KR20120053861A - Methods for the preparation of carbon nanotubes covalentely modified by poly(aryleneether)s - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A modified carbon nano-tube and a manufacturing method of carbon nano-tube in which poly(arylene ether) based polymer is attached are provided to grow poly(arylene ether) based polymer from an initiator by using a chain-growth condensation polymerization. CONSTITUTION: A modified carbon nano-tube has an initiator which is attached to the nano-tube and is represented by chemical formula 1. The modified carbon nanotube is manufactured by precursor of an initiator which is represented by chemical formula 2. A complex carbon nanotube is manufactured by polymerization of monomers which forms a poly(arylene ether) based polymer and the modified carbon nanotube. A manufacturing method of the complex carbon nanotube comprises next steps: chain growth condensation polymerizing the monomer represented by chemical formula 3 and the modified carbon nano-tube which has an initiator; and manufacturing a complex carbon nanotube.

Description

폴리(아릴렌 에테르)계 고분자가 부착된 탄소 나노튜브의 제조방법{Methods for the preparation of carbon nanotubes covalentely modified by poly(aryleneether)s}Method for preparing carbon nanotubes to which poly (arylene ether) polymer is attached {methods for the preparation of carbon nanotubes covalentely modified by poly (aryleneether) s}

본 발명은 엔지니어링 플라스틱 계열의 축중합체인 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자가 부착된 복합 탄소나노튜브를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사슬 성장 축합 중합을 일으킬 수 있는 개시제를 탄소 나노튜브의 표면에 부착하고, 그로부터 친핵성 치환 반응을 이용한 단량체의 사슬 성장을 통해 축중합체인 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자가 부착된 복합 탄소 나노튜브를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 탄소 나노튜브와 부착이 가능하고 사슬 성장 중합을 일으킬 수 있는 두 종류의 기능기를 가진 개시제 전구체 및 기존에 보고되지 않은 사슬 성장 중합 방식에 의해 성장하는 단량체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a composite carbon nanotube to which a poly (arylene ether) polymer, which is an engineering plastics-based condensation polymer, is attached. More specifically, an initiator capable of causing chain growth condensation polymerization may include carbon nanotubes. The present invention relates to a method for producing a composite carbon nanotube to which a poly (arylene ether) -based polymer, which is a condensation polymer, is attached to a surface of a polymer and chain growth of a monomer using a nucleophilic substitution reaction therefrom. In addition, the present invention relates to an initiator precursor having two kinds of functional groups capable of attaching with carbon nanotubes and causing chain growth polymerization, and monomers grown by a chain growth polymerization method not previously reported.

인간의 가용 화석 에너지원의 고갈과 지구 온난화 문제에 대처하기 위해 태양 에너지, 지열, 풍력, 수소 에너지 등 대체 에너지 자원의 연구개발이 전 세계적으로 활발히 이루어지고 있다. 하지만 대체 에너지 활용이 낮은 전환효율 등 여러 문제들로 인해 화석 에너지를 전면적으로 대체할 수 없는 현 상황에서 또 다른 대안은 에너지를 더욱 효율적으로 사용할 수 있는 방법을 개발하는 것이다. 예를 들면, 가솔린/이차 전지 하이브리드 자동차 기술이나 태양열 주택처럼 기존의 에너지원을 그대로 사용하면서 대체 에너지원을 보조적인 수단으로 사용하거나 경량의 기능성 소재를 사용하여 투입된 에너지 대 운동 효율을 높이는 방법이다.In order to cope with the depletion of human available fossil energy sources and global warming, research and development of alternative energy resources such as solar energy, geothermal energy, wind power, and hydrogen energy are being actively conducted worldwide. However, in the situation where fossil energy cannot be replaced entirely due to various problems such as conversion efficiency with low utilization of alternative energy, another alternative is to develop a method to use energy more efficiently. For example, it is a method of increasing energy-to-kinetic efficiency by using alternative energy sources as an auxiliary means or using lightweight functional materials while using existing energy sources such as gasoline / rechargeable battery hybrid vehicle technology or solar housing.

최근 이러한 추세에 발맞추어 활발히 연구되고 있는 분야가 탄소 동소체에 관한 연구인데 그 중에서도 탄소 나노튜브는 1991년 일본 NEC 연구소의 Iijima 그룹에서 최초로 보고된 이래 매우 가벼우면서도 우수한 기계적, 전기적 특성 때문에 다양한 용도로 응용하기 위한 연구가 진행되고 있다.In recent years, active research is being conducted on carbon allotrope. Among them, carbon nanotubes have been applied for various purposes because of their extremely light and excellent mechanical and electrical properties since they were first reported by Iijima Group of NEC in Japan in 1991. Research is underway.

초기에 생산되었던 탄소 나노튜브는 생산단가가 매우 높고 만들어진 형태도 일정하지 않아 상업화 문제가 있었으나 미국의 Smalley 그룹과 Ren 그룹에서 각각 레이져 증착법과 기상증착법을 개발하는 등 현재까지 지속적인 기술개발로 인해 저가로 대량생산이 가능해 졌고 순도나 그 형태의 조절도 가능하게 되었다.The carbon nanotubes produced at the early stage had a problem of commercialization because the production cost was very high and the form was not constant.However, due to continuous technology development such as laser deposition method and vapor deposition method developed by Smalley group and Ren group, respectively, Mass production has become possible, and purity and its form can be controlled.

하지만 또 하나의 장벽은 탄소 나노튜브의 매우 큰 길이 대 지름비와 반데르 발스 힘에 의해 다발형태로 묶여져 있어 매우 낮은 분산도를 가지며 어떠한 매질과도 잘 섞이지 않아 실제적인 사용에 매우 큰 제약을 받고 있다는 점이다. 따라서 탄소 나노튜브의 분산기술 개발에 관한 많은 연구가 진행되어왔는데, 크게 물리적인 분산법과 화학적 개질법으로 나눌 수 있다. 물리적인 방법은 초음파를 가하여 일시적으로 나노튜브간의 응집력을 약화시키거나 나노튜브의 표면과 2차 상호작용을 할 수 있도록 고안된 분자를 이용하여 튜브를 둘러싸 응집을 막는 방법이다. 하지만 이러한 물리적 분산 방식의 경우 재응집의 가능성이 크고 탄소 나노튜브의 성질을 충분히 매질로 전달할 수 없다는 단점이 있다. 반면, 화학적으로 탄소 나노튜브를 개질하게 되면 재응집의 가능성을 원천적으로 차단할 수 있고 매질에 알맞은 분자들을 선택 도입하게 되면 나노튜브의 성질을 충분히 매질에 전달할 수 있게 된다.However, another barrier is bundled by the very large length-to-diameter ratio of the carbon nanotubes and van der Waals forces, so it has very low dispersion and does not mix well with any medium, which is very limited in practical use. Is that there is. Therefore, much research has been conducted on the development of dispersion technology of carbon nanotubes, which can be roughly divided into physical dispersion and chemical modification. The physical method is to prevent the aggregation by enclosing the tube using molecules designed to temporarily weaken the cohesion between nanotubes by applying ultrasonic waves or to make secondary interaction with the surface of the nanotubes. However, this physical dispersion method has a high possibility of re-agglomeration and it is difficult to transfer the properties of the carbon nanotubes to the medium sufficiently. On the other hand, chemically modifying carbon nanotubes can fundamentally block the possibility of reagglomeration, and by selecting the appropriate molecules for the medium, it is possible to transfer the properties of the nanotubes to the medium sufficiently.

산업적인 활용도 측면에서 탄소 나노튜브의 표면에 고분자를 부착하는 연구가 많이 진행되어 왔다. 고분자를 부착하는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 고분자를 먼저 성장시킨 후 나노튜브의 표면에 부착하는 방법과 나노튜브의 표면에 중합을 개시할 수 있는 개시제를 부착한 뒤 개시제로부터 선택적으로 고분자를 성장시키는 방법이 있다. 전자의 방법은 고분자를 원하는 크기로 성장시키기는 쉬우나 나노튜브의 표면에 붙이는 단계에서 고분자의 큰 크기 때문에 많은 고분자를 붙이기 어렵다는 단점이 있다. 후자의 방법은 적절한 개시제의 구조를 고안하여야 하는데 탄소나노뷰브와 반응할 수 있는 기능기와 중합을 개시할 수 있는 기능기 두 가지를 모두 가져야 하며, 중합 개시 기능기는 나노튜브와의 부착 단계에서 안정한 상태로 유지되어야 한다. 현재 다양한 중합에 대한 개시제의 부착이 개발되었는데 음이온 중합, 원자 이동 라디칼 중합, 나이트로옥사이드 중재 중합, 배위 중합, 고리 열림 중합, 고리 열림 북분해 중합 등에 성공적으로 적용된 바 있다. 하지만 현재까지 엔지니어링 플라스틱의 일종인 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자를 탄소나노튜브에 부착된 개시제로부터 성장시킨 예는 없다.In terms of industrial applications, many studies have been conducted to attach polymers to surfaces of carbon nanotubes. The method of attaching a polymer can be broadly divided into two methods: growing a polymer first and then attaching it to the surface of the nanotube, and attaching an initiator capable of initiating polymerization to the surface of the nanotube, and then selectively There is a way to grow. The former method is easy to grow a polymer to a desired size, but it is difficult to attach many polymers due to the large size of the polymer in the step of attaching to the surface of the nanotube. The latter method has to devise an appropriate initiator structure, which must have both a functional group capable of reacting with carbon nanobubble and a functional group capable of initiating polymerization, and the polymerization initiating functional group is stable in the attachment step with the nanotubes. Should be maintained. Currently, the attachment of initiators to various polymerizations has been developed, and has been successfully applied to anionic polymerization, atom transfer radical polymerization, nitrooxide mediated polymerization, coordination polymerization, ring-opening polymerization, ring-opening northern decomposition polymerization. However, there is no example of growing a poly (arylene ether) -based polymer, which is a kind of engineering plastic, from an initiator attached to carbon nanotubes.

방향족 유도체 및 에테르 결합을 갖는 구조의 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자는 내열성 뿐만 아니라 기계적 강도, 내구성, 내약품성 등 제반 물성이 우수하고 가공성이 우수하여 엔지니어링 플라스틱으로서 그 사용범위와 사용량이 지속적으로 늘어나고 있으며, 상업화된 제품으로는 Udel TM(Poly(ether sulfone)), PEEK TM(Poly(ether ether ketone))(이상 Amoco社), Ultem TM(Poly(ether imide)), PPO TM(Poly(phenylene oxide))(이상 GE社) 등이 상업화 되어 있다. 일반적으로 폴리(아릴렌 에테르)계 축합 고분자는 단계 성장 메커니즘을 따라 성장하며 얻어지는 고분자는 다분산성 2 이상의 분포를 가지고 있다. 하지만 특수하게 고안된 단량체와 강한 전자 끌게 그룹에 의해 활성화 된 이탈 그룹을 가진 개시제를 사용하면 사슬 성장 방식으로 축합 고분자를 성장시킬 수 있다. 이렇게 형성된 고분자는 다분산성 1에 가까우며 손쉽게 사슬의 길이가 조절될 수 있다.Poly (arylene ether) -based polymers having aromatic derivatives and ether linkages are not only heat-resistant but also excellent in mechanical properties, durability, chemical resistance, etc. and, as a commercial product Udel TM (Poly (ether sulfone) ), PEEK TM (Poly (ether ether ketone)) ( more than Amoco社), Ultem TM (Poly (ether imide)), PPO TM (Poly (phenylene oxide )) (Above GE) is commercialized. Generally, poly (arylene ether) -based condensation polymers grow according to a step growth mechanism, and the resulting polymers have a polydispersity of 2 or more. However, the use of specially designed monomers and initiators with leaving groups activated by strong electron drag groups allows the growth of condensation polymers in a chain-growth fashion. The polymer thus formed is close to polydispersity 1 and the length of the chain can be easily adjusted.

본 발명은 기존에 보고된 바 없는, 엔지니어링 플라스틱 계열인 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자를 친핵성 치환 반응을 이용한 사슬 성장 축합 중합 메커니즘에 의해 성장되도록 하는 개시제가 부착된 탄소나노튜브를 제공함을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a carbon nanotube with an initiator attached to a poly (arylene ether) -based polymer, which is not previously reported, to be grown by a chain growth condensation polymerization mechanism using a nucleophilic substitution reaction. It is done.

본 발명의 다른 목적은 기존에 보고된 바 없는 탄소 나노튜브와 반응하여 공유결합을 형성하는 기능기와 사슬 성장 축합 중합을 일으킬 수 있는 기능기를 동시에 가지는 개시제를 제공함을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an initiator having a functional group capable of reacting with carbon nanotubes, which have not been previously reported, to form a covalent bond and a functional group capable of causing chain growth condensation polymerization.

본 발명의 다른 목적은 기존에 보고된 바 없는 사슬 성장 축합 중합 방식에 의해 성장하는 단량체를 제공함을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a monomer that is grown by a chain growth condensation polymerization method which has not been reported previously.

본 발명의 또 다른 목적은 탄소나노튜브에 부착된 개시제로부터 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자를 친핵성 치환 반응을 이용한 사슬 성장 축합 중합 방식에 의해 성장시키는 방법을 제공함을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a method of growing a poly (arylene ether) -based polymer from a initiator attached to a carbon nanotube by a chain growth condensation polymerization method using a nucleophilic substitution reaction.

본 발명의 또 다른 목적은 기존에 보고된 바 없는 친핵성 치환 반응을 이용한 단계 성장 축합 중합 방식에 의해 성장하는 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자가 부착된 탄소 나노튜브의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a method for preparing carbon nanotubes to which poly (arylene ether) based polymers are grown by a step growth condensation polymerization method using a nucleophilic substitution reaction, which has not been previously reported. do.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 사슬 성장 축합 중합 방식 또는 계단 성장 축합 중합 방식에 의해 성장된 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자가 부착된 분산성이 뛰어나고 용매에 용해성이 있는 용해되는 탄소 나노튜브를 제공함을 목적으로 한다.Still another object of the present invention is to provide a dissolving carbon nanotube having excellent dispersibility and dissolvability in a solvent to which a poly (arylene ether) -based polymer grown by the chain growth condensation polymerization method or the step growth condensation polymerization method is attached. For the purpose.

본 발명은 엔지니어링 플라스틱 계열의 축중합체인 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자가 부착된 복합 탄소나노튜브를 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사슬 성장 축합 중합을 일으킬 수 있는 개시제를 탄소 나노튜브의 표면에 부착하고, 그로부터 친핵성 치환 반응을 이용한 단량체의 사슬 성장을 통해 축중합체인 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자가 부착된 복합 탄소 나노튜브를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 탄소 나노튜브와 부착이 가능하고 사슬 성장 중합을 일으킬 수 있는 두 종류의 기능기를 가진 개시제 전구체 및 기존에 보고되지 않은 사슬 성장 중합 방식에 의해 성장하는 단량체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a composite carbon nanotube to which a poly (arylene ether) polymer, which is an engineering plastics-based condensation polymer, is attached. More specifically, an initiator capable of causing chain growth condensation polymerization may include carbon nanotubes. The present invention relates to a method for producing a composite carbon nanotube to which a poly (arylene ether) -based polymer, which is a condensation polymer, is attached to a surface of a polymer and chain growth of a monomer using a nucleophilic substitution reaction therefrom. In addition, the present invention relates to an initiator precursor having two kinds of functional groups capable of attaching with carbon nanotubes and causing chain growth polymerization, and monomers grown by a chain growth polymerization method not previously reported.

본 발명에서 "탄소 나노튜브"는 단일벽 또는 다중벽의 탄소 나노튜브 자체를의미하고, "개질 탄소 나노튜브"는 사슬 성장 축합 중합을 일으킬 수 있는 개시제 전구체와 탄소 나노튜브가 반응하여 얻어진 사슬 성장 축합 중합을 일으킬 수 있는 개시제가 부착된 탄소 나노튜브를 의미하고, "복합 탄소 나노튜브"는 상기 개질 탄소 나노튜브와 단량체가 중합되어 있는 폴리(아릴렌에테르)계 고분자-탄소 나노튜브 복합체를 의미한다.In the present invention, "carbon nanotube" means single-walled or multi-walled carbon nanotubes themselves, and "modified carbon nanotubes" means chain growth obtained by reacting carbon nanotubes with an initiator precursor capable of causing chain growth condensation polymerization. It refers to carbon nanotubes to which an initiator capable of causing condensation polymerization is attached, and "composite carbon nanotube" refers to a poly (arylene ether) polymer-carbon nanotube composite in which the modified carbon nanotubes and a monomer are polymerized. do.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 사슬 성장 축합 중합을 일으킬 수 있는 개시제가 부착된 개질 탄소 나노튜브 (이하 CNT-I)를 제공한다. The present invention provides a modified carbon nanotube (hereinafter referred to as CNT-I) having an initiator attached thereto, which can cause chain growth condensation polymerization represented by the following Chemical Formula 1.

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[상기

Figure pat00002
Figure pat00003
또는
Figure pat00004
이고;[remind
Figure pat00002
silver
Figure pat00003
or
Figure pat00004
ego;

R은 CF3 또는 CN이고;R is CF 3 or CN;

X는 F, Cl 또는 NO2이고;X is F, Cl or NO 2 ;

n은 1 이상의 정수로, 탄소나노튜브의 탄소 원자 10 ? 100개당 1개이다.]
n is an integer of 1 or more and 10 to 10 carbon atoms of the carbon nanotube. 1 for every 100.]

상기 화학식 1에서 탄소 나노튜브는 (carbon nanotube) 단일벽 또는 다중벽 탄소 나노튜브이며, R은 트리플루오로 메틸 그룹 또는 시아나이드 그룹과 같은 전자-끌게 그룹이며 X에 대하여 오르토 위치에 존재한다. 이탈 그룹인 X는 플로오로, 클로로 또는 나이트로 그룹이며 Ar은 벤젠 또는 다이페닐 아마이드 구조이고 n은 1 이상의 정수로, 탄소나노튜브의 탄소 원자 10 ? 100개당 1개이다.In the chemical formula 1, carbon nanotubes are single-walled or multi-walled carbon nanotubes, and R is an electron-withdrawing group such as trifluoromethyl group or cyanide group and is present in the ortho position with respect to X. The leaving group X is a fluoro, chloro or nitro group, Ar is a benzene or diphenyl amide structure and n is an integer of 1 or more. 1 for every 100.

상기

Figure pat00005
는 보다 상세히 하기 구조로부터 선택된다.remind
Figure pat00005
Is selected from the following structures in more detail.

Figure pat00006

Figure pat00006

상기 구조를 가지는 개시제 전구체는 탄소 나노튜브에 공유결합으로 연결되어 있으며 반응 조건의 농도를 조절하여 탄소 나노튜브의 탄소원자 10개 ? 100개 당 한 개의 개시제가 치환되도록 조절할 수 있다. 탄소 나노튜브에 부착된 개시제는 플루오린 그룹 또는 나이트로 이탈 그룹이 전자 끌개 그룹인 트리플루오로 메틸 그룹이나 시아나이드 그룹에 의해 활성화 되어 있어 사슬 성장 중합을 일으킬 수 있는 단량체의 하이드록사이드 음이온과 친핵성 치환 반응을 일으킬 수 있다. 하지만 단량체의 이탈 그룹은 하이드록사이드 음이온에 의해 전자밀도가 높아 활성도가 크게 떨어져 단량체간 친핵성 치환 반응은 거의 일어나지 않기 때문에 고분자는 탄소 나노튜브에 부착된 개시제로부터 성장한다.The initiator precursor having the structure is covalently linked to the carbon nanotubes and by controlling the concentration of the reaction conditions 10 carbon atoms of the carbon nanotubes? One initiator per 100 may be adjusted to be substituted. The initiators attached to the carbon nanotubes are intimate with the hydroxide anions of the monomers in which the fluorine group or the nitro leaving group is activated by the trifluoromethyl group or cyanide group, which is an electron withdrawing group, and can cause chain growth polymerization. May cause a nuclear substitution reaction. However, since the leaving group of the monomer has high electron density due to the hydroxide anion, the activity is greatly decreased, and the nucleophilic substitution reaction between the monomers hardly occurs, so the polymer grows from the initiator attached to the carbon nanotubes.

또한 본 발명은 하기 화학식 2로 표시되는 탄소나노튜브와 부착이 가능하고 사슬 성장 중합을 일으킬 수 있는 두 종류의 기능기를 가진 개시제 전구체를 제공한다.In another aspect, the present invention provides an initiator precursor having two kinds of functional groups capable of attaching to carbon nanotubes represented by the following Chemical Formula 2 and causing chain growth polymerization.

[화학식 2][Formula 2]

Figure pat00007
Figure pat00007

[Y는 N2BF4 또는 NH2이고;[Y is N 2 BF 4 or NH 2 ;

Figure pat00008
Figure pat00009
또는
Figure pat00010
이고;
Figure pat00008
silver
Figure pat00009
or
Figure pat00010
ego;

R은 CF3 또는 CN이고;R is CF 3 or CN;

X는 F, Cl 또는 NO2이다.]X is F, Cl or NO 2 ]

상기 화학식 2의 개시제의 Y그룹은 탄소 나노튜브와 공유결합을 할 수 있는 기능기로써 다이아조니움 테트라플루오로 보론 작용기 또는 아민기이다. R은 트리플루오로 메틸 그룹 또는 시아나이드 그룹이고 X에 대하여 오르토 위치에 존재한다. X는 플로오로 또는 나이트로 그룹이며 Ar은 벤젠 또는 다이페닐 아마이드 구조이다. 상기 개시제 전구체는 보다 상세히 하기 화합물로부터 선택되는 1종 이상이다.Y group of the initiator of Formula 2 is a diazonium tetrafluoro boron functional group or an amine group as a functional group capable of covalent bonding with carbon nanotubes. R is a trifluoro methyl group or cyanide group and is in the ortho position relative to X. X is a fluoro or nitro group and Ar is a benzene or diphenyl amide structure. The initiator precursor is at least one selected from the following compounds in more detail.

Figure pat00011

Figure pat00011

상기 화학식 2의 개시제 전구체는 탄소 나노튜브와 부착 가능한 기능기인 다이아조니움 테트라플루오로 보론 작용기 또는 아민 작용기를 가지고 있다. 부착 방법은 Y그룹이 다이아조니움 테트라플루오로 보론 작용기인 경우 J. Am . Chem . Soc ., 2005, 127, 14867-14870 을 따르고 아민그룹일 경우 J. Am . Chem . Soc ., 2003, 125, 1156-1157 을 따른다. 상기 개시제 전구체는 사슬 성장 축합 중합을 일으킬 수 있는 전자끌게 그룹에 의해 활성화된 플루오린 또는 나이트로 이탈 그룹이 개시제 전구체가 탄소 나노튜브에 부착되는 반응 과정에서 사용되는 다이아조니움 테트라플루오로 보론 작용기 또는 아민 작용기와 각기 독립적으로 사용되기 때문에 개시제 전구체의 부착 과정에서 손상되지 않는 것을 특징으로 한다.The initiator precursor of Chemical Formula 2 has a diazonium tetrafluoro boron functional group or an amine functional group, which is a functional group attachable to carbon nanotubes. The attachment method is described in J. Am . When the Y group is a diazonium tetrafluoro boron functional group . Chem . Soc . , 2005 , 127 , 14867-14870 and are amine groups in J. Am . Chem . Soc . , 2003 , 125, 1156-1157. The initiator precursor may be a diazonium tetrafluoroborone functional group in which a fluorine or nitro leaving group activated by an electron attracting group capable of causing chain growth condensation polymerization is used in the reaction process in which the initiator precursor is attached to the carbon nanotube. Since they are used independently of the amine functional groups, they are characterized in that they are not damaged during the attachment process of the initiator precursor.

또한 본 발명은 하기 화학식 3으로 표시되는 기존에 보고되지 않은 사슬 성장 중합 방식에 의해 성장하는 단량체를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a monomer that is grown by a chain growth polymerization method not previously reported represented by the following formula (3).

[화학식 3](3)

Figure pat00012
Figure pat00012

[

Figure pat00013
은 하기 구조에서 선택되고;[
Figure pat00013
Is selected from the following structures;

Figure pat00014
Figure pat00014

X'는 F, Cl 또는 NO2이다.]X 'is F, Cl or NO 2 ]

상기 화학식 3의 단량체는 포타시움 하이드록사이드 작용기를 포함하고 있으며, R'는 트리플루오로 메틸 그룹이고 X'에 대하여 오르토 위치에 존재한다. X'는 플로오로, 클로로 또는 나이트로 그룹이며 Ar은 벤젠 또는 설포네이티드 다이페닐 설폰 또는 아조벤젠 구조이다. 상기 단량체, 즉 사슬 성장 축합 방식에 의해 성장하는 단량체는 구체적으로 하기 화합물로부터 선택되는 1종 이상이다.The monomer of Formula 3 includes a potassium hydroxide functional group, R 'is a trifluoro methyl group and is in the ortho position relative to X'. X 'is a fluoro, chloro or nitro group and Ar is a benzene or sulfonated diphenyl sulfone or azobenzene structure. The said monomer, ie, the monomer grown by the chain growth condensation method, is 1 or more types specifically selected from the following compounds.

Figure pat00015
Figure pat00015

일반적으로 단계 성장 축합 방식에 의해 성장하는 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자를 사슬 성장 축합 중합 방식으로 합성하기 위해서는 첫째, 단량체들간에는 서로 반응하지 않지만 단량체와 개시제는 서로 반응할 수 있어야 하고 둘째, 단량체는 개시제와 반응한 뒤에 이탈 그룹이 활성화되어 다음 단량체와 반응할 수 있어야 한다. 상기의 목적을 달성하기 위해서는 개시제 이탈 그룹의 활성도가 단량체 이탈 그룹의 활성도보다 높아야 하는데, 이는 단량체와 개시제의 적절한 설계에 의해 달성될 수 있다. 단량체 이탈 그룹의 활성도를 낮추기 위해는 친핵성 공격기인 하이드록시 그룹을 전자밀도가 높은 하이드록사이드 음이온 형태로 만들어 주면 공명 구조에 의해서 이탈 그룹의 전자 밀도가 높아져 친핵성 치환 반응에 대한 활성도가 떨어지게 된다. 따라서 단량체들 간에는 친핵성 치환 반응이 최대한 억제된다. 반면 개시제는 이탈 그룹의 활성도를 높여 단량체와 반응이 일어나도록 만들어야 하는데, 이탈 그룹의 오르토 또는 파라 위치에 강한 전자 끌게 그룹을 위치시키면 전자밀도가 낮아져 활성화 되게 되고 단량체의 이탈 그룹과는 달리 하이드록사이드 음이온과 친핵성 치환 반응을 일으킬 수 있게 된다. 단량체가 개시제와 반응 한 후에는 단량체 이탈 그룹의 파라 위치가 하이드록사이드 음이온에서 페닐 에테르 형태로 바뀌게 되어 단량체일 때 보다는 이탈 그룹의 전자 밀도가 낮아져 활성화 되게 되고 다음 단량체의 하이드록사이드 음이온과 반응이 가능해 진다. 이런 방식으로 개시제와 반응된 단량체의 끝에서만 중합이 일어나게 되므로 고분자는 사슬 성장 방식으로 성장해 나간다. 상기의 단량체들은 기존에 보고된 바 없는 단량체들로써 상기 기술한 조건들을 모두 만족한다.Generally, in order to synthesize poly (arylene ether) -based polymers grown by step growth condensation method by chain growth condensation polymerization method, firstly, monomers and initiators should be able to react with each other, but monomers and initiators should react with each other. After reacting with the initiator, the leaving group must be activated to react with the next monomer. In order to achieve the above object, the activity of the initiator leaving group must be higher than that of the monomer leaving group, which can be achieved by proper design of the monomer and the initiator. In order to reduce the activity of the monomer leaving group, if the hydroxy group, a nucleophilic attack group, is formed in the form of a high electron density hydroxide anion, the electron structure of the leaving group increases due to the resonance structure, thereby decreasing the activity for the nucleophilic substitution reaction. . Thus, nucleophilic substitution reactions between monomers are suppressed as much as possible. On the other hand, the initiator has to increase the activity of the leaving group to react with the monomer, and if the strong electron attracting group is placed in the ortho or para position of the leaving group, the electron density becomes lower and is activated. Unlike the leaving group of the monomer, the hydroxide It is possible to cause nucleophilic substitution reactions with anions. After the monomer has reacted with the initiator, the para position of the monomer leaving group is changed from the hydroxide anion to the phenyl ether form, so that the electron density of the leaving group is lowered and activated than the monomer, and the reaction with the hydroxide anion of the next monomer occurs. It becomes possible. In this way, since the polymerization occurs only at the end of the monomer reacted with the initiator, the polymer grows in a chain growth mode. The above monomers are monomers which have not been previously reported and satisfy all of the above conditions.

또한, 본 발명은 CNT-I(개질 탄소 나노튜브, 화학식 1)와 단량체(화학식 3)의 축합 중합에 의해 제조되는 복합 탄소 나노튜브(하기 화학식 4) 및 사슬 성장 축합 중합(Chain-growth condensation polymerization)을 이용한 그의 제조방법을 제공한다. In addition, the present invention is a composite carbon nanotube (Formula 4) and chain-growth condensation polymerization prepared by condensation polymerization of CNT-I (modified carbon nanotube, Formula 1) and monomer (Formula 3) It provides a method for producing the same).

[화학식 4][Formula 4]

Figure pat00016
Figure pat00016

[상기 식에서, [Wherein,

Figure pat00017
Figure pat00018
또는
Figure pat00019
이고;
Figure pat00017
silver
Figure pat00018
or
Figure pat00019
ego;

R은 CF3 또는 CN이고;R is CF 3 or CN;

Figure pat00020
은 하기 구조에서 선택되고;
Figure pat00020
Is selected from the following structures;

Figure pat00021
Figure pat00021

X'는 F, Cl 또는 NO2이고;X 'is F, Cl or NO 2 ;

m은 1 내지 400의 정수이고; 및m is an integer from 1 to 400; And

l은 화학식 1에서 CNT-I의 n과 같거나 그보다 작은 정수이다.]
l is an integer equal to or less than n of CNT-I in formula (1).]

하기 반응식 1에 도시한 바와 같이, CNT-I(개질 탄소 나노튜브, 화학식 1)와 단량체(화학식 3)를 이용하여 사슬 성장 방식의 친핵성 치환 반응을 일으켜 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자가 부착된 복합 탄소 나노튜브를 제조한다.As shown in Scheme 1 below, CNT-I (modified carbon nanotube, Chemical Formula 1) and monomer (Formula 3) are used to generate a nucleophilic substitution reaction in a chain growth mode to attach a poly (arylene ether) polymer. Composite carbon nanotubes were prepared.

[반응식 1]Scheme 1

Figure pat00022
Figure pat00022

[상기 반응식 1에서 l, m, n은 정수이며 n은 1 이상의 정수로, 탄소나노튜브의 탄소 원자 10 ? 100개당 1개이고, m은 1 ? 400 사이의 정수, l은 n과 같거나 그보다 작은 정수이다.]
[Wherein l, m, n are integers and n is an integer of 1 or more, the carbon atoms of the carbon nanotube 10? 1 per 100, and m is 1? An integer between 400 and l is an integer less than or equal to n.]

사슬 성장 방식의 친핵성 치환 반응을 일으켜 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자가 부착된 복합 탄소 나노튜브의 제조방법은 다음 단계를 포함한다:The method for preparing a composite carbon nanotube to which a poly (arylene ether) based polymer is attached by causing a nucleophilic substitution reaction in a chain growth method includes the following steps:

1) CNT-I(개질 탄소 나노튜브, 화학식 1)와 단량체(화학식 3)를 극성 비양자성 용매에 녹이는 단계;1) dissolving CNT-I (modified carbon nanotube, Formula 1) and monomer (Formula 3) in a polar aprotic solvent;

2) 미리 가열해 둔 (120 ? 210 ℃) 오일베스에 담그고 교반하는 단계;2) dipping and stirring in a preheated (120-210 ° C.) oil bath;

3) 반응이 끝난 후 고분자가 잘 녹는 극성 용매에 침천 시키는 단계; 및3) after the reaction, the step of immersing in a polar solvent in which the polymer is well dissolved; And

4) 사용된 탄소나노튜브의 크기보다 기공 사이즈가 작은 필터로 걸러주는 단계.4) Filter the filter with a pore size smaller than the size of the carbon nanotubes used.

상기 화학식 3으로 표시된 단량체는 개질 탄소 나노튜브에 부착된 개시제와 반응을 하게 되면 이탈 그룹이 활성화 되고, 계속해서 남아있는 단량체들은 활성화된 이탈 그룹과만 반응을 할 수 있으므로 고분자는 선택적으로 개질 탄소 나노튜브에서만 성장하게 되고 단량체의 농도를 조절함에 따라 사슬의 길이 조절이 용이하다. 또한 이렇게 사슬 성장 방식에 의해 성장하게 되면 다분산지수 1에 가까워 길이가 일정한 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자를 얻을 수 있으며, 복합 탄소 나노튜브의 최종형태는 탄소 나노튜브를 비교적 길이가 일정한 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자가 둘러 싼 형태가 된다.
When the monomer represented by Formula 3 reacts with the initiator attached to the modified carbon nanotube, the leaving group is activated, and since the remaining monomers can only react with the activated leaving group, the polymer is selectively modified carbon nano It grows only in the tube and it is easy to control the length of the chain by controlling the concentration of the monomer. In addition, when grown by the chain growth method, a poly (arylene ether) -based polymer having a constant length can be obtained close to the polydispersity index 1, and the final form of the composite carbon nanotube is a carbon nanotube having a relatively constant poly ( Arylene ether) polymer is enclosed.

또한 본 발명은 CNT-I(개질 탄소 나노튜브, 화학식 1)와 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자를 형성하는 단량체를 단계 성장 축합 중합(Step-growth condensation polymerization)시켜 복합탄소나노튜브를 제조하는 방법을 제공하며, 하기 반응식 2에 일례를 도시하였다.In addition, the present invention is a method for producing a composite carbon nanotubes by step-growth condensation polymerization of the monomer forming the CNT-I (modified carbon nanotube, Formula 1) and the poly (arylene ether) polymer To provide an example is shown in Scheme 2 below.

[반응식 2]Scheme 2

Figure pat00023

Figure pat00023

상기 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자는 폴리(에테르 설폰), 폴리(에테르 케톤), 폴리(에테르 에테르 설폰), 폴리(에테르 에테르 케톤), 폴리(에테르 이미드), 폴리(아릴렌 에테르) 및 폴리(아릴렌 에테르 아마이드) 중 선택된 1종 이상으로, 단계 성장 축합 중합시 사용되는 단량체는 상기 폴리(아릴렌에테르)계 고분자를 형성하는 단량체라면 공지의 그 어느 것이라도 좋다. 예를 들어 하기 화학식 5로 표시되는 단량체를 사용할 수도 있다.The poly (arylene ether) -based polymer is poly (ether sulfone), poly (ether ketone), poly (ether ether sulfone), poly (ether ether ketone), poly (ether imide), poly (arylene ether) and At least one selected from poly (arylene ether amide), the monomer used in the step growth condensation polymerization may be any known monomer as long as it is a monomer forming the poly (arylene ether) polymer. For example, the monomer represented by following formula (5) can also be used.

[화학식 5][Chemical Formula 5]

Figure pat00024
Figure pat00024

[

Figure pat00025
은 하기 구조에서 선택되고;[
Figure pat00025
Is selected from the following structures;

Figure pat00026
Figure pat00026

X'는F, Cl 또는 NO2이다.]X 'is F, Cl or NO 2 ]

상기 화학식 5의 단량체는 구체적으로 하기 화합물로 예시될 수 있다.The monomer of Chemical Formula 5 may be specifically exemplified by the following compound.

Figure pat00027

Figure pat00027

상기 CNT-I(개질 탄소 나노튜브, 화학식 1)는 단계 성장 방식에 의해 성장하는 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자의 부착에도 사용될 수 있으며 다음의 단계를 포함한다:The CNT-I (modified carbon nanotube, Formula 1) can also be used for the attachment of poly (arylene ether) based polymers grown by step growth and includes the following steps:

1) CNT-I(개질 탄소 나노튜브, 화학식 1), 폴리(아릴렌에테르)계 고분자를 형성하는 단량체 및 1 ? 2 당량의 탄산칼륨을 극성 비양자성 용매에 녹이는 단계;1) CNT-I (modified carbon nanotube, Formula 1), a monomer forming a poly (arylene ether) polymer, and 1? Dissolving 2 equivalents of potassium carbonate in a polar aprotic solvent;

2) 벤젠 또는 톨루엔을 첨가하고 온도를 올려 (80 ? 130 ℃) 공비 증류하는 단계;2) azeotropic distillation by adding benzene or toluene and raising the temperature (80-130 ° C.);

3) 온도를 더 높여 (120 ? 210 ℃) 교반하는 단계;3) raising the temperature further (120-210 ° C.) and stirring;

4) 반응이 끝난 후 고분자가 잘 녹는 극성 용매에 침천 시키는 단계; 및4) after the reaction, the step of immersing in a polar solvent in which the polymer is well dissolved; And

5) 사용된 탄소 나노튜브의 크기보다 기공 사이즈가 작은 필터로 걸러주는 단계.
5) Filter by a filter having a pore size smaller than the size of the carbon nanotubes used.

단계 성장 축합 중합 방식에 의해 성장하는 고분자는 반응 용액 내에서 단량체들간에 반응하여 성장하지만 일부는 사슬 성장 방식과 같이 개시제로부터 성장해 나간다. 하지만 개시제로부터가 아닌 용액 내에서 단계 성장 방식에 의해 성장한 고분자는 탄소 나노튜브에 부착된 개시제의 이탈 그룹과 반응을 할 수 있기 때문에 개시제로부터 커가지 않더라도 반응 도중 탄소 나노튜브와 연결될 수 있다.
The polymers grown by the step growth condensation polymerization method grow in response to the monomers in the reaction solution, but some grow from the initiator like the chain growth method. However, the polymer grown by the step growth method in a solution other than the initiator may react with the leaving group of the initiator attached to the carbon nanotubes, so that the polymer may be connected with the carbon nanotubes during the reaction even if it does not grow from the initiator.

상기 사슬 성장 축합 중합 및 단계 성장 축합 중합에 사용되는 극성 비양성자성 용매는 N-메틸피롤리돈, 다이메틸 술폭사이드, N,N-다이메틸아세트아마이드, N,N-다이메틸포름아마이드, 다이페닐술폰 및 술폴레인으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이다.Polar aprotic solvents used in the chain growth condensation polymerization and step growth condensation polymerization include N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, di It is at least one selected from the group consisting of phenyl sulfone and sulfolane.

또한 본 발명은 상기 CNT-I(개질 탄소 나노튜브, 화학식 1)를 사용하여 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자를 형성하는 단량체의 사슬 성장 축합 중합체 또는 단계 성장 축합 중합 방식에 의해 성장된 축합체인 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자가 부착된 복합 탄소 나노튜브를 제공한다.In addition, the present invention is a poly-condensate grown by a chain growth condensation polymer or a step growth condensation polymerization method of a monomer to form a poly (arylene ether) -based polymer using the CNT-I (modified carbon nanotube, Formula 1) Provided is a composite carbon nanotube to which an (arylene ether) -based polymer is attached.

본 발명의 복합 탄소 나노튜브는 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자가 공유결합으로 부착되어 있어 여러가지 유기 용매 또는 고분자 매질에 쉽게 분산이 된다. 이는 부착된 고분자가 탄소 나노튜브들이 다시 응집되지 않도록 막아주기 때문이다. 이렇게 축합 고분자에 의한 용해성 및 분산성 증대는 탄소 나노튜브를 이용하여 복합체를 제조하고자 할 때, 전체적으로 균일한 특성을 가지는 복합체를 제조할 수 있으며 아울러 축중합 고분자에 의한 더 나은 기계적, 전기적 물성까지 추가적으로 기대할 수 있다. 또한 조절된 길이를 가지는 고분자를 탄소 나노튜브에 부착하는 기술분야에 있어 부가 고분자에 한해서만 그 기술 개발이 보고되었으나 본 발명에서 사슬 성장 축합 중합법을 사용하여 손쉽게 축합 고분자의 길이를 조절하여 탄소 나노튜브에 부착시킬 수 있는 기술을 보고함으로써 탄소 나노튜브에 부착시킬 수 있는 고분자의 선택의 폭을 넓힐 수 있다.In the composite carbon nanotubes of the present invention, poly (arylene ether) -based polymers are covalently attached, so that they are easily dispersed in various organic solvents or polymer media. This is because the attached polymer prevents the carbon nanotubes from agglomerating again. Thus, the solubility and dispersibility of the condensation polymer can be improved by using carbon nanotubes to produce a composite having overall uniform characteristics. In addition, the mechanical and electrical properties of the condensation polymer can be further improved. You can expect In addition, in the technical field of attaching a polymer having a controlled length to the carbon nanotubes, the technology development has been reported only for the additional polymer, but in the present invention, the chain growth condensation polymerization method is used to easily control the length of the condensation polymer, thereby controlling the carbon nanotubes. By reporting the technology that can be attached to the carbon nanotubes, the choice of polymers that can be attached to the carbon nanotubes can be expanded.

본 발명에 따른 개시제가 부착된 개질 탄소 나노튜브를 이용하여 축합 고분자를 성장시키거나 부착시킬 수 있으며 축중합체의 부착에 의해 탄소 나노튜브의 용해성 및 분산성 증대를 기대할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 개질 탄소 나노튜브를 이용하여 복합체 즉 복합 탄소 나노튜브를 제조하고자 할 때, 전체적으로 균일한 특성을 가지는 복합체(복합 탄소 나노튜브)를 제조할 수 있다. 아울러 축중합 고분자에 의한 더 나은 기계적, 전기적 물성까지 추가적으로 기대할 수 있다. 또한 조절된 길이를 가지는 고분자를 탄소 나노튜브에 부착하는 기술분야에 있어 부가 고분자에 한해서만 그 기술 개발이 보고되었으나, 본 발명에서 개질 탄소 나노튜브에 부착된 개시제를 이용하여 손쉽게 축충합 고분자의 길이를 조절하여 부착 할 수 있다. 또한 상업화된 아릴렌 에테르계 축중합체를 형성하는 단량체와 개시제가 부착된 개질 탄소 나노튜브를 섞고 친핵성 치환 반응을 일으키면 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자가 부착된 복합 탄소 나노튜브를 쉽게 제조할 수 있다. 본 발명에서는 아릴렌 에테르계 고분자를 붙있 수 있는 기술을 보고함으로써 탄소 나노튜브에 부착시킬 수 있는 고분자의 선택의 폭을 넓히고 탄소 나노튜브의 성질과 축중합체의 우수한 기계적, 전기적 특성을 동시에 활용할 수 있는 재료를 제공할 수 있다.It is possible to grow or attach condensation polymer using modified carbon nanotubes to which the initiator according to the present invention is attached, and to increase the solubility and dispersibility of carbon nanotubes by attaching the condensation polymer. Therefore, when preparing a composite, that is, composite carbon nanotubes using the modified carbon nanotubes according to the present invention, a composite (composite carbon nanotubes) having overall uniform characteristics may be prepared. In addition, better mechanical and electrical properties due to polycondensation polymers can be expected. In addition, in the technical field of attaching a polymer having a controlled length to the carbon nanotubes, the technology development has been reported only for the additional polymer, but in the present invention, the length of the axially fused polymer can be easily adjusted using an initiator attached to the modified carbon nanotube. It can be adjusted and attached. In addition, by mixing a modified carbon nanotube with an initiator and a monomer forming a commercially available arylene ether-based condenser and causing a nucleophilic substitution reaction, a composite carbon nanotube with a poly (arylene ether) polymer can be easily prepared. have. In the present invention, by reporting a technology that can be attached to the arylene ether-based polymers to expand the choice of polymers that can be attached to the carbon nanotubes and to simultaneously utilize the properties of the carbon nanotubes and the excellent mechanical and electrical properties of the condensation polymer Material may be provided.

도 1은 본 발명에서 제공하는 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자를 탄소 나노튜브에 부착시키는 과정에 대해 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1 및 2에 해당하는 반응식이다.
도 3은 본 발명의 제조예에서 제조된 탄소 나노튜브에 부착 가능하고 사슬성장 축합 중합을 일으킬 수 있는 개시제의 핵자기 공명 분광 분석 스펙트럼이다.
도 4는 실시예 2에서 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT-PPO)를 제조할 때 반응 시간의 흐름에 따라 용액의 색깔과 그 용액의 자외선/가시광선/근적외선 스펙트럼이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT-PPO) 및 비교예에서 제조된 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드) (CF3-PPO)의 핵자기 공명 분광 분석 스펙트럼(a)과 적외선 스펙트럼(b)이다.
도 6은 본 발명의 비교예에서 제조된 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드) (CF3-PPO)의 반응식(a)과 겔투과 크로마토그래피 분석 결과(b)이다.
도 7a은 본 발명의 실시예 2에서 제조된 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT-PPO)의 시차 주사 열량 분석 결과이다.
도 7b는 비교예에서 제조된 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드) (CF3-PPO)의 시차 주사 열량 분석 결과이다.
도 7c는 탄소 나노튜브와 비교예에서 제조된 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드) (CF3-PPO)의 1:10 혼합체의 시차 주사 열량 분석 결과이다.
도 8은 본 발명의 실시예 3에서 제조된 폴리(아릴렌 에테르 아마이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브의 반응식이다.
도 9은 본 발명의 실시예 3에서 제조된 폴리(아릴렌 에테르 아마이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브의 온도에 따른 핵자기 공명 분광 분석 스펙트럼
도 10a은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 CNT-I의 주사전자 현미경 사진과 에너지 분산 엑스레이 스펙트럼이다.
도 10b은 본 발명의 실시예 2에서 제조된 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT-PPO)의 주사전자 현미경 사진과 에너지 분산 엑스레이 스펙트럼이다.
도 10c은 탄소 나노튜브와 비교예에서 제조된 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드) (CF3-PPO)의 1:10 혼합체의 주사전자 현미경 사진과 에너지 분산 엑스레이 스펙트럼이다.
도 11a은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 CNT-I의 주사전자 현미경 사진과 에너지 분산 엑스레이 스펙트럼이다.
도 11b은 본 발명의 실시예 3에서 제조된 폴리(아릴렌 에테르 아마이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브의 주사전자 현미경 사진과 에너지 분산 엑스레이 스펙트럼이다.
1 illustrates a process of attaching a poly (arylene ether) -based polymer provided in the present invention to carbon nanotubes.
2 is a scheme corresponding to Examples 1 and 2 of the present invention.
3 is a nuclear magnetic resonance spectroscopy spectrum of an initiator capable of attaching to carbon nanotubes prepared in the preparation of the present invention and causing chain growth condensation polymerization.
FIG. 4 shows the color of the solution and the UV / UV of the solution over the course of the reaction time when preparing single-walled carbon nanotubes (SWNT-PPO) to which poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) is attached in Example 2. FIG. Visible / near-infrared spectrum.
Figure 5 is a single-walled carbon nanotube (SWNT-PPO) attached to the poly (3- trifluoromethylphenylene oxide) prepared in Example 2 of the present invention and the poly (3- trifluoromethylphenyl prepared in Comparative Example Ethylene oxide) (CF 3 -PPO) nuclear magnetic resonance spectroscopy spectra (a) and infrared spectra (b).
6 is a scheme (a) and gel permeation chromatography analysis (b) of poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) (CF 3 -PPO) prepared in Comparative Example of the present invention.
FIG. 7A shows the results of differential scanning calorimetry of single-walled carbon nanotubes (SWNT-PPO) to which poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) prepared in Example 2 of the present invention is attached.
7B shows the results of differential scanning calorimetry of poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) (CF 3 -PPO) prepared in Comparative Example.
7C shows the results of differential scanning calorimetry of a 1:10 mixture of carbon nanotubes and poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) (CF 3 -PPO) prepared in Comparative Example.
8 is a scheme of a single-walled carbon nanotube to which poly (arylene ether amide) prepared in Example 3 of the present invention is attached.
9 is a nuclear magnetic resonance spectroscopy spectrum according to the temperature of the poly (arylene ether amide) attached single-wall carbon nanotube prepared in Example 3 of the present invention
10A is a scanning electron micrograph and energy dispersive X-ray spectrum of CNT-I prepared in Example 1 of the present invention.
10B is a scanning electron micrograph and energy dispersive X-ray spectrum of a single-walled carbon nanotube (SWNT-PPO) to which poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) prepared in Example 2 of the present invention is attached.
10C is a scanning electron micrograph and energy dispersive x-ray spectrum of a 1:10 mixture of carbon nanotubes and poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) (CF 3 -PPO) prepared in Comparative Example.
11A is a scanning electron micrograph and energy dispersive X-ray spectrum of CNT-I prepared in Example 1 of the present invention.
FIG. 11B is a scanning electron micrograph and energy dispersive X-ray spectrum of a single-walled carbon nanotube to which a poly (arylene ether amide) prepared in Example 3 of the present invention is attached.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples are for the purpose of explanation and are not intended to limit the present invention.

실시예에 따른 단량체 및 중합체의 구조 및 물성은 다음과 같은 방법을 사용하여 확인 및 측정하였다.The structure and physical properties of the monomers and polymers according to the examples were confirmed and measured using the following method.

합성한 물질의 구조는 IR(적외선 분광 분석)과 NMR(핵자기 공명 분광 분석)으로부터 확인하였다. IR도표는 Bruker社의 EQUINOX-55를 이용하여 얻었고, NMR 도표는 디메틸설폭사이드-d6에 시료를 녹여 Bruker社의 Fourier Transform AVANCE 400 spectrometer를 사용하여 얻었다. 겔투과크로마토그래피로부터 합성된 고분자의 분자량을 측정하였으며, 테트라히드로퓨란에 시료를 녹여 Viscotec社의 T60A를 이용하여 폴리스타이렌 표준 고분자를 기준으로 분자량을 측정하였다. DSC(Differential Scanning Calorimetry)는 TA instrument社의 TA-Q100을 사용하여 20℃/min의 온도 상승율로 질소 기류하에서 측정하였으며 용융온도(Tm)는 DSC 도표에서 피크 부분을 선택하였다. 탄소 나노튜브에 부착된 고분자는 주사전자현미경(SEM)을 통해 관측하였으며 에너지 분산 엑스레이 분광 분석(EDAX)을 통해 고분자의 원소를 검출하였다. JASCO社의 V-670을 이용하여 자외선/가시광선/근적외선 분광 분석을 통해 탄소나노튜브의 용해성을 확인하였다.
The structure of the synthesized material was confirmed from IR (infrared spectroscopy) and NMR (nuclear magnetic resonance spectroscopy). IR plots were obtained using Bruker's EQUINOX-55, and NMR plots were obtained by dissolving samples in dimethyl sulfoxide-d 6 using Bruker's Fourier Transform AVANCE 400 spectrometer. The molecular weight of the polymer synthesized from gel permeation chromatography was measured, and the sample was dissolved in tetrahydrofuran to measure the molecular weight based on polystyrene standard polymer using T60A of Viscotec. Differential scanning calorimetry (DSC) was measured under a nitrogen stream at a rate of 20 ° C./min using TA instrument's TA-Q100, and the melting temperature (Tm) was selected from the DSC plot. The polymer attached to the carbon nanotubes was observed by scanning electron microscopy (SEM) and the elements of the polymer were detected by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDAX). The solubility of carbon nanotubes was confirmed by ultraviolet / visible / near infrared spectroscopy using JASCO's V-670.

제조예Manufacturing example : : 개시제Initiator 전구체인 4- 4- precursor 플루오로Fluoro -3-(-3- ( 트리플루오로메틸Trifluoromethyl )) 벤젠다이아조니움테트라플루오로보레이트의Of benzenediazonium tetrafluoroborate 합성 synthesis

Figure pat00028
Figure pat00028

8.0몰 테트라플루오로보릭 산(14 ml)과 증류수 (15 ml)의 혼합용액에 4-플루오로-3-트리플루오로메틸아닐린(7.16 g)을 천천히 가해 준 후, 용액을 0 ℃로 냉각시킨다. 소듐 나이트레이트(2.9 g)를 증류수 (6.5 ml)에 녹인 후, 1시간에 걸쳐 앞서 제조된 아닐린 용액의 온도가 상승하지 않도록 천천히 떨어뜨려 준다. 이 때 노란색 침전물이 형성되는데 스펙튤라 등으로 잘게 부숴준다. 0 ℃에서 30분간 교반시켜준 후 침전물을 걸러준다. 침전물을 과량의 다이에틸 에테르에 집어 넣고 30분간 교반시켜준 뒤 침전물을 걸러준다. 바로 전 단계를 한 번 더 실시한 뒤 필터하고 상온에서 진공오븐으로 건조시켜 연한 노란색의 최종 생성물을 얻는다(7.78 g; 70 % 수율). Slowly add 4-fluoro-3-trifluoromethylaniline (7.16 g) to a mixed solution of 8.0 mole tetrafluorobolic acid (14 ml) and distilled water (15 ml), and then cool the solution to 0 ° C. . Sodium nitrate (2.9 g) is dissolved in distilled water (6.5 ml), and slowly dropped to prevent the temperature of the previously prepared aniline solution from rising over 1 hour. At this time, a yellow precipitate is formed, and finely crushed with a spectula. After stirring for 30 minutes at 0 ℃ filter the precipitate. The precipitate is placed in an excess of diethyl ether, stirred for 30 minutes, and the precipitate is filtered. The previous step is carried out once more, filtered and dried in vacuo at room temperature to give a pale yellow final product (7.78 g; 70% yield).

1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 , 25 ℃) : δ [ppm] = 9.31 (d, 1H, J = 3.2 Hz, ArH), 9.08 (d, 1H, J = 8.4 Hz, ArH), 8.17 (dd, 1H, J 1 = 9.5 Hz, J 2 = 9.5 Hz, ArH). (도 3a) 1 H NMR (400 MHz, DMSO- d 6 , 25 ° C): δ [ppm] = 9.31 (d, 1H, J = 3.2 Hz, Ar H ), 9.08 (d, 1H, J = 8.4 Hz, Ar H ) , 8.17 (dd, 1H, J 1 = 9.5 Hz, J 2 = 9.5 Hz, Ar H ). (FIG. 3A)

13C NMR (100 MHz, DMSO-d 6 , 25 ℃) : δ 165.20 (d, J C -F = 273 Hz), 141.05 (d, J C -F = 13 Hz), 134.21 (m), 121,51 (d, J C -F = 24 Hz), 120.58 (q, 1 J C -F = 272 Hz), 119.22 (q, 2 J C -F = 19 Hz), 113.47 (d, J C -F = 3 Hz). (도 3b)
13 C NMR (100 MHz, DMSO- d 6 , 25 ° C): δ 165.20 (d, J C -F = 273 Hz), 141.05 (d, J C -F = 13 Hz), 134.21 (m), 121,51 (d, J C -F = 24 Hz), 120.58 (q, 1 J C -F = 272 Hz), 119.22 (q, 2 J C -F = 19 Hz), 113.47 (d, J C -F = 3 Hz). (FIG. 3B)

실시예Example 1: 4- 1: 4- 플루오로Fluoro -3--3- 트리플루오로메틸Trifluoromethyl 벤조일Benzoyl 단일벽Single wall 개질 탄소 나노튜브( Modified carbon nanotubes ( SWNT-I)의SWNT-I) 합성 synthesis

단일벽 탄소나노튜브 (0.2 mg), 4-플루오로-3-(트리플루오로메틸)벤젠다이아조니움테트라플루오로보레이트 (제조예, 46.41 mg), 1-헥실-4-메틸피리디니움 테트라플루오로보레이트 (0.4 ml)를 아게이트 유발에 넣고 막자로 10분간 갈아준다. 포타슘 카보네이트 (0.5 mg)을 넣고 5분간 더 갈아준다. 검정색의 생성물을 0.2 um 나일론 필터로 걸러준다. 이 때 N,N'-다이메틸 포름아마이드 (DMF), 메탄올, 아세톤, 증류수를 이용하여 충분히 씻어준다. 걸러진 생성물을 N,N'-다이메틸 포름아마이드 용액에 넣고 약 3분간 초음파를 가해준 후 다시 0.2 um 나일론 필터로 걸러준다. 이 과정을 한 번 더 실시해 준 후 50 ℃의 오븐에서 건조해 준다 (1.9 mg). (도 2)
Single Wall Carbon Nanotubes (0.2 mg), 4-fluoro-3- (trifluoromethyl) benzenediazoniumtetrafluoroborate (Preparation, 46.41 mg), 1-hexyl-4-methylpyridinium tetra Add fluoroborate (0.4 ml) to the agate trigger and grind for 10 minutes with a pestle. Add potassium carbonate (0.5 mg) and grind for another 5 minutes. The black product is filtered with a 0.2 um nylon filter. At this time, wash sufficiently with N, N'-dimethyl formamide (DMF), methanol, acetone and distilled water. The filtered product was placed in N, N'-dimethyl formamide solution, sonicated for about 3 minutes and filtered again with a 0.2 um nylon filter. Do this again and dry in an oven at 50 ° C (1.9 mg). (Figure 2)

실시예Example 2: 폴리(3- 2: poly (3- 트리플루오로메틸페닐렌Trifluoromethylphenylene 옥사이드Oxide )가 부착된 ) Is attached 단일벽Single wall 탄소 나노튜브( Carbon nanotubes ( SWNTSWNT -- PPOPPO )의 합성) Synthesis

쉬링크 플라스크에 4-플루오로-3-트리플루오로메틸 벤조일 단일벽 탄소 나노튜브(실시예 1, 3 mg)와 과량의 포타슘 4-플루오로-3-트리플루오로메틸페녹사이드 (0.3 g) 그리고 다이메틸설폭사이드 (6 ml)를 넣어준 후, 1분간 초음파를 가해준다. 액체 질소를 이용하여 냉동-진공-해빙 과정을 (freeze-pump-thaw cycle) 세 번 실시해 준 후 미리 130 ℃로 가열해 둔 오일 배스에 담그고 6일간 교반해 준다. 반응이 끝나면 상온으로 식혀준 뒤 증류수와 메탄올의 1:1 혼합용액에 천천히 부어준다. 침전물을 걸러준 후 다시 N,N'-다이메틸아세트 아마이드 용매에 녹여준 후 테트라하이드로 퓨란 용액에 천천히 부어준다. 30 분간 교반시켜 준 뒤, 0.2 um 나일론 필터를 이용하여 걸러준다. 검은색의 최종 생성물을 50 ℃ 진공오븐에서 말려준다(12.1 mg). (도 2)In a shrink flask, 4-fluoro-3-trifluoromethyl benzoyl single-walled carbon nanotube (Example 1, 3 mg) and excess potassium 4-fluoro-3-trifluoromethylphenoxide (0.3 g) Dimethyl sulfoxide (6 ml) was added and then ultrasonicated for 1 minute. After three freeze-pump-thaw cycles with liquid nitrogen, immerse in an oil bath heated to 130 ° C and stir for 6 days. After the reaction, cool to room temperature and slowly pour into 1: 1 mixture of methanol and distilled water. The precipitate is filtered and dissolved again in a N, N'-dimethylacetamide solvent, and then slowly poured into a tetrahydrofuran solution. Stir for 30 minutes and filter using a 0.2 um nylon filter. The black final product is dried in a vacuum oven at 50 ° C. (12.1 mg). (Figure 2)

1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 , 25 ℃) : δ [ppm] = 7.47 (br, 1H, ArH), 7.26 (br, 1H, ArH), 7.19 (br, 1H, ArH).
1 H NMR (400 MHz, DMSO- d 6 , 25 ° C.): δ [ppm] = 7.47 (br, 1H, Ar H ), 7.26 (br, 1H, Ar H ), 7.19 (br, 1H, Ar H ) .

실시예Example 3:  3: 폴리(아릴렌 에테르 아마이드)가Poly (arylene ether amide) 부착된  Attached 단일벽Single wall 탄소 나노튜브의 제조 Preparation of Carbon Nanotubes

4-플루오로-3-트리플루오로메틸 벤조일 단일벽 탄소 나노튜브 (4.56 mg), 4-나이트로-3-트리플루오로메틸-N-(2-나이트로-4-하이드록시페닐)벤즈아마이드 (0.46 g), 포타슘 카보네이트 (0.26 g)를 다이메틸 설폭사이드에 넣어준 후, 초음파를 1분간 가해준다. 벤젠 (0.9 ml)을 첨가한 후 90 ℃로 4시간 동안 공비증류 해 준다. 이 때, 첨가한 벤젠이 모두 증류되면 다시 0.9 ml의 벤젠을 넣어 계속 공비증류 해 준다. 120 ℃로 승온하여 20시간 동안 교반시켜준 뒤, 상온으로 식혀준다. 소량의 아세트 산을 첨가한 증류수에 반응 용액을 천천히 부어준 후 침전물을 걸러 회수한 뒤 다시 N,N'-다이메틸아세트 아마이드 용매에 녹여준 후 테트라하이드로 퓨란 용액에 천천히 부어준다. 30 분간 교반시켜 준 뒤, 0.2 um 나일론 필터를 이용하여 걸러준다. 검은색의 최종 생성물을 50 ℃ 진공오븐에서 말려준다. (20 mg)4-fluoro-3-trifluoromethyl benzoyl single wall carbon nanotube (4.56 mg), 4-nitro-3-trifluoromethyl-N- (2-nitro-4-hydroxyphenyl) benzamide (0.46 g), potassium carbonate (0.26 g) is added to dimethyl sulfoxide, and then ultrasonic waves are applied for 1 minute. Benzene (0.9 ml) is added and azeotropic distillation at 90 ° C. for 4 hours. At this time, when all the added benzene is distilled, 0.9 ml of benzene is added again to continue azeotropic distillation. The temperature was raised to 120 ℃ and stirred for 20 hours, then cooled to room temperature. Slowly pour the reaction solution into distilled water to which a small amount of acetic acid is added, collect the precipitate, collect it, dissolve it in N, N'-dimethylacetamide solvent, and slowly pour it into tetrahydrofuran solution. Stir for 30 minutes and filter using a 0.2 um nylon filter. The black final product is dried in a 50 ° C. vacuum oven. (20 mg)

1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 , 25 ℃) : δ [ppm] = 10.9 (br, 1H, CONH), 8.41 (br, 1H, ArH), 8.29 (br, 1H, ArH), 7.84 (d, 1H, J = 8.7 Hz, ArH), 7.79 (br, 1H, ArH), 7.63 (br, 1H, ArH), 7.41 (br, 1H, ArH).
1 H NMR (400 MHz, DMSO- d 6 , 25 ° C.): δ [ppm] = 10.9 (br, 1H, CON H ), 8.41 (br, 1H, Ar H ), 8.29 (br, 1H, Ar H ) , 7.84 (d, 1H, J = 8.7 Hz, Ar H ), 7.79 (br, 1H, Ar H ), 7.63 (br, 1H, Ar H ), 7.41 (br, 1H, Ar H ).

비교예Comparative example :  : 폴리Poly (3-(3- 트리플루오로메틸페닐렌Trifluoromethylphenylene 옥사이드Oxide ) () ( CFCF 33 -- PPOPPO )의 합성) Synthesis

4-플루오로-3-(틀리플루오로메틸)벤젠 (1 mg), 포타슘 4-플루오로-3-(트리플루오로메틸)페녹사이드 (0.6 g) 그리고 다이메틸설폭사이드를 쉬링크 플라스크에 넣어준 후, 액체 질소를 이용하여 냉동-진공-해빙 과정을 (freeze-pump-thaw cycle) 세 번 실시해 준 후 미리 130 ℃로 가열해 둔 오일 배스에 담그고 6일간 교반해 준다. 반응이 끝나면 상온으로 식혀준 뒤 증류수와 메탄올의 1:1 혼합용액에 천천히 부어준다. 침전물을 걸러준 후 다시 N,N'-다이메틸아세트 아마이드 용매에 녹여준 후 메탄올에 천천히 부어준다. 30 분간 교반시켜 준 뒤, 필터를 이용하여 침전물을 걸러준다. 옅은 회색의 최종 생성물을 50 ℃ 진공오븐에서 말려준다(31 mg). (도 6a)4-fluoro-3- (trifluoromethyl) benzene (1 mg), potassium 4-fluoro-3- (trifluoromethyl) phenoxide (0.6 g) and dimethylsulfoxide were placed in a shrink flask After freezing, three freeze-pump-thaw cycles are carried out using liquid nitrogen, and then immersed in an oil bath heated to 130 ° C. and stirred for 6 days. After the reaction, cool to room temperature and slowly pour into 1: 1 mixture of methanol and distilled water. The precipitate is filtered and then dissolved in N, N'-dimethylacetamide solvent and poured slowly into methanol. Stir for 30 minutes and filter the precipitate. The light gray final product is dried in a vacuum oven at 50 ° C. (31 mg). (FIG. 6A)

1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6 , 25 ℃) : δ [ppm] = 7.49 (s, 1H, ArH), 7.29 (d, 1H, J = 8.8 Hz, ArH), 7.18 (d, 1H, J = 8.8 Hz, ArH).
1 H NMR (400 MHz, DMSO- d 6 , 25 ° C): δ [ppm] = 7.49 (s, 1H, Ar H ), 7.29 (d, 1H, J = 8.8 Hz, Ar H ), 7.18 (d, 1H, J = 8.8 Hz, Ar H ).

중합 시간에 따른 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT-PPO)의 용해도 증가의 관찰하기 위하여 실시예2의 실험에서 일정시간 간격으로 샘플을 뽑아 자외선/가시광선/근적외적 스펙트럼을 측정함으로써 고분자의 성장에 따라 탄소 나노튜브의 용해도가 점차 증대됨을 도 4에 도시하였다.In order to observe the increase in solubility of single-walled carbon nanotubes (SWNT-PPO) to which poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) was attached with polymerization time, samples were taken at regular time intervals in the experiment of Example 2, It is shown in Figure 4 that the solubility of the carbon nanotubes is gradually increased with the growth of the polymer by measuring the visible light / near infrared spectrum.

도 5는 본 발명의 실시예 2에서 제조된 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT-PPO) 및 비교예에서 제조된 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드) (CF3-PPO)의 핵자기 공명 분광 분석 스펙트럼(a)과 적외선 스펙트럼(b)으로, 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드) (CF3-PPO, 비교예)와 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT-PPO, 실시예 2)의 NMR 스펙트럼(a)을 비교한 결과, 두 물질의 피크 위치가 일치하는 것으로 보아 같은 고분자임을 확인할 수 있으며, SWNT-PPO의 경우 고분자가 지지체에 부착되어 있어 피크가 넓게 나타것을 알 수 있다. 또한, 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드) (CF3-PPO, 비교예)와 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT-PPO, 실시예 2) 의 FT-IR 스펙트럼(b)을 비교한 결과 단일벽 탄소나노튜브의 경우 IR 영역의 빛을 흡수하지 않지만 고분자가 부착되고 나면 흡수를 하고 피크의 위치가 CF3-PPO와 같은 것으로 보아 고분자가 탄소 나노튜브에 잘 부착되었다는 것을 확인할 수 있다.Figure 5 is a single-walled carbon nanotube (SWNT-PPO) attached to the poly (3- trifluoromethylphenylene oxide) prepared in Example 2 of the present invention and the poly (3- trifluoromethylphenyl prepared in Comparative Example butylene oxide) (CF 3 nuclear magnetic resonance spectroscopy spectra (a) and infrared spectrum (b), the poly (3-methyl-phenyl alkylene oxide) trifluoromethyl (CF 3 -PPO, comparative) and poly -PPO) ( Comparing the NMR spectra (a) of single-walled carbon nanotubes (SWNT-PPO, Example 2) to which 3-trifluoromethylphenylene oxide) was attached, it was found that the peaks of the two materials were the same polymer. In the case of SWNT-PPO, the peaks appear wide because the polymer is attached to the support. In addition, single-walled carbon nanotubes (SWNT-PPO, Example 2) to which poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) (CF 3 -PPO, Comparative Example) and poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) were attached. The FT-IR spectrum (b) of) shows that single-walled carbon nanotubes do not absorb light in the IR region but absorb after the polymer is attached and the peak position is the same as CF 3 -PPO. It can be seen that they adhere well to the carbon nanotubes.

도 6은 비교예에서 제조된 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드) (CF3-PPO)의 겔투과 크로마토그래피 분석 결과로, PDI=1.3 이하로 비교적 좁은 분자량 분포를 보여준다.6 shows gel permeation chromatography analysis of poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) (CF 3 -PPO) prepared in Comparative Example, showing a relatively narrow molecular weight distribution of PDI = 1.3 or less.

도 7a 내지 도 7c는 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT-PPO, 실시예 2), 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드) (CF3-PPO, 비교예) 및 탄소 나노튜브와 비교예에서 제조된 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드) (CF3-PPO)의 1:10 혼합체의 시차 주사 열량 분석 결과로, CF3-PPO가 탄소 나노튜브에 부착될 경우 다른 경우에 비해 결정성이 작아지며, 용융온도가 낮아지는 것을 확인 할 수 있다.7A-7C show single-walled carbon nanotubes (SWNT-PPO, Example 2) attached to poly (3-trifluoromethylphenylene oxide), poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) (CF 3 − As a result of the differential scanning calorimetry of the 1:10 mixture of PPO, Comparative Example) and poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) (CF 3 -PPO) prepared in Comparative Example, CF 3 -PPO was obtained. When attached to the carbon nanotubes, the crystallinity is smaller than in other cases, it can be seen that the melting temperature is lowered.

도 9은 본 발명의 실시예 3에서 제조된 폴리(아릴렌 에테르 아마이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브의 온도에 따른 핵자기 공명 분광 분석 스펙트럼으로, 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT-PPO)의 경우와 같이 스펙트럼이 뾰족하지 않고 넓게 됨을 알 수 있다.9 is a nuclear magnetic resonance spectroscopy spectrum according to the temperature of a single-walled carbon nanotube to which poly (arylene ether amide) is prepared according to Example 3 of the present invention, poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) It can be seen that the spectrum is not sharp but wider as in the case of single-walled carbon nanotubes (SWNT-PPO) to which is attached.

도 10a은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 CNT-I의 주사전자 현미경 사진과 에너지 분산 엑스레이 스펙트럼으로, 개시제로 치환된 단일벽 탄소 나노튜브의 경우 잘 용해되고 SEM 사진에서 명확하게 fiber 구조를 나타냄을 알 수 있다. 도 10b은 본 발명의 실시예 2에서 제조된 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브(SWNT-PPO)의 주사전자 현미경 사진과 에너지 분산 엑스레이 스펙트럼으로, SWNT-PPO의 경우 고분자의 부착에 의해서 fiber 구조가 보이지 않게 된다. 또한, EDAX 측정을 통해 탄소나노튜브를 둘러싸고 있는 것이 CF3-PPO임을 알 수 있다. 도 10c은 탄소 나노튜브와 비교예에서 제조된 폴리(3-트리플루오로메틸페닐렌 옥사이드) (CF3-PPO)의 1:10 혼합체의 주사전자 현미경 사진과 에너지 분산 엑스레이 스펙트럼으로, 고분자와 나노튜브가 섞이지 않고 박혀있는 듯 분리되어 있는 모습을 볼 수 있다.10A is a scanning electron micrograph and an energy dispersive X-ray spectrum of CNT-I prepared in Example 1 of the present invention, in which single-wall carbon nanotubes substituted with an initiator are well dissolved and clearly show a fiber structure in SEM images. It can be seen. FIG. 10B is a scanning electron micrograph and energy dispersive X-ray spectrum of a single-walled carbon nanotube (SWNT-PPO) to which poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) prepared in Example 2 of the present invention is attached. In the case of PPO, the fiber structure becomes invisible due to the adhesion of the polymer. In addition, it can be seen from the EDAX measurement that the carbon nanotubes surround the CF 3 -PPO. 10c is a scanning electron micrograph and energy dispersive X-ray spectrum of a 1:10 mixture of carbon nanotubes and a poly (3-trifluoromethylphenylene oxide) (CF 3 -PPO) prepared in Comparative Example, wherein the polymer and nanotubes You can see them separated as if they are stuck without being mixed.

도 11a은 본 발명의 실시예 1에서 제조된 CNT-I의 주사전자 현미경 사진과 에너지 분산 엑스레이 스펙트럼으로, 개시제로 치환된 단일벽 탄소 나노튜브의 경우 잘 용해되고 SEM 사진에서 명확하게 fiber 구조임을 알 수 있다.FIG. 11A is a scanning electron micrograph and an energy dispersive X-ray spectrum of CNT-I prepared in Example 1 of the present invention, where single-walled carbon nanotubes substituted with an initiator are well dissolved and clearly show a fiber structure in SEM image. Can be.

도 11b은 본 발명의 실시예 3에서 제조된 폴리(아릴렌 에테르 아마이드)가 부착된 단일벽 탄소 나노튜브의 주사전자 현미경 사진과 에너지 분산 엑스레이 스펙트럼으로, 고분자가 부착됨에 따라 fiber 구조가 사라졌음을 알 수 있다. FIG. 11B is a scanning electron micrograph and an energy dispersive X-ray spectrum of a single-walled carbon nanotube to which poly (arylene ether amide) is prepared according to Example 3 of the present invention. The fiber structure disappears as the polymer is attached. Able to know.

Claims (12)

하기 화학식 1로 표시되는 사슬 성장 축합 중합을 일으킬 수 있는 개시제가 부착된 개질 탄소 나노튜브.
[화학식 1]
Figure pat00029

[상기
Figure pat00030
Figure pat00031
또는
Figure pat00032
이고;
R은 CF3 또는 CN이고;
X는 F, Cl 또는 NO2이고;
n은 1 이상의 정수로, 탄소나노튜브의 탄소 원자 10 ? 100개당 1개이다.]
Modified carbon nanotubes to which an initiator is attached, which can cause chain growth condensation polymerization represented by Chemical Formula 1 below.
[Formula 1]
Figure pat00029

[remind
Figure pat00030
silver
Figure pat00031
or
Figure pat00032
ego;
R is CF 3 or CN;
X is F, Cl or NO 2 ;
n is an integer of 1 or more and 10 to 10 carbon atoms of the carbon nanotube. 1 for every 100.]
제1항에 있어서,
상기
Figure pat00033
는 하기 구조로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 개시제가 부착된 개질 탄소 나노튜브.
Figure pat00034
The method of claim 1,
remind
Figure pat00033
The modified carbon nanotube to which the initiator is attached, which is selected from the following structures.
Figure pat00034
제 1항에 있어서,
상기 개질 탄소 나노튜브는 탄소나노튜브와 하기 화학식 2로 표시되는 개시제 전구체의 반응에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 개질 탄소 나노튜브.
[화학식 2]
Figure pat00035

[Y는 N2BF4 또는 NH2이고;
Figure pat00036
Figure pat00037
또는
Figure pat00038
이고;
R은 CF3 또는 CN이고;
X는 F, Cl 또는 NO2이다.]
The method of claim 1,
The modified carbon nanotubes are carbon nanotubes, characterized in that prepared by the reaction of the initiator precursor represented by the formula (2).
(2)
Figure pat00035

[Y is N 2 BF 4 or NH 2 ;
Figure pat00036
silver
Figure pat00037
or
Figure pat00038
ego;
R is CF 3 or CN;
X is F, Cl or NO 2 ]
제 3항에 있어서,
상기 개시제 전구체는 하기 화합물로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 개질 탄소 나노튜브.
Figure pat00039
The method of claim 3, wherein
The initiator precursor is modified carbon nanotubes, characterized in that at least one selected from the following compounds.
Figure pat00039
제 1항의 개질 탄소 나노튜브와 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자를 형성하는 단량체의 중합에 의해 제조되는 복합 탄소 나노튜브.A composite carbon nanotube prepared by polymerization of a monomer forming a modified carbon nanotube and a poly (arylene ether) polymer of claim 1. 제 5항에 있어서,
상기 단량체는 하기 화학식 3 또는 5로 표시되는 단량체인 것을 특징으로 하는복합 탄소 나노튜브.
[화학식 3]
Figure pat00040

[화학식 5]
Figure pat00041

[
Figure pat00042
은 하기 구조에서 선택되고;
Figure pat00043

X'는F, Cl 또는 NO2이다.]
6. The method of claim 5,
The monomer is a composite carbon nanotube, characterized in that the monomer represented by the formula (3) or (5).
(3)
Figure pat00040

[Chemical Formula 5]
Figure pat00041

[
Figure pat00042
Is selected from the following structures;
Figure pat00043

X 'is F, Cl or NO 2 ]
제 6항에 있어서,
상기 단량체 하기 화합물로부터 선택되는. 1종 이상인 것을 특징으로 하는 복합탄소나노튜브.
Figure pat00044

Figure pat00045
The method according to claim 6,
The monomer selected from the following compounds. Composite carbon nanotubes, characterized in that at least one.
Figure pat00044

Figure pat00045
하기 화학식 1로 표시되는 개시제가 부착된 개질 탄소 나노튜브와 화학식 3으로 표시되는 단량체를 사슬 성장 축합 중합(Chain-growth condensation polymerization)시켜 화학식 4의 복합 탄소 나노튜브를 제조하는 방법.
[화학식 1]
Figure pat00046

[화학식 3]
Figure pat00047

[화학식 4]
Figure pat00048

[상기 식에서,
Figure pat00049
Figure pat00050
또는
Figure pat00051
이고;
R은 CF3 또는 CN이고;
Figure pat00052
은 하기 구조에서 선택되고;
Figure pat00053

X'는 F, Cl 또는 NO2이고;
m은 1 내지 400의 정수이고; 및
l은 상기 청구항 제1항의 화학식 1에서 CNT-I의 n과 같거나 그보다 작은 정수이다.]
A method of preparing a composite carbon nanotube of Formula 4 by chain-growth condensation polymerization of a modified carbon nanotube to which an initiator represented by Formula 1 is attached and a monomer represented by Formula 3.
[Formula 1]
Figure pat00046

(3)
Figure pat00047

[Chemical Formula 4]
Figure pat00048

[Wherein,
Figure pat00049
silver
Figure pat00050
or
Figure pat00051
ego;
R is CF 3 or CN;
Figure pat00052
Is selected from the following structures;
Figure pat00053

X 'is F, Cl or NO 2 ;
m is an integer from 1 to 400; And
l is an integer equal to or less than n of CNT-I in Formula 1 of claim 1]
하기 화학식 1로 표시되는 개시제가 부착된 개질 탄소 나노튜브와 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자를 형성하는 단량체를 단계 성장 축합 중합(Step-growth condensation polymerization)시켜 복합 탄소 나노튜브를 제조하는 방법.
[화학식 1]
Figure pat00054

[상기
Figure pat00055
Figure pat00056
또는
Figure pat00057
이고;
R은 CF3 또는 CN이고;
X는 F, Cl 또는 NO2이고;
n은 1 이상의 정수로, 탄소나노튜브의 탄소 원자 10 ? 100개당 1개이다.]
A method of preparing a composite carbon nanotube by step-growth condensation polymerization of a monomer forming a modified carbon nanotube and a poly (arylene ether) -based polymer having an initiator attached to it according to Formula 1 below.
[Formula 1]
Figure pat00054

[remind
Figure pat00055
silver
Figure pat00056
or
Figure pat00057
ego;
R is CF 3 or CN;
X is F, Cl or NO 2 ;
n is an integer of 1 or more and 10 to 10 carbon atoms of the carbon nanotube. 1 for every 100.]
제 9항에 있어서,
상기 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자는 폴리(에테르 설폰), 폴리(에테르 케톤), 폴리(에테르 에테르 설폰), 폴리(에테르 에테르 케톤), 폴리(에테르 이미드), 폴리(아릴렌 에테르) 및 폴리(아릴렌 에테르 아마이드) 중 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 9,
The poly (arylene ether) -based polymer is poly (ether sulfone), poly (ether ketone), poly (ether ether sulfone), poly (ether ether ketone), poly (ether imide), poly (arylene ether) and At least one selected from poly (arylene ether amide).
제 9항에 있어서,
상기 폴리(아릴렌 에테르)계 고분자를 형성하는 단량체는 하기 화학식 5로 표시되는 것을 특징으로 하는 방법.
[화학식 5]
Figure pat00058

[
Figure pat00059
은 하기 구조에서 선택되고;
Figure pat00060

X'는F, Cl 또는 NO2이다.]
The method of claim 9,
The monomer forming the poly (arylene ether) -based polymer is characterized in that represented by the formula (5).
[Chemical Formula 5]
Figure pat00058

[
Figure pat00059
Is selected from the following structures;
Figure pat00060

X 'is F, Cl or NO 2 ]
제 8항 또는 제 9항에 있어서,
중합시 사용되는 중합 용매는 N-메틸피롤리돈, 다이메틸 술폭사이드, N,N-다이메틸아세트아마이드, N,N-다이메틸포름아마이드, 다이페닐술폰 및 술폴레인으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 극성 비양성자성 용매인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 8 or 9,
The polymerization solvent used in the polymerization is 1 selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, diphenylsulfone and sulfolane. At least one polar aprotic solvent.
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