KR20090021739A - Preparation method of nanocomposites in supercritical carbon dioxide - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초임계이산화탄소를 이용한 나노복합체의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자기특성 무기산화물을 표면 개질한 후, 초임계이산화탄소 내에서 표면 개질된 자기특성 무기산화물과 전도성 고분자를 중합하여 자기특성 무기산화물이 전도성 고분자에 균일하게 포함된 나노복합체를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a nanocomposite using supercritical carbon dioxide, and more particularly, to surface-modify a magnetic inorganic oxide, and then polymerize the surface-modified magnetic inorganic oxide and a conductive polymer in the supercritical carbon dioxide. The present invention relates to a method of manufacturing a nanocomposite in which an inorganic oxide is uniformly contained in a conductive polymer.
최근 무기 입자를 고분자 내에 삽입하여 나노 복합재료를 만드는 방법에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 방법을 통해 제조된 나노 복합재료는 무기물질이 가지고 있는 물리적 장점과 고분자의 가공성 및 신축성을 동시에 가지고 있는 새로운 물질이라 할 수 있다. Recently, researches on making nano composite materials by inserting inorganic particles into polymers have been actively conducted. Nanocomposites manufactured through this method are new materials that have both physical advantages of inorganic materials and processability and elasticity of polymers.
이와 더불어 나노 복합재료가 가지는 폭넓은 응용분야로 인해 이의 제조법에 대한 수많은 연구가 진행되고 있다. 나노 복합재료를 제조하기 위해 다양한 방법들이 사용되고 있으며, 이중 가장 잘 알려진 방법 중 하나로 무기산화물 입자와의 유화중합법을 들 수 있다. In addition, due to the wide range of applications of nanocomposites, numerous researches on their preparation have been conducted. Various methods have been used to prepare nanocomposites, and one of the best known methods is emulsion polymerization with inorganic oxide particles.
그러나, 일반적으로 전도성 고분자는 일반적인 용매에 녹지 않으며, 자기특성 나노입자는 높은 표면 에너지와 나노입자 사이의 강한 인력으로 쉽게 뭉치는 경향이 있어서 용매에 혼합하거나 녹인 형태로 전도성 고분자/자기 무기 물질의 복합체를 제조하기는 어렵다.However, in general, conductive polymers are not soluble in common solvents, and magnetic nanoparticles tend to aggregate easily due to high surface energy and strong attractive force between nanoparticles, so that they are mixed or dissolved in a solvent to form a composite of conductive polymer / magnetic inorganic material. It is difficult to manufacture.
대한민국 등록특허 0606324에서는 초음파 활용중합법을 이용한 나노미터 크기의 전도성 고분자 나노 캡슐을 제조하였고, Macromolecular, 2006, vol.291, 68-74쪽에 발표된 Guihua Qiu의 연구 결과에 따르면 초음파 조사법(Ultrasonic irradiation)을 이용하여 폴리피롤고분자/사산화삼철(Fe3O4) 자성 나노복합체를 수용액에서 합성하였다. In Korean Patent No. 0606324, a nanometer-sized conductive polymer nanocapsule was manufactured using ultrasonic polymerization, and according to Guihua Qiu's research published in Macromolecular, 2006, vol. Using polypyrrole polymer / triiron tetraoxide (Fe 3 O 4 ) magnetic nanocomposite was synthesized in an aqueous solution.
대한민국 등록특허 0528688에서는 가용성의 전도성 고분자에 산화철 나노입자를 고르게 분산시킨 전도성 고분자 나노 복합 물질을 염기성 용액에서 제조하였다. In Korean Patent 0528688, a conductive polymer nanocomposite material having evenly dispersed iron oxide nanoparticles in a soluble conductive polymer was prepared in a basic solution.
그러나 이와 같은 제조법에서는 낮은 정제효율과 높은 분리 공정 운전 비용, 공정상 과다한 용매류의 사용에 의한 환경오염처리비용의 증대 등의 문제점이 있었다.However, such a manufacturing method has problems such as low purification efficiency, high separation process operation cost, and increase of environmental pollution treatment cost due to the use of excessive solvents in the process.
본 발명의 나노복합체 제조 방법은 초임계이산화탄소를 중합 용매로 사용함으로써 확산성이 뛰어나고 물질전달이 용이하여 수율을 높일 뿐만 아니라, 반응 종료 후에 간단한 감압 조작으로 용매를 제거함으로서 생성물을 매우 용이하게 분리하는 장점이 있다. 더구나, 자기특성 무기산화물을 표면 처리하여 초임계이산화탄소와 전도성 단량체 반응용액에 효과적으로 분산시켜 중합함으로서 전도성 고분자에 자기특성 무기산화물이 균일하게 분포된 나노복합체를 제조할 수 있다.The nanocomposite manufacturing method of the present invention uses supercritical carbon dioxide as a polymerization solvent to provide excellent diffusivity and easy material transfer to increase the yield, and to easily separate the product by removing the solvent by simple decompression operation after the completion of the reaction. There is an advantage. In addition, the nanocomposite in which the magnetic characteristic inorganic oxide is uniformly distributed in the conductive polymer may be prepared by surface-treating the magnetic characteristic inorganic oxide and effectively dispersing it in the supercritical carbon dioxide and the conductive monomer reaction solution.
초임계이산화탄소는 가격이 싸고, 불연성이며, 무독성인 용매로서 추출 등의 분야에 환경친화적인 용매로서 사용되고 있다. 특히, 액체와 같은 밀도와 기체와 같은 점도를 가져 확산성이 뛰어나고 물질전달이 용이하여 화학반응에서 전환율을 높이는 특징이 있다.Supercritical carbon dioxide is a low-cost, nonflammable, non-toxic solvent, and has been used as an environmentally friendly solvent in fields such as extraction. In particular, it has the same density as the liquid and the same viscosity as the gas has excellent characteristics of diffusing and easy material transfer to increase the conversion rate in the chemical reaction.
그리고, 본 발명의 전기전도 및 자기특성을 함께 가지고 있는 나노복합체는 전기전도 특성을 가지고 있어 전도성 재료로서 활용이 가능하며 다른 한편으로는 자기 특성을 가지고 있어서 자성 재료로의 활용이 가능하다. 더 나아가, 자성미디어, 디바이스 분야 및 전기전도 및 자기특성을 모두 필요로 하는 전자파 관련 분야의 전자파 제어용 소재로서의 활용성이 기대된다. In addition, the nanocomposite having both electrical conductivity and magnetic properties of the present invention can be used as a conductive material because of its electrical conductivity, and on the other hand, it can be used as a magnetic material. Furthermore, it is expected to be useful as a material for controlling electromagnetic waves in magnetic media, device fields, and electromagnetic wave related fields that require both electrical conductivity and magnetic properties.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 자기특성 나노입자의 표면을 실란 커플링제를 이용하여 개질 함으로써 다른 물질과의 접합성과 동시에 초임계이산화탄소내에서의 분산성을 향상시킨 다음, 이것을 초임계이산화탄소 내에서 전도성 단량체와 중합 반응함으로서 제조되는, 잔류용매가 없고 환경친화적이며 자기특성 무기 산화물이 전도성 고분자에 균일하게 포함된 나노복합체의 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the above problems, an object of the present invention is to modify the surface of the magnetic nanoparticles using a silane coupling agent to improve the adhesion with other materials and at the same time dispersibility in supercritical carbon dioxide Then, it is to provide a method for producing a nanocomposite containing a residual solvent-free, environmentally friendly and magnetic properties inorganic oxide uniformly contained in the conductive polymer prepared by polymerization reaction with a conductive monomer in supercritical carbon dioxide.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 실란 커플링제를 이용하여 표면 개질된 자기특성 나노 입자를 전도성 단량체와 함께 초임계 이산화탄소 내에서 중합 반응하는 단계를 포함하는, 전도성 고분자에 자기특성 무기산화물을 균일하게 포함하는 나노복합체의 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention comprises the step of polymerizing the surface-modified magnetic nanoparticles using a silane coupling agent in a supercritical carbon dioxide with a conductive monomer, homogeneous magnetic inorganic oxide to the conductive polymer It provides a method for producing a nanocomposite including.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
자기 성질을 띠는 자성체 나노입자의 다양한 응용분야에서 현재 가장 중요한 쟁점은 보다 균일한 나노 복합체를 쉽게 만드는 것이다. The most important issue at present in a variety of applications of magnetic nanoparticles with magnetic properties is the ease of making more uniform nanocomposites.
본 발명에서 나노복합체라 함은 수백 나노미터 이하의 평균 입경을 가지는 나노 입자를 포함한 합성물을 의미한다. 균일한 나노 복합체의 출현은 기술적인 분야에서 큰 영향력을 발휘하고 있다. 나노입자는 기존의 벌크 재료에 비해 체적대비 표면적이 매우 크고 표면의 결함 비율이 크기 때문에 재료의 표면 성질이 매우 중요하다. In the present invention, the nanocomposite refers to a composite including nanoparticles having an average particle diameter of several hundred nanometers or less. The emergence of uniform nanocomposites has been a major influence in the technical field. Nanoparticles have a very large surface area to volume ratio and a large surface defect ratio than conventional bulk materials, so the surface properties of the material are very important.
본 발명의 전도성 고분자에 자기특성 무기산화물을 포함하는 나노복합체는 하나의 전도성 고분자 입자에 하나 또는 그 이상의 자기특성 무기산화물 나노입자를 포함하는 것으로, 표면 개질된 자기특성 나노입자와 전도성 단량체가 초임계이산화탄소 내에서 촉매를 사용하여 반응함으로서 얻어진다.The nanocomposite containing magnetic inorganic oxide in the conductive polymer of the present invention includes one or more magnetic inorganic oxide nanoparticles in one conductive polymer particle, and the surface-modified magnetic nanoparticle and the conductive monomer are supercritical. Obtained by reaction using a catalyst in carbon dioxide.
본 발명의 자성물질은 삼산화이철(Fe2O3), 사산화삼철(Fe3O4), 사산화이철코발트(CoFe2O4), 사산화이철마그네슘(MgFe3O4), 사산화이철구리(CuFe3O4), 이산화크롬(CrO2), 산화망간(MnO), 산화니켈(NiO) 중에서 선택되는 하나 이상일 수 있다. 그러나 본 발명의 자성물질이 상기의 예에만 한정되는 것은 아니다.The magnetic material of the present invention is ferric trioxide (Fe 2 O 3 ), triiron tetraoxide (Fe 3 O 4 ), ferric cobalt tetraoxide (CoFe 2 O 4 ), magnesium ferric tetraoxide (MgFe 3 O 4 ), copper tetraoxide (CuFe 3 O 4 ), chromium dioxide (CrO 2 ), manganese oxide (MnO), nickel oxide (NiO) may be one or more selected from. However, the magnetic material of the present invention is not limited only to the above examples.
상기 자성물질은 나노 크기로 제조된 것을 구매하여 사용할 수도 있고, 다양한 크기의 무기산화물로 합성하여 사용할 수도 있다.The magnetic material may be used by purchasing a nano-sized one, or may be used by synthesizing an inorganic oxide of various sizes.
본 발명의 전도성 물질은 다음의 화학식 1 및 2에 각각 나타난 화합물 X 및/또는 화합물 Y를 단량체로서 사용하여 이들을 단일 또는 공-중합 반응시켜서 제조할 수 있다;The conductive material of the present invention can be prepared by using a compound X and / or a compound Y represented by the following formulas (1) and (2) as monomers, either by single or co-polymerization thereof;
[화학식 1][Formula 1]
또는 or
[화학식 2][Formula 2]
또는 or
식 중, Z는 이민기 또는 비닐기이고, Q는 S, Se 또는 N-R 7 이고, R1, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은, 서로 독립적으로, 수소, 하이드록시기, 할로겐원자, 할라이드, 탄소수 50 이내의 알킬기, 알콕시기, 알킬 카르복시기, 일킬에스테르기, 알킬하이드록시기, 니트로알킬기, 시아노알킬기, 할로알킬기, 옥시할로알킬기, 니트로알킬기, 시아노할로일킬기, 아릴기, 옥시아릴기, 할로아릴기, 니트로아릴기, 시아노아릴기, 옥시할로알킬아릴기, 할로알킬아릴기, 니트로할로알킬아릴기, 및 시아노할로알킬아릴기로 이루어진 군 중에서 선택되고, 제조된 고분자의 중량 평균 분자량은 1,000 내지 10,000,000이다.Wherein Z is an imine group or a vinyl group, Q is S, Se or NR 7, and R 1, R 2, R 3, R 4, R 5, R 6 and R 7 are, independently from each other, hydrogen, a hydroxyl group, a halogen atom, a halide Alkyl groups, alkoxy groups, alkyl carboxyl groups, ylalkyl ester groups, alkylhydroxy groups, nitroalkyl groups, cyanoalkyl groups, haloalkyl groups, oxyhaloalkyl groups, nitroalkyl groups, cyanohaloalkyl groups, aryl groups, It is selected from the group consisting of an oxyaryl group, haloaryl group, nitroaryl group, cyanoaryl group, oxyhaloalkylaryl group, haloalkylaryl group, nitrohaloalkylaryl group, and cyanohaloalkylaryl group, Average molecular weight of the prepared polymer is 1,000 to 10,000,000.
상기 전도성 고분자는 다음과 같은 3 가지 방법에 의하여 제조될 수 있다:The conductive polymer may be prepared by the following three methods:
1) 화학식 1의 X 단량체를 단일 중합반응시켜 X의 단일중합체 고분자를 합성하는 방법;1) a method of synthesizing a homopolymer of X by homopolymerizing the X monomer of Formula 1;
2) 화학식 2의 Y 단량체를 단일 중합반응시켜 Y의 단일중합체 고분자를 합성하는 방법; 및2) a method of synthesizing the homopolymer of Y by homopolymerizing the Y monomer of Formula 2; And
3) 화학식 1의 단량체 X와 화학식 2의 단량체 Y를 0.01:99.99 ~ 99.99:0.01의 몰비로 공중합 반응시켜 X와 Y의 공중합체 고분자를 합성하는 방법.3) A method of synthesizing a copolymer polymer of X and Y by copolymerizing monomer X of Formula 1 and monomer Y of Formula 2 in a molar ratio of 0.01: 99.99 to 99.99: 0.01.
상기 3)의 방법으로 제조된 단량체 X 및 Y의 공중합체는 다음과 같은 화학식 3으로 표현될 수 있다;The copolymer of monomers X and Y prepared by the method of 3) may be represented by the following formula (3);
[화학식 3] [Formula 3]
상기 식 중,In the above formula,
또는 이고, or ego,
또는 이며, or Is,
Z는 이민기 또는 비닐기이고, Q는 S, Se 또는 N-R 7 이고, R1, R2, R3, R4, R5, R6 및 R7은, 서로 독립적으로, 수소, 하이드록시기, 할로겐 원자, 할라이드, 탄소수 50 이내의 알킬기, 알콕시기, 알킬 카르복시기, 일킬에스테르기, 알킬하이드록시 기, 니트로알킬기, 시아노알킬기, 할로알킬기, 옥시할로알킬기, 니트로알킬기, 시아노할로일킬기, 아릴기, 옥시아릴기, 할로아릴기, 니트로아릴기, 시아노아릴기, 옥시할로알킬아릴기, 할로알킬아릴기, 니트로할로 알킬아릴기, 및 시아노할로알킬아릴기로 이루어진 군 중에서 선택되고, m은 몰분률로서, 0 ≤m ≤1.0 이고, n은 고분자 중합도로서, 5 ≤n ≤500,000이고, 제조된 고분자의 중량 평균 분자량은 1,000 내지 10,000,000이다.Z is an imine group or a vinyl group, Q is S, Se or NR 7, and R 1, R 2, R 3, R 4, R 5, R 6 and R 7 are, independently from each other, hydrogen, a hydroxyl group, a halogen atom, a halide, 50 carbon atoms. Within an alkyl group, an alkoxy group, an alkyl carboxyl group, an alkyl group, an alkylhydroxy group, a nitroalkyl group, a cyanoalkyl group, a haloalkyl group, an oxyhaloalkyl group, a nitroalkyl group, a cyanohaloylalkyl group, an aryl group, an oxyaryl group , Haloaryl group, nitroaryl group, cyanoaryl group, oxyhaloalkylaryl group, haloalkylaryl group, nitrohaloalkylaryl group, and cyanohaloalkylaryl group, m is the mole fraction For example, 0 ≦ m ≦ 1.0, n is a polymer degree of polymerization, 5 ≦ n ≦ 500,000, and the weight average molecular weight of the prepared polymer is 1,000 to 10,000,000.
이들 중합반응에는 촉매가 필요한데, 상기 중합반응 촉매로서 모든 산화제를 사용할 수 있다. 이 때, 상기 산화제는 암모늄퍼설페이트, 염화제이철, 염화제이구리, 불화붕소화구리(II), 염화산화구리(II) 및 중크롬산칼륨으로 이루어진 군 중에서 선택하여 사용하는 것이 바람직하다.These polymerization reactions require a catalyst, and any oxidizing agent can be used as the polymerization reaction catalyst. At this time, the oxidizing agent is preferably selected from the group consisting of ammonium persulfate, ferric chloride, cupric chloride, copper fluoride (II), copper (II) chloride and potassium dichromate.
상기 표면 개질은 용매에서 자성물질에 존재하는 히드록실기(OH)기와 말단에 이중결합을 가진 실란 커플링제와의 반응을 통하여 이루어진다. 상기 표면 개질된 무기산화물은 전도성 고분자에 포함될 수 있는 형태로 만드는 역할을 한다. The surface modification is performed by reaction with a hydroxyl group (OH) group present in the magnetic material in a solvent and a silane coupling agent having a double bond at the end. The surface-modified inorganic oxide serves to make a form that can be included in the conductive polymer.
상기 표면 개질에서 사용되는 용매로는 초임계이산화탄소, 톨루엔, 물, 에탄올, 메탄올 중에 선택되는 하나 이상일 수 있다. 단, 물, 에탄올, 메탄올을 사용할 경우에는 아세트산과 같은 촉매의 사용이 요구되며, 바람직하게는 톨루엔이 좋다. The solvent used in the surface modification may be at least one selected from supercritical carbon dioxide, toluene, water, ethanol and methanol. However, when water, ethanol and methanol are used, use of a catalyst such as acetic acid is required, and toluene is preferable.
상기의 말단에 이중결합을 가진 실란 커플링제로는 3-(acryloxypropyl)trimethoxysilane, 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate, N-(3-acryloxy-2-hydroxypropyl)-3-amino propyltriethoxysilane, O- (methacryloxyetyl)-N-(triethoxy-silylpropyl) urethane, N-(3-methacryloxy-2-hydroxypropyl)-3-aminopropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltriethoxysilane, methacryloxymethyltriethoxysilane, methacryloxymethltrimethoxysilane, 3-(acryloxypropyl)methyldimethoxysilane, (methacryloxymethyl) methyldiethoxysilane, (methacryloxymethyl) methyldimethoxysilane, methacryloxypropylmethyl diethoxysilane, methacryloxypropylmethyl dimethoxysilane, methacryloxypropyl dimethylethoxysilane, methacryloxypropyl dimethylmethoxysilane 중에서 선택되는 하나를 사용할 수 있다. 그러나, 본 발명의 말단에 이중결합을 가진 실란 커플링제가 상기 예에만 한정되는 것은 아니다. As the silane coupling agent having a double bond at the terminal, 3- (acryloxypropyl) trimethoxysilane, 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate, N- (3-acryloxy-2-hydroxypropyl) -3-amino propyltriethoxysilane, O- (methacryloxyetyl) -N- (triethoxy-silylpropyl) urethane, N- (3-methacryloxy-2-hydroxypropyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, methacryloxypropyltriethoxysilane, methacryloxymethyltriethoxysilane, methacryloxymethltrimethoxysilane, 3- (acryloxypropyl) methyldimethoxysilane, (methacryloxymethyl) methyldiethoxysilane, (methacoxyoxyoxymethyl) Diethoxysilane, methacryloxypropylmethyl dimethoxysilane, methacryloxypropyl dimethylethoxysilane, methacryloxypropyl dimethylmethoxysilane can be used. However, the silane coupling agent having a double bond at the terminal of the present invention is not limited only to the above examples.
상기 표면 개질된 물질을 전도성 단량체와 함께 초임계이산화탄소내에서 중합 반응하는 단계를 포함하는 전도성 고분자에 자기특성 나노입자가 균일하게 분산된 나노복합체의 제조방법에서, 표면 개질된 자기특성 무기산화물 나노입자와 전도성 단량체를 촉매와 함께 초임계이산화탄소 내에서 1 내지 2시간 동안 반응하여 제조한다.In the method for producing a nanocomposite in which magnetic nanoparticles are uniformly dispersed in a conductive polymer comprising the step of polymerizing the surface-modified material together with a conductive monomer in supercritical carbon dioxide, the surface-modified magnetic oxide nanoparticles And a conductive monomer are prepared by reacting with the catalyst in supercritical carbon dioxide for 1 to 2 hours.
상기 전도성 고분자는 전도성 단량체와 촉매의 중합으로 형성되고, 이때 전도성 고분자의 중량 평균 분자량은 1,000 내지 10,000,000이다.The conductive polymer is formed by polymerization of a conductive monomer and a catalyst, wherein the weight average molecular weight of the conductive polymer is 1,000 to 10,000,000.
상기 초임계이산화탄소 조건은 31 내지 100℃의 온도와 137.9 내지 500 bar의 압력 중에서 이루어지며, 바람직하게는 온도가 40℃이고, 압력이 137.9 bar이다.The supercritical carbon dioxide condition is made at a temperature of 31 to 100 ℃ and a pressure of 137.9 to 500 bar, preferably the temperature is 40 ℃, the pressure is 137.9 bar.
상기 분산된 무기산화물과 전도성 고분자는 무기 산화물이 전도성 단량체의 5 내지 40 중량 퍼센트가 바람직하다.In the dispersed inorganic oxide and the conductive polymer, the inorganic oxide is preferably 5 to 40% by weight of the conductive monomer.
상기 초임계이산화탄소 내에서의 중합은 1 내지 2시간이 바람직하고 이때 일반적으로 95 중량 퍼센트 이상의 수율을 얻을 수 있다.The polymerization in the supercritical carbon dioxide is preferably 1 to 2 hours, in which a yield of generally 95% by weight or more can be obtained.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 기재한다. 다만, 하기의 실시 예는 본 발명의 바람직한 실시 예일 뿐, 본 발명의 하기 실시 예에 의해 한정된 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described. However, the following examples are only preferred embodiments of the present invention, and are not limited by the following embodiments of the present invention.
<< 실시예Example 1> 1>
삼산화이철Ferric trioxide (( FeFe 22 OO 33 ) 입자의 제조) Preparation of Particles
콘덴서를 장착한 3구 둥근 바닥 플라스크에 마그네틱 바를 넣고 한쪽은 dropping funnel을 다른 쪽은 유리마개를 한 후, 질소가스로 30분간 치환시켰다. 반응 전 단계를 질소로 치환하고, 플라스크 내에 (NH4)Fe(SO4)212H2O 6.5 g을 150 ml의 물에 녹인 후 진한염산 125 ml를 첨가하여 30분 동안 교반시켰다. (NH4)Fe(SO4)212H2O이 첨가된 플라스크의 온도를 0 ℃ 이하로 유지시킨 후 Cupferron 6.3 g을 150 ml의 물에 녹여 dropping funnel에서 떨어뜨려 반응을 진행하였다. 반응이 종료되면 갈색의 침전물을 얻을 수 있고, 깔때기를 이용하여 분리하였다. 그 후 이 생성물을 묽은 염산으로 씻어내고, 5M의 암모니아수로 씻어낸 후 헵탄으로 재결정시켰다.A magnetic bar was placed in a three-necked round bottom flask equipped with a condenser, and a dropping funnel on one side and a glass cap on the other side were replaced with nitrogen gas for 30 minutes. The reaction was replaced with nitrogen, and 6.5 g of (NH 4 ) Fe (SO 4 ) 2 12H 2 O was dissolved in 150 ml of water, and 125 ml of concentrated hydrochloric acid was added thereto, followed by stirring for 30 minutes. After maintaining the temperature of the flask to which (NH 4 ) Fe (SO 4 ) 2 12H 2 O was added at 0 ° C. or below, 6.3 g of Cupferron was dissolved in 150 ml of water and dropped in a dropping funnel to proceed with the reaction. When the reaction was completed to obtain a brown precipitate, it was separated using a funnel. The product was then washed with dilute hydrochloric acid, washed with 5 M ammonia water and recrystallized with heptane.
7 g의 트리옥틸아민을 산소와 물을 제거하기 위하여 20 m Torr, 100 ℃에서 1 시간 동안 질소 치환 상태에서 방치하였고, 0.3 M Fe(Cup)3 옥틸아민 용액은 20 m Torr, 60 ℃에서 1 시간 동안 질소 치환 상태에서 방치하여 준비하였다. 질소로 치환한 상태에서 300 ℃로 트리옥틸아민을 가열 교반하면서 Fe(Cup)3 옥틸아민 용액 4 ml를 빠르게 주입하면 색깔이 없는 상태에서 어두운 갈색으로 용액의 색깔이 변화한다. 그 후 225 ℃에서 30분 동안 반응을 더 진행한 후 정지시켰다. 그 후 톨루엔 1 ml 첨가하고, 메탄올에 재결정하여 갈색의 분말을 얻었다. In order to remove oxygen and water, 7 g of trioctylamine was left at 20 m Torr at 100 ° C. for 1 hour under nitrogen substitution, and 0.3 M Fe (Cup) 3 octylamine solution was 20 m Torr at 60 ° C. Prepared by standing under nitrogen substitution for hours. When 4 ml of Fe (Cup) 3 octylamine solution is rapidly injected while stirring trioctylamine at 300 ° C. with nitrogen, the color of the solution changes from dark to dark brown. Thereafter, the reaction was further proceeded at 225 ° C. for 30 minutes and then stopped. Then, 1 ml of toluene was added, and it recrystallized in methanol, and the brown powder was obtained.
<< 실시예Example 2> 2>
삼산화이철Ferric trioxide 입자의 표면 처리 방법 Surface treatment method of the particle
정제한 톨루엔이 든 250 ml 3구 플라스크에 건조시킨 20 nm 입자를 가진 삼산화이철 분말을 2.5g 넣고 분산시켰다. 그리고 주사기로 과량의 실란커플링제 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate (γ-MPS)를 반응기에 주입한 후 상온에서 24시간 동안 교반시켰다. 모든 반응은 아르곤 가스 분위기하에서 진행하였다. 표면 개질이 끝난 후 원심분리기를 사용하여 톨루엔에 녹아있는 미반응 γ-MPS와 γ-MPS로 표면개질 되어진 삼산화이철 입자를 분리하였으며, 이 과정은 미반응 γ-MPS가 모두 제거될 때까지 수 차례 이루어졌다. 분리된 삼산화이철 입자는 50℃ 진공오븐에서 24시간 건조하였다.In a 250 ml three-necked flask containing purified toluene, 2.5 g of dried ferric trioxide powder having 20 nm particles was added and dispersed. Then, an excess of silane coupling agent 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate (γ-MPS) was injected into the reactor by a syringe, followed by stirring at room temperature for 24 hours. All reactions were run under argon gas atmosphere. After the surface modification, the unreacted γ-MPS and γ-MPS dissolved in toluene were separated using a centrifugal separator. This process was performed several times until all of the unreacted γ-MPS were removed. Was done. The separated ferric trioxide particles were dried for 24 hours in a 50 ℃ vacuum oven.
<< 실시예Example 3> 3>
초임계이산화탄소Supercritical Carbon Dioxide 내에서의 나노복합체의 제조 방법 Method for producing nanocomposites in the interior
초임계이산화탄소 내에서의 나노복합체 제조 방법은 우선 0.05 g의 표면개질된 삼산화이철과 0.5 g의 피롤을 서스펜션 상태로 분산시킨 후, 스테인레스 고압 반응기에서 투입하였다. 삼염화이철을 소량의 메탄올에 녹여 고압 반응기에 넣고, 테프론이 코팅된 마그네틱 바를 고압 반응기 내에 동시에 넣어 중합을 진행하였다. 반응기 내부의 압력은 ISCO 실린지 펌프 (Model 260D)를 이용하여 조절하였으며 반응온 도는 40 또는 65 ℃, 압력은 137.9 또는 344.8 bar로 사용하였다. 압력, 온도 및 무기산화물의 양에 따라 다양하게 실험하였으며, 각 실험값에 따른 복합 정도를 표1에 나타내었다. 모든 중합은 2시간 동안 진행하였으며 반응기를 실온으로 냉각시킴으로써 반응을 종료하였다. 얻어진 고분자 입자는 이산화탄소를 감압하여 기체 상태로 변화시켜 반응혼합물로부터 쉽게 분리되었으며, 중합이 끝난 생성물은 잔존하는 염화철을 제거하기 위하여 메탄올을 이용하였다. 마지막으로 50 ℃ 온도에서 24시간 동안 오븐에서 건조하였다. 건조 후 측정된 수율은 90 중량 퍼센트 이상을 나타내었고, TGA, XRD, TEM 및 IR을 이용하여 피롤 고분자가 무기산화물 입자를 균일하게 포함하는 나노복합체임을 확인하였다.In the method for preparing nanocomposites in supercritical carbon dioxide, 0.05 g of surface-modified ferric trioxide and 0.5 g of pyrrole were dispersed in a suspension state, and then charged in a stainless high pressure reactor. Ferric trichloride was dissolved in a small amount of methanol, placed in a high pressure reactor, and a Teflon-coated magnetic bar was simultaneously placed in a high pressure reactor to perform polymerization. The pressure inside the reactor was controlled using an ISCO syringe pump (Model 260D), and the reaction temperature was 40 or 65 ℃, the pressure was 137.9 or 344.8 bar. Various experiments were carried out depending on the pressure, temperature, and the amount of inorganic oxides. All polymerization proceeded for 2 hours and the reaction was terminated by cooling the reactor to room temperature. The obtained polymer particles were easily separated from the reaction mixture by reducing the carbon dioxide into a gaseous state, and the polymerization product was used to remove residual iron chloride. Finally it was dried in an oven at 50 ° C. for 24 hours. Yield measured after drying showed more than 90% by weight, it was confirmed that the pyrrole polymer is a nanocomposite containing inorganic oxide particles uniformly using TGA, XRD, TEM and IR.
<표1> 압력, 온도 및 자기특성 무기산화물의 양에 따른 복합정도<Table 1> Complexity according to Pressure, Temperature and Magnetic Property
<< 비교예Comparative example 1> 1>
표면 처리하지 않은 Untreated 삼산화이철을Ferric trioxide 이용하여 using 초임계이산화탄소Supercritical Carbon Dioxide 내에서의 나노복합체의 제조 방법 Method for producing nanocomposites in the interior
표면 처리하지 않은 삼산화이철을 이용하여 초임계이산화탄소 내에서의 나노복합체 제조 방법은 실시예 3과 같은 방법으로 진행하였다. The nanocomposite manufacturing method in supercritical carbon dioxide using the surface-treated ferric trioxide was carried out in the same manner as in Example 3.
우선 0.05 g의 삼산화이철과 0.5 g의 피롤을 서스펜션 상태로 분산시킨 후, 스테인레스 고압 반응기에서 투입하였다. 삼염화이철을 소량의 메탄올에 녹여 고압 반응기에 넣고, 테프론이 코팅된 마그네틱 바를 고압 반응기 내에 동시에 넣어 중합을 진행하였다. 반응기 내부의 압력은 ISCO 실린지 펌프 (Model 260D)를 이용하여 조절하였으며 반응온도와 압력은 각각 40 ℃와 137.9 bar로 고정하여 사용하였다. 단량체에 대한 자기특성 무기산화물의 양에 따라 실험하였으며, 각 실험값에 따른 복합 정도를 표2에 나타내었다. 모든 중합은 2시간 동안 진행하였으며 반응기를 실온으로 냉각시킴으로써 반응을 종료하였다. 얻어진 고분자 입자는 이산화탄소를 감압하여 기체 상태로 변화시켜 반응혼합물로부터 쉽게 분리되었으며, 중합이 끝난 생성물은 잔존하는 염화철을 제거하기 위하여 메탄올을 이용하였다. 마지막으로 50 ℃ 온도에서 24시간 동안 오븐에서 건조하였다. 건조 후 측정된 수율은 90 중량 퍼센트 이상을 나타내었고, TGA, XRD, TEM 및 IR을 이용하여 피롤 고분자가 무기산화물 입자를 포함하는 형태를 확인한 결과 균일하지 못하고 복합 정도도 70% 정도로 낮은 경향을 나타내었다.First, 0.05 g of ferric trioxide and 0.5 g of pyrrole were dispersed in a suspension state, and then charged in a stainless high pressure reactor. Ferric trichloride was dissolved in a small amount of methanol, placed in a high pressure reactor, and a Teflon-coated magnetic bar was simultaneously placed in a high pressure reactor to perform polymerization. The pressure inside the reactor was controlled using an ISCO syringe pump (Model 260D), and the reaction temperature and pressure were fixed at 40 ℃ and 137.9 bar, respectively. The experiments were carried out according to the amount of magnetic inorganic oxides for the monomers, and the degree of compounding according to each experimental value is shown in Table 2. All polymerization proceeded for 2 hours and the reaction was terminated by cooling the reactor to room temperature. The obtained polymer particles were easily separated from the reaction mixture by reducing the carbon dioxide into a gaseous state, and the polymerization product was used to remove residual iron chloride. Finally it was dried in an oven at 50 ° C. for 24 hours. The yield measured after drying showed more than 90% by weight, and the results showed that the pyrrole polymer contained inorganic oxide particles using TGA, XRD, TEM, and IR. It was.
<표2> 단량체에 대한 자기특성 무기산화물의 양에 따른 실험Table 2 Experiments on the amount of magnetic inorganic oxides for monomers
본 발명은 전도성 고분자와 자성물질의 나노복합체를 초임계이산화탄소를 중합 용매로 이용하여 제조하므로 합성법이 간단하고 수율이 높으며, 용매를 제거하는 과정에서 가용화하는 문제점이 없고 생성물의 분리가 쉽다. 제조된 나노복합체는 전기 전도성과 자성 성질을 동시에 가져 전지(betteries), 전기화학 디스플레이 장치(electrochemical display devices), 전자기 간섭 차폐(electromagnetic interference shielding), 전자기 유변 유체(electromagneto-rheological fluid), 마이크로파 흡수물질(microwave-absorbing materials) 등 다양한 분야에 실용적으로 사용 가능하게 하는데 그 효과가 있다.In the present invention, since the nanocomposite of the conductive polymer and the magnetic material is prepared using supercritical carbon dioxide as a polymerization solvent, the synthesis method is simple, the yield is high, and there is no problem of solubilization in the process of removing the solvent, and easy separation of the product. The fabricated nanocomposites have both electrical conductivity and magnetic properties, allowing them to be used in batteries, electrochemical display devices, electromagnetic interference shielding, electromagneto-rheological fluids, and microwave absorbing materials. It is effective to make practical use in various fields such as (microwave-absorbing materials).
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020070086507A KR20090021739A (en) | 2007-08-28 | 2007-08-28 | Preparation method of nanocomposites in supercritical carbon dioxide |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101157382B1 (en) * | 2009-12-24 | 2012-06-20 | 서울대학교산학협력단 | Fabrication method of nitrogen-containing magnetic carbon nanoparticles and application to adsorbent for heavy metal ions |
CN115970690A (en) * | 2022-12-15 | 2023-04-18 | 东南大学 | Crystal boron modified copper oxide catalyst and preparation method and application thereof |
-
2007
- 2007-08-28 KR KR1020070086507A patent/KR20090021739A/en not_active Application Discontinuation
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