킨 몰리브덴산염, 텅스텐산염, 바나딘산염류를 들 수 있다.The metal ion of the present invention may be in the form of a metal compound of polyoxometallates in which the transition metal anion is fixed in silica via a metal cation assigned to an ethyleneimine unit in a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton. Specific examples of the polyoxometallates include molybdates, tungstates and vanadates in combination with transition metal cations.

또한, 하기의 금속이 포함된 음이온(MLxn -), 예를 들면 AuCl4, PtCl6, RhCl4, ReF6, NiF6, CuF6, RuCl6, In2Cl6와 같이, 금속이 할로겐에 배위된 음이온도 착체 형성에 적합하게 사용할 수 있다.In addition, anion (MLx n ) containing the following metals, for example, AuCl 4 , PtCl 6 , RhCl 4 , ReF 6 , NiF 6 , CuF 6 , RuCl 6 , In 2 Cl 6 , the metal may be Coordinated anions can also be suitably used for complex formation.

또한, 반금속계 이온으로서는 Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi의 이온을 들 수 있고, 그 중에서도 Al, Ga, In, Sn, Pb, Tl이 바람직하다.Examples of the semimetal ions include Al, Ga, In, Tl, Ge, Sn, Pb, Sb, and Bi. Among them, Al, Ga, In, Sn, Pb, and Tl are preferable.

란탄계 금속 이온으로서는, 예를 들면 La, Eu, Gd, Yb, Eu 등의 3가의 양이온을 들 수 있다.Examples of the lanthanum-based metal ions include trivalent cations such as La, Eu, Gd, Yb, and Eu.

본 발명에서의 금속은 금속 이온을 환원하여 얻어지는 것이면 되고, 그 금속 이온종으로서는 상기의 금속 이온을 예로서 들 수 있다. 그 중에서도 Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Mn, Ni, Rh, Co, Ru, Re, Mo 등의 천이 금속을 바람직하게 사용할 수 있고, 이들 천이 금속 중에서도, 특히 Au, Ag, Pt, Pd는 그 금속 이온이 폴리에틸렌이민에 배위된 후, 실온 또는 가열 상태에서 자발적으로 환원되기 때문에 바람직하게 사용할 수 있다.The metal in this invention should just be a thing obtained by reducing metal ion, and the said metal ion is mentioned as an example of the metal ion species. Among them, transition metals such as Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Mn, Ni, Rh, Co, Ru, Re, and Mo may be preferably used. Among these transition metals, Au, Ag, Pt, and Pd are Since the metal ion is coordinated with polyethyleneimine, it can be preferably used since it is spontaneously reduced at room temperature or in a heated state.

또한, 복합 나노파이버 중의 금속 또는 금속 이온은 1종이어도, 2종 이상이어도 된다.In addition, the metal or metal ion in a composite nanofiber may be 1 type, or 2 or more types may be sufficient as it.

(실리카 나노파이버)(Silica nanofiber)

본 발명의 복합 나노파이버를 구성하는 실리카 나노파이버는 수∼수백 nm 정도의 굵기, 바람직하게는 15∼100nm의 굵기를 갖는 섬유 형상을 갖는 것이다. 그 실리카 나노파이버의 섬유 형상의 길이는, 특별히 제한되지는 않지만, 0.1μm∼3mm 범위의 것이 바람직하다. 그 실리카 나노파이버는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머가 형성하는 결정성의 폴리머 필라멘트를 실리카가 피복함으로써 형성되는 것이기 때문에, 중공 형상의 형상을 갖는다.The silica nanofibers constituting the composite nanofiber of the present invention have a fiber shape having a thickness of several to several hundred nm, preferably of a thickness of 15 to 100 nm. The length of the fibrous shape of the silica nanofibers is not particularly limited, but is preferably in the range of 0.1 μm to 3 mm. Since the silica nanofibers are formed by coating silica with a crystalline polymer filament formed by a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton, the silica nanofibers have a hollow shape.

그 실리카 나노파이버의 실리카로서는 공지 관용의 실리카 소스의 졸겔 반응에 의해 얻어지는 실리카를 사용할 수 있다.As silica of this silica nanofiber, the silica obtained by the sol-gel reaction of a well-known conventional silica source can be used.

(복합 나노파이버, 금속 함유 실리카 나노파이버)(Composite nanofiber, metal-containing silica nanofiber)

본 발명의 복합 나노파이버는 적어도 1종의 금속 또는 금속 이온이 배위한 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머가 실리카 나노파이버에 함유된 것이며, 그 복합 나노파이버는 다양한 형상을 구축할 수 있는 것이 큰 특징이다.In the composite nanofiber of the present invention, a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in which at least one metal or metal ion is disposed is contained in the silica nanofiber, and the composite nanofiber is capable of constructing various shapes. to be.

본 발명의 복합 나노파이버의 형상은 이것을 구성하는 실리카 나노파이버의 형상과 같으며, 수∼수백 nm 정도의 굵기, 바람직하게는 15∼100nm의 굵기를 갖는 섬유 형상을 기초의 구조로 하는 것이며, 본 발명의 복합 나노파이버는 그 1차 구조의 형상을 비롯하여, 그 1차 구조끼리의 회합에 의해 다양한 형상을 발현할 수 있다. 그 1차 구조인 섬유 형상의 길이는 특별히 제한되지는 않지만, 0.1μm∼3mm 범위의 것이 바람직하다.The shape of the composite nanofiber of the present invention is the same as that of the silica nanofibers constituting the composite nanofiber, and has a structure based on a fiber shape having a thickness of about several to several hundred nm, preferably of a thickness of 15 to 100 nm. The composite nanofiber of the present invention can express various shapes by the association of the primary structures as well as the shape of the primary structure. Although the length of the fibrous shape which is the primary structure is not specifically limited, The thing of the range of 0.1 micrometer-3 mm is preferable.

복합 나노파이버 중에 있어서의 금속 또는 금속 이온은 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머와 배위결합하여 존재한다. 금속 이온은 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머와 배위결합하여 착체를 형성하고 있기 때문에, 중공 형상의 실리카 나노파이버 내에 그 금속 착체가 존재하는 상태라고 생각된다.Metal or metal ion in a composite nanofiber exists by coordinating with the polymer which has a linear polyethyleneimine skeleton. Since metal ions coordinate with a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton to form a complex, it is considered that the metal complex exists in the hollow silica nanofibers.

또한, 금속은 그 금속 착체를 형성한 금속 이온이 환원된 결정의 상태로 실리카 나노파이버 중에 존재한다고 생각된다. 그 금속은 환원에 의해 클러스터를 경유하여 와이어 형상이나 입자 형상을 형성할 수 있다. 입자 형상의 것은 복수가 접촉한 상태이어도 되고, 또 실리카 나노파이버 중에서 와이어 형상의 것과 입자 형상의 것이 혼재하고 있어도 된다. 그 와이어 형상의 굵기, 또는 입자 형상의 입경은 상기 1차 구조의 굵기보다 작은 나노미터 오더의 것이고, 와이어 형상의 것이라면 그 굵기가 2∼20nm 정도, 입자 형상의 것이라면 그 입경이 2∼20nm 정도인 것이 바람직하다.In addition, it is thought that metal exists in a silica nanofiber in the state of the crystal which the metal ion which formed the metal complex reduced. The metal can form a wire shape or particle shape via a cluster by reduction. The particle | grains may be in the state which the plurality contacted, and the wire-shaped thing and the particle-shaped thing may be mixed in a silica nanofiber. The thickness of the wire shape or the particle size of the particle shape is of nanometer order smaller than the thickness of the primary structure, and if the wire shape is about 2 to 20 nm, the particle size is about 2 to 20 nm. It is preferable.

본 발명의 복합 나노파이버는 그 나노파이버 형상끼리의 회합에 의해, 마이 크로∼밀리미터 오더의 2차원 또는 3차원적인 공간 형상을 갖는 회합체(본 명세서중에서는 그 회합체를 복합 나노파이버 회합체라고 함)를 형성할 수 있다. 그 회합체 형상은, 예를 들면 양상추 형상, 파이버 형상, 스펀지 형상, 애스터 형상, 선인장 형상, 민들레 형상 등 여러 가지 형상으로 조정할 수 있다. 이들 회합체 형상은 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머 구조의 기하학적인 형상이나, 분자량, 그 폴리머 중에 도입할 수 있는 비에틸렌이민 부분, 또 그 폴리머가 형성하는 결정의 형성 조건 등에 의해 제어 가능하며, 사용하는 폴리머의 분자 구조, 중합도, 조성, 및 폴리머 결정의 제조 방법에 특히 영향을 미친다.The composite nanofiber of the present invention is an assembly having a two-dimensional or three-dimensional spatial shape of a micro-millimeter order by association of the nanofiber shapes (in this specification, the assembly is referred to as a composite nanofiber assembly). Can be formed). The association shape can be adjusted to various shapes, such as a lettuce shape, a fiber shape, a sponge shape, an aster shape, a cactus shape, and a dandelion shape, for example. These association shapes can be controlled by the geometrical shape of the polymer structure having a linear polyethyleneimine skeleton, the molecular weight, the non-ethyleneimine moiety to be introduced into the polymer, and the conditions for forming the crystals formed by the polymer, and the like. The molecular structure, degree of polymerization, composition, and method for producing the polymer crystal of the polymer to be used are particularly affected.

또한, 복합 나노파이버 회합체끼리, 또는 그 복합 나노파이버 회합체가 다른 복합 나노파이버를 거쳐 결합함으로써, 밀리미터 오더 이상 크기의 거시적인 외형 형상을 갖는 구조체(본 명세서 중에서는 그 구조체를 복합 구조체라고 함)를 형성할 수 있다. 그 구조체의 외형은 임의의 형상으로 성형할 수 있고, 구체적인 응용의 요구에 맞추어, 원반형, 원주형, 플레이트형, 필터형, 막형, 구형, 로드형 등으로 성형할 수 있으며, 분말, 입자, 다면체, 실린더 등 여러 가지 상태로 가공할 수 있다. 그 구조체 내부에는 상기 복합 나노파이버 회합체의 회합체 형상이 존재하고, 그 회합체는 본 발명의 복합 나노파이버를 기초로 하는 것이다. 따라서 그 구조체는 복합 나노파이버가 복잡하게 형성된 3차원 망목 구조를 갖는다.In addition, the composite nanofiber aggregates or the composite nanofiber aggregates are bonded to each other through the composite nanofibers, so that a structure having a macroscopic shape having a size of millimeter order or more (in the present specification, the structure is called a composite structure). ) Can be formed. The outer shape of the structure can be formed into any shape, and can be formed into disc, columnar, plate, filter, film, spherical, rod, etc. according to the requirements of a specific application. It can be processed in various states such as cylinders. Inside the structure, there is an assembly shape of the composite nanofiber assembly, and the assembly is based on the composite nanofiber of the present invention. Therefore, the structure has a three-dimensional network structure in which the composite nanofibers are complex.

본 발명의 복합 나노파이버 중에 있어서의 실리카의 함유량으로서는 상기의 각종 구조를 구축할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않지만, 30∼80질량%의 범위이면 상기 각종 구조를 안정하게 형성할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, 금속 또는 금속 이온의 함유량은 각종 용도에 따라 적절히 조정할 수 있다.The content of silica in the composite nanofiber of the present invention is not particularly limited as long as the above various structures can be formed, but the above various structures can be stably formed in the range of 30 to 80 mass%. In addition, content of a metal or metal ion can be suitably adjusted according to various uses.

또한, 내부에 환원된 금속을 갖는 본 발명의 복합 나노파이버 중의 폴리머는 소성 등에 의해 용이하게 제거할 수 있고, 이에 의하여 실리카 나노파이버 중에 나노입자나 나노와이어 형상의 금속을 함유하는 나노파이버(본 명세서 중에서는 그 나노파이버를 금속 함유 실리카 나노파이버라고 함)로 할 수도 있다. 그 금속 함유 실리카 나노파이버는 폴리머를 제거할 때의 회합체 형상이나 구조체 형상을 그대로 유지할 수 있으므로, 금속 함유 실리카 나노파이버의 회합체나 구조체를 형성할 수도 있다.In addition, the polymer in the composite nanofiber of the present invention having a reduced metal therein can be easily removed by firing or the like, whereby the nanofiber containing nanoparticles or nanowire-shaped metal in the silica nanofiber (this specification) In particular, the nanofibers may be referred to as metal-containing silica nanofibers). Since the metal-containing silica nanofibers can maintain the aggregate shape and the structure shape when the polymer is removed, the aggregates and structures of the metal-containing silica nanofibers can also be formed.

상기한 바와 같이, 본 발명의 복합 나노파이버 및 금속 함유 실리카 나노파이버는 내부에 금속 또는 금속 이온을 갖고, 또한 각종 형상을 구축할 수 있으므로, 나노테크놀로지의 전반 영역, 예를 들면 나노금속 촉매, 나노금속 도전 재료, 나노금속 색재, 나노금속 센서, 의료용 재료로서 넓은 응용을 기대할 수 있다. 특히 복합 나노파이버는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머도 포함하므로, 바이오 분야나 환경 대응 제품 분야 등의 분야에서도 응용 가능성을 갖는다.As described above, the composite nanofibers and the metal-containing silica nanofibers of the present invention have metals or metal ions therein and can form various shapes, and thus, the first half region of nanotechnology, for example, nanometal catalysts and nanoparticles. Wide application can be expected as a metal conductive material, nano metal colorant, nano metal sensor, and medical material. In particular, since the composite nanofiber also includes a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton, the composite nanofiber has application potential in fields such as biotechnology and environmentally compatible products.

(복합 나노파이버의 제조 방법)(Method of producing a composite nanofiber)

본 발명의 복합 나노파이버를 제조하기 위해서는 실리카의 형상 제어와 그 실리카 내부에 금속 이온을 농축할 수 있는 배위성 분자의 존재가 필수적이라고 생각된다. 본 발명의 제조 방법에서는 그 배위성 분자로서 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 사용하여 (i) 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머가 회합함으로써 각종 형상을 형성하고, 그 폴리머의 회합체 표면에서 졸겔 반응을 진행 시킴으로써 실리카를 고정하고, (ii) 그 실리카 중에 존재하는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머에 의해 금속 이온을 고도로 농축하고, 필요에 따라 금속 이온을 그곳에서 환원함으로써 금속 또는 금속 이온을 내부에 함유하고, 또한 각종 형상 구축이 가능한 복합 나노파이버를 실현할 수 있다.In order to manufacture the composite nanofiber of the present invention, it is considered that the shape control of silica and the presence of coordinating molecules capable of concentrating metal ions in the silica are essential. In the production method of the present invention, by using a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton as its coordinating molecule, (i) polymers having a linear polyethyleneimine skeleton are associated to form various shapes, and the sol gel is formed on the surface of the assembly of the polymer. By advancing the reaction, silica is fixed, (ii) metal ions are highly concentrated by a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton present in the silica, and metal ions are reduced therein as necessary, thereby reducing the metal ions therein. It is possible to realize a composite nanofiber that is contained in and can form various shapes.

상기 (i)에서는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격은 수중 가용이지만, 실온에서는 불용성 회합체로서 존재하기 때문에, 폴리머 서로의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격 부분이 결정을 형성함으로써, 결정의 성질을 갖는 나노미터 굵기의 결정성 폴리머 필라멘트를 형성할 수 있다. 이 결정성 폴리머 필라멘트가 템플릿의 기능을 한다. 또한, 그 결정성 폴리머 필라멘트 표면에는 불가피하게 결정에 관계 없는 프리(free) 폴리에틸렌이민의 쇄가 다수 존재하고, 이들 프리 쇄는 결정성 폴리머 필라멘트 표면에 늘어져 있는 상태이다. 이들 쇄는 그 근방에서 중합한 실리카를 고정하는 발판이며, 동시에 실리카 소스를 중합시키는 촉매 기능을 한다.In the above (i), since the linear polyethyleneimine skeleton in the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is soluble in water, but exists as an insoluble association at room temperature, the linear polyethyleneimine skeleton portions of the polymers form crystals so as to form a crystal. It can form nanometer-thick crystalline polymer filaments having the properties of. This crystalline polymer filament functions as a template. In addition, many chains of free polyethyleneimine irrelevant to a crystal exist on the surface of the crystalline polymer filament, and these free chains are in a state of hanging on the surface of the crystalline polymer filament. These chains are scaffolds for fixing the silica polymerized in the vicinity thereof and at the same time serve as a catalyst for polymerizing the silica source.

여기서, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 결정성 폴리머 필라멘트 표면에서 졸겔 반응을 진행시킴으로써, 그 결정성 폴리머 필라멘트 표면이 실리카로 피복된, 폴리머 함유 실리카 나노파이버로 된다. 이때에 결정성 폴리머 필라멘트가 구축한 형상이 실리카에 복사됨으로써, 그 결정성 폴리머 필라멘트가 유도 가능한 다양한 형상을 폴리머 함유 실리카 나노파이버가 구축할 수 있게 된다.Here, the sol-gel reaction is performed on the surface of the crystalline polymer filament having the linear polyethyleneimine skeleton, thereby producing a polymer-containing silica nanofiber in which the surface of the crystalline polymer filament is coated with silica. At this time, the shape formed by the crystalline polymer filament is copied to the silica, so that the polymer-containing silica nanofiber can construct various shapes that the crystalline polymer filament can induce.

또한, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 결정성 폴리머 필라멘트는 물의 존재하에서 형상을 용이하게 제어할 수 있는 히드로겔을 제공해주기 때문에, 그 히 드로겔을 임의의 형상으로 성형한 후, 히드로겔 중의 결정성 폴리머 필라멘트끼리를 두 개 이상의 관능기를 갖는 화합물에 의한 화학결합으로 가교한 후, 졸겔 반응을 행함으로써 큰 실리카겔의 덩어리 중에 개개의 폴리머 회합체의 형상이 들어간 폴리머 함유 실리카 나노파이버로 이루어지는 구조체가 얻어진다. 그 히드로겔의 외형은 각종 형상으로 성형할 수 있기 때문에 그 구조체는 거시적인 형상 제어가 가능해진다.In addition, since the crystalline polymer filament having a linear polyethyleneimine skeleton provides a hydrogel which can be easily controlled in the presence of water, the hydrogel is formed into an arbitrary shape and then crystallized in the hydrogel. The polymer filaments are crosslinked by chemical bonding by a compound having two or more functional groups, and then subjected to a sol-gel reaction, whereby a structure made of polymer-containing silica nanofibers containing individual polymer aggregates in a large silica gel mass is obtained. . Since the external shape of the hydrogel can be formed into various shapes, the structure can be macroscopically shaped.

이 다양한 형상을 구축 가능한 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 금속 이온 수용액과 접촉시킴으로써, 상기 (ii)의 기능에 의해 그 폴리머 함유 실리카 나노파이버 중에 많은 금속 이온이 들어가서, 그 금속 이온이 실리카 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머와 배위결합을 형성하기 때문에, 실리카 나노파이버 중에서 그 폴리머의 회합체는 해체되고, 대신에 폴리머/금속 이온 착체가 형성되어, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머와 금속 이온을 실리카 나노파이버 중에 함유하는 복합 나노파이버가 얻어진다.By contacting the polymer-containing silica nanofibers capable of constructing these various shapes with a metal ion aqueous solution, many metal ions enter the polymer-containing silica nanofibers by the function of (ii), and the metal ions are linear polyethyleneimines in silica. In order to form a coordination bond with the polymer having a backbone, the association of the polymer in the silica nanofibers is disintegrated, and instead, a polymer / metal ion complex is formed, so that the polymer and the metal ion having the linear polyethyleneimine skeleton are separated from the silica nanoparticles. The composite nanofiber contained in a fiber is obtained.

그 폴리머/금속 이온 착체는 그곳에서 자발적으로 환원되거나, 또는 다른 환원제를 가함으로써 환원되어, 금속 클러스터를 경유하여 금속 결정으로 변한다. 금속이 환원될 때, 실리카 나노파이버나 실리카 나노파이버가 구축한 구조체 형상은 변화되지 않고, 실리카 나노파이버 내부의 폴리머도 실리카 나노파이버로부터의 유출이 불가능하기 때문에, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머에 의해 형상 제어된, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머와 금속을 실리카 나노파이버 중에 함유하는 복합 나노파이버가 얻어진다.The polymer / metal ion complex is spontaneously reduced there, or reduced by the addition of another reducing agent, converting to metal crystals via metal clusters. When the metal is reduced, the shape of the structure formed by the silica nanofibers or the silica nanofibers does not change, and since the polymer inside the silica nanofibers cannot be discharged from the silica nanofibers, the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is used. The composite nanofiber which contains the polymer and metal which have a linear polyethyleneimine frame | skeleton shape-controlled by a silica nanofiber is obtained.

본 발명의 복합 나노파이버를 제조하는 구체적인 방법으로서는 하기 (1)∼ (3)의 공정,As a specific method of manufacturing the composite nanofiber of the present invention, the following steps (1) to (3),

(1) 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 용매에 용해시킨 후, 물의 존재하에서 석출시켜, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 결정성 폴리머 필라멘트를 얻는 공정과,(1) a step of dissolving a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in a solvent, followed by precipitation in the presence of water to obtain a crystalline polymer filament of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton;

(2) 물의 존재하에서 상기 결정성 폴리머 필라멘트와 알콕시실란을 접촉시킴으로써, 상기 결정성 폴리머 필라멘트를 실리카로 피복하여 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 얻는 공정과,(2) contacting the crystalline polymer filament with an alkoxysilane in the presence of water to coat the crystalline polymer filament with silica to obtain a polymer-containing silica nanofiber;

(3) 상기 폴리머 함유 실리카 나노파이버와, 금속 이온이 용해한 용액을 접촉시켜, 금속 이온을 상기 폴리머 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 배위결합시키는 공정(3) A step of bringing the polymer-containing silica nanofibers into contact with a solution in which metal ions are dissolved to coordinate metal ions to a linear polyethyleneimine skeleton in the polymer.

으로 이루어지는 복합 나노파이버의 제조 방법,Method for producing a composite nanofiber consisting of,

또는, 하기 (1)∼(4)의 공정,Or the process of following (1)-(4),

(1) 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 용매에 용해시킨 후, 물의 존재하에서 석출시켜, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 결정성 폴리머 필라멘트를 얻는 공정과,(1) a step of dissolving a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in a solvent, followed by precipitation in the presence of water to obtain a crystalline polymer filament of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton;

(2) 물의 존재하에서 상기 결정성 폴리머 필라멘트와 알콕시실란을 접촉시킴으로써, 상기 결정성 폴리머 필라멘트를 실리카로 피복하여 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 얻는 공정과,(2) contacting the crystalline polymer filament with an alkoxysilane in the presence of water to coat the crystalline polymer filament with silica to obtain a polymer-containing silica nanofiber;

(3) 상기 폴리머 함유 실리카 나노파이버와, 금속 이온이 용해한 용액을 접 촉시켜, 금속 이온을 상기 폴리머 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 배위결합시키는 공정과,(3) contacting the polymer-containing silica nanofibers with a solution in which metal ions are dissolved to coordinate metal ions to the linear polyethyleneimine skeleton in the polymer;

(4) 상기 폴리머 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 배위결합한 천이 금속 이온을 환원시키는 공정(4) reducing the transition metal ions coordinated to the linear polyethyleneimine skeleton in the polymer;

으로 이루어지는 복합 나노파이버의 제조 방법을 들 수 있다.The manufacturing method of the composite nanofiber which consists of these is mentioned.

(결정성 폴리머 필라멘트를 얻는 공정)(Step of Obtaining Crystalline Polymer Filament)

본 발명의 제조 방법에서는, 우선 (1) 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 용매에 용해시킨 후, 물의 존재하에서 석출시켜, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 결정성 폴리머 필라멘트를 얻는 공정에 의해, 본 발명의 복합 나노파이버 형상의 템플릿으로 되는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 결정성 폴리머 필라멘트를 형성한다. 여기서, 사용할 수 있는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머는 상기한 것과 동일하다.In the production method of the present invention, (1) a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is first dissolved in a solvent, followed by precipitation in the presence of water to obtain a crystalline polymer filament of the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton. A crystalline polymer filament having a linear polyethyleneimine skeleton which is a template of the composite nanofiber shape of the present invention is formed. Here, the polymer which has a linear polyethyleneimine skeleton which can be used is the same as that mentioned above.

그 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격이 수성 매체 중에서 결정성을 발현하여 결정화하고, 그 결정끼리가 서로 회합함으로써 결정성 폴리머 필라멘트를 형성한다. 그 결정성 폴리머 필라멘트는 물의 존재하에서의 결정성 폴리머 필라멘트끼리의 물리적인 결합에 의해 3차원 망목 구조를 갖는 히드로겔 상태로 할 수도 있고, 또한 결정성 폴리머 필라멘트끼리를 가교제로 가교함으로써 화학적인 가교결합을 갖는 가교 히드로겔로 할 수도 있다. 이들 히드로겔을 사용함으로써, 히드로겔의 제작 조건을 조정함으로써 얻어지는 복합 나노파이버 회합체의 형상 조정을 용이하게 할 수 있고, 또한 복합 나노파이버 구조체를 형성할 때에, 그 외형 형상의 제어가 용이해지기 때문에 바람직하다.In the polymer having the linear polyethyleneimine skeleton, the linear polyethyleneimine skeleton expresses crystallinity in an aqueous medium to crystallize, and the crystals associate with each other to form a crystalline polymer filament. The crystalline polymer filaments may be in a hydrogel state having a three-dimensional network structure by physical bonding of the crystalline polymer filaments in the presence of water, and chemical crosslinking is achieved by crosslinking the crystalline polymer filaments with a crosslinking agent. It can also be set as the crosslinked hydrogel which has. By using these hydrogels, adjustment of the shape of the composite nanofiber assembly obtained by adjusting the preparation conditions of the hydrogel can be facilitated, and when forming the composite nanofiber structure, control of the external shape becomes easy. It is preferable because of that.

그 결정성 폴리머 필라멘트는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 1차 구조 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격의 복수가 물분자의 존재하에서 결정화 함으로써, 폴리머가 서로 회합하여 섬유상으로 성장한 것이며, 결정의 성질을 구조 중에 갖는 것이다.The crystalline polymer filament is obtained by crystallization of a plurality of linear polyethyleneimine skeletons in the primary structure of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in the presence of water molecules, whereby the polymers are associated with each other and grow in a fibrous form. It is to have.

그 결정성 폴리머 필라멘트는 1∼100nm 정도, 바람직하게는 2∼30nm, 보다 바람직하게는 2∼10nm 범위의 굵기를 갖고, 길이가 굵기의 10배 이상, 바람직하게는 100배 이상의 섬유 형상(이하, 그 결정성 폴리머 필라멘트의 섬유 형상을 1차 형상이라고 하는 경우가 있음)의 것이다.The crystalline polymer filament has a thickness in the range of about 1 to 100 nm, preferably in the range of 2 to 30 nm, more preferably in the range of 2 to 10 nm, and at least 10 times the length of the fiber, preferably at least 100 times the fibrous shape (hereinafter, The fibrous shape of the crystalline polymer filament may be referred to as a primary shape).

종래 널리 사용되어 온 폴리에틸렌이민은 환상 에틸렌이민의 개환 중합에 의해 얻어지는 분기상 폴리머이며, 그 1차 구조에는 1급 아민, 2급 아민, 3급 아민이 존재한다. 따라서 분기상 폴리에틸렌이민은 수용성이지만, 결정성은 갖지 않기 때문에, 분기상 폴리에틸렌이민을 사용하여 히드로겔을 만들기 위해서는 가교제에 의한 공유결합에 의해 망목 구조를 형성해야만 한다. 그러나 본 발명에 사용하는 폴리머가 골격으로서 갖는 직쇄상 폴리에틸렌이민은 2급 아민만으로 구성되어 있고, 그 2급 아민형의 직쇄상 폴리에틸렌이민은 수용성이면서 결정화가 가능하다.Polyethyleneimines which have been widely used in the past are branched polymers obtained by ring-opening polymerization of cyclic ethyleneimine, and primary amines, secondary amines and tertiary amines exist in the primary structure. Therefore, the branched polyethyleneimine is water-soluble but has no crystallinity. Therefore, in order to make a hydrogel using the branched polyethyleneimine, a network structure must be formed by covalent bonding with a crosslinking agent. However, the linear polyethyleneimine which the polymer used for this invention has as a frame | skeleton is comprised only by secondary amine, The linear amine imine of this secondary amine type can be crystallized while being water-soluble.

이와 같은 직쇄상 폴리에틸렌이민의 결정은 그 폴리머의 에틸렌이민 단위에 포함되는 결정수(結晶水) 수에 따라, 폴리머 결정 구조가 크게 다름이 알려져 있다(Y. Chatani et al., Macromolecules, 1981년, 제14권, p. 315-321). 무수(無水) 폴리에틸렌이민은 2중 나선 구조를 특징으로 하는 결정 구조가 우위이지만, 모 노머 단위에 2분자의 물이 포함되면, 폴리머는 지그재그 구조를 특징으로 하는 결정체로 성장함이 알려져 있다. 실제로, 수중에서 얻어지는 직쇄상 폴리에틸렌이민의 결정은 하나의 모노머 단위에 2분자 물을 포함하는 결정이며, 그 결정은 실온 상태에서는 수중 불용이다.It is known that the crystal structure of the linear polyethyleneimine varies greatly depending on the number of crystals contained in the ethyleneimine unit of the polymer (Y. Chatani et al., Macromolecules, 1981, Vol. 14, p. 315-321). Anhydrous polyethyleneimine is superior in crystal structure characterized by a double helix structure, but it is known that when a monomer unit contains two molecules of water, the polymer grows into a crystal characterized by a zigzag structure. In fact, the crystal of linear polyethyleneimine obtained in water is a crystal containing two molecules of water in one monomer unit, and the crystal is insoluble in water at room temperature.

본 발명에서의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 결정성 폴리머 필라멘트는 상기의 경우와 마찬가지로 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격의 결정 발현에 의해 형성되는 것이며, 폴리머 형상이 선상, 성상, 또는 빗형상 등의 형상이더라도 1차 구조에 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머이면, 결정성 폴리머 필라멘트가 얻어진다.In the present invention, the crystalline polymer filament of the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is formed by crystal expression of a linear polyethyleneimine skeleton as in the case described above, and the polymer is in the form of a linear, star, or comb shape. Even if it is a polymer which has a linear polyethyleneimine skeleton in a primary structure, a crystalline polymer filament is obtained.

결정성 폴리머 필라멘트의 존재는 X선 산란에 의해 확인할 수 있고, 광각(廣角) X선 회절계(WAXS)에 있어서의 2θ 각도값으로 20°, 27°, 28°근방의 결정성 히드로겔 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 유래하는 피크값에 의해 확인된다.The presence of the crystalline polymer filament can be confirmed by X-ray scattering, and the crystalline hydrogel in the vicinity of 20 °, 27 °, and 28 ° is 2θ angle value in a wide-angle X-ray diffractometer (WAXS). This is confirmed by the peak value derived from the chain polyethyleneimine skeleton.

또한, 결정성 폴리머 필라멘트의 시차 주사 열량계(DSC)에 있어서의 융점은 폴리에틸렌이민 골격의 폴리머의 1차 구조에도 의존하는데, 대략 그 융점이 45∼90℃로 나타난다.The melting point of the differential scanning calorimeter (DSC) of the crystalline polymer filament also depends on the primary structure of the polymer of the polyethyleneimine skeleton, and the melting point is approximately 45 to 90 ° C.

결정성 폴리머 필라멘트는 물의 존재하에서 결정성 폴리머 필라멘트끼리의 물리적인 결합에 의해 3차원 망목 구조를 갖는 히드로겔을 형성할 수도 있고, 또한 결정성 폴리머 필라멘트끼리를 가교제로 가교함으로써 화학적인 가교결합을 갖는 가교 히드로겔을 형성할 수도 있다.The crystalline polymer filaments may form a hydrogel having a three-dimensional network structure by physical bonding of the crystalline polymer filaments in the presence of water, and also have a chemical crosslinking by crosslinking the crystalline polymer filaments with a crosslinking agent. Crosslinked hydrogels may also be formed.

결정성 폴리머 필라멘트의 히드로겔 중에서는, 물의 존재하에서 서로 회합한 결정성 폴리머 필라멘트가 마이크로∼밀리미터 크기의 3차원 형상(이하, 그 미세한 3차원 형상을 2차 형상이라고 하는 경우가 있음)을 형성하고 있다. 이들 2차 형상을 갖는 회합체 사이에서, 회합체 중의 결정성 폴리머 필라멘트가 물리적으로 더 회합하여 가교 구조를 형성하여, 전체로서 결정성 폴리머 필라멘트로 이루어지는 3차원 망목 구조를 형성한다. 이들은 물의 존재하에서 생기기 때문에, 그 3차원 망목 구조 중에 물을 포함한 히드로겔이 형성된다. 가교제를 사용했을 경우에는 결정성 폴리머 필라멘트 사이가 화학적으로 가교하여, 그 3차원 망목 구조가 화학적인 가교에 의해 고정화된 가교 히드로겔로 된다.In the hydrogel of the crystalline polymer filament, the crystalline polymer filaments associated with each other in the presence of water form a three-dimensional shape of micro to millimeter size (hereinafter, the fine three-dimensional shape may be referred to as a secondary shape). have. Between these secondary shaped associations, the crystalline polymer filaments in the association are further physically associated to form a crosslinked structure, thereby forming a three-dimensional network structure composed of crystalline polymer filaments as a whole. Since they occur in the presence of water, hydrogels containing water are formed in the three-dimensional network structure. When a crosslinking agent is used, the crystalline polymer filaments are chemically crosslinked, and the three-dimensional network structure is a crosslinked hydrogel immobilized by chemical crosslinking.

여기서 말하는 3차원 망목 구조란, 통상의 고분자 히드로겔과 달리, 결정성 폴리머 필라멘트끼리가 그 표면에 존재하는 프리 에틸렌이민쇄의 수소결합에 의해, 물리적인 가교에 의해 형성된 망목 구조이다. 따라서 그 결정의 융점 이상의 온도에서는 결정이 수중 용해되어 버려, 3차원 망목 구조도 해체된다. 그런데, 그것이 실온으로 되돌아가면 결정성 폴리머 필라멘트가 성장하고, 그 결정 사이에서는 수소결합에 의한 물리적인 가교가 형성되기 때문에, 재차 3차원 망목 구조가 나타난다. The three-dimensional network structure referred to here is a network structure formed by physical crosslinking by hydrogen bonding of free ethylene imine chains in which crystalline polymer filaments are present on the surface, unlike ordinary polymer hydrogels. Therefore, at a temperature above the melting point of the crystal, the crystal dissolves in water, and the three-dimensional network structure is also dismantled. However, when it returns to room temperature, the crystalline polymer filament grows, and physical crosslinking is formed between the crystals by hydrogen bonding, so that the three-dimensional network structure appears again.

히드로겔 중에서 결정성 폴리머 필라멘트가 형성하는 2차 형상은 폴리머 구조의 기하학적인 형상이나, 분자량, 1차 구조 중에 도입할 수 있는 비에틸렌이민 부분, 또한 결정성 폴리머 필라멘트의 형성 조건 등을 조정함으로써, 예를 들면 파이버 형상, 브러시 형상, 성상 등의 각종 형상으로 제어 가능하다. 또한, 히드로겔은 일반적으로 외형(이하, 그 히드로겔의 외형 형상을 3차 형상이라고 하는 경우 가 있음)을 유지할 수 있지만, 외력에 의해 임의로 변형시킬 수 있기 때문에, 그 형상을 용이하게 제어할 수 있는 것이다.The secondary shape formed by the crystalline polymer filament in the hydrogel is formed by adjusting the geometrical shape of the polymer structure, the molecular weight, the non-ethyleneimine moiety which can be introduced into the primary structure, and the conditions for forming the crystalline polymer filament. For example, it can control to various shapes, such as a fiber shape, a brush shape, and a property. In addition, the hydrogel can generally maintain its external shape (hereinafter, the external shape of the hydrogel may be referred to as a tertiary shape), but since the hydrogel can be arbitrarily deformed by external force, the shape can be easily controlled. It is.

상기 결정성 폴리머 필라멘트는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머가 실온의 물에 불용인 성질을 이용하여, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 용매에 용해시킨 후, 물의 존재하에서 석출시킴으로써 얻어진다.The crystalline polymer filament is obtained by dissolving a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in a solvent using a property in which a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is insoluble in water at room temperature, and then depositing it in the presence of water.

구체적인 방법으로서는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 물 또는 물과 친수성 유기 용제의 혼합 용매(본 명세서 중에서 이들을 수성 매체라고 함)에 용해하고, 그 용액을 가열한 후 냉각하는 방법이나, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 친수성 유기 용제에 용해하고, 그 용액에 물을 가하는 방법등을 예로서 들 수 있다.As a specific method, a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is dissolved in water or a mixed solvent of water and a hydrophilic organic solvent (these are referred to as an aqueous medium in the present specification), and the solution is heated and then cooled, or a linear polyethylene The method etc. which melt | dissolve the polymer which has an imine frame | skeleton in a hydrophilic organic solvent, and add water to the solution are mentioned as an example.

직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 용해하는 용매는 수성 매체 또는 친수성 유기 용제를 바람직하게 사용할 수 있다. 그 친수성 유기 용제로서는, 예를 들면 메탄올, 에탄올, 테트라히드로푸란, 아세톤, 디메틸아세트아미드, 디메틸술폰옥시드, 디옥시란, 피롤리돈 등의 친수성 유기 용제를 들 수 있다.The solvent which melt | dissolves the polymer which has a linear polyethyleneimine skeleton can use an aqueous medium or a hydrophilic organic solvent suitably. As this hydrophilic organic solvent, hydrophilic organic solvents, such as methanol, ethanol, tetrahydrofuran, acetone, dimethylacetamide, dimethyl sulfone oxide, dioxirane, pyrrolidone, are mentioned, for example.

직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 용액으로부터 결정성 폴리머 필라멘트를 석출시키기 위해서는, 물의 존재가 불가결하기 때문에 석출은 수성 매체 중에서 일어난다.In order to precipitate crystalline polymer filaments from a solution of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton, precipitation occurs in an aqueous medium because the presence of water is indispensable.

또한, 상기 방법에서 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 양을 조정함으로써 결정성 폴리머 필라멘트로 이루어지는 히드로겔을 얻을 수 있다. 예를 들면, 그 히드로겔은 우선 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 일정량수 중에 분산하고, 그 분산액을 가열함으로써, 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 투명한 수용액을 얻는다. 그 다음에, 가열 상태의 폴리머 수용액을 실온으로 냉각함으로써 얻어진다. 그 히드로겔은 전단력 등의 외력에 의해 변형이 생기지만, 일반적으로 형상을 유지할 수 있는 아이스크림과 같은 상태를 가져, 다양한 형상으로 변형시킬 수 있다.In addition, a hydrogel made of crystalline polymer filaments can be obtained by adjusting the amount of the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in the above method. For example, the hydrogel firstly disperses a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in a fixed amount of water and heats the dispersion to obtain a transparent aqueous solution of a polymer having a polyethyleneimine skeleton. Then, it is obtained by cooling a polymer aqueous solution in a heated state to room temperature. The hydrogel is deformed by external forces such as shearing force, but generally has a state such as ice cream that can maintain a shape, and can be deformed into various shapes.

상기 방법에서 가열 온도는 100℃ 이하가 바람직하고, 90∼95℃의 범위인 것이 보다 바람직하다. 또한, 폴리머 분산액 중의 폴리머 함유량은 히드로겔이 얻어지는 범위이면 특별히 한정되지 않지만, 0.01∼20질량%의 범위인 것이 바람직하고, 형상이 안정한 히드로겔을 얻기 위해서는 0.1∼10질량%의 범위가 더욱 바람직하다. 이와 같이 본 발명에서는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 사용하면, 극히 소량의 폴리머 농도라도 히드로겔을 형성할 수 있다.In the said method, 100 degreeC or less is preferable and, as for heating temperature, it is more preferable that it is the range of 90-95 degreeC. The polymer content in the polymer dispersion is not particularly limited as long as it is a range from which a hydrogel is obtained, but is preferably in the range of 0.01 to 20% by mass, and more preferably in the range of 0.1 to 10% by mass in order to obtain a stable hydrogel. . As described above, when the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is used, hydrogel can be formed even at a very small polymer concentration.

상기 폴리머 수용액의 온도를 실온까지 저하시키는 과정에 의해, 얻어지는 히드로겔 중의 결정성 폴리머 필라멘트의 2차 형상을 조정할 수 있다. 온도를 저하시키는 방법을 예시하면, 폴리머 수용액을 80℃에서 1시간 유지한 후, 1시간 걸려 60℃로 하여, 그 온도에서 1시간 더 유지한다. 그 후 1시간 걸려 40℃까지 저하시킨 후, 자연스럽게 실온까지 내리는 방법, 상기 폴리머 수용액을 단숨에 빙점의 얼음물, 또는 빙점 아래의 메탄올/드라이아이스, 또는 아세톤/드라이아이스의 냉매액으로 냉각시킨 후, 그 상태의 것을 실온의 워터 배스(water bath)에서 유지하는 방법, 또는 상기의 폴리머 수용액을 실온의 워터 배스 또는 실온 공기 환경에서, 실온까지 온도를 저하시키는 방법 등을 들 수 있다.By the process of reducing the temperature of the said aqueous polymer solution to room temperature, the secondary shape of the crystalline polymer filament in the hydrogel obtained can be adjusted. If the method of lowering temperature is illustrated, after maintaining an aqueous polymer solution at 80 degreeC for 1 hour, it will be 60 degreeC over 1 hour, and is maintained at that temperature for 1 hour. After that, the temperature was lowered to 40 ° C. over 1 hour, and then naturally cooled to room temperature. The polymer aqueous solution was cooled with ice water at freezing point or methanol / dry ice below freezing point or with acetone / dry ice refrigerant solution. The method of maintaining a state thing in a water bath of room temperature, or the method of lowering temperature to room temperature in said aqueous polymer solution in a room temperature water bath or room temperature air environment, etc. are mentioned.

상기 폴리머 수용액의 온도를 저하시키는 과정은, 얻어지는 히드로겔 중에서 결정성 폴리머 필라멘트끼리의 회합에 강한 영향을 주기 때문에, 상기 다른 방법에 의해 얻어지는 히드로겔 중의 결정성 폴리머 필라멘트가 형성하는 2차 형상은 동일하지 않다. Since the process of lowering the temperature of the aqueous polymer solution strongly influences the association of the crystalline polymer filaments in the hydrogel obtained, the secondary shapes formed by the crystalline polymer filaments in the hydrogel obtained by the other method are the same. Not.

상기의 폴리머 수용액의 온도를 농도를 일정하게 하여 다단계적으로 저하시켰을 경우, 히드로겔 중에 있어서의 결정성 폴리머 필라멘트가 형성하는 2차 형상을 파이버 형상의 형상으로 할 수 있다. 이것을 급랭한 후, 실온으로 되돌렸을 경우에는 꽃잎 형상의 형태로 할 수 있다. 또한, 이것을 드라이아이스 상태의 아세톤으로 재차 급랭하여, 실온으로 되돌렸을 경우, 파(波) 형상의 형태로 할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 히드로겔 중에 있어서의 결정성 폴리머 필라멘트가 형성하는 2차 형상의 형태를 각종 형상으로 설정할 수 있다.When the temperature of the aqueous polymer solution is kept constant and the concentration is lowered in multiple steps, the secondary shape formed by the crystalline polymer filament in the hydrogel can be made into a fiber shape. When this is quenched and returned to room temperature, it can be made into the shape of a petal. Moreover, when this is quenched again with acetone in a dry ice state and returned to room temperature, it can be set as a wave form. Thus, the form of the secondary shape which the crystalline polymer filament in the hydrogel of this invention forms can be set to various shapes.

상기에 의해 얻어지는 히드로겔은 불투명한 겔이며, 겔 중에는 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머로 이루어지는 결정성 폴리머 필라멘트가 형성되고, 그 결정성 폴리머 필라멘트끼리는 수소결합에 의해 물리적으로 가교화되어, 3차원의 물리적인 망목 구조를 형성하고 있다. 일단 형성한 히드로겔 중의 결정성 폴리머 필라멘트는 실온 중에서는 불용 상태를 유지하지만, 가열하면 결정성 폴리머 필라멘트가 해리하여, 히드로겔은 졸 상태로 변화되어 버린다. 따라서 본 발명의 물리적인 히드로겔은 열처리를 행함으로써 졸에서 겔, 또 겔에서 졸로 가역적인 변화가 가능하다.The hydrogel obtained by the above is an opaque gel, in which a crystalline polymer filament made of a polymer having a polyethyleneimine skeleton is formed, and the crystalline polymer filaments are physically crosslinked by hydrogen bonding, and the three-dimensional physical It forms the netting structure. The crystalline polymer filaments in the formed hydrogel remain insoluble at room temperature, but when heated, the crystalline polymer filaments dissociate and the hydrogel is changed into a sol state. Therefore, the physical hydrogel of the present invention can be reversibly changed from sol to gel and from gel to sol by heat treatment.

본 발명에서 말하는 히드로겔은 3차원 망목 구조 중에 적어도 물을 함유하지 만, 그 히드로겔의 제조시에 친수성 유기 용제를 가함으로써 유기 용제를 함유한 히드로겔이 얻어진다. 그 친수성 유기 용제로서는, 예를 들면 메탄올, 에탄올, 테트라히드로푸란, 아세톤, 디메틸아세트아미드, 디메틸술폰옥시드, 디옥시란, 피롤리돈 등의 친수성 유기 용제를 들 수 있다.The hydrogel referred to in the present invention contains at least water in the three-dimensional network structure, but a hydrogel containing an organic solvent is obtained by adding a hydrophilic organic solvent in the preparation of the hydrogel. As this hydrophilic organic solvent, hydrophilic organic solvents, such as methanol, ethanol, tetrahydrofuran, acetone, dimethylacetamide, dimethyl sulfone oxide, dioxirane, pyrrolidone, are mentioned, for example.

유기 용제의 함유량은 물의 체적에 대하여 0.1∼5배의 범위인 것이 바람직하고, 1∼3배의 범위이면 보다 바람직하다.It is preferable that it is the range of 0.1-5 times with respect to the volume of water, and, as for content of the organic solvent, it is more preferable if it is the range which is 1-3 times.

상기 친수성 유기 용제를 함유시킴으로써 결정성 폴리머 필라멘트의 형태를 바꿀 수 있어, 단순한 수계와 다른 형태의 결정을 얻을 수 있다. 예를 들면, 수중에서는 섬유상의 퍼짐을 갖는 분기상의 2차 형상이더라도 그 제조에 일정량의 에탄올이 포함되었을 경우, 섬유가 수축한 것과 같은 구형상의 2차 형상을 얻을 수 있다.By containing the said hydrophilic organic solvent, the form of a crystalline polymer filament can be changed, and the crystal of a different form from a simple aqueous system can be obtained. For example, even in a branched secondary shape having fibrous spread in water, when a certain amount of ethanol is included in the production thereof, a spherical secondary shape such as a fiber shrinkage can be obtained.

본 발명에서 말하는 히드로겔 제조시에, 다른 수용성 폴리머를 가함으로써 수용성 폴리머를 함유하는 히드로겔이 얻어진다. 그 수용성 폴리머로서는, 예를 들면 폴리에틸렌글리콜, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴아미드, 폴리(N-이소프로필아크릴아미드), 폴리히드록시에틸아크릴레이트, 폴리메틸옥사졸린, 폴리에틸옥사졸린 등을 들 수 있다. In producing the hydrogel according to the present invention, a hydrogel containing a water-soluble polymer is obtained by adding another water-soluble polymer. As the water-soluble polymer, for example, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyacrylamide, poly (N-isopropylacrylamide), polyhydroxyethyl acrylate, polymethyloxazoline, polyethyloxa Sleepy etc. are mentioned.

수용성 폴리머의 함유량은 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 질량에 대하여 0.1∼5배의 범위인 것이 바람직하고, 0.5∼2배의 범위이면 보다 바람직하다.It is preferable that it is the range of 0.1-5 times with respect to the mass of the polymer which has a linear polyethyleneimine skeleton, and, as for content of a water-soluble polymer, it is more preferable if it is a range which is 0.5-2 times.

상기 수용성 폴리머를 함유시킴으로써도 결정성 폴리머 필라멘트의 형태를 바꿀 수 있어, 단순한 수계와 다른 형태의 2차 형상을 얻을 수 있다. 또한, 히드로겔의 점성을 증대시켜, 히드로겔의 안정성을 향상시키는 데 유효하다.By containing the above water-soluble polymer, the form of the crystalline polymer filament can be changed, and a secondary shape of a form different from a simple aqueous system can be obtained. It is also effective in increasing the viscosity of the hydrogel and improving the stability of the hydrogel.

또한, 상기 방법으로 얻어진 히드로겔을 폴리에틸렌이민의 아미노기와 반응하는 2관능기 이상을 포함하는 화합물로 처리함으로써 히드로겔 중의 결정성 폴리머 필라멘트 표면끼리를 화학결합으로 링크시킨 가교 히드로겔을 얻을 수 있다.Furthermore, the crosslinked hydrogel in which the crystalline polymer filament surfaces in the hydrogel are linked by chemical bonding can be obtained by treating the hydrogel obtained by the above method with a compound containing at least a bifunctional group reacting with the amino group of polyethyleneimine.

상기 아미노기와 실온 상태에서 반응할 수 있는 2관능기 이상을 포함하는 화합물로서는 알데히드류 가교제, 에폭시류 가교제, 산클로라이드류, 산무수물, 에스테르류 가교제를 사용할 수 있다. 알데히드류 가교제로서는, 예를 들면 말로닐 알데히드, 숙시닐 알데히드, 글루타릴 알데히드, 프탈로일 알데히드, 이소프탈로일 알데히드, 테레프탈로일 알데히드 등을 들 수 있다. 또한, 에폭시류 가교제로서는, 예를 들면 폴리에틸렌글리콜 디글리시딜 에테르, 비스페놀 A 디글리시딜 에테르, 글리시딜 클로라이드, 글리시딜 브로마이드 등을 들 수 있다. 산클로라이드류로서는, 예를 들면 말로닐산 클로라이드, 숙시닐산 클로라이드, 글루타릴산 클로라이드, 아디포일산 클로라이드(adipic acid chloride), 프탈로일산 클로라이드, 이소프탈로일산 클로라이드, 테레프탈로일산 클로라이드 등을 들 수 있다. 또한, 산무수물로서는, 예를 들면 프탈산 무수물, 숙시닐산 무수물, 글루타릴산 무수물 등을 들 수 있다. 또한, 에스테르류 가교제로서는 말로닐산 메틸 에스테르, 숙시닐산 메틸 에스테르, 글루타릴산 메틸 에스테르, 프탈로일산 메틸 에스테르, 폴리에틸렌글리콜 카르복시산 메틸 에스테르 등을 들 수 있다.An aldehyde crosslinking agent, an epoxy crosslinking agent, an acid chloride, an acid anhydride, an ester crosslinking agent can be used as a compound containing the bifunctional group which can react with the said amino group at room temperature. As aldehyde crosslinking agent, malonyl aldehyde, succinyl aldehyde, glutaryl aldehyde, phthaloyl aldehyde, isophthaloyl aldehyde, terephthaloyl aldehyde, etc. are mentioned, for example. Moreover, as an epoxy crosslinking agent, polyethyleneglycol diglycidyl ether, bisphenol A diglycidyl ether, glycidyl chloride, glycidyl bromide, etc. are mentioned, for example. Examples of the acid chlorides include malonic acid chloride, succinylic acid chloride, glutaric acid chloride, adipic acid chloride, phthaloyl chloride, isophthaloyl chloride, terephthaloyl chloride, and the like. . In addition, examples of the acid anhydride include phthalic anhydride, succinylic anhydride, glutaric anhydride, and the like. Moreover, as an ester crosslinking agent, a malonyl acid methyl ester, succinylic acid methyl ester, glutaryl acid methyl ester, a phthaloyl acid methyl ester, polyethyleneglycol carboxylic acid methyl ester, etc. are mentioned.

가교 반응은 얻어진 히드로겔을 가교제의 용액에 침지하는 방법으로도, 가교 제 용액을 히드로겔 중에 가하는 방법으로도 가능하다. 이때, 가교제는 계내에서의 침투압 변화와 함께 히드로겔 내부로 침투하여, 거기서 결정성 폴리머 필라멘트끼리를 수소결합으로 연결하여 에틸렌이민의 질소 원자와의 화학 반응을 일으킨다.The crosslinking reaction can be performed either by dipping the obtained hydrogel into a solution of the crosslinking agent or by adding a crosslinking agent solution into the hydrogel. At this time, the crosslinking agent penetrates into the hydrogel with the change in the penetration pressure in the system, where the crystalline polymer filaments are connected by hydrogen bonding to cause a chemical reaction of ethyleneimine with the nitrogen atom.

가교 반응은 결정성 폴리머 필라멘트 표면의 프리 에틸렌이민과의 반응에 의해 진행하지만, 그 반응을 결정성 폴리머 필라멘트 내부에서는 일어나지 않도록 하려면, 히드로겔을 형성하는 결정성 폴리머 필라멘트의 융점 이하의 온도에서 반응을 행하는 것이 바람직하고, 더욱이는 가교 반응을 실온에서 행하는 것이 가장 바람직하다.The crosslinking reaction proceeds by reaction with free ethyleneimine on the surface of the crystalline polymer filament, but if the reaction does not occur inside the crystalline polymer filament, the reaction is carried out at a temperature below the melting point of the crystalline polymer filament forming the hydrogel. It is preferable to carry out, and more preferably, the crosslinking reaction is performed at room temperature.

가교 반응을 실온에서 진행시킬 경우에는, 히드로겔을 가교제 용액과 혼합한 상태로 방치해둠으로써 가교 히드로겔을 얻을 수 있다. 가교 반응시키는 시간은 수 분부터 수 일이어도 되고, 대개 하룻밤 방치함으로써 적합하게 가교가 진행한다.When the crosslinking reaction proceeds at room temperature, the crosslinked hydrogel can be obtained by leaving the hydrogel mixed with the crosslinking agent solution. The time for the crosslinking reaction may be several minutes to several days, and the crosslinking proceeds suitably by leaving it overnight.

가교제량은 히드로겔 형성에 사용하는 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머 중의 에틸렌이민 유닛의 몰수에 대하여 0.05∼20%이면 되고, 그것이 1∼10%이면 더욱 적합하다.The amount of crosslinking agent may be 0.05 to 20% with respect to the number of moles of ethyleneimine units in the polymer having a polyethyleneimine skeleton used for forming the hydrogel, and more preferably 1 to 10%.

상기 히드로겔은 겔화제가 결정성 폴리머 필라멘트이기 때문에 다양한 모폴로지의 겔 구조를 발현할 수 있다. 또 소량의 결정성 폴리머 필라멘트이더라도 수중에서 적합하게 3차원 망목 구조를 형성하기 때문에 높은 물보유성을 갖는다. 또한, 사용하는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머는 구조 설계나 합성이 용이하고, 또한 히드로겔의 제조가 간편하다. 또한, 그 히드로겔 중의 결정성 폴리 머 필라멘트 사이를 가교제에 의해 가교함으로써, 히드로겔의 형상을 고정화할 수 있다.The hydrogel can express gel structures of various morphologies because the gelling agent is a crystalline polymer filament. In addition, even a small amount of crystalline polymer filament has a high water retention because it forms a three-dimensional network structure suitably in water. Moreover, the polymer which has a linear polyethyleneimine skeleton to be used is easy for structural design and synthesis | combination, and the manufacture of a hydrogel is simple. In addition, the shape of the hydrogel can be fixed by crosslinking between the crystalline polymer filaments in the hydrogel with a crosslinking agent.

(폴리머 함유 실리카 나노파이버를 얻는 공정)(Step of Obtaining Polymer-Containing Silica Nanofiber)

본 발명의 제조 방법에서는 상기 (1)의 공정에 이어, (2) 물의 존재하에서 상기 결정성 폴리머 필라멘트와 알콕시실란을 접촉시킴으로써, 상기 결정성 폴리머 필라멘트를 실리카로 피복한 나노파이버(본 명세서 중에서는 그 나노파이버를 폴리머 함유 실리카 나노파이버라고 함)를 얻는 공정을 갖는다. 또한, 결정성 폴리머 필라멘트가 가교제로 가교된 상태나 결정성 폴리머 필라멘트가 히드로겔을 형성한 상태, 또는 그 히드로겔을 가교제로 가교시킨 상태에서 실리카 소스를 접촉시킴으로써 폴리머 함유 실리카 나노파이버로 이루어지는 구조체를 얻을 수 있다.In the manufacturing method of this invention, following the process of said (1), (2) the nanofiber which coat | covered the said crystalline polymer filament with silica by making the said crystalline polymer filament contact alkoxysilane in presence of water (in this specification, The nanofiber is called a polymer-containing silica nanofiber). In addition, a structure made of polymer-containing silica nanofibers is brought into contact by contacting a silica source in a state where the crystalline polymer filaments are crosslinked with a crosslinking agent, the crystalline polymer filaments form a hydrogel, or the hydrogel is crosslinked with the crosslinking agent. You can get it.

결정성 폴리머 필라멘트와 알콕시실란을 접촉시키는 방법으로서는 결정성 폴리머 필라멘트의 수중 분산액 또는 결정성 폴리머 필라멘트의 히드로겔 또는 가교 히드로겔 중에, 통상의 졸겔 반응에서 사용할 수 있는 용매에 실리카 소스를 용해한 용액을 가하여, 실온하에서 졸겔 반응시키는 방법을 들 수 있다. 그 방법에 의해 폴리머 함유 실리카 나노파이버, 그 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체를 용이하게 얻을 수 있다.As a method of contacting the crystalline polymer filament and the alkoxysilane, a solution in which a silica source is dissolved is added to a solvent which can be used in a conventional sol-gel reaction in a dispersion of an crystalline polymer filament in water or a hydrogel or a crosslinked hydrogel of a crystalline polymer filament. And sol-gel reaction at room temperature. By this method, a polymer-containing silica nanofiber and a structure of the polymer-containing silica nanofiber can be easily obtained.

실리카 소스로서 사용하는 알콕시실란으로서는 테트라알콕시실란류, 알킬트리알콕시실란류 등의 3가 이상의 알콕시실란(치환기를 3개 이상 갖는 알콕시실란)을 들 수 있다.As an alkoxysilane used as a silica source, trivalent or more alkoxysilanes (alkoxysilane which has three or more substituents), such as tetraalkoxysilanes and alkyltrialkoxysilanes, are mentioned.

테트라알콕시실란류로서는, 예를 들면 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 테트라프로폭시실란, 테트라브톡시실란, 테트라-t-부톡시실란 등을 들 수 있다.Examples of the tetraalkoxysilanes include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxysilane, tetra-t-butoxysilane and the like.

알킬트리알콕시실란류로서는 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 에틸트리에톡시실란, n-프로필트리메톡시실란, n-프로필트리에톡시실란, iso-프로필트리메톡시실란, iso-프로필트리에톡시실란, 3-클로로프로필트리메톡시실란, 3-클로로프로필트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필메톡시실란, 3-메르캅토트리에톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리메톡시실란, 3,3,3-트리플루오로프로필트리에톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-메타크릴옥시프로필트리에톡시실란, 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, p-클로로메틸페닐트리메톡시실란, p-클로로메틸페닐트리에톡시실란, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디에톡시실란, 디에틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란 등을 들 수 있다.Examples of the alkyltrialkoxysilanes include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane and iso-propyltri. Methoxysilane, iso-propyltriethoxysilane, 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimeth Methoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropylmethoxysilane, 3-mercaptotriethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltrimethoxysilane, 3,3,3-trifluoropropyltriethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxy Silane, Phenyltrimethoxysilane, Phenyltriethoxysilane, p-chloromethylphenyl Rime silane, p- chloro and the like on the phenyl triethoxysilane, dimethyl dimethoxysilane, dimethyl diethoxysilane, diethyl dimethoxysilane, diethyl diethoxysilane.

폴리머 함유 실리카 나노파이버를 얻는 상기 졸겔 반응은 수성 매체 중, 결정성 폴리머 필라멘트의 존재하에서 진행하지만, 그 반응은 수성 매체상(媒體相)에서는 일어나지 않고, 결정성 폴리머 필라멘트의 표면에서 진행한다. 따라서 복합화 반응 조건에서는 결정성 폴리머 필라멘트가 용해하지 않으면, 반응 조건은 임의이다.The sol-gel reaction to obtain a polymer-containing silica nanofiber proceeds in the presence of crystalline polymer filaments in an aqueous medium, but the reaction does not occur on an aqueous medium but proceeds on the surface of the crystalline polymer filaments. Therefore, in the complex reaction conditions, the reaction conditions are arbitrary unless the crystalline polymer filaments are dissolved.

결정성 폴리머 필라멘트를 불용으로 하려면, 졸겔 반응 시, 친수성 유기 용제를 포함하는 수성 액체 중, 물의 존재가 20% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 그 것이 40% 이상이면 더욱 바람직하다.In order to make the crystalline polymer filament insoluble, the presence of water in the aqueous liquid containing a hydrophilic organic solvent during the sol-gel reaction is preferably 20% or more, more preferably 40% or more.

졸겔 반응에서는 폴리에틸렌이민의 모노머 단위인 에틸렌이민에 대하여, 실리카 소스인 알콕시실란의 양을 과잉으로 하면 적합하게 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 형성할 수 있다. 과잉의 정도로서는 에틸렌이민에 대하여 2∼1000배 등량의 범위인 것이 바람직하다.In the sol-gel reaction, when the amount of the alkoxysilane which is a silica source is excessive with respect to ethyleneimine which is a monomer unit of polyethyleneimine, a polymer containing silica nanofiber can be suitably formed. As excess degree, it is preferable that it is the range of 2 to 1000 times equivalent amount with respect to ethylene imine.

또한, 결정성 폴리머 필라멘트를 형성할 때의 수성 매체 중의 폴리머 농도는 그 폴리머 중에 포함되는 폴리에틸렌이민의 양을 기준으로 0.1∼30%로 하는 것이 바람직하다. 또한, 수성 매체 중의 폴리에틸렌이민 양은 결정성 폴리머 필라멘트의 결정 형태가 유지된 상태에서 농축함으로써 30%를 초과하는 농도로 하는 것도 가능하다. 이때의 농축 방법으로서는 상기 결정성 폴리머 필라멘트의 수중 분산액이나 결정성 폴리머 필라멘트의 히드로겔을 상온에서 상압 여과 또는 감압 여과하는 방법 등을 사용할 수 있다.In addition, it is preferable to make the polymer concentration in the aqueous medium at the time of forming a crystalline polymer filament into 0.1-30% based on the quantity of the polyethyleneimine contained in the polymer. In addition, the amount of polyethyleneimine in the aqueous medium can be set to a concentration exceeding 30% by concentrating in a state where the crystalline form of the crystalline polymer filament is maintained. As a concentration method at this time, the method of performing normal pressure filtration or pressure reduction filtration of the dispersion liquid of the said crystalline polymer filament, the hydrogel of the crystalline polymer filament at normal temperature, etc. can be used.

졸겔 반응의 시간은 1분부터 수 일까지 다양하지만, 알콕시실란의 반응 활성이 높은 메톡시실란류의 경우에는 반응 시간은 1분∼24시간이면 좋고, 반응 효율을 높이므로, 반응 시간을 30분∼5시간으로 설정하면 더욱 적합하다. 또한, 반응 활성이 낮은 에톡시실란류, 부톡시실란류의 경우에는 졸겔 반응 시간이 24시간 이상이 바람직하고, 그 시간을 1주일 정도로 하는 것도 바람직하다.Although the sol-gel reaction time varies from 1 minute to several days, in the case of methoxysilanes having high reaction activity of the alkoxysilane, the reaction time may be 1 minute to 24 hours, and the reaction efficiency is increased, so that the reaction time is 30 minutes. It is more suitable if it sets to -5 hours. In the case of ethoxysilanes and butoxysilanes having low reaction activity, the sol-gel reaction time is preferably 24 hours or more, and the time is preferably about one week.

본 공정에서 얻어지는 폴리머 함유 실리카 나노파이버는 상기의 결정성 폴리머 필라멘트와, 결정성 폴리머 필라멘트를 피복하는 실리카로 이루어지는 것이며, 그 굵기가 10∼1000nm, 바람직하게는 15∼100nm의 것이고, 길이가 굵기의 10배 이 상, 바람직하게는 100배 이상의 길이를 갖는 것이다.The polymer-containing silica nanofiber obtained in this step is composed of the above-mentioned crystalline polymer filament and silica covering the crystalline polymer filament, and its thickness is 10 to 1000 nm, preferably 15 to 100 nm, and the length is thick. It is 10 times or more, preferably 100 times or more.

폴리머 함유 실리카 나노파이버의 실리카 함유량은 반응 조건 등에 따라 일정한 폭으로 변화되지만, 폴리머 함유 실리카 나노파이버 전체의 30∼90질량%의 범위로 할 수 있다. 실리카의 함유량은 졸겔 반응 시에 사용한 폴리머 양의 증가에 따라 증가한다. 또한, 졸겔 반응 시간을 길게 함으로써 증대한다.The silica content of the polymer-containing silica nanofibers varies with a constant width depending on the reaction conditions, but can be in the range of 30 to 90 mass% of the entire polymer-containing silica nanofibers. The content of silica increases with increasing polymer amount used in the sol-gel reaction. Moreover, it increases by lengthening a sol-gel reaction time.

폴리머 함유 실리카 나노파이버는 직쇄 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 결정성 폴리머 필라멘트를 심(芯)으로서 갖고, 그 결정성 폴리머 필라멘트가 실리카로 피복된 복합체이다. 따라서 그 폴리머 함유 실리카 나노파이버는 그 결정성 폴리머 필라멘트 중에 존재하는 에틸렌이민 단위에 의해, 금속 이온을 고도로 농축하여 흡착할 수 있다.Polymer-containing silica nanofibers are composites having a crystalline polymer filament of a polymer having a straight polyethyleneimine skeleton as a core and the crystalline polymer filaments coated with silica. Therefore, the polymer-containing silica nanofiber can adsorb highly concentrated metal ions by the ethyleneimine unit present in the crystalline polymer filament.

또한, 폴리머 함유 실리카 나노파이버는 서로 회합시킴으로써 다양한 형상을 갖는 구조체를 형성할 수 있다. 그 구조체는 결정성 폴리머 필라멘트가 가교제로 가교된 상태나 결정성 폴리머 필라멘트가 히드로겔을 형성한 상태, 또는 그 히드로겔을 가교제로 가교시킨 상태에서 실리카 소스를 접촉시킴으로써 폴리머 함유 실리카 나노파이버로 이루어지는 구조체를 얻을 수 있다. 따라서 그 구조체는 상기의 결정성 폴리머 필라멘트의 히드로겔이나 가교 히드로겔 등이 형성하는 형상에 유래한 형상을 갖는다.In addition, the polymer-containing silica nanofibers may be associated with each other to form structures having various shapes. The structure consists of polymer-containing silica nanofibers by contacting a silica source in a state in which the crystalline polymer filaments are crosslinked with a crosslinking agent, in which the crystalline polymer filaments form a hydrogel, or in a state in which the hydrogel is crosslinked with the crosslinking agent. Can be obtained. Therefore, the structure has the shape derived from the shape which the hydrogel, crosslinked hydrogel, etc. of said crystalline polymer filament form.

폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체는 결정성 폴리머 필라멘트가 형성한 히드로겔 또는 가교 히드로겔의 3차 형상을 임의로 성형한 후, 그 히드로겔 중의 결정성 폴리머 필라멘트를 실리카로 피복함으로써, 임의의 외형 형상으로 성형 된 구조체이다. 또한, 그 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체 중에서는 상기 히드로겔 중에 형성된 회합체의 2차 형상도 복사되기 때문에, 결정성 폴리머 필라멘트가 형성한 2차 형상에 유래한, 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 회합체가 형성하는 회합체 형상이 존재한다.The structure of the polymer-containing silica nanofibers is optionally formed by forming a tertiary shape of a hydrogel or a crosslinked hydrogel formed by the crystalline polymer filament, and then coating the crystalline polymer filament in the hydrogel with silica to form an arbitrary shape. It is a molded structure. In addition, in the structure of the polymer-containing silica nanofibers, since the secondary shape of the aggregate formed in the hydrogel is also copied, the aggregate of the polymer-containing silica nanofibers derived from the secondary shape formed by the crystalline polymer filament. There is an association shape which is formed.

이와 같이, 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체 외형은 상기 결정성 폴리머 필라멘트로부터 형성되는 3차 형상을 고정할 수 있기 때문에 임의로 성형하는 것이 가능하다. 또한, 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체가, 그 내부에 갖는 회합체 형상은 사용하는 폴리머의 폴리머 구조의 기하학적인 형상이나, 분자량, 1차 구조 중에 도입할 수 있는 비에틸렌이민 부분, 또한 실리카 소스의 사용량 등에 의해, 파이버 형상, 브러시 형상, 성상, 양상추 형상, 스펀지 형상, 애스터 형상, 선인장 형상, 민들레 형상 등의 여러 가지 형상을 가질 수 있다. 이들 회합체 형상의 크기는 3μm∼1mm 정도의 크기로 할 수 있다. 이 크기의 형상은 기본 유닛인 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 회합과 공간 배치로부터 형성된 3차원 형상이다. 이 기본 유닛이 되는 폴리머 함유 실리카 나노파이버에는 결정성 폴리머 필라멘트의 심이 포함된다. 즉, 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체는 결정성 폴리머 필라멘트끼리가 수중에서 수소결합에 의한 물리적인 결합으로 연결되어 공간에 배치되어 각종 형상의 3차원 형상의 템플릿으로 되고, 이 템플릿을 따라 실리카가 고정화됨으로써, 폴리머 함유 실리카 나노파이버가 서로 회합하여 공간에 배치된 형태를 형성한 것이라고 생각된다.As described above, the structure of the polymer-containing silica nanofibers can be arbitrarily molded because the tertiary shape formed from the crystalline polymer filament can be fixed. In addition, the aggregate shape of the structure of the polymer-containing silica nanofibers has a geometrical shape of the polymer structure of the polymer to be used, a molecular weight, a non-ethyleneimine moiety which can be introduced into the primary structure, and a silica source. Depending on the amount of use, it may have various shapes such as fiber shape, brush shape, appearance, lettuce shape, sponge shape, aster shape, cactus shape, and dandelion shape. The size of these association | aggregate shape can be made into the magnitude | size of about 3 micrometers-about 1 mm. This size shape is a three-dimensional shape formed from the association and spatial arrangement of the polymer-containing silica nanofibers that are the basic unit. The polymer-containing silica nanofibers serving as the basic unit include a core of a crystalline polymer filament. That is, in the structure of the polymer-containing silica nanofibers, crystalline polymer filaments are connected to each other by physical bonding by hydrogen bonding in water, and are arranged in a space to form a three-dimensional template of various shapes, and silica is immobilized along the template. By doing so, it is considered that the polymer-containing silica nanofibers are associated with each other to form a form arranged in the space.

폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체는 결정성 폴리머 필라멘트가 회합 한 회합체끼리가 더 회합하여 물리적으로 가교한 히드로겔을 실리카로 고정한 것이지만, 사용하는 폴리머 구조나 폴리머 농도, 또는 실리카 소스의 양 등을 조정함으로써, 실리카로 고정할 때에 그 회합체끼리의 물리적인 가교를 절단하여, 결정성 폴리머 필라멘트의 회합체 또는 그 회합체의 복수의 집합체를 실리카로 고정화함으로써, 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 회합체를 취출하는 것도 가능하다.In the structure of the polymer-containing silica nanofibers, the associations of the crystalline polymer filaments are further bonded to each other to fix the physically cross-linked hydrogel with silica, but the polymer structure, the polymer concentration, the amount of the silica source, etc. used are adjusted. Thus, when fixing with silica, the physical crosslinking between the aggregates is cleaved, and the aggregate of the crystalline polymer filament or the plurality of aggregates of the aggregate is immobilized with silica to take out the aggregate of the polymer-containing silica nanofibers. It is also possible.

폴리머 함유 실리카 나노파이버의 회합체 형상은 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 제조할 때의, 폴리머 구조의 기하학적인 형상이나, 분자량, 1차 구조 중에 도입할 수 있는 비에틸렌이민 부분, 또한 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체의 형성 조건 등을 조정함으로써, 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체 중의 회합체 형상을 조정할 수 있다. 그 회합체 형상은 사용하는 폴리머의 분자 구조, 중합도, 조성, 및 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체 제조시의 온도 저하의 방법에 크게 의존한다.The association shape of the polymer-containing silica nanofibers is the geometrical shape of the polymer structure when producing the polymer-containing silica nanofibers, the molecular weight, the non-ethyleneimine moiety that can be introduced in the primary structure, and the polymer-containing silica nanofibers. By adjusting the formation conditions and the like of the structure, the aggregate shape in the structure of the polymer-containing silica nanofibers can be adjusted. The association shape largely depends on the molecular structure of the polymer to be used, the degree of polymerization, the composition, and the method of temperature reduction in producing the structure of the polymer-containing silica nanofiber.

예를 들면, 직쇄 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머로서 중합도가 300 이상의 선상 폴리에틸렌이민을 사용하여, 80℃ 이상의 온도로부터 자연스럽게 상온까지 저하시켜 히드로겔을 얻은 후, 그 히드로겔을 사용하여 졸겔 반응함으로써, 양상추 형상의 회합체 형상을 갖는 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 복합 구조체를 얻을 수 있다. 양상추 형상의 회합체 형상에서 잎을 형성하는 부분의 두께는 폴리머를 결정화시킬 때의 폴리머 용액 중의 폴리머 농도가 저하함에 따라 두터워지지만, 농도가 2% 이상에서는 잎부분의 두께는 100nm 전후이며, 농도가 1% 이하에서는 잎부분의 두께는 500nm 전후가 된다.For example, a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton and having a degree of polymerization of 300 or more linear polyethylenimine is naturally reduced from a temperature of 80 ° C. or higher to room temperature to obtain a hydrogel, and then subjected to a sol-gel reaction using the hydrogel. A composite structure of polymer-containing silica nanofibers having an associative aggregate shape can be obtained. In the lettuce-like association, the thickness of the leaf forming portion becomes thick as the polymer concentration in the polymer solution decreases when crystallizing the polymer, but when the concentration is 2% or more, the thickness of the leaf portion is around 100 nm. At 1% or less, the leaf thickness is around 500 nm.

또한, 성상 폴리에틸렌이민을 사용할 경우에는 그 핵이 되는 중심 잔기의 구조를 바꿈으로써도, 얻어지는 2차적 형상을 제어할 수 있다. 예를 들면, 중심 잔기가 포르피린과 같은 큰 파이 평면을 가지는 것일 경우, 얻어지는 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체 중의 회합체 형상은 애스터 형상이며, 하나의 애스터 형상의 결정 크기는 2∼6μm 정도이다. 농도가 1% 이상에서는 애스터의 팔(arm) 수는 적고, 각각의 팔은 결속하려는 경향이 있고, 그 이하의 농도에서는 팔 수가 많고, 각각의 암은 떨어지려는 경향이 있다. 또한, 중심 잔기가 벤젠환과 같은 작은 구조의 경우, 얻어지는 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체 중의 회합체 형상은 많은 실이 결속된 파이버 형상이며, 그 파이버가 서로 얽혀, 전체로서 스펀지 형상의 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체를 형성한다. 하나의 파이버 형상의 굵기는 150nm 전후이다.In addition, when using a polyethylenimine in star form, the secondary shape obtained can also be controlled by changing the structure of the central residue used as the nucleus. For example, when the central moiety has a large pie plane such as porphyrin, the aggregate shape in the structure of the resulting polymer-containing silica nanofibers is an aster shape, and the crystal size of one aster shape is about 2 to 6 µm. . At concentrations above 1%, the number of arms of the aster is small, each arm tends to bind, at lower concentrations the number of arms is high, and each arm tends to fall. In the case of a small structure such that the central moiety is a benzene ring, the associative shape in the structure of the resulting polymer-containing silica nanofibers is a fiber in which many yarns are bound, the fibers are entangled with each other, and the sponge-containing polymer-containing silica nanoparticles as a whole. Form the structure of the fiber. The thickness of one fiber shape is around 150 nm.

또한, 결정성 폴리머 필라멘트 사이가 화학결합으로 가교된 가교 히드로겔을 사용함으로써, 각종 외형 형상의 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체를 얻을 수도 있다. 그 형상이나 크기는 가교 히드로겔 제조시에 사용한 용기의 크기 및 형상과 동일한 것으로 할 수 있고, 예를 들면 원반형, 원주형, 플레이트형, 구형 등의 임의의 형상으로 제조할 수 있다. 또한, 가교 히드로겔을 절단하거나, 깎거나 함으로써, 원하는 형으로 성형할 수도 있다. 이와 같이 성형한 가교 히드로겔을 실리카 소스의 용액에 침지시킴으로써도, 임의의 형상의 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체가 간단히 얻어진다. 실리카 소스의 용액에 침지하는 시간으로서는 사용하는 실리카 소스의 종류에 따라 1시간∼1주일로 다양하기 때문에 적당히 제조 할 필요가 있지만, 메톡시실란류의 용액 중에서는 1∼48시간 정도이면 되고, 에톡시 실란류의 용액 중에서는 1∼7일간 정도가 적합하다.Moreover, the structure of the polymer-containing silica nanofibers of various external shapes can also be obtained by using a crosslinked hydrogel crosslinked by chemical bonding between the crystalline polymer filaments. Its shape and size can be the same as the size and shape of the container used at the time of producing the crosslinked hydrogel, and can be produced in any shape, for example, disk, columnar, plate or spherical. Moreover, it can also shape | mold in a desired shape by cutting | disconnecting or shaving a crosslinked hydrogel. By immersing the crosslinked hydrogel thus formed in a solution of a silica source, a structure of a polymer-containing silica nanofiber of any shape can be obtained simply. The time to be immersed in the solution of the silica source varies from 1 hour to 1 week depending on the type of the silica source to be used. Therefore, it is necessary to prepare it appropriately, but in the solution of methoxysilanes, it may be about 1 to 48 hours. In the solution of oxy silanes, about 1 to 7 days are suitable.

이와 같이, 폴리머 함유 실리카 나노파이버는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 용해하고, 물의 존재하에서 석출시켜 결정성 폴리머 필라멘트를 얻은 후, 물의 존재하에서 그 결정성 폴리머 필라멘트와 알콕시실란을 접촉시킴으로써 용이하게 제조할 수 있다. 그 제조 방법에서는 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 얻는 공정, 실리카의 졸겔 반응 공정을 단시간에 행하는 것이 가능하다. 또한, 결정성 폴리머 필라멘트의 분산액이나 결정성 폴리머 필라멘트의 히드로겔을 용이하게 제조할 수 있고, 그 분산액 또는 히드로겔과 알콕시실란을 접촉시킴으로써 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 구조체를 용이하게 제조할 수 있다.As such, the polymer-containing silica nanofibers dissolve a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton, precipitate in the presence of water to obtain a crystalline polymer filament, and then easily contact the crystalline polymer filament with an alkoxysilane in the presence of water. It can manufacture. In the production method, it is possible to perform the step of obtaining the polymer-containing silica nanofibers and the sol-gel reaction step of silica in a short time. Moreover, the dispersion liquid of a crystalline polymer filament and the hydrogel of a crystalline polymer filament can be manufactured easily, and the structure of a polymer containing silica nanofiber can be manufactured easily by making the dispersion liquid or a hydrogel contact an alkoxysilane.

(복합 나노파이버를 얻는 공정)(Step of obtaining composite nanofiber)

본 발명의 제조 방법에서는 상기 (2)의 공정에 이어, (3) 상기 폴리머 함유 실리카 나노파이버와, 금속 이온이 용해한 용액을 접촉시켜, 금속 이온을 상기 폴리머 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 배위결합시키는 공정에 의해, 금속 이온과 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 실리카 나노파이버에 함유하는 복합 나노파이버를 얻을 수 있다.In the manufacturing method of this invention, following the process of said (2), (3) the said polymer containing silica nanofiber and the solution which the metal ion melt | dissolved are contacted, and a metal ion is coordinated to the linear polyethyleneimine skeleton in the said polymer. By the step, a composite nanofiber containing a polymer having a metal ion and a linear polyethyleneimine skeleton in the silica nanofiber can be obtained.

여기서, 사용할 수 있는 금속 이온으로서는 상기의 금속 이온을 사용할 수 있다. 금속 이온이 용해한 용액은 그 금속 이온을 함유하는 염을 물에 용해하는 등으로 제조할 수 있다.Here, as the metal ion which can be used, said metal ion can be used. A solution in which metal ions are dissolved can be produced by dissolving a salt containing the metal ions in water.

상기 (3)의 공정에서 상기 폴리머 함유 실리카 나노파이버와, 금속 이온이 용해한 용액을 접촉시키는 방법으로서는, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 상기 (2)의 공정에 의해 얻어진 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 금속 이온의 수용액에 침지시키는 방법을 들 수 있다. 그 방법에 의해 금속 이온을 간단히 실리카 나노파이버 중에 농축할 수 있다. 폴리머 함유 실리카 나노파이버 중에 농축된 금속은 실리카 나노파이버 내부의 결정성 폴리머 필라멘트와 배위결합을 형성하기 때문에, 실리카 중에서 결정성 폴리머 필라멘트는 해체되고, 대신에 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머와 금속 이온이 배위결합한 금속 착체가 형성된다. 이에 의하여 본 발명의 금속 이온과 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 실리카 나노파이버에 함유하는 복합 나노파이버를 용이하게 얻을 수 있다.The method of contacting the polymer-containing silica nanofibers with the solution in which the metal ions are dissolved in the step (3) is not particularly limited. For example, the polymer-containing silica nanofibers obtained by the step (2) may be metal. The method of immersing in the aqueous solution of an ion is mentioned. By this method, metal ions can be simply concentrated in silica nanofibers. Since the metal concentrated in the polymer-containing silica nanofibers forms coordination bonds with the crystalline polymer filaments inside the silica nanofibers, the crystalline polymer filaments in the silica are disintegrated, and instead the polymer and metal ions having a linear polyethyleneimine skeleton This coordinated metal complex is formed. Thereby, the composite nanofiber which contains the polymer which has the metal ion and linear polyethyleneimine skeleton of this invention in a silica nanofiber can be obtained easily.

금속 이온을 실리카 나노파이버 중에 농축할 때에는, 폴리머 함유 실리카 나노파이버 중에 있어서의 폴리머가 많을수록, 또한 그 폴리머에 대하여 금속 이온의 혼합비를 높게 할수록 실리카 중에 농축되는 금속 이온의 양은 증대한다. 본 발명의 금속 이온을 함유하는 복합 나노파이버에서는 폴리머 함유 실리카 나노파이버 중에 포함되는 폴리에틸렌이민 골격의 질소 원자의 몰수에 대하여 0.1∼0.5배량의 금속 이온이 착체를 형성할 수 있다.When the metal ions are concentrated in the silica nanofibers, the more polymers in the polymer-containing silica nanofibers, and the higher the mixing ratio of metal ions to the polymers, the greater the amount of metal ions concentrated in the silica. In the composite nanofiber containing the metal ion of this invention, 0.1-0.5 times of metal ion can form a complex with respect to the number-of-moles of the nitrogen atom of the polyethyleneimine skeleton contained in a polymer containing silica nanofiber.

금속 이온을 함유하는 복합 나노파이버를 얻는 경우에는, 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 금속 이온의 수용액에 침지할 때, 그 금속 이온의 양은 에틸렌이민 단위에 대하여 0.1∼10배 정도인 것이 특히 적합하다.When obtaining the composite nanofiber containing a metal ion, when immersing a polymer containing silica nanofiber in the aqueous solution of a metal ion, it is especially suitable that the quantity of the metal ion is about 0.1-10 times with respect to an ethyleneimine unit.

금속 이온이 들어온 후, 생성물을 취출하고, 상온 또는 냉수로 세정하여, 본 발명의 금속 이온과 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 실리카 나노파이 버에 함유하는 복합 나노파이버를 얻을 수 있다.After the metal ions enter, the product is taken out and washed with normal temperature or cold water to obtain a composite nanofiber containing the metal ion of the present invention and a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in a silica nanofiber.

또한, 상기 (3)의 공정에 이어, (4) 상기 폴리머 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 배위결합한 천이 금속 이온을 환원시키는 공정을 거침으로써, 금속과 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 실리카 나노파이버에 함유하는 복합 나노파이버를 얻을 수 있다.Further, following the step (3), the polymer having the linear polyethyleneimine skeleton with the metal is subjected to the step of (4) reducing the transition metal ion coordinated to the linear polyethyleneimine skeleton in the polymer. The composite nanofiber contained in can be obtained.

상기 (3)의 공정에서는 상기 폴리머 함유 실리카 나노파이버와, 금속 이온이 용해한 용액의 접촉에 의해, 실리카 나노파이버 중에 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머와 금속 이온이 배위결합한 금속 착체가 형성된다. 그 금속 이온을 자발적으로 환원시키거나, 또는 환원제로 환원시킴으로써, 본 발명의 금속과 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 실리카 나노파이버에 함유하는 복합 나노파이버가 얻어진다.In the step (3) above, a metal complex in which a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton and a metal ion are coordinated in the silica nanofiber is formed by contact between the polymer-containing silica nanofiber and a solution in which metal ions are dissolved. By spontaneously reducing the metal ions or reducing with a reducing agent, a composite nanofiber containing a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton with a metal of the present invention in a silica nanofiber is obtained.

본 발명의 환원한 금속을 함유하는 복합 나노파이버에서는, 폴리머 함유 실리카 나노파이버 중에 포함되는 폴리에틸렌이민 골격의 질소 원자의 몰수에 대하여 1∼20배량의 금속 원자를 고정시킬 수 있다.In the composite nanofiber containing the reduced metal of this invention, 1-20 times metal atom can be fixed with respect to the number-of-moles of the nitrogen atom of the polyethyleneimine skeleton contained in a polymer containing silica nanofiber.

금속을 함유하는 복합 나노파이버를 얻을 경우에는, 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 금속 이온 용액에 침지할 때, 그 금속 이온의 양은 에틸렌이민 단위에 대하여 가능한 한 과잉인 것이 바람직하고, 30배 정도인 것이 특히 적합하다.When obtaining a composite nanofiber containing a metal, when the polymer-containing silica nanofiber is immersed in a metal ion solution, the amount of the metal ion is preferably as excessive as possible with respect to the ethyleneimine unit, and is about 30 times. Suitable.

상기의 금속 이온 중에서도, 특히 Au, Ag, Pt, Pd의 금속 이온은 폴리에틸렌이민에 배위된 후, 실온 또는 가열 상태에서 자발적으로 환원되어, 비이온성의 금속 나노입자나 금속 나노와이어로 변환되기 때문에, 금속을 함유하는 본 발명의 복 합 나노파이버를 얻을 경우에는 바람직하다. 가열 온도는 100℃ 이하이면 되고, 60∼80℃인 것이 특히 바람직하다. 따라서 이들 금속 이온을 환원하기 위해서는 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 금속 이온 용액과 혼합하는 것만으로 행할 수 있다. 즉, 금속 이온을 실리카 중에서 농축하고, 그 실리카를 환원제 용액과 혼합하는 공정을 거치지 않고, 금속을 함유하는 본 발명의 복합 나노파이버를 얻을 수 있다. 이들을 금속 이온인 채로 유지시킬 경우에는, pH를 산성 조건으로 하는 등, 환원 반응을 억제함으로써 착체를 제조하면 된다.Among the above metal ions, in particular, metal ions of Au, Ag, Pt, and Pd are coordinated with polyethyleneimine, and then spontaneously reduced at room temperature or in a heated state, so that they are converted into nonionic metal nanoparticles or metal nanowires. It is preferable when obtaining the composite nanofiber of this invention containing a metal. Heating temperature should just be 100 degrees C or less, and it is especially preferable that it is 60-80 degreeC. Therefore, in order to reduce these metal ions, it can be performed only by mixing a polymer containing silica nanofiber with a metal ion solution. That is, the composite nanofiber of this invention containing a metal can be obtained, without going through the process of concentrating a metal ion in silica, and mixing this silica with a reducing agent solution. When maintaining these as metal ions, complex may be produced by suppressing a reduction reaction, such as making pH pH acidic condition.

또한, 상기 금속을 환원할 때, 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 1종 이상의 금속 이온과 혼합하고, 다른 금속 이온을 동시에 그 복합체에 농축시킨 후, 그들의 다른 이온을 환원함으로써, 다른 금속종이 포함된 복합 나노파이버를 얻을 수 있다.Further, when the metal is reduced, the composite nanoparticles containing other metal species are mixed by mixing the polymer-containing silica nanofibers with one or more metal ions, concentrating other metal ions simultaneously in the composite, and then reducing their other ions. You can get fiber.

이들 금속 이온과 같이 자발적으로 환원하지 않는 금속, 또는 자발적인 환원이 불충분한 금속을 사용할 경우에는, 환원제에 의해 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 배위결합한 금속 이온을 환원시키는 공정에 의해 금속 결정을 형성시킬 수 있다. 또한, 상기의 자발적으로 환원하는 금속 이온을 사용할 경우에도, 필요에 따라 상기 (4)의 공정에 의해 다른 환원제를 병용하여 환원시킬 수도 있다.When using a metal that does not spontaneously reduce, such as these metal ions, or a metal whose spontaneous reduction is insufficient, metal crystals can be formed by a step of reducing a metal ion coordinated to a linear polyethyleneimine skeleton by a reducing agent. . Moreover, also when using the said spontaneously reducing metal ion, you may reduce it by using another reducing agent together by the process of said (4) as needed.

그 공정에서 사용할 수 있는 환원제로서는 수소, 수소화붕소나트륨, 수소화붕소암모늄, 알데히드, 히드라진 등을 예로서 들 수 있다. 환원제를 사용하여 금속 이온을 환원할 때에는 그 반응은 수성 매체 중에서 행할 수 있는데, 그 때 폴리머 함유 실리카 나노파이버에 금속 이온을 농축시킨 후, 그 실리카를 물로 세정하 고 나서, 그것을 환원제 용액과 혼합하는 것이 바람직하다. 즉, 실리카 중에 포함된 금속 이온만을 환원함으로써, 본 발명의 복합 나노파이버를 얻을 수 있다.Examples of the reducing agent that can be used in the step include hydrogen, sodium borohydride, ammonium borohydride, aldehyde, hydrazine and the like. When the metal ions are reduced using a reducing agent, the reaction can be carried out in an aqueous medium. At this time, the metal ions are concentrated in the polymer-containing silica nanofiber, the silica is washed with water, and then mixed with a reducing agent solution. It is preferable. That is, the composite nanofiber of the present invention can be obtained by reducing only metal ions contained in silica.

직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 배위결합한 금속 이온이 환원될 때에는, 폴리머 함유 실리카 나노파이버의 형상이나, 그 폴리머 함유 실리카 나노파이버로 이루어지는 회합체나 구조체의 형상은 변화되지 않고, 내부의 폴리머도 실리카 나노파이버로부터 유출할 수 없기 때문에, 최종적으로는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머와, 적어도 1종의 금속을 실리카 나노파이버 중에 함유하는 복합 나노파이버가 얻어진다.When the metal ions coordinated to the linear polyethyleneimine skeleton are reduced, the shape of the polymer-containing silica nanofibers and the association and structure of the polymer-containing silica nanofibers do not change, and the polymer inside the silica nanofibers does not change. Since it cannot flow out from, finally, the composite nanofiber which contains the polymer which has a linear polyethyleneimine skeleton, and at least 1 type of metal in a silica nanofiber is obtained.

환원된 금속은 실리카 나노파이버 내부에서 금속 클러스터를 경유하여 금속 입자 또는 금속 와이어로 변한다. 금속 와이어는 폴리머 함유 실리카 나노파이버 중의 결정성 폴리머 필라멘트를 따라 농축된 금속 이온이 금속 환원됨으로써 형성된다.The reduced metal turns into metal particles or metal wires via metal clusters inside the silica nanofibers. The metal wire is formed by metal reduction of the concentrated metal ions along the crystalline polymer filament in the polymer containing silica nanofibers.

환원 반응 시간은 금속 이온의 종류에 따라 다르지만, 대개 24시간이면 충분하다. 실온 조건에서는 가능한 한 반응 시간을 길게 하고, 가열 조건으로는 기본적으로 1시간이면 충분하지만, 금속 이온의 종류에 따라 수 시간으로 하는 것도 적합하다.The reduction reaction time depends on the type of metal ion, but usually 24 hours is sufficient. In room temperature conditions, reaction time is made as long as possible, and heating conditions are basically 1 hour enough, but it is also suitable to set it as several hours according to the kind of metal ion.

또한, 환원 반응의 온도를 적당히 조절함으로써, 본 발명의 복합 나노파이버 중의 금속의 크기를 조정할 수 있고, 천이 금속이 와이어 형상의 것이라면 굵기가 2∼20nm 정도의 범위, 입자 형상의 것이라면 입경이 2∼20nm 정도의 범위의 것을 용이하게 형성할 수 있다. 와이어 형상의 굵기, 또는 입자 형상의 입경을 10nm 이 하로 제어할 때에는 환원 반응의 온도를 100℃ 이하의 온도로 하는 것이 바람직하다.In addition, by appropriately adjusting the temperature of the reduction reaction, the size of the metal in the composite nanofiber of the present invention can be adjusted. If the transition metal is in the form of a wire, the thickness is in the range of about 2 to 20 nm and the particle size is 2 to 2 in the form of a particle. The thing of the range of about 20 nm can be formed easily. When controlling the thickness of a wire shape or the particle size of a particle shape below 10 nm, it is preferable to make temperature of a reduction reaction into the temperature of 100 degrees C or less.

상기한 바와 같이 본 발명의 제조 방법은 복잡한 공정이나 치밀한 조건 설정 등을 거의 필요로 하지 않기 때문에, 실리카 중에 금속 이온이나 금속을 함유하는 복합 나노파이버를 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 상기의 폴리머 함유 실리카 나노파이버가 구축하는 회합체 형상이나 구조체 형상을 그대로 유지하기 때문에, 그 회합체나 구조체와 동일한 형상을 갖는 복합 나노파이버로 이루어지는 복합 나노파이버 회합체나, 복합 나노파이버로 이루어지는 복합 구조체를 용이하게 얻을 수 있고, 그 공간 형상은 용이하게 제어할 수 있다.As described above, since the production method of the present invention requires little complicated process or dense condition setting, a composite nanofiber containing metal ions or metal in silica can be easily obtained. In addition, since the aggregate shape and structure of the polymer-containing silica nanofibers are maintained as they are, the composite nanofiber aggregates and composite nanofibers composed of composite nanofibers having the same shape as that of the aggregates and structures are used. The composite structure formed can be obtained easily, and the space shape can be controlled easily.

(금속 함유 실리카 나노파이버의 제조 방법)(Method for producing metal-containing silica nanofibers)

또한, 상기 금속과 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 실리카 나노파이버에 함유하는 복합 나노파이버를 얻은 후에, (5) 상기 복합 나노파이버 중의 폴리머 성분을 제거하는 공정을 거침으로써, 복합 나노파이버를 금속 함유 실리카 나노파이버로 할 수 있다. Furthermore, after obtaining the composite nanofiber containing the metal and the polymer which has a linear polyethyleneimine frame | skeleton in a silica nanofiber, (5) removing a polymer component in the said composite nanofiber, a composite nanofiber is made into a metal It can be set as containing silica nanofiber.

상기 복합 나노파이버 중에서 폴리머 성분을 제거하는 방법으로서는 소성(燒成) 처리나 용제 세정의 방법으로 실현할 수 있는데, 폴리머 성분을 완전히 제거할 수 있으므로, 소성로 중에서의 소성 처리법이 바람직하다.As a method of removing a polymer component from the composite nanofiber, it can be realized by a method of firing treatment or solvent washing. Since the polymer component can be completely removed, a firing treatment method in a firing furnace is preferable.

소성 처리로는 공기, 산소 존재하에서의 고온 소성과 불활성 가스, 예를 들면 질소, 헬륨의 존재하에서의 고온 소성을 이용할 수도 있지만, 통상 공기 중에서의 소성이 바람직하다.As the firing treatment, high temperature firing in the presence of air and oxygen and high temperature firing in the presence of an inert gas such as nitrogen and helium may be used, but firing in air is usually preferred.

소성하는 온도로서는 폴리머 성분인 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머는 300℃ 부근에서 열분해될 수 있기 때문에, 300℃ 이상의 온도이면 적합하게 제거할 수 있고, 300∼900℃의 범위가 특히 적합하다.As the temperature to be fired, the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton which is a polymer component can be thermally decomposed at around 300 ° C, so if the temperature is 300 ° C or higher, it can be suitably removed, and the range of 300 to 900 ° C is particularly suitable.

구체적인 소성 방법으로서는, 예를 들면 메소다공체 실리카의 소성 시의 공지의 방법(Diaz et al. J. Mater. Chem. 2004년, 14권, 48쪽)에 준하여 행할 수 있다. 승온에 있어서, 복합체 샘플을 약 100℃에서 10∼30분 방치하고 나서, 10℃/분의 승온 속도로 300℃까지 승온시켜, 그 온도에서 1시간 방치하고, 또한 같은 승온 속도로 500℃까지 승온시켜, 그 온도에서 1∼6시간 소성을 행하는 방법 등을 예시할 수 있다. 또한, 온도를 올리기 위해서는, 같은 승온 속도로 700∼800℃까지 승온시켜, 그 온도에서 1∼6시간 소성을 행해도 된다. 소성 후는 소성로의 온도를 자연스럽게 실온까지 저하시키거나, 또는 소성로 중에 공기를 흐르게 함으로써 온도를 실온까지 내려도 된다.As a specific baking method, it can carry out according to the well-known method at the time of baking mesoporous silica (Diaz et al. J. Mater. Chem. 2004, Vol. 14, p. 48). In the temperature increase, after leaving a composite sample for 10 to 30 minutes at about 100 degreeC, it heated up to 300 degreeC at the temperature increase rate of 10 degreeC / min, it was left to stand at that temperature for 1 hour, and also heated up to 500 degreeC at the same temperature increase rate. And baking for 1 to 6 hours at the temperature can be exemplified. In addition, in order to raise temperature, you may heat up to 700-800 degreeC at the same temperature increase rate, and may bake for 1 to 6 hours at the temperature. After baking, the temperature of the kiln may be naturally lowered to room temperature, or the temperature may be lowered to room temperature by allowing air to flow in the kiln.

이와 마찬가지로, 상기 복합 나노파이버 회합체나 복합 구조체로부터 폴리머 성분을 제거함으로써, 금속 함유 실리카 나노파이버의 회합체나 금속 함유 실리카 나노파이버의 구조체를 얻을 수 있다.Similarly, by removing the polymer component from the composite nanofiber assembly or composite structure, the assembly of the metal-containing silica nanofibers and the structure of the metal-containing silica nanofibers can be obtained.

이상 기재한 바와 같이, 본 발명의 복합 나노파이버 및 금속 함유 실리카 나노파이버는 실리카 나노파이버가 갖는 큰 표면적이나, 피복하는 실리카에 유래하는 뛰어난 분자 선택성이나 화학적인 안정성에 더해, 내부에 금속 또는 금속 이온을 갖는다. 또한, 그 어스펙트비가 매우 높기 때문에, 파이버끼리의 집합화나 계층화에 의해 부직포 형상 등의 형상으로 하는 것도 가능하기 때문에, 고체 전해질, 고 체 촉매, 나노첨가제, 나노박막 재료, 나노금속 촉매, 나노금속 도전 재료, 나노금속 색재, 나노금속 센서, 광화상 재료, 광·전자 재료, 의료용 재료로서 넓은 응용을 기대할 수 있다.As described above, the composite nanofibers and metal-containing silica nanofibers of the present invention have a large surface area possessed by silica nanofibers, excellent molecular selectivity and chemical stability derived from coated silica, and a metal or metal ion therein. Has In addition, since the aspect ratio is very high, it is also possible to form a nonwoven fabric or the like by collecting or stratifying fibers, so that a solid electrolyte, a solid catalyst, a nano additive, a nano thin film material, a nano metal catalyst, and a nano metal Wide application can be expected as a conductive material, a nanometal colorant, a nanometal sensor, a photoimaging material, an optoelectronic material, and a medical material.

또한, 금속이나 금속 이온에 더하여, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 함유하는 복합 나노파이버는 그 폴리머 중의 에틸렌이민 단위가 용이하게 양이온화할 수 있기 때문에, 음이온성의 생체 재료 등의 각종 이온성 물질의 흡착이나 고정화도 가능하다. 또한, 그 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머는 다른 폴리머와의 블록이나 그래프트화가 용이하고, 폴리머 측쇄나 말단 구조 등의 구조 제어도 용이하므로, 각종 기능성 폴리머와의 블록화나 말단 구조의 제어에 의해 복합 나노파이버에 각종 기능을 부여할 수 있기 때문에, 바이오 분야나 환경 대응 제품 분야 등의 분야에서도 유용한 재료이다.In addition, a composite nanofiber containing a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in addition to a metal or a metal ion can easily cationize the ethyleneimine unit in the polymer, and thus, a variety of ionic materials such as anionic biomaterials. Adsorption and immobilization are also possible. In addition, the polymer having the linear polyethyleneimine skeleton can be easily blocked or grafted with other polymers, and the structure of the polymer side chain and the terminal structure can be easily controlled. Since various functions can be imparted to nanofibers, they are also useful materials in the fields of biotechnology and environmental products.

본 발명의 복합 구조체나 금속 함유 실리카 나노파이버의 구조체는 물의 존재하에서 결정성 폴리머 필라멘트가 형성한 2차 형상이 더 회합함으로써 가교 구조를 형성하여 얻어지는, 물리적인 결합으로 연결된 템플릿을 따라 실리카가 고정화됨으로써, 나노사이즈 굵기의 복합 나노파이버나 금속 함유 실리카 나노파이버가 서로 회합한 것이다. 따라서 이들 구조체는 상기의 복합 나노파이버나 금속 함유 실리카 나노파이버의 특성을 유지한 상태에서, 이들 나노파이버가 고도로 집합화된 3차원 망목 구조를 형성한 것이며, 그 외형은 밀리미터 이상의 크기로 임의로 성형 가능한 것이다. 이들 구조체는 내부에 3차원 망목 구조를 가지므로, 바이오필터, 에어필터 등의 고기능 필터, 또는 고비표면적의 촉매 등에 유용하게 사용할 수 있 다. 또한, 이들 구조체는 그 외형 구조의 제어가 용이하고, 또한 그 구조체 중에는 각종 미세한 회합체 형상을 실현할 수 있으므로, 상기 용도뿐만 아니라, 각종 분야의 첨단 기능 재료로서 유망한 재료이다.In the composite structure or the structure of the metal-containing silica nanofiber of the present invention, the secondary shape formed by the crystalline polymer filament in the presence of water is further associated to form a crosslinked structure, and thus silica is immobilized along a template connected by a physical bond. , Nano-size composite nanofibers and metal-containing silica nanofibers are associated with each other. Therefore, these structures form a highly aggregated three-dimensional network structure of these nanofibers while maintaining the properties of the composite nanofibers and the metal-containing silica nanofibers, and their shape can be arbitrarily formed to a size of millimeter or more. will be. Since these structures have a three-dimensional network structure therein, they can be usefully used in high performance filters such as biofilters and air filters, or catalysts having a high specific surface area. Moreover, since these structures are easy to control the external structure, and the structure can implement | achieve various fine aggregate shapes, it is a promising material not only for the said use but also as an advanced functional material of various fields.

따라서 상기 복합 나노파이버나 복합 구조체 등은 종래의 실리카 재료 제조시에 있어서의 형상 제어의 곤란함을 완전히 제거한 참신한 복합체이며, 제조도 용이하므로, 그 응용에는 업종, 영역을 불문하고 큰 기대를 모으고 있다. 또한, 본 발명의 복합 나노파이버나 복합 구조체 등은 내부에 금속 또는 금속 이온이 포함되므로, 실리카 재료의 전반 응용 영역에서는 물론, 나노형상의 금속이나 금속 착체가 응용되는 영역에서도 유용한 재료이다.Therefore, the composite nanofibers, composite structures, and the like are novel composites which completely eliminate the difficulty of shape control in the production of conventional silica materials, and are easy to manufacture. . Moreover, since the composite nanofiber, composite structure, etc. of this invention contain a metal or metal ion inside, it is a useful material not only in the general application area of a silica material but also in the area where a nano-shaped metal or a metal complex is applied.

이하, 실시예 및 참고예에 의해 본 발명을 더 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다. 특별히 언급되지 않는 한,「%」는 「질량%」를 나타낸다.Hereinafter, although an Example and a reference example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited to these. Unless otherwise stated, "%" represents "mass%."

[X선 회절법에 의한 분석][Analysis by X-ray Diffraction Method]

단리(單離) 건조한 시료를 측정 시료용 홀더에 놓고, 그것을 리가크사제 광각 X선 회절 장치 「Rint-Ultma」에 세트하여, Cu/K α선, 40kV/30mA, 스캔 스피드 1.0°/분, 주사 범위 10∼40°의 조건에서 측정을 행했다.The isolated and dried sample was placed in the holder for the measurement sample, and it was set in a wide-angle X-ray diffractometer "Rint-Ultma" manufactured by Rig Corporation, Cu / K α-ray, 40 kV / 30 mA, scanning speed 1.0 ° / min, The measurement was performed on the conditions of 10-40 degrees of scanning ranges.

[시차 열주사 열량법에 의한 분석][Analysis by Differential Thermal Scanning Calorimetry]

단리 건조한 시료를 측정 패치에 의해 칭량하고, 그것을 Perkin Elmer사제 열분석 장치 「DSC-7」에 세트하고, 승온 속도를 10℃/분으로 하여, 20℃∼90℃의 온도 범위에서 측정을 행했다.The isolated and dried sample was weighed by a measurement patch, and it was set in the thermal analyzer "DSC-7" made by Perkin Elmer, the temperature rising rate was 10 degreeC / min, and it measured in the temperature range of 20 degreeC-90 degreeC.

[주사 전자 현미경에 의한 형상 분석][Shape analysis by scanning electron microscope]

단리 건조한 시료를 유리 슬라이드에 놓고, 그것을 기엔스사제 표면 관찰 장치 VE-7800으로 관찰했다.The isolated dry sample was placed on a glass slide, and it was observed with a surface observation device VE-7800 manufactured by Gence Corporation.

[투과 전자 현미경에 의한 관찰][Observation by transmission electron microscope]

단리 건조한 시료를 탄소 증착된 구리 그리드에 놓고, 그것을 (주)탑콘, 노 란 인스트루먼트사제 EM-002B, VOYAGER M3055 고분해능 투과형 전자 현미경, 또는 니혼덴시(주)제 투과형 전자 현미경 「JEM-200CX」로 관찰했다.The isolated and dried sample was placed on a carbon vapor deposited copper grid, and was then placed in a topcon, yellow instrument EM-002B, VOYAGER M3055 high resolution transmission electron microscope, or Nippon Denshi Corporation transmission electron microscope `` JEM-200CX ''. Observed.

[UV-Vis 흡수 스펙트럼][UV-Vis Absorption Spectrum]

금속 착체가 포함된 실리카 분말을 석영 유리판에 놓고, 그것을 적분구(integrating sphere) 부착 히다치(주)제 U-3500 UV-Vis로 측정했다.The silica powder containing the metal complex was put on the quartz glass plate, and it was measured by U-3500 UV-Vis by Hitachi Co., Ltd. with an integrating sphere.

(합성예 1)Synthesis Example 1

[선상 폴리에틸렌이민 함유 실리카 나노파이버(SLP-1)의 합성][Synthesis of linear polyethyleneimine-containing silica nanofibers (SLP-1)]

<선상의 폴리에틸렌이민(L-PEI)의 합성><Synthesis of linear polyethyleneimine (L-PEI)>

시판되는 폴리에틸옥사졸린(수평균 분자량 50000, 평균 중합도 5000, Aldrich사제) 3g을 5M의 염산 수용액 15mL에 용해시켰다. 그 용액을 오일 배스에서 90℃로 가열하고, 그 온도에서 10시간 교반했다. 반응액에 아세톤 50mL를 가하고, 폴리머를 완전히 침전시켜, 그것을 여과하고, 메탄올로 3회 세정하여, 백색의 폴리에틸렌이민의 분말을 얻었다. 얻어진 분말을 1H-NMR(중수)로 동정(同定)한 바, 폴리에틸옥사졸린의 측쇄 에틸기에 유래한 피크 1.2ppm(CH3)과 2.3ppm(CH2)이 완전히 소실하고 있음이 확인되었다. 즉, 폴리에틸옥사졸린이 완전히 가수분해되어, 폴리에틸렌이민으로 변환되었음이 나타났다.3 g of commercially available polyethyloxazoline (number average molecular weight 50000, average polymerization degree 5000, manufactured by Aldrich) was dissolved in 15 mL of 5M aqueous hydrochloric acid solution. The solution was heated to 90 ° C. in an oil bath and stirred at that temperature for 10 hours. 50 mL of acetone was added to the reaction solution, the polymer was completely precipitated, filtered, and washed three times with methanol to obtain a white polyethyleneimine powder. When the obtained powder was identified by 1 H-NMR (heavy water), it was confirmed that the peaks of 1.2 ppm (CH 3 ) and 2.3 ppm (CH 2 ) derived from the side chain ethyl group of the polyethyloxazoline were completely lost. . That is, it was shown that the polyethyloxazoline was completely hydrolyzed and converted into polyethyleneimine.

그 분말을 5mL의 증류수에 용해하고, 교반하면서, 그 용액에 15%의 암모니아수 50mL를 적하했다. 그 혼합액을 하룻밤 방치한 후, 침전한 폴리머 회합체 분말을 여과하고, 그 폴리머 회합체 분말을 냉수로 3회 세정했다. 세정 후의 결정 분말을 데시케이터 중에서 실온 건조하여, 선상의 폴리에틸렌이민(L-PEI)을 얻었다. 수량은 2.2g(결정수 함유)이었다. 폴리옥사졸린의 가수분해에 의해 얻어지는 폴리에틸렌이민은 측쇄만이 반응하고 주쇄에는 변화가 없다. 따라서 L-PEI의 중합도는 가수분해 전의 5000과 동일하다.The powder was dissolved in 5 mL of distilled water and 50 mL of 15% aqueous ammonia was added dropwise to the solution while stirring. After the mixture was left overnight, the precipitated polymer aggregate powder was filtered, and the polymer aggregate powder was washed three times with cold water. The crystal powder after washing | cleaning was dried at room temperature in the desiccator, and linear polyethyleneimine (L-PEI) was obtained. The yield was 2.2 g (containing crystal water). Polyethyleneimine obtained by the hydrolysis of polyoxazoline reacts only the side chain and there is no change in the main chain. Therefore, the degree of polymerization of L-PEI is the same as 5000 before hydrolysis.

<선상 폴리에틸렌이민 함유 실리카 나노파이버><Linear polyethyleneimine-containing silica nanofibers>

상기에서 얻어진 L-PEI 분말을 일정량 칭량하고, 그것을 증류수 중에 분산시켜 L-PEI 분산액을 제조했다. 분산액을 오일 배스에서 90℃로 가열하여, 농도가 1%의 완전 투명한 수용액을 얻었다. 그 수용액을 실온에 방치하여, 자연스럽게 실온까지 냉각하여, 불투명한 L-PEI 회합체의 히드로겔을 얻었다.The L-PEI powder obtained above was weighed in a fixed amount and dispersed in distilled water to prepare an L-PEI dispersion. The dispersion was heated to 90 ° C. in an oil bath to give a completely clear aqueous solution of 1% concentration. The aqueous solution was left to stand at room temperature, and naturally cooled to room temperature, thereby obtaining a hydrogel of an opaque L-PEI aggregate.

얻어진 회합체에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 20.7°, 27.6°, 28.4°에 산란 강도의 피크가 나타남이 확인되었다. 또한, 열량 분석 장치에 의한 흡열 상태 변화의 측정 결과에 의해, 64.7℃에서 흡열 피크가 확인되었다. 이들 측정 결과로부터 히드로겔 중에 있어서의 L-PEI 결정의 존재가 확인되었다.As a result of performing X-ray diffraction measurement on the obtained assembly, it was confirmed that peaks of scattering intensity appear at 20.7 °, 27.6 °, and 28.4 °. Moreover, the endothermic peak was confirmed at 64.7 degreeC by the measurement result of the endothermic state change by a calorimetry analyzer. From these measurement results, the presence of L-PEI crystals in the hydrogel was confirmed.

상기에서 얻어진 L-PEI 회합체의 히드로겔 5mL 중에 테트라메톡시실란(TMSO)과 에탄올의 1/1(체적비)의 혼합액 5mL를 가하여 가볍게 1분간 뒤섞은 후, 그대로 40분 방치했다. 그 후, 과잉의 아세톤으로 세정하고, 그것을 원심 분리기로 3회 세정을 행했다. 고형물을 회수하고, 실온에서 건조하여, L-PEI를 함유하는 실리카 나노파이버 구조체(SLP-1)를 얻었다. 그 L-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-1)의 X선 회절 측정으로부터 20.5°, 27.2°, 28.2°에 산란 강도의 피크가 나타났다.To 5 mL of the hydrogel of the L-PEI aggregate obtained above, 5 mL of a mixed solution of tetramethoxysilane (TMSO) and 1/1 (volume ratio) of ethanol was added thereto, and the mixture was gently stirred for 1 minute, and left for 40 minutes as it was. Thereafter, the resultant was washed with excess acetone and washed three times with a centrifugal separator. The solid was recovered and dried at room temperature to obtain a silica nanofiber structure (SLP-1) containing L-PEI. Scattering intensity peaks appeared at 20.5 °, 27.2 ° and 28.2 ° from the X-ray diffraction measurement of the L-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-1).

얻어진 L-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-1)를 주사형 현미경에 의해 관찰한 바, L-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-1)는 잎형상의 회합체 형상이었다.The obtained L-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-1) was observed with a scanning microscope, and the L-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-1) was in the form of a leaf-shaped association.

(합성예 2)Synthesis Example 2

[성상 폴리에틸렌이민 함유 실리카 나노파이버(SLP-2)의 합성][Synthesis of Properties Polyethylenimine-containing Silica Nanofibers (SLP-2)]

<포르피린 중심의 성상 폴리에틸렌이민(P-PEI) 합성><Synthesis of Porphyrin-Centered Polyethylenimine (P-PEI)>

Jin et al., J. Porphyrin&Phthalocyanine, 3, 60-64(1999); Jin, Macromol. Chem. Phys., 204, 403-409(2003)에 기재된 방법에 의해, 전구체 폴리머인 포르피린 중심 성형 폴리메틸옥사졸린의 합성을 다음과 같이 행했다.Jin et al., J. Porphyrin & Phthalocyanine, 3, 60-64 (1999); Jin, Macromol. Chem. By the method described in Phys., 204, 403-409 (2003), the synthesis of porphyrin-centered polymethyloxazoline as a precursor polymer was carried out as follows.

3방 코크 달린 50ml의 2구 플라스크를 아르곤 가스로 치환한 후, 0.0352g의 테트라(p-요오드메틸페닐)포르피린(TIMPP), 8.0ml의 N,N-디메틸아세트아미드를 가하고, 실온에서 교반하여, TIMPP를 완전히 용해시켰다. 이 용액에 포르피린에 대하여, 1280배 몰수에 상당하는 2-메틸-2-옥사졸린 3.4ml(3.27g)를 가하고 나서, 반 응액의 온도를 100℃로 하여 24시간 교반했다. 반응액 온도를 실온으로 내리고나서, 10ml의 메탄올을 가한 후, 혼합액을 감압 농축했다. 잔류물을 15ml의 메탄올 중에 용해하고, 그 용액을 100ml의 테트라히드로푸란에 부어, 중합체를 침전시켰다. 동일한 방법으로 중합체를 재침전시켜, 흡인 여과 후, 얻어진 중합체를 P2O5가 들어 있는 데시케이터에 넣어, 1시간 애스퍼레이터로 흡인 건조했다. 또한, 진공 펌프로 감압하고, 진공하 24시간 건조하여 전구체 폴리머(TPMO-P)를 얻었다. 수량은 3.05g, 수율은 92.3%이었다.After replacing a 50 ml two-necked flask with three-way coke with argon gas, 0.0352 g of tetra (p-iodinemethylphenyl) porphyrin (TIMPP) and 8.0 ml of N, N-dimethylacetamide were added and stirred at room temperature, TIMPP was completely dissolved. To this solution, 3.4 ml (3.27 g) of 2-methyl-2-oxazoline corresponding to 1280-fold molar number was added to the porphyrin, and the reaction solution was stirred at a temperature of 100 ° C for 24 hours. After the reaction liquid temperature was lowered to room temperature, 10 ml of methanol was added, and the mixed liquid was concentrated under reduced pressure. The residue was dissolved in 15 ml of methanol and the solution was poured into 100 ml of tetrahydrofuran to precipitate the polymer. By re-precipitation of the polymer in the same manner, after suction filtration, putting the resulting polymer in a desiccator containing P 2 O 5, the suction and dried for 1 hour astro buffer concentrator. Furthermore, it decompressed with the vacuum pump and dried under vacuum for 24 hours, and obtained precursor polymer (TPMO-P). The yield was 3.05 g and the yield was 92.3%.

얻어진 전구체 폴리머(TPMO-P)의 GPC에 의한 수평균 분자량은 28000이며, 분자량 분포는 1.56이었다. 또한, 1H-NMR에 의해, 중합체 팔에 있어서의 에틸렌 프로톤과 중합체 중심에 있어서의 포르피린의 피롤환 프로톤의 적분비를 계산한 바, 각 팔의 평균 중합도는 290이었다. 따라서 1H-NMR에 의한 수평균 분자량은 99900으로 추정되었다. 1H-NMR에 의한 수평균 분자량값이 GPC에서의 수평균 분자량값을 크게 상회하는 것은 성형(星型) 고분자에서의 일반적인 특징인 것에 일치한다.The number average molecular weight by GPC of the obtained precursor polymer (TPMO-P) was 28000, and molecular weight distribution was 1.56. Moreover, when 1- H-NMR calculated the integral ratio of the ethylene proton in a polymer arm and the pyrrole ring proton of porphyrin in a polymer center, the average degree of polymerization of each arm was 290. Therefore, the number average molecular weight by 1 H-NMR was estimated to be 99900. The fact that the number average molecular weight value by 1 H-NMR greatly exceeds the number average molecular weight value in GPC is consistent with that which is a general characteristic of a star polymer.

이 전구체 폴리머를 사용하여, 상기 합성예 1과 같은 방법에 의해 폴리메틸옥사졸린을 가수분해하여, 4개의 폴리에틸렌이민이 포르피린 중심에 결합된 성상 폴리에틸렌이민(P-PEI)을 얻었다. 1H-NMR(TMS 외부 표준, 중수 중) 측정 결과, 가수분해 전의 전구체 폴리머의 측쇄 메틸에 유래한 1.98ppm의 피크는 완전히 소실했다.Using this precursor polymer, polymethyloxazoline was hydrolyzed by the same method as in Synthesis Example 1 to obtain star polyethylenimine (P-PEI) in which four polyethyleneimines were bonded to the porphyrin center. As a result of the 1 H-NMR (TMS external standard, in heavy water) measurement, the 1.98 ppm peak derived from the side chain methyl of the precursor polymer before hydrolysis was completely lost.

<성상 폴리에틸렌이민 함유 실리카 나노파이버 복합체><Plastic Polyethylenimine-containing Silica Nanofiber Composite>

합성예 1에서 L-PEI 분말을 사용하는 대신에 상기에서 합성한 P-PEI를 사용하여, 합성예 1과 같은 방법에 의해 1% 농도의 히드로겔 상태의 P-PEI 회합체를 얻었다.Instead of using L-PEI powder in Synthesis Example 1, using P-PEI synthesized above, P-PEI aggregates in a hydrogel state of 1% concentration were obtained by the same method as in Synthesis Example 1.

얻어진 P-PEI 회합체의 히드로겔에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 20.4°, 27.3°, 28.1°에 산란 강도의 피크가 나타남이 확인되었다. 또한, 열량 분석 장치에 의한 흡열 상태 변화의 측정 결과에 의해, 64.1℃에서 흡열 피크가 확인되었다. 이들 측정 결과로부터 히드로겔 중에 있어서의 P-PEI 결정의 존재가 확인되었다.As a result of performing X-ray diffraction measurement on the hydrogel of the obtained P-PEI aggregate, it was confirmed that peaks of scattering intensity appear at 20.4 °, 27.3 °, and 28.1 °. Moreover, the endothermic peak was confirmed at 64.1 degreeC by the measurement result of the endothermic state change by a calorimetry apparatus. From these measurement results, the presence of P-PEI crystals in the hydrogel was confirmed.

이렇게 얻어진 P-PEI 회합체의 히드로겔 1mL 중에 테트라메톡시실란(TMSO)과 에탄올의 1/1(체적비)의 혼합액을 1mL 가하여, 가볍게 1분간 뒤섞은 후, 그대로 40분 방치했다. 그 후, 과잉의 아세톤으로 세정하고, 그것을 원심 분리기로 3회 세정을 행했다. 고형물을 회수하고, 실온에서 건조하여, P-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-2)를 얻었다. P-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-2)의 X선 회절 측정을 행한 결과, 실리카 피복 전과 마찬가지로 산란 피크가 20.5°, 27.4°, 28.1°에 나타났다.1 mL of a mixed solution of tetramethoxysilane (TMSO) and 1/1 (volume ratio) of ethanol was added to 1 mL of the hydrogel of the P-PEI aggregate thus obtained, and the mixture was lightly stirred for 1 minute, and left for 40 minutes as it was. Thereafter, the resultant was washed with excess acetone and washed three times with a centrifugal separator. The solid was recovered and dried at room temperature to obtain a P-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-2). As a result of X-ray diffraction measurement of the P-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-2), scattering peaks appeared at 20.5 °, 27.4 °, and 28.1 ° as before the silica coating.

얻어진 P-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-2)를 주사형 현미경에 의해 관찰한 바, P-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-2)는 애스터 형상의 회합체 형상이었다.When the obtained P-PEI containing silica nanofiber structure (SLP-2) was observed with the scanning microscope, the P-PEI containing silica nanofiber structure (SLP-2) was an aster-shaped association body shape.

(합성예 3)Synthesis Example 3

[성상 폴리에틸렌이민 함유 실리카 나노파이버(SLP-3)의 합성][Synthesis of Properties Polyethylenimine-containing Silica Nanofibers (SLP-3)]

<벤젠환 중심의 성상 폴리에틸렌이민(B-PEI) 합성><Synthesis of star-shaped polyethyleneimine (B-PEI) centered on benzene ring>

Jin, J. Mater. Chem., 13, 672-675(2003)에 기재된 방법에 따라, 전구체 폴리머인 벤젠환 중심으로 6개의 폴리메틸옥사졸린의 팔이 결합한 성상 폴리메틸옥사졸린을 다음과 같이 합성했다.Jin, J. Mater. According to the method described in Chem., 13, 672-675 (2003), a star polymethyloxazoline in which the arms of six polymethyloxazolines are bonded to the center of the benzene ring as a precursor polymer was synthesized as follows.

자기(磁氣) 교반자가 세트된 3구 시험관 중에, 중합 개시제로서 헥사키스(브로모메틸)벤젠 0.021g(0.033mmol)을 넣고, 시험관 입구에 3방향 코크를 설치한 후, 진공 상태로 하고 나서 질소 치환을 행했다. 질소 기류하에서 3방향 코크의 도입구로부터 시린지를 사용하여 2-메틸-2-옥사졸린 2.0ml(24mmol), N,N-디메틸아세트아미드 4.0ml를 순차적으로 가했다. 시험관을 오일 배스 위에서 60℃까지 가열하여, 30분간 유지한 바, 혼합액은 투명해졌다. 투명 혼합액을 100℃까지 더 가열하고, 그 온도에서 20시간 교반하여 전구체 폴리머를 얻었다. 이 혼합액의 1H-NMR 측정으로부터 모노머의 전화율은 98%이었다. 이 전화율에 의해 폴리머의 평균 중합도를 계산한 바, 각 팔의 평균 중합도는 115이었다. 또한, GPC에 의한 분자량 측정에서는 폴리머의 질량 평균 분자량은 22700이며, 분자량 분포는 1.6이었다.In a three-neck test tube in which a magnetic stirrer was set, 0.021 g (0.033 mmol) of hexakis (bromomethyl) benzene was added as a polymerization initiator, and a three-way coke was installed at the inlet of the test tube, and then vacuumed. Nitrogen substitution was performed. Under a stream of nitrogen, 2.0 ml (24 mmol) of 2-methyl-2-oxazoline and 4.0 ml of N, N-dimethylacetamide were added sequentially using a syringe from the inlet of the three-way coke. When the test tube was heated to 60 degreeC on the oil bath, and hold | maintained for 30 minutes, the liquid mixture became transparent. The transparent liquid mixture was further heated to 100 degreeC, and it stirred at that temperature for 20 hours, and obtained precursor polymer. The conversion rate of the monomer was 98% from the 1 H-NMR measurement of this mixed solution. The average degree of polymerization of the polymer was calculated using this conversion rate, and the average degree of polymerization of each arm was 115. In the molecular weight measurement by GPC, the mass average molecular weight of the polymer was 22700 and the molecular weight distribution was 1.6.

이 전구체 폴리머를 사용하여, 상기 합성예 1과 같은 방법에 의해 폴리메틸옥사졸린을 가수분해하여, 6개의 폴리에틸렌이민이 벤젠환 코어에 결합한 성상 폴리에틸렌이민 B-PEI를 얻었다. 1H-NMR(TMS 외부 표준, 중수 중) 측정 결과, 가수분해 전의 전구체 폴리머의 측쇄 메틸에 유래한 1.98ppm의 피크는 완전히 소실했다.Using this precursor polymer, polymethyloxazoline was hydrolyzed by the same method as in Synthesis Example 1 to obtain a star-like polyethyleneimine B-PEI having six polyethyleneimines bonded to a benzene ring core. As a result of the 1 H-NMR (TMS external standard, in heavy water) measurement, the 1.98 ppm peak derived from the side chain methyl of the precursor polymer before hydrolysis was completely lost.

얻어진 성상 폴리메틸옥사졸린을 상기 합성예 1과 같은 방법에 의해 가수분해하여, 6개의 폴리에틸렌이민이 벤젠환 코어에 결합한 성상 폴리에틸렌이민(B-PEI)을 얻었다.The obtained polymethyloxazoline was hydrolyzed in the same manner as in Synthesis Example 1 to obtain a polyethylenimine (B-PEI) in which six polyethyleneimines were bonded to the benzene ring core.

<성상 폴리에틸렌이민 함유 실리카 나노파이버(SLP-3)><Plastic Polyethylenimine-Containing Silica Nanofiber (SLP-3)>

합성예 1에서 L-PEI 분말을 사용하는 대신에 상기에서 합성한 B-PEI를 사용하여, 합성예 1과 같은 방법에 의해, 1% 농도의 B-PEI 회합체의 히드로겔을 얻었다. 얻어진 B-PEI 회합체의 히드로겔에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 20.3°, 27.3°, 28.2°에 산란 강도의 피크가 나타남이 확인되었다. 또한, 열량 분석 장치에 의한 흡열 상태 변화의 측정 결과에 의해, 55.3°에 흡열 피크가 확인되었다. 이들 측정 결과로부터 히드로겔 중에 있어서의 B-PEI 결정의 존재가 확인되었다.Instead of using the L-PEI powder in Synthesis Example 1, using the B-PEI synthesized above, by the same method as in Synthesis Example 1, a hydrogel of B-PEI aggregate at a concentration of 1% was obtained. As a result of performing X-ray diffraction measurement on the hydrogel of the obtained B-PEI aggregate, it was confirmed that peaks of scattering intensity appear at 20.3 °, 27.3 °, and 28.2 °. Moreover, the endothermic peak was confirmed at 55.3 degrees by the measurement result of the endothermic state change by a calorimetry analyzer. From these measurement results, the presence of B-PEI crystals in the hydrogel was confirmed.

이렇게 얻어진 B-PEI 회합체의 히드로겔 1mL 중에, 테트라메톡시실란(TMSO)과 에탄올의 1/1(체적비)의 혼합액 1mL를 가하여, 아이스크림 상태의 것을 가볍게 1분간 뒤섞은 후, 그대로 40분 방치했다. 그 후, 과잉의 아세톤으로 세정하고, 그것을 원심 분리기로 3회 세정을 행했다. 고형물을 회수하고, 실온에서 건조하여, B-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-3)를 얻었다. B-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-3)의 X선 회절 측정에서 20.5°, 27.5°, 28.3°에 산란 강도의 피크가 나타났다.1 mL of a mixed solution of tetramethoxysilane (TMSO) and 1/1 (volume ratio) of ethanol was added to 1 mL of the hydrogel of the B-PEI assembly thus obtained, and the ice cream was lightly stirred for 1 minute, and left for 40 minutes as it was. did. Thereafter, the resultant was washed with excess acetone and washed three times with a centrifugal separator. The solid was recovered and dried at room temperature to obtain a B-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-3). X-ray diffraction measurements of the B-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-3) showed scattering intensity peaks at 20.5 °, 27.5 °, and 28.3 °.

얻어진 B-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-3)를 주사형 현미경에 의해 관찰한 바, B-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-3)는 파이버 형상의 회합 체 형상이 모인 스펀지 구조이었다.The obtained B-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-3) was observed with a scanning microscope, and the B-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-3) was a sponge structure in which fiber-like aggregates were collected.

(합성예 4)Synthesis Example 4

[선상 폴리에틸렌이민 함유 실리카 나노파이버(SLP-4)의 합성][Synthesis of linear polyethyleneimine-containing silica nanofibers (SLP-4)]

<선상의 폴리에틸렌이민(L-PEI2)의 합성><Synthesis of Polyethyleneimine (L-PEI2) on Line>

시판되는 폴리에틸옥사졸린(수평균 분자량 500000,평균 중합도 5000, Aldrich사제) 5g을 5M의 염산 수용액 20mL에 용해시켰다. 그 용액을 오일 배스에서 90℃로 가열하고, 그 온도에서 10시간 교반하였다. 반응액에 아세톤 50mL를 가하고, 폴리머를 완전히 침전시켜, 그것을 여과하고, 메탄올로 3회 세정하여, 백색의 폴리에틸렌이민의 분말을 얻었다. 얻어진 분말을 1H-NMR(중수)로 동정한 바, 폴리에틸옥사졸린의 측쇄 에틸기에 유래한 피크 1.2ppm(CH3)과 2.3ppm(CH2)이 완전히 소실하고 있음이 확인되었다. 즉, 폴리에틸옥사졸린이 완전히 가수분해되어, 폴리에틸렌이민으로 변환되었음이 나타났다.5 g of commercially available polyethyloxazoline (number average molecular weight 500000, average polymerization degree 5000, manufactured by Aldrich) was dissolved in 20 mL of 5 M hydrochloric acid aqueous solution. The solution was heated to 90 ° C. in an oil bath and stirred at that temperature for 10 hours. 50 mL of acetone was added to the reaction solution, the polymer was completely precipitated, filtered, and washed three times with methanol to obtain a white polyethyleneimine powder. When the obtained powder was identified by 1 H-NMR (heavy water), it was confirmed that the peaks of 1.2 ppm (CH 3 ) and 2.3 ppm (CH 2 ) derived from the side chain ethyl group of the polyethyloxazoline were completely lost. That is, it was shown that the polyethyloxazoline was completely hydrolyzed and converted into polyethyleneimine.

그 분말을 5mL의 증류수에 용해하고, 교반하면서, 그 용액에 15%의 암모니아수 50mL를 적하했다. 그 혼합액을 하룻밤 방치한 후, 침전한 폴리머 결정 분말을 여과하고, 그 결정 분말을 냉수로 3회 세정했다. 세정 후의 결정 분말을 데시케이터 중에서 실온 건조하여, 선상의 폴리에틸렌이민(L-PEI2)을 얻었다. 수량은 4.2g (결정수 함유)이었다. 폴리옥사졸린의 가수분해에 의해 얻어지는 폴리에틸렌이민은 측쇄만이 반응하고, 주쇄에는 변화가 없다. 따라서 L-PEI2의 중합도는 가수분해 전의 5000과 동일하다.The powder was dissolved in 5 mL of distilled water and 50 mL of 15% aqueous ammonia was added dropwise to the solution while stirring. After the mixture was left overnight, the precipitated polymer crystal powder was filtered, and the crystal powder was washed three times with cold water. The crystal powder after washing | cleaning was dried at room temperature in the desiccator, and linear polyethyleneimine (L-PEI2) was obtained. The yield was 4.2 g (containing crystal water). The polyethyleneimine obtained by hydrolysis of polyoxazoline reacts only a side chain, and there is no change in a main chain. Therefore, the degree of polymerization of L-PEI2 is the same as 5000 before hydrolysis.

<선상 폴리에틸렌이민 함유 실리카 나노파이버><Linear polyethyleneimine-containing silica nanofibers>

상기에서 얻어진 L-PEI2 분말을 일정량 칭량하고, 그것을 증류수 중에 분산시켜 L-PEI2 분산액을 제조했다. 분산액을 오일 배스에서 90℃로 가열하여, 농도가 3%의 완전 투명한 수용액을 얻었다. 그 수용액을 실온에 방치하여, 자연스럽게 실온까지 냉각하여, 불투명한 L-PEI2 회합체의 히드로겔을 얻었다.The L-PEI2 powder obtained above was weighed in a fixed amount and dispersed in distilled water to prepare an L-PEI2 dispersion. The dispersion was heated to 90 ° C. in an oil bath to give a 3% completely clear aqueous solution. The aqueous solution was left to stand at room temperature, and naturally cooled to room temperature to obtain a hydrogel of an opaque L-PEI2 aggregate.

얻어진 회합체에 대하여 X선 회절 측정을 행한 결과, 20.7°, 27.6°, 28.4°에 산란 강도의 피크가 나타남이 확인되었다. 또한, 열량 분석 장치에 의한 흡열 상태 변화의 측정 결과에 의해, 64.7℃에서 흡열 피크가 확인되었다. 이들 측정 결과로부터 히드로겔 중에 있어서의 L-PEI2 결정의 존재가 확인되었다.As a result of performing X-ray diffraction measurement on the obtained assembly, it was confirmed that peaks of scattering intensity appear at 20.7 °, 27.6 ° and 28.4 °. Moreover, the endothermic peak was confirmed at 64.7 degreeC by the measurement result of the endothermic state change by a calorimetry analyzer. From these measurement results, the presence of L-PEI2 crystals in the hydrogel was confirmed.

상기에서 얻어진 L-PEI2 회합체의 히드로겔 1mL를 플레이트형으로 제조하고, 그것을 10mL의 글루타릴알데히드의 수용액(5%) 중에 가하고, 실온하 24시간 방치하여 가교 히드로겔을 얻었다. 가교화 전의 히드로겔은 아이스크림 상태이며, 전단력에 의해 임의로 형을 바꾸었지만, 화학 가교화 처리에 의해 얻어진 가교 히드로겔은 하나의 덩어리로 되어, 전단력에 의한 형의 변화는 일어나지 않았다. 얻어진 가교 히드로겔의 플레이트를 TMSO/EtOH(1/1)의 혼합액 2mL 중, 24시간 침지한 후, 반복하여 아세톤 중에 침지시켜 세정하여, L-PEI2 함유 실리카 나노파이버의 플레이트형 구조체(SLP-4)를 얻었다. 1 mL of the hydrogel of the L-PEI2 aggregate obtained above was prepared in plate form, and it was added to 10 mL of aqueous solution of glutaryl aldehyde (5%), and left to stand at room temperature for 24 hours to obtain a crosslinked hydrogel. The hydrogel before the crosslinking was in an ice cream state, and the mold was arbitrarily changed by the shearing force. However, the crosslinked hydrogel obtained by the chemical crosslinking treatment became a single mass, and the change of the mold due to the shearing force did not occur. The obtained cross-linked hydrogel plate was immersed in 2 mL of a mixed solution of TMSO / EtOH (1/1) for 24 hours, then repeatedly immersed in acetone to be washed, and plate-shaped structure of L-PEI2-containing silica nanofibers (SLP-4 )

(실시예 1)(Example 1)

<L-PEI/금/실리카 복합 나노파이버><L-PEI / Gold / Silica Composite Nanofiber>

상기 합성예 1에서 얻어진 L-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-1) 0.01g(약 3.4mg의 L-PEI 함유)을 1mL의 금 이온의 수용액(NaAuCl4를 0.02g 함유) 중에 침지하고, 그 혼합물을 실온에서 30분, 80℃에서 30분 경과시킨 후, 원심 분리기에서 증류수로 세정하여, L-PEI/금/실리카 복합 나노파이버를 얻었다. L-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-1)는 백색이었지만, 얻어진 L-PEI/금/실리카 복합 나노파이버 구조체는 황색이었다.0.01 g (containing about 3.4 mg of L-PEI) of L-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-1) obtained in Synthesis Example 1 was immersed in an aqueous solution of 1 mL of gold ions (containing 0.02 g of NaAuCl 4 ), After 30 minutes at room temperature and 30 minutes at 80 ° C., the mixture was washed with distilled water in a centrifuge to obtain L-PEI / gold / silica composite nanofiber. The L-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-1) was white, but the obtained L-PEI / gold / silica composite nanofiber structure was yellow.

그 복합 나노파이버 구조체의 X선 회절 측정에서 Au에 유래하는 날카로운 산란 피크가 38.1°, 44.4°, 64.5°, 77.6°에 확인되었다.In the X-ray diffraction measurement of the composite nanofiber structure, sharp scattering peaks derived from Au were found at 38.1 °, 44.4 °, 64.5 °, and 77.6 °.

얻어진 복합 나노파이버 구조체의 투과형 전자 현미경 사진을 도 1에, 고분해능 투과형 전자 현미경 사진을 도 2에 나타냈다. 도 2에서 심 형상의 금의 나노와이어, 및 그것을 피복하는 실리카층이 확인되었다.The transmission electron micrograph of the obtained composite nanofiber structure was shown in FIG. 1, and the high resolution transmission electron micrograph is shown in FIG. In FIG. 2, the nanowire of the core-shaped gold and the silica layer which coat | covered it were confirmed.

(실시예 2)(Example 2)

<L-PEI/백금/실리카 복합 나노파이버><L-PEI / Platinum / Silica Composite Nanofibers>

상기 합성예 1에서 얻어진 L-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-1) 0.015g(약 5.1mg의 PEI 함유)을 1.5mL의 백금 이온의 수용액(Na2PtCl4를 0.034g 함유) 중에 침지하고, 그 혼합물을 실온에서 30분, 그리고 80℃에서 30분 경과시킨 후, 원심 분리기에서 증류수로 세정하여, L-PEI/백금/실리카 복합 나노파이버를 얻었다. L-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-1)는 백색이었지만, 얻어진 복합 나노파이버 구조체는 회색이었다.0.015 g (containing about 5.1 mg of PEI) of L-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-1) obtained in Synthesis Example 1 was immersed in an aqueous solution of 1.5 mL of platinum ions (containing 0.034 g of Na 2 PtCl 4 ). After 30 minutes at room temperature and 30 minutes at 80 ° C, the mixture was washed with distilled water in a centrifuge to obtain L-PEI / platinum / silica composite nanofibers. The L-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-1) was white, but the obtained composite nanofiber structure was gray.

그 복합체의 X선 회절 측정에서 Pt에 유래하는 날카로운 산란 피크가 40.0 °, 46.4°, 67.7°에 확인되었다.In the X-ray diffraction measurement of the composite, sharp scattering peaks derived from Pt were found at 40.0 °, 46.4 °, and 67.7 °.

얻어진 복합 나노파이버 구조체의 투과형 전자 현미경 사진을 도 3에, 고분해능 투과형 전자 현미경 사진을 도 4에 나타냈다. 도 4에서 심 형상의 백금 나노와이어, 및 그것을 피복하는 실리카층이 확인되었다.The transmission electron micrograph of the obtained composite nanofiber structure was shown in FIG. 3, and the high resolution transmission electron micrograph is shown in FIG. In FIG. 4, core-shaped platinum nanowires and silica layers covering them were identified.

(실시예 3)(Example 3)

<L-PEI/팔라듐/실리카 복합 나노파이버><L-PEI / Palladium / Silica Composite Nanofiber>

상기 합성예 1에서 얻어진 L-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-1) 0.015g(약 5.1mg의 PEI 함유)을 1.5mL의 팔라듐 이온의 수용액(Pd(NO3)2를 0.025g 함유) 중에 1.5시간 침지시킨 후, 실리카 고형물을 물로 세정했다. 세정 후의 실리카 고형물을 2mL의 수중에 분산하고, 그 분산액에 1mL의 NaBH4 수용액(환원제 0.02g 함유)을 가하고, 그것을 30분간 실온에 방치했다. 고형물을 원심 분리기에서 증류수로 세정하여, L-PEI/팔라듐/실리카 복합 나노파이버 구조체를 얻었다. L-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-1)는 백색이었지만, 얻어진 L-PEI/팔라듐/실리카 복합 나노파이버는 짙은 회색이었다.0.015 g (containing about 5.1 mg of PEI) of L-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-1) obtained in Synthesis Example 1 was contained in an aqueous solution of 1.5 mL of palladium ion (containing 0.025 g of Pd (NO 3 ) 2 ). After immersion for 1.5 hours, the silica solid was washed with water. Dispersing the silica solids after washing the hands of 2mL and added to NaBH 4 solution (containing a reducing agent 0.02g) in 1mL in the dispersion, it was allowed to stand in room temperature for 30 minutes. The solid was washed with distilled water in a centrifuge to obtain an L-PEI / palladium / silica composite nanofiber structure. The L-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-1) was white, but the obtained L-PEI / palladium / silica composite nanofiber was dark gray.

그 복합체의 X선 회절 측정에서 Pd에 유래하는 날카로운 산란 피크가 38.8°, 45.6°, 66.3°에 확인되었다.In the X-ray diffraction measurement of the composite, sharp scattering peaks derived from Pd were found at 38.8 °, 45.6 °, and 66.3 °.

(실시예 4)(Example 4)

<P-PEI/금/실리카 복합 나노파이버><P-PEI / Gold / Silica Composite Nanofibers>

상기 합성예 2에서 얻어진 P-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-2)를 사용하여, 실시예 1과 같은 방법에 의해, 금 이온 수용액을 환원시켜, P-PEI/금/실리카 복합 나노파이버 구조체를 얻었다.Using the P-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-2) obtained in Synthesis Example 2, the gold-ion aqueous solution was reduced by the same method as in Example 1, and the P-PEI / gold / silica composite nanofiber structure Got.

얻어진 복합 나노파이버 구조체의 X선 회절 측정에서 Au에 유래하는 날카로운 산란 피크가 38.0°, 44.6°, 64.7°, 77.7°에 확인되었다.In the X-ray diffraction measurement of the obtained composite nanofiber structure, sharp scattering peaks derived from Au were confirmed at 38.0 °, 44.6 °, 64.7 °, and 77.7 °.

얻어진 복합 나노파이버 구조체의 투과형 전자 현미경 사진을 도 5에 나타냈다. 도 5에서 복합 나노파이버 구조체 중의 회합체의 3차원적인 형상이 확인되었다.The transmission electron micrograph of the obtained composite nanofiber structure was shown in FIG. In FIG. 5, the three-dimensional shape of the assembly in the composite nanofiber structure was confirmed.

(실시예 5)(Example 5)

<B-PEI/금/실리카 복합 나노파이버><B-PEI / Gold / Silica Composite Nanofiber>

상기 합성예 3에서 얻어진 B-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-3)를 사용하여, 실시예 1과 같은 방법에 의해, 금 이온 수용액을 환원시켜, B-PEI/금/실리카 복합 나노파이버 구조체를 얻었다.Using the B-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-3) obtained in Synthesis Example 3, by the same method as in Example 1, the aqueous gold ion solution was reduced to produce the B-PEI / gold / silica composite nanofiber structure. Got.

얻어진 복합 나노파이버 회합체의 X선 회절 측정에서 Au에 유래하는 날카로운 산란 피크가 38.3°, 44.6°, 64.8°, 77.7°에 확인되었다.In the X-ray diffraction measurement of the obtained composite nanofiber assembly, sharp scattering peaks derived from Au were found at 38.3 °, 44.6 °, 64.8 °, and 77.7 °.

(실시예 6)(Example 6)

<L-PEI2/은/실리카 복합 나노파이버><L-PEI2 / silver / silica composite nanofiber>

합성예 4에서 얻어진 L-PEI2 함유 실리카 나노파이버의 플레이트형 구조체(SLP-4) 0.03g을 4mL의 질산은 수용액(1M) 중에 실온하에서 1시간 침지했다. 그 다음에, 그 플레이트를 증류수로 세정하여, 녹색의 L-PEI2/은/실리카 복합 나노파이버 구조체를 얻었다. 얻어진 복합 나노파이버 구조체 플레이트의 흡수 스펙트럼 측정에서 420nm에서 은의 나노결정에 유래하는 플라스몬(plasmon) 흡수를 관측했다. 또한, X선 회절 측정에서 은에 유래하는 산란 피크가 38.2, 44.4, 64.6, 77.5°에 나타났다.0.03 g of plate-like structure (SLP-4) of the L-PEI2 containing silica nanofiber obtained in Synthesis Example 4 was immersed in 4 mL of silver nitrate aqueous solution (1M) for 1 hour at room temperature. Subsequently, the plate was washed with distilled water to obtain a green L-PEI 2 / silver / silica composite nanofiber structure. In the absorption spectrum measurement of the obtained composite nanofiber structure plate, plasmon absorption derived from silver nanocrystals was observed at 420 nm. In addition, scattering peaks derived from silver were found at 38.2, 44.4, 64.6, and 77.5 degrees in the X-ray diffraction measurement.

(실시예 7)(Example 7)

<L-PEI/금·백금/실리카 복합 나노파이버><L-PEI / gold, platinum / silica composite nanofiber>

상기 합성예 1에서 얻어진 L-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-1) 0.02g(약 6.8mg의 PEI 함유)을 2mL의 금과 백금 이온의 혼합 수용액(NaAuCl4를 0.02g, Na2PtCl4를 0.023g 함유) 중에 침지하고, 그 혼합물을 실온에서 30분, 그리고 80℃에서 30분 경과시킨 후, 원심 분리기에서 증류수로 세정했다. 백색에서 흐린 황색으로 변화하고, L-PEI/금·백금/실리카 복합 나노파이버 구조체가 얻어졌다. 그 복합 나노파이버 구조체의 X선 회절 측정에서 Au와 Pt 유래의 산란 피크가 38.1, 40.1, 44.2, 46.4, 64.6, 67.7, 77.6°에 나타났다.0.02 g (containing about 6.8 mg of PEI) of L-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-1) obtained in Synthesis Example 1 was mixed with 2 mL of gold and platinum ions (0.02 g of NaAuCl 4 , Na 2 PtCl 4 0.023 g), and the mixture was allowed to proceed for 30 minutes at room temperature and 30 minutes at 80 ° C, and then washed with distilled water in a centrifuge. Changing from white to pale yellow, an L-PEI / gold / platinum / silica composite nanofiber structure was obtained. X-ray diffraction measurements of the composite nanofiber structure showed scattering peaks derived from Au and Pt at 38.1, 40.1, 44.2, 46.4, 64.6, 67.7, and 77.6 °.

(실시예 8)(Example 8)

<L-PEI/구리 이온/실리카 복합 나노파이버><L-PEI / copper ion / silica composite nanofiber>

상기 합성예 1에서 얻어진 L-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-1) 50mg(질소 0.319mmol)을 재어, 그것을 5mL의 질산구리 수용액(2mM)에 가했다. 혼합물 중의 백색의 구조체는 청색으로 변했다. 이 혼합물을 3시간 방치한 후, 여과하고, 증류수로 3회 세정하고, 이어서 건조하여 청색의 L-PEI/구리 이온/실리카 복합 나노파이버 구조체를 얻었다.50 mg (0.319 mmol) of L-PEI-containing silica nanofiber structures (SLP-1) obtained in Synthesis Example 1 were measured and added to 5 mL of copper nitrate aqueous solution (2 mM). The white structure in the mixture turned blue. After leaving the mixture for 3 hours, the mixture was filtered, washed three times with distilled water, and then dried to obtain a blue L-PEI / copper ion / silica composite nanofiber structure.

얻어진 복합 나노파이버 구조체를 흡수 스펙트럼에서 측정한 결과, 구리·질소(Cu-N) 배위에 의해 형성한 착체의 강한 흡수가 303nm, 630nm에 나타났다.As a result of measuring the obtained composite nanofiber structure in an absorption spectrum, strong absorption of the complex formed by copper-nitrogen (Cu-N) coordination was found at 303 nm and 630 nm.

(실시예 9)(Example 9)

<L-PEI/나트륨 이온/실리카 복합 나노파이버><L-PEI / Sodium Ion / Silica Composite Nanofiber>

상기 합성예 1에서 얻어진 L-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-1) 50mg(질소 0.319mmol)을 재어, 그것을 5mL의 트리플레이트 나트륨 NaSO3CF3 수용액(2mM)에 가했다. 이 혼합물을 3시간 방치한 후, 여과하고, 증류수로 3회 세정하고, 이어서 건조하여 L-PEI/나트륨 이온/실리카 복합 나노파이버 구조체를 얻었다.50 mg (0.319 mmol of nitrogen) of the L-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-1) obtained in Synthesis Example 1 was measured and added to 5 mL of triflate sodium NaSO 3 CF 3 aqueous solution (2 mM). After leaving the mixture for 3 hours, the mixture was filtered, washed three times with distilled water, and then dried to obtain an L-PEI / sodium ion / silica composite nanofiber structure.

건조 후의 L-PEI/나트륨 이온/실리카 복합 나노파이버 구조체의 WAXS 측정에서, L-PEI 함유 실리카 나노파이버 구조체(SLP-1) 중의 L-PEI 유래의 회절 패턴은 없어지고, 그 대신에 21°, 32°, 37°에 회절 패턴이 나타났다. 또한, DSC 관측에서 융점이 169℃에서 나타났다. 이로부터 실리카 나노파이버 중에서 L-PEI와 나트륨 이온의 착체가 형성하고 있음이 나타났다. In the WAXS measurement of the L-PEI / sodium ion / silica composite nanofiber structure after drying, the diffraction pattern derived from L-PEI in the L-PEI-containing silica nanofiber structure (SLP-1) disappears, and instead, 21 °, Diffraction patterns appeared at 32 ° and 37 °. In addition, melting point was found at 169 ℃ in DSC observation. From this, it was found that a complex of L-PEI and sodium ions was formed in the silica nanofibers.

Claims (28)

적어도 1종의 금속 또는 금속 이온과, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 실리카 나노파이버 중에 함유하는 것을 특징으로 하는 복합 나노파이버.A composite nanofiber comprising at least one metal or metal ion and a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in a silica nanofiber. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 적어도 1종의 금속 또는 금속 이온과, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머가 배위결합하여 이루어지는 복합 나노파이버.A composite nanofiber obtained by coordinating the at least one metal or metal ion with a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머가 쇄상(chain), 성상(star-shaped), 또는 빗형상(comb-shaped) 폴리머인 복합 나노파이버.The composite nanofiber of the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is a chain, star-shaped, or comb-shaped polymer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머가 직쇄상 폴리에틸렌이민 블록과 다른 폴리머 블록의 블록 코폴리머로 이루어지는 것인 복합 나노파이버.The composite nanofiber in which the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton consists of a block copolymer of a linear polyethyleneimine block and another polymer block. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머 중의 폴리에틸렌이민 골격의 비율이 40몰% 이상인 복합 나노파이버.The composite nanofiber in which the ratio of the polyethyleneimine skeleton in the polymer which has the said linear polyethyleneimine skeleton is 40 mol% or more. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 실리카의 함유량이 30∼80질량%의 범위에 있는 복합 나노파이버.The composite nanofiber in which content of silica exists in 30 to 80 mass%. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 굵기가 15∼100nm의 범위인 복합 나노파이버.Composite nanofibers having a thickness in the range of 15 to 100 nm. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 적어도 1종의 금속 또는 금속 이온이 알칼리 금속 이온, 알칼리 토금속 이온, 천이 금속계 이온, 반금속계 이온, 란탄계 금속 이온, 폴리옥소메탈레이트류에서 선택되는 적어도 1종의 금속 이온인 복합 나노파이버.And said at least one metal or metal ion is at least one metal ion selected from alkali metal ions, alkaline earth metal ions, transition metal ions, semimetal ions, lanthanum metal ions and polyoxometalates. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 적어도 1종의 금속 또는 금속 이온이 천이 금속인 복합 나노파이버.Composite nanofiber wherein the at least one metal or metal ion is a transition metal. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 천이 금속이 Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Mn, Ni, Rh, Co, Ru, Re, Mo에서 선택되는 적어도 1종의 금속 결정인 복합 나노파이버.Said transition metal is at least one metal crystal selected from Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Mn, Ni, Rh, Co, Ru, Re, Mo. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 상기 천이 금속이 나노와이어 형상 또는 나노입자 형상을 갖는 복합 나노파이버.Composite nanofiber having the transition metal has a nanowire shape or nanoparticle shape. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 복합 나노파이버가 서로 회합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 나노파이버 회합체.The composite nanofiber assembly as described in any one of Claims 1-11 which mutually associates. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 회합이 망목상의 회합인 복합 나노파이버 회합체.The composite nanofiber assembly, wherein the assembly is a mesh-like assembly. 제12항에 기재된 복합 나노파이버 회합체가 서로 회합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 복합 구조체.A composite structure comprising the composite nanofiber aggregates according to claim 12 associated with each other. 제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 복합 나노파이버 중의 폴리머를 제거하여 이루어지는 금속 함유 실리카 나노파이버.The metal containing silica nanofiber formed by removing the polymer in the composite nanofiber of any one of Claims 9-11. 제15항에 기재된 금속 함유 실리카 나노파이버가 서로 회합하여 이루어지는 금속 함유 실리카 나노파이버 회합체.The metal-containing silica nanofiber assembly in which the metal-containing silica nanofibers according to claim 15 are associated with each other. 제16항에 기재된 금속 함유 실리카 나노파이버 회합체가 서로 회합하여 이루어지는 금속 함유 실리카 나노파이버 구조체.The metal containing silica nanofiber structure in which the metal containing silica nanofiber assembly of Claim 16 associates with each other. (1) 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 용매에 용해시킨 후, 물의 존재하에서 석출시켜, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 결정성 폴리머 필라멘트를 얻는 공정과,(1) a step of dissolving a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in a solvent, followed by precipitation in the presence of water to obtain a crystalline polymer filament of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton; (2) 물의 존재하에서 상기 결정성 폴리머 필라멘트와 알콕시실란을 접촉시킴으로써, 상기 결정성 폴리머 필라멘트를 실리카로 피복하여 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 얻는 공정과,(2) contacting the crystalline polymer filament with an alkoxysilane in the presence of water to coat the crystalline polymer filament with silica to obtain a polymer-containing silica nanofiber; (3) 상기 폴리머 함유 실리카 나노파이버와, 금속 이온이 용해한 용액을 접촉시켜, 금속 이온을 상기 폴리머 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 배위결합시키는 공정으로 이루어지는 복합 나노파이버의 제조 방법.(3) A method for producing a composite nanofiber comprising the step of bringing the polymer-containing silica nanofibers into contact with a solution in which metal ions are dissolved and coordinating metal ions to a linear polyethyleneimine skeleton in the polymer. (1) 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 용매에 용해시킨 후, 물의 존재하에서 석출시켜, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 결정성 폴리머 필라멘트를 얻는 공정과,(1) a step of dissolving a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in a solvent, followed by precipitation in the presence of water to obtain a crystalline polymer filament of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton; (2) 물의 존재하에서 상기 결정성 폴리머 필라멘트와 알콕시실란을 접촉시킴으로써, 상기 결정성 폴리머 필라멘트를 실리카로 피복하여 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 얻는 공정과,(2) contacting the crystalline polymer filament with an alkoxysilane in the presence of water to coat the crystalline polymer filament with silica to obtain a polymer-containing silica nanofiber; (3) 상기 폴리머 함유 실리카 나노파이버와, 금속 이온이 용해한 용액을 접촉시켜, 금속 이온을 상기 폴리머 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 배위결합시키는 공정과,(3) a step of bringing the polymer-containing silica nanofibers into contact with a solution in which metal ions are dissolved to coordinate metal ions to a linear polyethyleneimine skeleton in the polymer; (4) 상기 폴리머 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 배위결합한 천이 금속 이온을 환원시키는 공정으로 이루어지는 복합 나노파이버의 제조 방법.(4) A method for producing a composite nanofiber comprising the step of reducing transition metal ions coordinated to a linear polyethyleneimine skeleton in the polymer. 제18항 또는 제19항에 있어서,The method of claim 18 or 19, 상기 알콕시실란이 3가 이상의 알콕시실란인 복합 나노파이버의 제조 방법.The said alkoxysilane is a trivalent or more alkoxysilane manufacturing method of the composite nanofiber. 제18항 또는 제19항에 있어서,The method of claim 18 or 19, 상기 공정 (2)에서 결정성 폴리머 필라멘트와 접촉시키는 알콕시실란의 양이 결정성 폴리머 필라멘트를 형성하는 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 에틸렌이민 단위에 대하여 2∼1000배 등량의 범위에 있는 복합 나노파이버의 제조 방법.The composite nano in which the amount of the alkoxysilane to be brought into contact with the crystalline polymer filament in the step (2) is in the range of 2 to 1000 times the amount of the ethyleneimine unit of the polymer having the linear polyethyleneimine skeleton forming the crystalline polymer filament. Method of making fibers. 제18항 또는 제19항에 있어서,The method of claim 18 or 19, 상기 알콕시실란이 테트라알콕시실란류, 트리알콕시알킬실란류로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종인 복합 나노파이버의 제조 방법.A method for producing a composite nanofiber, wherein the alkoxysilane is one or two selected from the group consisting of tetraalkoxysilanes and trialkoxyalkylsilanes. 제18항 또는 제19항에 있어서,The method of claim 18 or 19, 상기 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머가 쇄상, 성상, 또는 빗형상 폴리머인 복합 나노파이버의 제조 방법.A method for producing a composite nanofiber, wherein the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton is a chain, star, or comb polymer. 제18항 또는 제19항에 있어서,The method of claim 18 or 19, 상기 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머가 직쇄상 폴리에틸렌이민 블록과 다른 폴리머 블록의 블록 코폴리머로 이루어지는 것인 복합 나노파이버의 제조 방법.A method for producing a composite nanofiber in which the polymer having a linear polyethyleneimine skeleton consists of a block copolymer of a linear polyethyleneimine block and another polymer block. 제18항 또는 제19항에 있어서,The method of claim 18 or 19, 상기 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머 중의 폴리에틸렌이민 골격의 비율이 40몰% 이상인 복합 나노파이버의 제조 방법.The manufacturing method of the composite nanofiber whose ratio of the polyethyleneimine skeleton in the polymer which has the said linear polyethyleneimine skeleton is 40 mol% or more. 제18항 또는 제19항에 있어서,The method of claim 18 or 19, 상기 금속 이온이 천이 금속 이온인 복합 나노파이버의 제조 방법.A method for producing a composite nanofiber, wherein the metal ion is a transition metal ion. 제26항에 있어서,The method of claim 26, 상기 천이 금속 이온이 Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Mn, Ni, Rh, Co, Ru, Re, Mo에서 선택되는 적어도 1종의 천이 금속 이온인 복합 나노파이버의 제조 방법.And said transition metal ion is at least one transition metal ion selected from Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Mn, Ni, Rh, Co, Ru, Re, Mo. (1) 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머를 용매에 용해시킨 후, 물의 존재하에서 석출시켜, 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격을 갖는 폴리머의 결정성 폴리머 필라멘트를 얻는 공정과,(1) a step of dissolving a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton in a solvent, followed by precipitation in the presence of water to obtain a crystalline polymer filament of a polymer having a linear polyethyleneimine skeleton; (2) 물의 존재하에서 상기 결정성 폴리머 필라멘트와 알콕시실란을 접촉시킴 으로써, 상기 결정성 폴리머 필라멘트를 실리카로 피복하여 폴리머 함유 실리카 나노파이버를 얻는 공정과,(2) contacting the crystalline polymer filament with an alkoxysilane in the presence of water to coat the crystalline polymer filament with silica to obtain a polymer-containing silica nanofiber; (3) 상기 폴리머 함유 실리카 나노파이버와, 금속 이온이 용해한 용액을 접촉시켜, 금속 이온을 상기 폴리머 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 배위결합시키는 공정과,(3) a step of bringing the polymer-containing silica nanofibers into contact with a solution in which metal ions are dissolved to coordinate metal ions to a linear polyethyleneimine skeleton in the polymer; (4) 상기 폴리머 중의 직쇄상 폴리에틸렌이민 골격에 배위결합한 천이 금속 이온을 환원시켜 복합 나노파이버를 얻는 공정과,(4) reducing the transition metal ions coordinated to the linear polyethyleneimine skeleton in the polymer to obtain a composite nanofiber; (5) 상기 복합 나노파이버 중의 폴리머 성분을 제거하는 공정으로 이루어지는 금속 함유 실리카 나노파이버의 제조 방법.(5) The manufacturing method of the metal containing silica nanofiber which consists of a process of removing the polymer component in the said composite nanofiber.
KR1020067025019A 2004-05-31 2005-05-27 Composite nanofiber, composite nanofiber mass, composite structure, and processes for producing these KR101136494B1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2004-00161234 2004-05-31
JPJP-P-2004-00243580 2004-08-24
PCT/JP2005/009769 WO2005116140A1 (en) 2004-05-31 2005-05-27 Composite nanofiber, composite nanofiber mass, composite structure, and processes for producing these

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070018972A true KR20070018972A (en) 2007-02-14
KR101136494B1 KR101136494B1 (en) 2012-04-23

Family

ID=43652191

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020067025019A KR101136494B1 (en) 2004-05-31 2005-05-27 Composite nanofiber, composite nanofiber mass, composite structure, and processes for producing these

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101136494B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101465841B1 (en) * 2012-10-23 2014-12-04 세종대학교산학협력단 Synthesis of poly-N-phenylglycine nanofibers and application thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3244652B2 (en) * 1997-08-22 2002-01-07 科学技術振興事業団 Metal / organic polymer composite structure and porous body having high metal content and method for producing the same
WO2001027368A1 (en) * 1999-10-08 2001-04-19 The University Of Akron Insoluble nanofibers of linear poly(ethylenimine) and uses therefor
JP4114417B2 (en) 2002-07-05 2008-07-09 東洋インキ製造株式会社 Method for producing thermal recording composition and thermal recording method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101465841B1 (en) * 2012-10-23 2014-12-04 세종대학교산학협력단 Synthesis of poly-N-phenylglycine nanofibers and application thereof

Also Published As

Publication number Publication date
KR101136494B1 (en) 2012-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7670509B2 (en) Composite nanofiber, composite nanofiber association, complex structure, and production method thereof
KR101057706B1 (en) Organic Inorganic Composite Nanofibers, Organic Inorganic Composite Structures and Methods for Making Them
JP3978440B2 (en) Silica / polymer / metal composite material and method for producing the same
KR101066898B1 (en) Method for producing nanostructured composite cladding structure, nanostructured composite cladding structure and reactor using the same
JP2005264421A (en) Organic and inorganic composite nanofiber, organic and inorganic composite structure and methods for producing the same
JP4700354B2 (en) Silica nanotube aggregate and method for producing the same
JP4101271B2 (en) Acicular surface fine particles and method for producing the same
JP2007091848A (en) Organic/inorganic composite containing silica nanotube association
JP4413095B2 (en) Method for producing porous metal body
KR20120080228A (en) Silica nanofiber/nanocrystalline metal oxide composite and method for producing same
Wang et al. Nanofabrication within unimolecular nanoreactors
JP3978443B2 (en) Silica / metal complex composite material and method for producing the same
JP4428568B2 (en) Manufacturing method of gold nanoplate
JP4413252B2 (en) Nanostructure composite-coated structure and method for producing the same
JP5095288B2 (en) Polymer / silica composite nanostructure, polymer / metals / silica composite nanostructure, and method for producing silica-based inorganic structure
KR101136494B1 (en) Composite nanofiber, composite nanofiber mass, composite structure, and processes for producing these
JP4730730B2 (en) Organic-inorganic composite material and method for producing the same
JP4510105B2 (en) Titania nanostructure composite-coated structure and method for producing the same
JP5038636B2 (en) Titanium oxide / polymer composite and method for producing the same
JP2006008732A (en) Metal ion scavenger and method for scavenging metal ion
US20090155591A1 (en) Microparticle having needle-like structures on surface and method for production thereof
JP4338757B2 (en) Catalyst fixed reactor for carbon-carbon bond formation reaction

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160318

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170302

Year of fee payment: 6