KR20120124594A - Organic/inorganic hybrid polysilsesquioxane microfiber using electrospinning, and the method for preparing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기방사를 이용한 유무기 하이브리드 폴리실세스퀴옥산 미세섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic-inorganic hybrid polysilsesquioxane microfibers using electrospinning and a method of manufacturing the same.
전기방사는 수 마이크로 이하 직경의 연속섬유를 쉽게 제조할 수 있는 방법이다. 이러한 전기방사는 합성섬유와 천연섬유 및 발색단, 나노입자, 활성 첨가제뿐만 아니라 금속과 반도체 산화물이 첨가된 고분자에 적용이 가능하므로 코어-쉘 섬유 또는 중공섬유와 같은 복합구조를 갖는 섬유를 제조할 수 있다. 특히, 바이오재료 분야와 전자재료 분야에서 많은 부분 연구가 이루어지고 있다. 이러한 복합구조 섬유는 단섬유부터 정렬된 섬유로 제조될 수 있으며 광변환 기술, 감지 기술, 촉매, 필터, 의료 등 폭넓은 분야에 적용이 가능하다. Electrospinning is a method that can easily produce continuous fibers of several micrometers or less in diameter. Such electrospinning can be applied to synthetic fibers, natural fibers, chromophores, nanoparticles, active additives, as well as polymers with metals and semiconductor oxides, and thus can produce fibers having a composite structure such as core-shell fibers or hollow fibers. have. In particular, much research has been done in the field of biomaterials and electronic materials. Such composite fibers can be manufactured from short fibers to aligned fibers, and can be applied to a wide range of fields such as light conversion technology, sensing technology, catalysts, filters, and medical care.
그러나 원천재료의 기술적인 한계가 대규모의 상업화에 걸림돌이 되고 있다. 특히, 유기계 단독으로 전기방사를 진행하였을 때 제조된 섬유들이 고온에서 견딜 수 없는 문제점이 있다.However, the technical limitations of the raw materials are obstacles to large-scale commercialization. In particular, there is a problem that the fibers produced when the electrospinning alone in the organic system can not withstand high temperatures.
이러한 점들을 보완하기 위해, 최근 금속 산화물들을 이용하여 전기방사에 적용한 예가 있었다. 그러나 위와 같은 금속 산화물 첨가 기술들은 제조된 섬유를 직접 이용하기보다는, 고온 탄화작업 후에 얻어지는 나노 입자형태를 이용하고자 하는 것이 최종적인 목적이므로, 일정한 모양과 두께의 방사체를 얻는 것과는 거리가 있다고 할 수 있다. In order to compensate for these points, there has been an example of the recent application of electrospinning using metal oxides. However, the metal oxide addition techniques as described above are far from obtaining a emitter of a certain shape and thickness since the final purpose is to use the nanoparticle form obtained after high temperature carbonization, rather than directly using the manufactured fiber. .
또한, 유기계고분자의 단독 전기방사는 방사 후, 경화공정을 거치지 않으면 화학적 내성이 형성되지 않으므로, 현재 기술로는 자발적 생체분해를 요하는 바이오 분야의 재료가공법으로 국한되어 상업화되고 있다. 이에 따라 전기방사 재료분야에도 유기의 기능성과 무기계의 안정된 물성이 함께 조화를 이루는 유무기 혼성화 재료의 필요성이 부각되고 있다.
In addition, since the electrospinning of the organic polymer alone does not form a chemical resistance unless it undergoes a curing process after spinning, it is currently commercialized by being limited to a material processing method in a bio field requiring spontaneous biodegradation. Accordingly, in the field of electrospinning materials, the necessity of an organic-inorganic hybridization material in which both organic functionalities and inorganic stable properties are harmonized is emerging.
본 발명은 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 함유하는 용액을 전기방사하여 일정한 두께로 뛰어난 내화학성 및 내열성을 구비한 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a ladder-type polysilsesquioxane microfibers having excellent chemical resistance and heat resistance at a constant thickness by electrospinning a solution containing ladder-type polysilsesquioxane, and a method of manufacturing the same.
상기와 같은 목적을 해결하기 위하여 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 포함하는 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유를 제공한다.In order to solve the above object, the present invention provides a ladder-type polysilsesquioxane microfiber comprising a ladder-type polysilsesquioxane represented by the following formula (1).
<화학식 1>≪ Formula 1 >
(상기 화학식 1에서,(In the formula 1,
R은 각각 독립적으로 유기 관능기들로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, R 각각은 서로 동일하거나 상이하며, n은 1 내지 10,000의 정수이다.)
Each R is independently selected from the group consisting of organic functional groups, each R is the same or different from each other, and n is an integer from 1 to 10,000.)
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 R은 각각 독립적으로 알킬기, 아릴기, 비닐기, 에폭시기, 아민기, 할로겐, 알킬할로겐, 메타크릴기 및 아크릴기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 탄소수 1 내지 30의 유기 관능기일 수 있다.
In one embodiment of the present invention, each R is independently an organic group having 1 to 30 carbon atoms selected from the group consisting of alkyl, aryl, vinyl, epoxy, amine, halogen, alkylhalogen, methacryl and acryl groups It may be a functional group.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 두께는 1 내지 10㎛일 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the thickness of the ladder-type polysilsesquioxane microfibers may be 1 to 10㎛.
또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 함유하는 용액을 전기방사하는 것;을 포함하는, 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a ladder-type polysilsesquioxane microfibers, including; electrospinning a solution containing a ladder-type polysilsesquioxane represented by the following formula (1).
<화학식 1>≪ Formula 1 >
(상기 화학식 1에서,(In the formula 1,
R은 각각 독립적으로 유기 관능기들로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, R 각각은 서로 동일하거나 상이하며, n은 1 내지 10,000의 정수이다.)
Each R is independently selected from the group consisting of organic functional groups, each R is the same or different from each other, and n is an integer from 1 to 10,000.)
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 전기방사 이후 자외선을 조사하는 것;을 더 포함할 수 있다.
In one embodiment of the present invention, irradiating ultraviolet rays after the electrospinning; may further include.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 용액에 사용되는 용매는 테트라하이드로푸란, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 헥산, 사이클로헥산, 톨루엔, 자일렌, 크레졸, 클로로포름, 티클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸벤젠, 피리딘, 메틸나프탈랜렌, 니트로메탄, 아크로니트릴, 메틸렌클로라이드, 옥타데실아민, 아닐린, 디메틸설폭사이드 및 벤질알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것일 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the solvent used in the solution is tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, hexane, cyclohexane, toluene, xylene, cresol, It may be selected from the group consisting of chloroform, thichlorobenzene, dimethylbenzene, trimethylbenzene, pyridine, methylnaphthalene, nitromethane, acrylonitrile, methylene chloride, octadecylamine, aniline, dimethyl sulfoxide and benzyl alcohol.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 전기방사는 8 내지 18KV의 전압 및 10㎕/분의 토출 속도로 행해지는 것일 수 있다.
In one embodiment of the present invention, the electrospinning may be performed at a voltage of 8 to 18KV and a discharge rate of 10ul / min.
본 발명에 따르면 실세스퀴옥산 단독 전기방사가 가능하여 제조방법이 간단하고, 전기방사를 이용한 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유는 방사섬유의 일정한 형태를 유지하면서 고온에서 견딜 수 있는 섬유를 용액 공정으로 제조할 수 있을 뿐 아니라, 방사 후에 실세스퀴옥산 주쇄에 도입된 유기관능기의 종류에 따라 광경화 또는 열경화가 손쉽게 가능하여, 많은 응용분야에서 활용될 수 있다.According to the present invention, the silsesquioxane alone can be electrospun, and thus the manufacturing method is simple, and the ladder-type polysilsesquioxane microfibers using the electrospinning solution can maintain fibers at a high temperature while maintaining a constant form of the spun fiber. Not only can be manufactured by the process, but also photocuring or thermal curing can be easily performed depending on the type of organic functional group introduced into the silsesquioxane main chain after spinning, and can be utilized in many applications.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 사다리형 폴리실세스퀴옥산의 1H NMR 분석 결과를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 사다리형 폴리실세스퀴옥산의 29Si NMR 분석 결과를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전기방사한 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 SEM 사진((a)200×, (b)5000×)이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전기방사 및 자외선 경화 처리한 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 SEM 사진((a)3000×, (b)5000×)이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 내화학성 실험 후 SEM 사진((a)3000×, (b)5000×)이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 내화학성 실험 후 열 분해 안정성을 TGA를 통해 측정한 그래프이다.Figure 1 shows the 1 H NMR analysis of the ladder-type polysilsesquioxane according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the 29 Si NMR analysis of the ladder-type polysilsesquioxane according to an embodiment of the present invention.
3 is an SEM image ((a) 200 ×, (b) 5000 ×) of an electrospun ladder-type polysilsesquioxane microfiber according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a SEM photograph ((a) 3000 ×, (b) 5000 ×) of the electrospinning and UV-cured ladder-type polysilsesquioxane microfibers according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a SEM photograph ((a) 3000 ×, (b) 5000 ×) after the chemical resistance test of the ladder-type polysilsesquioxane microfibers according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a graph measuring the thermal decomposition stability through TGA after the chemical resistance test of the ladder-type polysilsesquioxane microfibers according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail in order to facilitate the present invention by those skilled in the art.
본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 포함하는 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유를 제공한다.
The present invention provides a ladder-type polysilsesquioxane microfibers comprising a ladder-type polysilsesquioxane represented by the following formula (1).
<화학식 1>≪ Formula 1 >
상기 화학식 1에서, R은 각각 독립적으로 유기 관능기들로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, n은 1 내지 10,000의 정수이다. R은 동일하거나, 다를 수 있으며, 공중합체를 형성할 수 있다.
In Formula 1, each R is independently selected from the group consisting of organic functional groups, n is an integer of 1 to 10,000. R may be the same or different and may form a copolymer.
보다 구체적으로, 상기 사다리형 폴리실세스퀴옥산은 하기 화학식 2 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있다.
More specifically, the ladder-type polysilsesquioxane may be represented by the following formula (2) or (3).
<화학식 2><
<화학식 3><Formula 3>
상기에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 유기 관능기들로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, n은 1 내지 10,000의 정수이다. R1 및 R2는 공중합체를 형성할 수 있다.
In the above, R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of organic functional groups, n is an integer from 1 to 10,000. R 1 and R 2 may form a copolymer.
바람직하게, 상기 R, R1 및 R2는 각각 독립적으로 알킬기, 아릴기, 비닐기, 에폭시기, 아민기, 할로겐, 알킬할로겐, 메타크릴기 및 아크릴기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 탄소수 1 내지 30의 유기 관능기일 수 있다. 예를 들어, 더욱 바람직하게는 상기 R1 및 R2 중 어느 하나는 프로필옥시메타실(propyloxymethacyl)이고, 나머지 하나는 페닐(phenyl)일 수 있다.
Preferably, R, R 1 and R 2 are each independently an organic group having 1 to 30 carbon atoms selected from the group consisting of alkyl, aryl, vinyl, epoxy, amine, halogen, alkylhalogen, methacryl and acryl groups It may be a functional group. For example, more preferably the R 1 and R 2 One may be propyloxymethacyl, and the other may be phenyl.
본 발명에 있어서, '알킬기'는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기 등의 탄소수 1 내지 30의 측쇄 또는 분쇄형 알킬기로서, 시클로프로필기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등의 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기를 포함한다.In the present invention, the "alkyl group" is a C1-C30 side chain or crushed alkyl group, such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, t-butyl group, and is cyclopropyl group, cyclo And a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms such as a pentyl group and a cyclohexyl group.
본 발명에 있어서, '아릴기(aryl group)'는 -Ar로도 표시하며, 페닐기, 안트릴기, 페난트릴기 등을 포함한다.In the present invention, the "aryl group" is also represented by -Ar, and includes a phenyl group, anthryl group, phenanthryl group and the like.
본 발명에 있어서, '비닐기(vinyl group)'는 CH2=CH-로 표시되는 작용기로, 염화비닐, 아세트산비닐, 아크릴산, 스타이렌 등을 포함한다.In the present invention, the 'vinyl group' is a functional group represented by CH 2 = CH-, and includes vinyl chloride, vinyl acetate, acrylic acid, styrene and the like.
본 발명에 있어서, '알킬할로겐'은 알킬기의 수소 원자의 일부 또는 전부가 할로겐 원자로 치환된 기이고, 그 할로겐 원자로는, 불소 원자, 염소 원자, 브롬 원자, 요오드 원자를 들 수 있다.
In the present invention, the "alkylhalogen" is a group in which part or all of the hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with halogen atoms, and examples of the halogen atoms include fluorine atom, chlorine atom, bromine atom and iodine atom.
상기 화학식 1으로 표시되는 폴리실세스퀴옥산 화합물에서, R이 서로 상이할 경우, 각각이 1:9 내지 9:1의 몰비를 가지는 것일 수 있다. 바람직하게는 6:4 또는 4:6일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 물성치의 필요에 따라 상기 범위 내에서 다양한 몰비로 조절할 수 있다.
In the polysilsesquioxane compound represented by Formula 1, when R is different from each other, each may have a molar ratio of 1: 9 to 9: 1. Preferably, it may be 6: 4 or 4: 6, but is not necessarily limited thereto, and may be adjusted to various molar ratios within the above ranges according to needs of physical properties.
상기 화학식 1로 표시되는 사다리형 폴리실세스퀴옥산은 규칙적 사다리형 구조(LPSQ, ladder type polysilsesquioxane)를 갖는 것으로, 단일 중합체 또는 공중합체일 수 있다. Ladder type polysilsesquioxane represented by the formula (1) has a regular ladder structure (LPSQ, ladder type polysilsesquioxane), it may be a homopolymer or a copolymer.
바구니형 실세스퀴옥산(POSS, polyhedral silsesquioxane)의 경우, 그 자체가 저분자 형태이고 결정성을 가지므로, 물성의 저하가 일어나 산업적 적용에의 실제적 응용이 어렵다. 그러나 사다리형 실세스퀴옥산은 바구니형 실세스퀴옥산과 달리 고부자의 연속적 사슬로 이루어져 구조적으로 안정성이 있을 뿐 아니라, 이에 따라 열 안정성이 높고, 유기 용매와의 높은 상용성을 가지고 있어 유-무기 복합재료로서 장점을 가진다. In the case of cage silsesquioxane (POSS, polyhedral silsesquioxane), since it is a low molecular form and has crystallinity, physical properties are deteriorated and practical application to industrial applications is difficult. Unlike cage silsesquioxane, however, ladder silsesquioxane is composed of continuous chains of high rich and not only structurally stable, but also has high thermal stability and high compatibility with organic solvents. It has advantages as an inorganic composite material.
이러한 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 포함하는 섬유는 일정한 굵기 및 형태를 유지하며 뛰어난 내화학성을 가져 고온에서 견딜 수 있는 안정적인 물성을 갖는다.The fiber comprising such a ladder-type polysilsesquioxane maintains a constant thickness and shape and has excellent chemical resistance and has stable physical properties that can withstand high temperatures.
상기 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 두께는 1 내지 10㎛일 수 있고, 바람직하게는 1 내지 4㎛일 수 있으나, 이에 반드시 한정되는 것은 아니다. 섬유의 두께가 상기 범위 내일 때, 넓은 표면적과 기능성을 요구하는 기능성 촉매 등에 쉽게 응용될 수 있으며, 극한의 물성을 요구하는 유리섬유의 대체제로 이용이 가능하다.
The ladder polysilsesquioxane microfibers may have a thickness of 1 to 10 μm, preferably 1 to 4 μm, but are not necessarily limited thereto. When the thickness of the fiber is within the above range, it can be easily applied to a functional catalyst requiring a large surface area and functionality, and can be used as a substitute for glass fibers requiring extreme physical properties.
상기와 같은 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유를 제조하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 함유하는 용액을 전기방사하는 것;을 포함하는, 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 제조방법을 제공한다.In order to prepare a ladder-like polysilsesquioxane microfibers as described above, the present invention comprises electrospinning a solution containing a ladder-type polysilsesquioxane represented by the following formula (1); Provided is a method for producing silsesquioxane microfibers.
<화학식 1>≪ Formula 1 >
상기 화학식 1에서, R은 각각 독립적으로 유기 관능기들로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, n은 1 내지 10,000의 정수이다. R은 동일하거나, 다를 수 있으며, 공중합체를 형성할 수 있다.
In Formula 1, each R is independently selected from the group consisting of organic functional groups, n is an integer of 1 to 10,000. R may be the same or different and may form a copolymer.
보다 구체적으로, 상기 사다리형 폴리실세스퀴옥산은 하기 화학식 2 또는 하기 화학식 3으로 표시되는 것일 수 있다.
More specifically, the ladder-type polysilsesquioxane may be represented by the following formula (2) or (3).
<화학식 2><
<화학식 3><Formula 3>
상기에서, R1 및 R2는 각각 독립적으로 유기 관능기들로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, n은 1 내지 10,000의 정수이다. R1 및 R2는 공중합체를 형성할 수 있다.In the above, R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of organic functional groups, n is an integer from 1 to 10,000. R 1 and R 2 may form a copolymer.
바람직하게, 상기 R, R1 및 R2는 각각 독립적으로 알킬기, 아릴기, 비닐기, 에폭시기, 아민기, 할로겐, 알킬할로겐, 메타크릴기 및 아크릴기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 탄소수 1 내지 30의 유기 관능기일 수 있다. 예를 들어, 더욱 바람직하게는 상기 R1 및 R2 중 어느 하나는 프로필옥시메타실(propyloxymethacyl)이고, 나머지 하나는 페닐(phenyl)일 수 있다.
Preferably, R, R 1 and R 2 are each independently an organic group having 1 to 30 carbon atoms selected from the group consisting of alkyl, aryl, vinyl, epoxy, amine, halogen, alkylhalogen, methacryl and acryl groups It may be a functional group. For example, more preferably the R 1 and R 2 One may be propyloxymethacyl, and the other may be phenyl.
사다리형 폴리실세스퀴옥산 화합물을 제조하는 방법은 특별히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 트리알콜시실록산 단량체, 유기용매, 물 및 촉매를 포함하는 함수 유기용액을 제조하고, 이 함수 유기용액 중 유기용매의 양 또는 함수량을 조절하는 방법을 사용하여 효율적으로 타 구조로부터 선택적으로 합성할 수 있다. 합성된 사다리형 폴리실세스퀴옥산의 R이 상이한 경우, 상기 기재한 바와 같이 각각이 1:9 내지 9:1의 몰비를 가지는 것일 수 있다. 바람직하게는 6:4 또는 4:6일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
The method for preparing the ladder-type polysilsesquioxane compound is not particularly limited, but preferably, a water-containing organic solution containing a trialcohol siloxane monomer, an organic solvent, water and a catalyst is prepared, and the organic in the water-containing organic solution is prepared. Methods of controlling the amount or water content of the solvent can be used to selectively synthesize from other structures efficiently. When the R of the synthesized ladder polysilsesquioxanes is different, each may have a molar ratio of 1: 9 to 9: 1 as described above. Preferably it may be 6: 4 or 4: 6, but is not necessarily limited thereto.
사다리형 폴리실세스퀴옥산 화합물을 합성한 후, 이를 용매에 첨가하여 혼합용액을 제조한다. 상기 용매는 알콜계, 케톤계뿐 아니라, 테트라하이드로푸란, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 헥산, 사이클로헥산, 톨루엔, 자일렌, 크레졸, 클로로포름, 티클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸벤젠, 피리딘, 메틸나프탈랜렌, 니트로메탄, 아크로니트릴, 메틸렌클로라이드, 옥타데실아민, 아닐린, 디메틸설폭사이드 및 벤질알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 상기 화합물이 용해되는 용매라면 특별히 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는 디메틸포름아미드일 수 있다.
After preparing a ladder-type polysilsesquioxane compound, it is added to a solvent to prepare a mixed solution. The solvent is alcohol, ketone, as well as tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, hexane, cyclohexane, toluene, xylene, cresol, chloroform, thichlorobenzene , Dimethylbenzene, trimethylbenzene, pyridine, methylnaphthalene, nitromethane, acrylonitrile, methylene chloride, octadecylamine, aniline, dimethyl sulfoxide and benzyl alcohol, but the compound is dissolved The solvent is not particularly limited. Preferably dimethylformamide.
상기 제조된 혼합용액을 이용하여 전기방사를 행하여 섬유를 얻는다. 전기방사는 8 내지 18KV의 전압 및 5 내지 15㎕/분의 토출 속도로 행해지는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 전압이 8KV보다 작으면 섬유 방사시 뭉침 현상이 생길 수 있고, 18KV보다 크면 섬유의 끊어짐 현상이 발생될 수 있다. 또한, 토출 속도가 5㎕/분보다 작으면 섬유의 형태를 미세하게 유도할 수 있으나 방울 현상이 발생될 수 있으며, 15㎕/분보다 크면 10㎛ 이상의 방사체들이 뭉쳐져 섬유의 형성이 어려워질 수 있다
The fiber is obtained by electrospinning using the prepared mixed solution. Electrospinning is preferably performed at a voltage of 8 to 18 KV and a discharge rate of 5 to 15 µl / min, but is not limited thereto. If the voltage is less than 8KV, agglomeration may occur during fiber spinning, and if the voltage is higher than 18KV, the fiber may be broken. In addition, if the discharge rate is less than 5㎛ / minute may induce a fine shape of the fiber, but may cause a drop phenomenon, if larger than 15㎛ / minute it may be difficult to form a fiber due to agglomerates of 10㎛ or more
상기의 방법으로 전기방사를 이용하여 얻은 섬유는 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 굵기가 10㎛ 이하, 특히 4㎛ 이하로 일정하고 표면이 매끈하다. 즉, 본 발명의 제조방법에 따라 사다리형 폴리실세스퀴옥산만을 사용하여 전기방사하여 미세섬유를 제조할 수 있다.
As can be seen in Figure 3, the fiber obtained by using the electrospinning in the above method, the thickness is constant to 10㎛ or less, especially 4㎛ or less and the surface is smooth. That is, according to the production method of the present invention, it is possible to produce fine fibers by electrospinning using only the ladder-type polysilsesquioxane.
본 발명의 제조방법은 상기와 같이 전기방사로 제조된 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유에 자외선을 조사하는 것;을 더 포함할 수 있다. 자외선은 340 내지 380nm, 바람직하게는 360nm의 장파장을 사용하고, 광량은 약 1J/㎠ 이상으로 하는 것이 좋다. 본 발명의 사다리형 폴리실세스퀴옥산에 포함되어 있는 유기 관능기들이 자외선에 의하여 광경화를 하게 된다.
The manufacturing method of the present invention may further include irradiating ultraviolet rays to the ladder-type polysilsesquioxane microfibers produced by electrospinning as described above. Ultraviolet light uses a long wavelength of 340 to 380 nm, preferably 360 nm, and the amount of light is preferably about 1 J /
상기 자외선 조사에 의하여 섬유가 경화되어 내화학특성을 극대화하는 효과를 얻을 수 있다. 자외선 조사에 의한 광경화시, 본 발명에 따른 섬유는 수축에 의한 변형이 일어나지 않고 그 형태가 유지된다. 이는 후술할 실시예 2에서 확인할 수 있다.
The fiber is cured by the ultraviolet irradiation can be obtained the effect of maximizing the chemical resistance. When photocuring by ultraviolet irradiation, the fiber according to the present invention is maintained without its deformation due to shrinkage. This can be confirmed in Example 2 to be described later.
본 발명의 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유는 사다리형 폴리실세스퀴옥산 단독 전기방사에 의해 달성되므로 제조가 용이하고, 내열성 및 내화학성이 우수하여 다양한 분야에 유용하게 사용될 수 있다.
Ladder-type polysilsesquioxane microfibers of the present invention is achieved by the electrospinning of ladder-type polysilsesquioxane alone, and is easy to manufacture, and excellent in heat resistance and chemical resistance, and thus may be usefully used in various fields.
이하의 실시를 통하여 본 발명이 더욱 상세하게 설명된다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로서 이들만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
The present invention is described in more detail through the following implementation. However, the examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
[[ 실시예Example 1] One]
1-1.1-1. 사다리형Ladder 폴리실세스퀴옥산Polysilsesquioxane 화합물의 합성 Synthesis of compounds
사다리형 폴리실세스퀴옥산으로서, 사다리형 폴리아크릴옥시프로필-코-페닐실세퀴옥산 (ladder-like polyacyloxypropyl-co-phenyl silsesquioxane(LPAPSQ))을 합성하였다. As a ladder polysilsesquioxane, ladder-like polyacyloxypropyl-co-phenyl silsesquioxane (LPAPSQ) was synthesized.
먼저, 트리 알콕시 단량체로서 3-아크릴옥시프로필 트리 메톡시 실란(0.16mol)과 페닐 트리 메톡시 실란(0.24mol)을 준비한 후, HPLC급 테트라하이드로퓨란(400g)과 증류수(240g)로 함수용액을 제조하고, 미리 준비해 둔 함수용액에 염기촉매를 적가 한 후 pH를 11로 조절하여 교반하였다. First, 3-acryloxypropyl trimethoxy silane (0.16 mol) and phenyl trimethoxy silane (0.24 mol) are prepared as trialkoxy monomers, and then the aqueous solution is purified with HPLC grade tetrahydrofuran (400 g) and distilled water (240 g). After the preparation, the base catalyst was added dropwise to the aqueous solution prepared in advance, and the pH was adjusted to 11 and stirred.
적가 완료 후부터 반응이 진행되고 순차적인 분자량의 증가를 확인할 수 있었다. 중합 진행 완료 시점은 GPC를 통하여 분자량이 더 이상 늘어나지 않는 시점을 기준으로 완료하였으며, 이 시점은 육안으로 관찰하였을 때, 층상으로 구분되는 경계가 명확하게 보이는 시점과 일치하는 것을 확인하였다. 중합물의 정제 방법으로는 메틸렌클로라이드를 사용하여 분별 증류의 방법으로 정제하였다. After completion of the addition, the reaction proceeded and the sequential increase in molecular weight was confirmed. The completion point of the polymerization was completed based on the point at which molecular weight does not increase through GPC, and this time point was confirmed to coincide with the point where the boundary divided into layers is clearly seen. As a purification method of the polymer, it refine | purified by the method of fractional distillation using methylene chloride.
이렇게 얻어낸 공중합체의 1H NMR 스펙트럼 데이터를 분석한 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1의 분석 결과, 3-아크릴옥시프로필 트리 메톡시 실란(0.16mol)과 페닐 트리 메톡시 실란(0.24mol)이 정확히 6:4의 몰 비로 중합되었음을 확인할 수 있었다. 분자량(Mw)은 38,000 (polystyrene 기준)이었다.
1 H NMR spectral data of the copolymer thus obtained are shown in FIG. 1. As a result of the analysis of FIG. 1, it was confirmed that 3-acryloxypropyl trimethoxy silane (0.16 mol) and phenyl trimethoxy silane (0.24 mol) were polymerized exactly at a molar ratio of 6: 4. The molecular weight (Mw) was 38,000 (based on polystyrene).
<화학식 2> 실시예 1의 R1(3-아크릴옥시프로필 트리 메톡시 실란) 및 R2(페닐 트리 메톡시 실란)의 화학식Formula 1 of R 1 (3-acryloxypropyl trimethoxy silane) and R 2 (phenyl trimethoxy silane) of Example 1
<화학식 3> 실시예 1-1에서 합성된 polyacyloxypropyl-co-phenyl silsesquioxane의 화학식<Formula 3> Formula of polyacyloxypropyl-co-phenyl silsesquioxane synthesized in Example 1-1
<화학식 4> 실시예 1-1에서 합성된 polyacyloxypropyl-co-phenyl silsesquioxane의 화학식<Formula 4> Formula of the polyacyloxypropyl-co-phenyl silsesquioxane synthesized in Example 1-1
1-2.1-2. 전기방사를 이용한 Electrospinning 사다리형Ladder 폴리실세스퀴옥산Polysilsesquioxane 미세섬유 제조 Fine fiber manufacturing
상기 1-1에서 합성된 polyacyloxypropyl-co-phenyl silsesquioxane을 포함하는 섬유를 제조하였다.A fiber including polyacyloxypropyl-co-phenyl silsesquioxane synthesized in 1-1 was prepared.
먼저, 안정된 전기 방사 섬유의 제조를 위한 혼합용액을 제조하였다. 용매로는 디메틸포름아마이드 30g을 준비하고, 준비된 용매에 상기 1-1에서 얻은 70g의 LPAPSQ를 넣은 후, 4시간 동안 기계식 교반 장치로 교반하였다. 교반 후, 1㎛ pore-size의 필터를 통하여 먼지 등 이물질을 제거하여 준비하였다.First, a mixed solution for preparing a stable electrospun fiber was prepared. 30 g of dimethylformamide was prepared as a solvent, and 70 g of LPAPSQ obtained in 1-1 was added to the prepared solvent, followed by stirring with a mechanical stirring device for 4 hours. After stirring, foreign substances such as dust were removed through a 1 μm pore-size filter.
상기 준비된 혼합용액을 이용하여, 전기방사를 진행하였다. 전기방사의 속도는 10㎛/min의 속도로 조절하였고, 사용되는 전압의 양은 10KV를 이용하였다. 이때, 온도는 22℃로 조절하였으며 방사섬유는 알루미늄 포일 위에서 얻어내었다. 상기 얻어진 섬유를 SEM을 통해 관찰한 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 1~4㎛ 사이즈의 일정한 두께의 섬유가 얻어졌음을 알 수 있었다.
Electrospinning was performed using the prepared mixed solution. The rate of electrospinning was controlled at a rate of 10 μm / min, and the amount of voltage used was 10 KV. At this time, the temperature was adjusted to 22 ℃ and the fiber was obtained on aluminum foil. The result of observing the obtained fiber through SEM is shown in FIG. 3. As can be seen in Figure 3, it can be seen that a fiber of a constant thickness of 1 ~ 4㎛ size was obtained.
[[ 실시예Example 2] 2]
상기 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 제조한 후, 추가적으로 자외선을 조사하여 자외선 경화를 실시하였다. 자외선 조건은 360nm의 장파장을 기준으로 설정하였으며, 광량은 1J/㎠로 조절하여 경화하였다. After the fiber was prepared in the same manner as in Example 1, ultraviolet rays were further irradiated by irradiation with ultraviolet rays. UV conditions were set based on a long wavelength of 360nm, the light amount was cured by adjusting to 1J / ㎠.
상기 얻어진 섬유를 SEM을 통해 관찰한 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 섬유의 경화에 의한 수축을 발견할 수 없었으며, 그 형태가 잘 유지된 일정한 모양의 방사섬유를 관찰할 수 있었다.
The result of observing the obtained fiber through SEM is shown in FIG. 4. As can be seen in Figure 4, the shrinkage due to the hardening of the fiber was not found, it was possible to observe a spinning fiber of a constant shape well maintained.
[ 실험예 1] 화학적 내성 실험 [Example 1] Chemical resistance tests
1-1.1-1. SEMSEM 사진 촬영 Photo shoot
상기 실시예 2에 따라 얻어진 방사 섬유에 대하여, 내화학성 테스트를 진행하였다. 내화학성 테스트는 방사 및 자외선 경화가 끝난 LPAPSQ 섬유를 디메틸포름아마이드, 테트라하이드로푸란, 메틸렌클로라이드, 클로로포름, 톨루엔에 각각 30초간 담근 후, 방사 섬유의 형태를 SEM을 통하여 관찰하였다. 이를 도 5에 나타내었다. 도 5에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유는 화학적 내성 테스트 후에도 그 형태를 그대로 유지함을 알 수 있어, 뛰어난 화학적 내성을 가짐을 확인할 수 있었다.
A chemical resistance test was conducted on the spun fiber obtained in Example 2 above. In the chemical resistance test, LPAPSQ fibers after spinning and UV curing were immersed in dimethylformamide, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, and toluene for 30 seconds, respectively, and the shape of the spinning fibers was observed through SEM. This is shown in FIG. 5. As can be seen in Figure 5, the ladder-like polysilsesquioxane microfibers according to the embodiment of the present invention can be seen that the shape is maintained even after the chemical resistance test, it was confirmed that it has excellent chemical resistance.
1-2.1-2. 열분석Thermal analysis 실험 Experiment
상기 실시예 2에 따라 얻어진 방사 섬유에 대하여, TGA를 이용한 열분석 실험을 진행하고, 이를 도 6에 도시하였다. 도 6에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 실시예에 따른 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유는 메타크릴기와 같은 열에 약한 관능기가 치환되어 있음에도, 400℃까지 안정한 높은 열분해 온도를 가지는 것으로 분석되었다.For the spinning fiber obtained in Example 2, a thermal analysis experiment using a TGA was carried out, and this is shown in FIG. As can be seen in Figure 6, the ladder-like polysilsesquioxane microfibers according to the embodiment of the present invention was analyzed to have a high pyrolysis temperature stable up to 400 ℃ even if a weak functional group is substituted for heat such as methacryl group.
Claims (15)
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서,
R은 각각 독립적으로 유기 관능기들로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, R 각각은 서로 동일하거나 상이하며, n은 1 내지 10,000의 정수이다.)
Ladder-type polysilsesquioxane microfibers comprising a ladder-type polysilsesquioxane represented by the following formula (1).
≪ Formula 1 >
(In Formula 1,
Each R is independently selected from the group consisting of organic functional groups, each R is the same or different from each other, and n is an integer from 1 to 10,000.)
상기 사다리형 폴리실세스퀴옥산은 하기 화학식 2로 표시되는 것인 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유.
<화학식 2>
(상기 화학식 2에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 유기 관능기들로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, n은 1 내지 10,000의 정수이다.)
The method of claim 1,
The ladder polysilsesquioxane is a ladder-type polysilsesquioxane microfibers represented by the following formula (2).
(2)
(In the formula (2)
R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of organic functional groups, n is an integer from 1 to 10,000.)
상기 사다리형 폴리실세스퀴옥산은 하기 화학식 3으로 표시되는 것인 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유.
<화학식 3>
(상기 화학식 3에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 유기 관능기들로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, n은 1 내지 10,000의 정수이다.)
The method of claim 1,
The ladder-type polysilsesquioxane is a ladder-type polysilsesquioxane microfibers represented by the following formula (3).
(3)
(In Chemical Formula 3,
R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of organic functional groups, n is an integer from 1 to 10,000.)
상기 R, R1 및 R2는 각각 독립적으로 알킬기, 아릴기, 비닐기, 에폭시기, 아민기, 할로겐, 알킬할로겐, 메타크릴기 및 아크릴기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 탄소수 1 내지 30의 유기 관능기인 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유.
4. The method according to any one of claims 1 to 3,
R, R 1 and R 2 are each independently an organic group having 1 to 30 carbon atoms selected from the group consisting of alkyl, aryl, vinyl, epoxy, amine, halogen, alkylhalogen, methacryl and acryl groups Type polysilsesquioxane microfibers.
상기 R1 및 R2 중 어느 하나는 프로필옥시메타실(propyloxymethacyl)이고, 나머지 하나는 페닐(phenyl)인 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유.
The method of claim 4, wherein
R 1 and R 2 One is propyloxymethacyl (propyloxymethacyl), the other is phenyl (phenyl) ladder type polysilsesquioxane microfibers.
상기 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 두께는 1 내지 10㎛인 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유.
The method of claim 1,
The ladder-type polysilsesquioxane microfibers have a thickness of 1 to 10 µm.
<화학식 1>
(상기 화학식 1에서,
R은 각각 독립적으로 유기 관능기들로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, R 각각은 서로 동일하거나 상이하며, n은 1 내지 10,000의 정수이다.)
To electrospin the solution containing the ladder-type polysilsesquioxane represented by the following formula (1).
≪ Formula 1 >
(In Formula 1,
Each R is independently selected from the group consisting of organic functional groups, each R is the same or different from each other, and n is an integer from 1 to 10,000.)
상기 사다리형 폴리실세스퀴옥산은 하기 화학식 2로 표시되는 것인 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 제조방법.
<화학식 2>
(상기 화학식 2에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 유기 관능기들로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, n은 1 내지 10,000의 정수이다.)
8. The method of claim 7,
The ladder polysilsesquioxane is a method for producing a ladder-type polysilsesquioxane microfibers represented by the following formula (2).
(2)
(In the formula (2)
R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of organic functional groups, n is an integer from 1 to 10,000.)
상기 사다리형 폴리실세스퀴옥산은 하기 화학식 3으로 표시되는 것인 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 제조방법.
<화학식 3>
(상기 화학식 3에서,
R1 및 R2는 각각 독립적으로 유기 관능기들로 이루어진 그룹으로부터 선택되고, n은 1 내지 10,000의 정수이다.)
8. The method of claim 7,
The ladder polysilsesquioxane is a method of producing a ladder-type polysilsesquioxane microfibers represented by the following formula (3).
(3)
(In Chemical Formula 3,
R 1 and R 2 are each independently selected from the group consisting of organic functional groups, n is an integer from 1 to 10,000.)
상기 전기방사 이후 자외선을 조사하는 것;을 더 포함하는, 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The method of manufacturing a ladder-type polysilsesquioxane microfibers further comprising; irradiating ultraviolet rays after the electrospinning.
상기 R, R1 및 R2는 각각 독립적으로 알킬기, 아릴기, 비닐기, 에폭시기, 아민기, 할로겐, 알킬할로겐, 메타크릴기 및 아크릴기로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 탄소수 1 내지 30의 유기 관능기인 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 제조방법.
The method according to any one of claims 7 to 9,
R, R 1 and R 2 are each independently an organic group having 1 to 30 carbon atoms selected from the group consisting of alkyl, aryl, vinyl, epoxy, amine, halogen, alkylhalogen, methacryl and acryl groups Method for producing polysilsesquioxane microfibers.
상기 R1 및 R2 중 어느 하나는 프로필옥시메타실(propyloxymethacyl)이고, 나머지 하나는 페닐(phenyl)인 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 제조방법.
12. The method of claim 11,
R 1 and R 2 One is propyloxymethacyl (propyloxymethacyl), the other is phenyl (phenyl) method for producing a ladder-type polysilsesquioxane microfibers.
상기 용액에 사용되는 용매는 테트라하이드로푸란, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, N-메틸-2-피롤리돈, 헥산, 사이클로헥산, 톨루엔, 자일렌, 크레졸, 클로로포름, 티클로로벤젠, 디메틸벤젠, 트리메틸벤젠, 피리딘, 메틸나프탈랜렌, 니트로메탄, 아크로니트릴, 메틸렌클로라이드, 옥타데실아민, 아닐린, 디메틸설폭사이드 및 벤질알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것인 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The solvent used in the solution is tetrahydrofuran, dimethylformamide, dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, hexane, cyclohexane, toluene, xylene, cresol, chloroform, thichlorobenzene, dimethylbenzene, Preparation of ladder type polysilsesquioxane microfibers selected from the group consisting of trimethylbenzene, pyridine, methylnaphthalene, nitromethane, acrylonitrile, methylene chloride, octadecylamine, aniline, dimethylsulfoxide and benzyl alcohol Way.
상기 전기방사는 8 내지 18KV의 전압 및 5 내지 15㎕/분의 토출 속도로 행해지는 것인, 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The electrospinning is a method of producing a ladder-type polysilsesquioxane microfibers, which is performed at a voltage of 8 to 18KV and a discharge rate of 5 to 15 mu l / min.
상기 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 두께는 1 내지 10㎛인 사다리형 폴리실세스퀴옥산 미세섬유의 제조방법.8. The method of claim 7,
The ladder-type polysilsesquioxane microfibers have a thickness of 1 to 10 μm.
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KR20160046651A (en) * | 2014-10-21 | 2016-04-29 | 한국과학기술연구원 | Gas separation membrane with ladder-like polysilsesquioxane and method for fabricating the same |
US9855532B2 (en) | 2014-10-21 | 2018-01-02 | Korea Institute Of Science And Technology | Gas separation membrane with ladder-structured polysilsesquioxane and method for fabricating the same |
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Publication number | Publication date |
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KR101272248B1 (en) | 2013-06-13 |
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