KR20140006317A - Mesoporous crosslinked copolymers having reactive fucntional groups - Google Patents

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Abstract

The present invention provides a mesoporous crosslinked copolymer which contains the following: more than one kind of initial material including a reactive functional group which does not participate in radical reaction, and a functional group capable of radical polymerization; and a recurring unit derived from an acrylamide based crosslinking agent including one of a C3-12 hetero aromatic ring residue including a C6-20 aromatic ring and a nitrogen atom and a C3-12 hetero alicyclic ring residue including a nitrogen atom, and more than two acryloyl groups or acrylamide.

Description

반응성 작용기를 가지는 메조 다공성 가교 공중합체{MESOPOROUS CROSSLINKED COPOLYMERS HAVING REACTIVE FUCNTIONAL GROUPS}Mesoporous crosslinked copolymer having reactive functional groups {MESOPOROUS CROSSLINKED COPOLYMERS HAVING REACTIVE FUCNTIONAL GROUPS}

반응성 작용기를 가지는 메조 다공성 가교형 유기 재료, 그의 제조 방법, 및 그 응용에 관한 것이다.A mesoporous crosslinkable organic material having a reactive functional group, a method for producing the same, and an application thereof.

나노 다공성 재료는 공극 부피(void volume) 및 비표면적이 높아, 흡착, 분리, 센서, 및 촉매와 관련된 다양한 응용 분야에서 널리 활용되고 있다. 나노 다공성 재료는 그의 세공 크기, 고체 형태학 등의 기준에 따라 구별될 수 있는 데, IUPAC 기준은 이들을 마이크로 다공성(microporous), 메조 다공성(mesoporous), 및 거대 다공성(macroporous)의 3가지 부류로 분류하고 있다. 무기 재료인 제올라이트 및 유무기 복합 소재인 금속 유기 구조체(MOF)는 높은 결정성을 가진 마이크로 다공성 재료의 전형적인 예이며, 실리카/알루미늄 실리케이트계 다공성 재료 (예컨대, 실리카 에어로젤, M41-S 타입의 고체 등)는 메조 세공을 가진 재료의 전형적인 예이다. 주로 2 내지 50 nm의 범위의 세공으로 이루어진 메조 다공성 재료는, 높은 표면적과 빠른 확산성 질량 이동을 나타내기 때문에 막 재료, 크로마토그라피, 촉매 담지체, 물리적 흡착을 통한 기체 저장, 및 센서 등에서 활용될 잠재성이 크다. 이러한 메조 다공성 재료를 촉매, 반응성 막, 기체 담지체, 흡착제로 응용함에 있어 재료 자체에 별도의 반응성 작용기가 도입되어 있는 것이 바람직할 수 있다.Nanoporous materials have high void volume and specific surface area and are widely used in various applications related to adsorption, separation, sensors, and catalysts. Nanoporous materials can be distinguished according to their pore size, solid morphology, and the like, which classify them into three classes: microporous, mesoporous, and macroporous. have. Inorganic materials, zeolites and organic-inorganic composites, metal organic structures (MOFs) are typical examples of microcrystalline porous materials with high crystallinity, and include silica / aluminum silicate-based porous materials (e.g., silica aerogels, M41-S solids, etc.). ) Is a typical example of a material with mesopores. Mesoporous materials, which consist mainly of pores in the range of 2 to 50 nm, exhibit high surface area and fast diffusible mass transfer and therefore can be used in membrane materials, chromatography, catalyst carriers, gas storage through physical adsorption, and sensors. Great potential. In applying such a mesoporous material as a catalyst, a reactive membrane, a gas carrier, and an adsorbent, it may be desirable to introduce a separate reactive functional group into the material itself.

그러나, 현재 이용되고 있는 메조 다공성 재료는 대부분 무기물 또는 유무기 하이브리드 성분에 기초하여 제조되고 있어 필요에 따라 다양한 작용기를 메조 다공성 재료에 도입하는 데에 한계가 있다. 예컨대, 비교적 쉽게 메조 세공을 형성하는 것으로 알려져 있는 금속 산화물계 에어로젤은 통상 가수 분해 및 축합 반응을 통해 제조되기 때문에, 그 응용을 위해 도입이 요구되는 반응성 관능기가 출발물질 자체에 포함되어 있는 경우, 해당 재료의 제조 과정에 참여해 버리거나 세공 구조의 형성을 방해할 수 있다. 따라서, 일반적으로 이러한 메조 다공성 재료에 반응성 작용기의 도입이 요구되는 경우에는 합성 후 개질법(post-synthetic modification)을 통해 작용기를 도입하는데, 이로 인해 제조 공정이 복잡해지고, 그 시간이 길어지며, 제조 비용 또한 증가하게 된다.However, most of the mesoporous materials currently used are manufactured based on inorganic or organic-inorganic hybrid components, and there is a limit to introducing various functional groups into the mesoporous materials as necessary. For example, since metal oxide-based airgels, which are known to form mesopores relatively easily, are usually prepared through hydrolysis and condensation reactions, when a reactive functional group that needs to be introduced for the application is included in the starting material itself, Participation in the manufacture of the material may interfere with the formation of pore structures. Therefore, in general, when the introduction of reactive functional groups into the mesoporous material is required, the functional groups are introduced through post-synthetic modification, which increases the complexity of the manufacturing process and the time required for the production. It also increases.

또한, 이러한 무기계 메조 다공성 재료 혹은 유무기 하이브리드형 메조 다공성 재료는 근본적으로 수열 안정성이 좋지 않아 장기간 물에 노출되는 경우 재료의 열화를 피하기 어렵기 때문에, 일부 응용 분야, 예컨대 특정 화학종의 수중 흡착, 수계 매질에서의 반응 촉매 등에 이용함에 있어 애로 사항이 되고 있다.In addition, the inorganic mesoporous material or the organic-inorganic hybrid mesoporous material is inherently poor in hydrothermal stability, and thus it is difficult to avoid deterioration of the material when exposed to water for a long time. The use of the reaction catalyst in an aqueous medium or the like has been a problem.

본 발명의 일 구현예는 다수의 메조 세공을 포함하여 높은 비표면적을 가지면서도 유기 골격으로만 이루어져 있고 소망하는 반응성 작용기를 포함하고 있는 메조 다공성 가교 공중합체를 제공하기 위한 것이다.One embodiment of the present invention is to provide a mesoporous crosslinked copolymer having a high specific surface area including a plurality of mesopores, consisting only of an organic skeleton and containing a desired reactive functional group.

본 발명의 다른 구현예는 이러한 메조 다공성 가교 공중합체를 온화한 조건에서 간단한 공정으로 제조하는 방법을 제공하기 위한 것이다.Another embodiment of the present invention is to provide a method for preparing such a mesoporous crosslinked copolymer in a simple process under mild conditions.

본 발명의 또 다른 구현예는, 이러한 메조 다공성 가교 공중합체의 불균질 촉매 또는 흡착 재료로서의 사용에 대한 것이다.Another embodiment of the invention is directed to the use of such mesoporous crosslinked copolymers as heterogeneous catalysts or as adsorbent materials.

본 발명의 일구현예에서는, 하기 화학식 1로 나타내어지는 1종 이상의 출발 물질로부터 유래된 반복 단위:In one embodiment of the invention, the repeating unit derived from one or more starting materials represented by the following general formula (1):

Figure pat00001
Figure pat00001

(상기 식에서, R1은 라디칼 반응에 참여하지 않는 반응성 작용기이고, A는 직접 결합이거나 혹은 링커(linker)로서의 유기 잔기(organic moiety)이며, m 및 n은 각각 독립적으로 1 이상의 정수이고, R2는 라디칼 중합 가능한 기이되, m 또는 n 이 2 이상인 경우, 각각의 R1 또는 R2 는 동일하거나 상이함); 및Wherein R 1 is a reactive functional group that does not participate in a radical reaction, A is a direct bond or an organic moiety as a linker, m and n are each independently an integer of 1 or more, and R 2 Are radically polymerizable groups, provided that when m or n is 2 or more, each R 1 or R 2 is the same or different); And

C6 내지 C20의 방향족 고리 잔기, 질소 원자를 포함하는 C3 내지 C12의 헤테로 방향족 고리 잔기, 및 질소 원자를 포함하는 C3 내지 C12의 헤테로 지환족(hetero-alicyclic) 고리 잔기 중 하나와 2개 이상의 (알킬)아크릴로일기 또는 (알킬)아크릴아미드기를 가지는 아크릴아미드계 가교제로부터 유래된 반복 단위를 포함하는 메조 다공성 가교 공중합체가 제공된다. 상기 출발물질 및 상기 가교제는, 모노머, 올리고머, 또는 폴리머의 형태일 수 있다.Two or more (alkyl) of one or more of the aromatic ring residues of C6 to C20, the heteroaromatic ring residues of C3 to C12 comprising a nitrogen atom, and the hetero-alicyclic ring residues of C3 to C12 comprising a nitrogen atom A mesoporous crosslinked copolymer comprising a repeating unit derived from an acrylamide-based crosslinking agent having a) acryloyl group or (alkyl) acrylamide group is provided. The starting material and the crosslinking agent may be in the form of a monomer, oligomer, or polymer.

상기 화학식 1에서 R1은 히드록시기, 알콕시기, 이소시아네이트기, 아민기, 술폰산기, 카르복시기, 피리딘기, 에폭시기, 또는 트리메톡시실란 등의 실란계 작용기, 인산기, 우레아기, 술포닐 우레아기 및 아지리딘기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, R2는 (메트)아크릴레이트기 등의 (알킬)아크릴레이트기, (메트)아크릴아미드기 등의 (알킬)아크릴아미드기, 또는 비닐기일 수 있으며, A는 직접 결합이거나, 혹은 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분기형 알킬렌기, 치환 또는 미치환의 C1 내지 C30의 알킬렌 잔기를 포함한 아민기, 에테르기, 카르보닐기, 에스테르기, 페닐렌메틸렌기 등 치환 또는 미치환의 C6 내지 C20의 방향족 고리 잔기, 및 시클로헥실렌기 등 치환 또는 미치환의 C3 내지 C20의 지환족 고리 잔기 중 하나 이상을 포함하여 이루어진 유기 잔기일 수 있다. In Formula 1, R 1 represents a hydroxy group, an alkoxy group, an isocyanate group, an amine group, a sulfonic acid group, a carboxyl group, a pyridine group, an epoxy group, or a silane-based functional group such as trimethoxysilane, phosphoric acid group, urea group, sulfonyl urea group, and aziri. It may be selected from the group consisting of dine groups, R 2 may be a (alkyl) acrylate group such as (meth) acrylate group, (alkyl) acrylamide group such as (meth) acrylamide group, or vinyl group, A Is a direct bond or substituted or unsubstituted, such as a straight or branched alkylene group of C1 to C30, an amine group including an substituted or unsubstituted C1 to C30 alkylene residue, an ether group, a carbonyl group, an ester group, a phenylene methylene group, etc. An organic moiety comprising at least one of a substituted C 6 to C 20 aromatic ring residue and a substituted or unsubstituted C 3 to C 20 alicyclic ring residue such as a cyclohexylene group There.

상기 가교제는, 페닐렌디(알킬)아크릴아미드, 예컨대 1,3-페닐렌디(알킬)아크릴아미드, 화학식 2로 나타내어지는 1,4-페닐렌디(알킬) 아크릴아미드, 화학식 3으로 나타내어지는 1,3,5-트리알킬아크릴로일헥사히드로-1,3,5-트리아진, 및 화학식 4로 나타내어지는 알킬화 멜라민 포름알데히드 중합체의 아크릴아미드 유도체로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다:The crosslinking agent is phenylenedi (alkyl) acrylamide, such as 1,3-phenylenedi (alkyl) acrylamide, 1,4-phenylenedi (alkyl) acrylamide represented by formula (2), 1,3 represented by formula (3) , 5-trialkylacryloylhexahydro-1,3,5-triazine, and acrylamide derivatives of alkylated melamine formaldehyde polymers represented by Formula 4:

Figure pat00002
Figure pat00002

(상기 화학식 2에서, R은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬, 예컨대 메틸기임)(In Formula 2, each R is independently hydrogen or alkyl having 1 to 10 carbon atoms, such as a methyl group.)

Figure pat00003
Figure pat00003

(상기 화학식 3에서, R은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬, 예컨대 메틸기임)(In Formula 3, each R is independently hydrogen or alkyl having 1 to 10 carbon atoms, such as a methyl group.)

Figure pat00004
Figure pat00004

(상기 식에서, R은 각각 독립적으로 수소 또는, 직쇄 또는 분기형의 탄소수 1 내지 10의 알킬기이되, 적어도 하나의 R은 알킬이고, R1은 수소이거나 혹은 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 예컨대 메틸기임).Wherein each R is independently hydrogen or a straight or branched alkyl group of 1 to 10 carbon atoms, at least one R is alkyl, and R 1 is hydrogen or an alkyl group of 1 to 10 carbon atoms, such as a methyl group.

상기 알킬화 멜라민 포름알데히드 중합체의 아크릴아미드 유도체는, 약 10 내지 약 1000 의 수평균 분자량을 가질 수 있다. The acrylamide derivative of the alkylated melamine formaldehyde polymer may have a number average molecular weight of about 10 to about 1000.

상기 메조 다공성 가교 공중합체는 그 내부에 메조 세공을 포함한 모노리스(monolith) 구조체의 형태를 가질 수 있다. 상기 메조 다공성 공중합체는, 습윤젤, 에어로젤, 또는 제로젤의 형태일 수 있다.The mesoporous crosslinked copolymer may have a form of a monolith structure including mesopores therein. The mesoporous copolymer may be in the form of a wet gel, an airgel, or a zero gel.

본 발명의 다른 구현예에서는, 하기 단계를 포함하는, 반응성 작용기를 가진 메조 다공성 가교 공중합체의 제조 방법이 제공된다:In another embodiment of the present invention, there is provided a process for preparing a mesoporous crosslinked copolymer having a reactive functional group, comprising the following steps:

a) 하기 화학식 1로 나타내어지는 1종 이상의 출발 물질:a) at least one starting material represented by formula (1):

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00005
Figure pat00005

(상기 식에서, R1, A, m, n, 및 R2는 위에서 정의된 바와 같음); 및Wherein R 1 , A, m, n, and R 2 are as defined above; And

C6 내지 C20의 방향족 고리 잔기, 질소 원자를 포함하는 C3 내지 C12의 헤테로 방향족 고리 잔기, 및 질소 원자를 포함하는 C3 내지 C12의 헤테로 지환족 고리 잔기 중 하나와 2개 이상의 (알킬)아크릴로일기 또는 (알킬)아크릴아미드기를 가지는 아크릴아미드계 가교제를 용매 내에서 용해시키는 단계; 및Two or more (alkyl) acryloyl groups with one of the aromatic ring residues of C6 to C20, the heteroaromatic ring residues of C3 to C12 including a nitrogen atom, and the heteroalicyclic ring residues of C3 to C12 containing a nitrogen atom, or Dissolving an acrylamide-based crosslinking agent having a (alkyl) acrylamide group in a solvent; And

b) 단계 a)에서 수득한 반응 용액에 라디칼 중합 개시제를 부가하고, 용해시키고, 가열하여, 겔을 형성하는 단계.b) adding a radical polymerization initiator to the reaction solution obtained in step a), dissolving and heating to form a gel.

상기 메조 다공성 가교 공중합체의 제조방법은 c) 단계 b)에서 수득한 겔을 숙성(aging)시키는 단계; 및 d) 선택에 따라 단계 c) 에서 숙성된 겔을 건조하는 단계를 더 포함한다.The method for preparing the mesoporous crosslinked copolymer may include the steps of c) aging the gel obtained in step b); And d) optionally drying the gel aged in step c).

상기 헤테로 방향족 고리 잔기는 트리아미노트리아진 등, 치환 또는 미치환의 트리아진 잔기를 포함하며, 상기 헤테로 지환족 고리 잔기는 헥사히드로트리아진 등 치환 또는 미치환의 헥사히드로트리아진 잔기를 포함한다. 본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 반응성 작용기를 포함한 메조 다공성 가교 공중합체를 포함한 촉매가 제공된다.The hetero aromatic ring moiety includes a substituted or unsubstituted triazine moiety such as triaminotriazine and the like, and the hetero alicyclic ring moiety includes a substituted or unsubstituted hexahydrotriazine moiety such as hexahydrotriazine. According to another embodiment of the invention, there is provided a catalyst comprising a mesoporous crosslinked copolymer comprising a reactive functional group.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 반응성 작용기를 포함한 메조 다공성 가교 공중합체를 포함한 흡착 재료가 제공된다.According to another embodiment of the invention, an adsorbent material is provided comprising a mesoporous crosslinked copolymer comprising a reactive functional group.

메조 다공성 유기 공중합체에 다양한 반응성 작용기를 포함시켜, 넓은 비표면적과 큰 세공 부피뿐만 아니라 높은 작용기 밀도 (즉, 부피당 많은 개수의 작용기)를 가진 메조 다공성 재료를 구현할 수 있다.Various reactive functional groups can be included in the mesoporous organic copolymer to realize mesoporous materials having a large specific surface area and a large pore volume as well as a high functional group density (ie, a large number of functional groups per volume).

도 1은, 본 발명의 일구현예에 따른 메조 다공성 가교 중합체의 제조 방법의 일실시예를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 실시예 1 내지 3의 공중합체와 폴리(1,3,5-트리아크릴로일헥사히드로-1,3,5-트리아진)(이하, pTAHT)의 IR 스펙트럼이다.
도 3은 실시예 1 내지 3의 공중합체와 pTAHT의 고체 탄소 NMR 스펙트럼이다.
도 4는 실시예 1의 공중합체의 SEM 사진이다.
도 5는 실시예 1 내지 3의 공중합체의 질소 흡착-탈착 등온곡선이다.
Figure 1 schematically shows an embodiment of a method for producing a mesoporous crosslinked polymer according to one embodiment of the present invention.
2 is an IR spectrum of the copolymers of Examples 1 to 3 and poly (1,3,5-triacryloylhexahydro-1,3,5-triazine) (hereinafter pTAHT).
3 is a solid carbon NMR spectrum of the copolymers of Examples 1 to 3 and pTAHT.
4 is a SEM photograph of the copolymer of Example 1. FIG.
5 is a nitrogen adsorption-desorption isotherm of the copolymers of Examples 1-3.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 구현예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 구현예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 구현예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 구현예들에서, 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Thus, in some implementations, well-known techniques are not specifically described to avoid an undesirable interpretation of the present invention. Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise. Whenever a component is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise.

또한 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. Also, singular forms include plural forms unless the context clearly dictates otherwise.

본 명세서에서 기술하는 구현예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 개략도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. Embodiments described herein will be described with reference to schematic diagrams which are ideal illustrations of the present invention. Thus, the regions illustrated in the figures have schematic attributes and are not intended to limit the scope of the invention. Like reference numerals refer to like elements throughout.

본 발명의 일 구현예에 따라 제공되는 메조 다공성 가교 중합체는, C6 내지 C20의 방향족 고리 잔기, 질소 원자를 포함하는 C3 내지 C12의 헤테로 방향족 고리 잔기, 및 질소 원자를 포함하는 C3 내지 C12의 헤테로 지환족 고리 잔기 중 하나와 2개 이상의 (알킬)아크릴로일기 또는 (알킬)아크릴아미드기를 가지는 아크릴아미드계 가교제로부터 유래된 반복단위; 및 하기 화학식 1로 나타내어지는 하나 이상의 출발 물질로부터 유래한 반복 단위를 포함한다:The mesoporous crosslinked polymer provided according to one embodiment of the present invention is an aromatic ring moiety of C6 to C20, a heteroaromatic ring moiety of C3 to C12 including a nitrogen atom, and a hetero alicyclic ring of C3 to C12 including a nitrogen atom Repeating units derived from an acrylamide crosslinking agent having one of the group ring moieties and two or more (alkyl) acryloyl groups or (alkyl) acrylamide groups; And at least one start represented by Formula 1 Include repeat units derived from the substance:

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00006
Figure pat00006

상기 식에서, R1은 라디칼 반응에 참여하지 않는 반응성 작용기이고, A는 직접 결합이거나 링커로서의 유기 잔기이며, m 및 n은 각각 독립적으로 1 이상의 정수이고, R2는 라디칼 중합 가능한 기이되, m 또는 n 이 2 이상인 경우, 각각의 R1 또는 R2 는 동일하거나 상이하다.Wherein R 1 is a reactive functional group that does not participate in radical reactions, A is a direct bond or an organic moiety as a linker, m and n are each independently an integer of at least 1, and R 2 is a radical polymerizable group, m or When n is 2 or more, each R 1 or R 2 is the same or different.

상기 헤테로 방향족 고리 잔기는 트리아미노트리아진 등 치환 또는 미치환의 트리아진 잔기를 포함하며, 상기 헤테로 지환족 고리 잔기는 헥사히드로트리아진 등 치환 또는 미치환의 헥사히드로트리아진 잔기를 포함한다.The hetero aromatic ring residue includes a substituted or unsubstituted triazine residue such as triaminotriazine, and the hetero alicyclic ring residue includes a substituted or unsubstituted hexahydrotriazine residue such as hexahydrotriazine.

상기 화학식 1에서 R1은 히드록시기, 알콕시기, 이소시아네이트기, 아민기, 술폰산기, 카르복시기, 피리딘기, 에폭시기, 또는 트리메톡시실란 등의 실란계 작용기, 인산기, 우레아기, 술포닐우레아기 및 아지리딘기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, R2는 아크릴레이트, 메타크릴레이트 등의 (알킬)아크릴레이트기, 아크릴아미드, 메타크릴아미드 등의 (알킬)아크릴아미드기, 또는 비닐기일 수 있으며, A는 직접 결합이거나, 혹은 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분기형 알킬렌기, 치환 또는 비치환의 혹은 C1 내지 C30의 알킬렌 잔기를 가진 아민기, 에테르기, 카르보닐기, 에스테르기, 페닐렌, 페닐렌메틸렌기 등 치환 또는 미치환의 C6 내지 C20의 방향족 고리 잔기, 및 시클로헥실렌기 등 치환 또는 미치환의 C3 내지 C20의 지환족 고리 잔기 중 하나 이상을 포함하여 이루어진 유기 잔기일 수 있다. m 및 n 이 2 이상인 경우, 각각의 R1 및 R2 는 동일하거나 상이하다. 더 구체적으로, 연결기인 A는, 직접 결합이거나, 혹은 치환 또는 미치환의, 직쇄 또는 분기형의 C1 내지 C10 알킬렌기, 치환 또는 미치환의, 직쇄 또는 분기형의 C1 내지 C10의 알킬렌 잔기를 가진 아민기, 치환 또는 미치환의 페닐렌기 또는 페닐렌메틸렌기, 치환 또는 미치환의 시클로헥실렌기일 수 있다. In Formula 1, R 1 represents a hydroxyl group, an alkoxy group, an isocyanate group, an amine group, a sulfonic acid group, a carboxyl group, a pyridine group, an epoxy group, or a silane-based functional group such as trimethoxysilane, phosphoric acid group, urea group, sulfonylurea group, and aziri. It may be selected from the group consisting of dine groups, R 2 may be a (alkyl) acrylate group such as acrylate, methacrylate, (alkyl) acrylamide group such as acrylamide, methacrylamide, or vinyl group, A Is a direct bond or a C1 to C30 straight or branched alkylene group, a substituted or unsubstituted or an amine group having an alkylene residue of C1 to C30, an ether group, a carbonyl group, an ester group, a phenylene, a phenylene methylene group, or the like. At least one of substituted or unsubstituted C3 to C20 alicyclic ring residues such as substituted or unsubstituted C6 to C20 aromatic ring residues, and cyclohexylene groups It may be an organic residue made by . When m and n are 2 or more, each of R 1 and R 2 is the same or different. More specifically, the linking group A is a direct bond or a substituted or unsubstituted, straight or branched C1 to C10 alkylene group, a substituted or unsubstituted, straight or branched C1 to C10 alkylene moiety. Amine group, substituted or unsubstituted phenylene group or phenylene methylene group, substituted or unsubstituted cyclohexylene group.

여기서, "치환의" 또는 "치환된" 이라 함은 잔기 내에 존재하는 하나 이상의 수소가 C1 내지 C30의 알킬기, 아미노기, 히드록시기, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 기로 치환되는 것을 의미한다.Here, "substituted" or "substituted" means that at least one hydrogen present in the residue is substituted with a group selected from the group consisting of C1 to C30 alkyl groups, amino groups, hydroxy groups, and combinations thereof.

상기 화학식 1로 나타내어지는 출발물질은 모노머, 올리고머, 폴리머의 형태일 수 있다.The starting material represented by Chemical Formula 1 may be in the form of a monomer, oligomer, or polymer.

일부 구현예에서, 상기 출발 물질은 하기로부터 선택된 1종 이상의 화합물이다:In some embodiments, the starting material is one or more compounds selected from:

Figure pat00007
Figure pat00007

Figure pat00008
Figure pat00008

Figure pat00009
Figure pat00009

상기 식(VII)에서, X는 SO3Na, NH2, 또는 CO2H 이고, 상기 식 (IX) 및 (X) 에서 m, n, l은 각각 1 내지 10000 의 수이다. 상기 메조 다공성 가교 공중합체는 필요에 따라 다양한 링커를 가진 상이한 출발물질로부터 유래된 반복단위를 포함할 수 있으며, 이로써 구조체의 물성, 예컨대, 가요성, 강도, 친수성, 팽윤성을 비교적 자유롭게 조절할 수 있다.In formula (VII), X is SO 3 Na, NH 2 , or CO 2 H, and m, n, 1 in formulas (IX) and (X) are each from 1 to 10000. The mesoporous crosslinked copolymer may include repeating units derived from different starting materials having various linkers as necessary, thereby relatively freely controlling the physical properties of the structure, such as flexibility, strength, hydrophilicity, and swelling.

일부 구현예에서, 상기 가교제는, 페닐렌디(알킬)아크릴아미드, 예컨대, 1,3-페닐렌디(알킬)아크릴아미드, 화학식 2로 나타내어지는 1,4-페닐렌디(알킬)아크릴아미드, 화학식 3으로 나타내어지는 1,3,5-트리(알킬)아크릴로일헥사히드로-1.3.5-트리아진, 및 화학식 4로 나타내어지는 알킬화 멜라민 포름알데히드 중합체의 아크릴아미드 유도체로 이루어진 군으로부터 선택된다:In some embodiments, the crosslinker is phenylenedi (alkyl) acrylamide, such as 1,3-phenylenedi (alkyl) acrylamide, 1,4-phenylenedi (alkyl) acrylamide represented by Formula 2, Formula 3 Is selected from the group consisting of 1,3,5-tri (alkyl) acryloylhexahydro-1.3.5-triazine, and acrylamide derivatives of alkylated melamine formaldehyde polymers represented by Formula 4:

[화학식 2](2)

Figure pat00010
Figure pat00010

(상기 화학식 2에서, R은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬, 예컨대 메틸기임);(In Formula 2, each R is independently hydrogen or alkyl having 1 to 10 carbon atoms, such as a methyl group);

[화학식 3](3)

Figure pat00011
Figure pat00011

(상기 화학식 3에서, R은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬, 예컨대 메틸기임)(In Formula 3, each R is independently hydrogen or alkyl having 1 to 10 carbon atoms, such as a methyl group.)

[화학식 4][Chemical Formula 4]

Figure pat00012
Figure pat00012

(상기 식에서, R은 각각 독립적으로 수소 또는, 직쇄 또는 분기형의 탄소수 1 내지 10의 알킬기이되, 적어도 하나의 R은 알킬이고, R1은 수소이거나 혹은 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 예컨대 메틸기임).Wherein each R is independently hydrogen or a straight or branched alkyl group of 1 to 10 carbon atoms, at least one R is alkyl, and R 1 is hydrogen or an alkyl group of 1 to 10 carbon atoms, such as a methyl group.

상기 아크릴아미드계 가교제는 모노머, 올리고머, 폴리머의 형태일 수 있다.The acrylamide-based crosslinking agent may be in the form of a monomer, oligomer, or polymer.

특정 이론에 의해 구속되려 함은 아니지만, 상기 가교제로부터 유래한 반복 단위는 공중합체의 골격에 강성(rigidity)을 부여하고 세공 구조를 유지함에 기여를 하는 것으로 생각된다.While not wishing to be bound by any theory, it is believed that the repeating units derived from the crosslinking agent contribute to imparting rigidity to the backbone of the copolymer and maintaining the pore structure.

상기 메조 다공성 공중합체 중 상기 가교제와 상기 출발 물질간의 중량 비는 선택된 가교제 및 출발 물질의 종류, 메조 다공성 공중합체의 소망하는 용도, 반응 조건 등에 따라 달라질 수 있으며, 특별히 제한되지는 않으나, 일반적으로 상기 가교제:상기 출발물질의 중량비는, 약 1000:1 내지 약 1:1000 의 범위일 수 있다. 더 구체적으로, 가교제로서 1,3,5-트리아크릴로일헥사히드로 1,3,5-트리아진(이하, THAT)를 선택하고, 반응성 작용기를 가진 출발물질로서 2-아크릴아미도-2-메틸프로판술폰산 (즉, 식(II)의 화합물, 이하 AMPS)를 선택한 경우, 양자 간의 중량비는 약 10 : 1 내지 약 1 : 10 일 수 있다. 가교제 및 반응성 작용기를 가진 출발물질로서 각각 TAHT 및 글리시딜메타크릴레이트 (즉, 식 (IV)의 화합물, 이하 GMA)가 선택된 경우, 양자 간의 중량비는 약 10 : 1 내지 약 1 : 1 일 수 있다. 가교제 및 반응성 작용기를 가진 출발물질로서 각각 TAHT 및 2-이소시아네이토에틸메타크릴레이트 (즉, 식 (I)의 화합물, 이하, MOI)가 선택된 경우, 양자 간의 중량비는 약 10 : 1 내지 약 1 : 10 일 수 있다. The weight ratio between the crosslinking agent and the starting material in the mesoporous copolymer may vary depending on the kind of the selected crosslinking agent and the starting material, the desired use of the mesoporous copolymer, the reaction conditions, and the like, but is not particularly limited. The weight ratio of crosslinking agent to starting material may range from about 1000: 1 to about 1: 1000. More specifically, 1,3,5-triacryloylhexahydro 1,3,5-triazine (hereinafter THAT) is selected as a crosslinking agent, and 2-acrylamido-2- is used as a starting material having a reactive functional group. When methylpropanesulfonic acid (ie, compound of formula (II), hereafter AMPS) is selected, the weight ratio between the two may be about 10: 1 to about 1:10. When TAHT and glycidyl methacrylate (ie, compound of formula (IV), hereinafter GMA), respectively, are selected as starting materials having a crosslinking agent and a reactive functional group, the weight ratio between them can be from about 10: 1 to about 1: 1: 1 have. If TAHT and 2-isocyanatoethylmethacrylate (ie, the compound of formula (I), hereinafter MOI) are selected as starting materials having a crosslinking agent and a reactive functional group, respectively, the weight ratio between them is about 10: 1 to about 1: 10 may be.

일부 구현예에서, 반응성 작용기를 포함한 상기 메조 다공성 공중합체는, 실질적으로 마이크로 세공성(microporosity)을 나타내지 않으며, 주로 메조 세공의 크기를 가지는 다수개의 세공을 포함하여 높은 비표면적 및 낮은 벌크 밀도를 가진다. 예컨대, 상기 메조 다공성 공중합체는, 평균 세공 직경(Mean Pore Diameter)이 약 2 nm 내지 약 100 nm, 구체적으로는 약 5 nm 내지 약 50 nm, 더 구체적으로는 약 5 nm 내지 약 30 nm 일 수 있고, 약 100 m2/g 이상, 예컨대 약 200 m2/g 내지 약 1500 m2/g의 BET 표면적(SSA)을 가질 수 있으며, 약 0.8 g/cm3 이하, 예컨대 약 0.01 m2/g 내지 약 0.3 m2/g 의 벌크 밀도를 가질 수 있고, 약 0.1 m3/g 내지 약 10 m3/g 의 세공 부피(typical pore volume)를 가질 수 있다. 다만, 이러한 값은 가교제와 출발물질의 선택, 양자간의 비율 조정, 반응 조건 등을 통해 필요에 따라 조정할 수 있다. 분자 수준의 세공 크기를 나타내어 선택적 반응 촉매로 이용되지만 활성 부위에 대한 접근 가능성과 물질의 확산에 한계가 있는 마이크로 다공성 재료와 비교할 때, 전술한 바의 물성을 가지는 다수개의 메조 세공을 가진 가교 중합체는 화합물의 출입이 용이하다. 또한, 상기 메조 다공성 가교 중합체의 경우, 벌크 밀도는 낮은 반면 작용기의 밀도는 높게 조정할 수 있으므로, 동일 부피 당 중합체 내에 존재하는 반응성 작용기의 개수를 증가시켜 소량의 구조체에서도 다수개의 반응 사이트를 제공할 수 있다. 또, 비표면적이 높아 촉매 담지 혹은 물리적 흡착을 이용한 기체 저장 등에서 유용하게 사용될 수 있다. 또, 중합체에 포함시킬 수 있는 작용기의 종류가 다양하므로 중합체에 친수성-소수성 등 상이한 물리적 성질을 부여할 수 있다. In some embodiments, the mesoporous copolymer comprising reactive functional groups exhibits substantially no microporosity and has a high specific surface area and low bulk density, including a plurality of pores that are predominantly mesoporous in size. . For example, the mesoporous copolymer may have a mean pore diameter of about 2 nm to about 100 nm, specifically about 5 nm to about 50 nm, more specifically about 5 nm to about 30 nm. And have a BET surface area (SSA) of about 100 m 2 / g or more, such as about 200 m 2 / g to about 1500 m 2 / g, and about 0.8 g / cm 3 or less, such as about 0.01 m 2 / g It may have a bulk density of about 0.3 m 2 / g and may have a pore volume of about 0.1 m 3 / g to about 10 m 3 / g. However, these values may be adjusted as necessary through the selection of the crosslinking agent and the starting material, the ratio adjustment between the two, and the reaction conditions. Compared to microporous materials which exhibit molecular pore sizes and are used as selective reaction catalysts but have limited accessibility to active sites and material diffusion, crosslinked polymers having multiple mesopores having the properties described above Easy entry and exit of the compound. In addition, in the case of the mesoporous crosslinked polymer, the bulk density is low while the density of the functional group can be adjusted to be high, thereby increasing the number of reactive functional groups present in the polymer per volume, thereby providing a plurality of reaction sites even in a small amount of structure. have. In addition, it has a high specific surface area and can be usefully used for supporting the catalyst or storing gas using physical adsorption. Moreover, since the kind of functional group which can be contained in a polymer varies, different physical properties, such as hydrophilicity-hydrophobicity, can be provided to a polymer.

상기 메조 다공성 공중합체는 모노리스(monolith) 형태를 가진 구조체를 형성할 수 있으므로, 촉매, 흡착재료 등의 실제 적용 시 대면적화가 용이하며 팽윤으로 야기되는 문제점 (예컨대, 세공 막힘)이 생길 가능성이 적다. 따라서, 상기 메조 다공성 공중합체는, 반응 촉매(지지체), 액상 또는 기상 화학 반응 (예컨대, 산염기 반응이나 새로운 공유결합 형성 반응)을 이용한 불순물의 선택적 제거/정제, 기체 등의 물리/화학적 흡착/수송 등에 유리하게 이용될 수 있다.Since the mesoporous copolymer can form a monolithic structure, it is easy to make a large area in actual application of catalysts and adsorption materials, and is less likely to cause problems caused by swelling (for example, pore blockage). . Thus, the mesoporous copolymer may be characterized by selective removal / purification of impurities using a reaction catalyst (support), liquid phase or gas phase chemical reaction (e.g. acid group reaction or new covalent bond formation reaction), physical / chemical adsorption / It may be advantageously used for transportation.

특히, 상기 메조 다공성 공중합체는 유기 화학 결합(C-C, C-O, C-N 등)을 기초로 하여 중합체 전체가 유기 화합물이 공유결합을 통해 연결되어 있는 유기계 골격을 가지므로, 가볍고 상대적으로 높은 가요성을 가질 뿐만 아니라, 수열 안정성과 내화학성이 높기 때문에 금속 산화물 또는 유무기 하이브리드 물질에 기초한 종래 기술에 따른 메조 다공성 재료에 비해, 수분에 보다 안정하고 다양한 금속에 대하여 안정성을 나타낸다.In particular, the mesoporous copolymer has a light and relatively high flexibility since the entire polymer has an organic skeleton in which organic compounds are linked through covalent bonds based on organic chemical bonds (CC, CO, CN, etc.). In addition, due to the high hydrothermal stability and chemical resistance, it is more stable to moisture and exhibits stability against various metals compared to the mesoporous materials according to the prior art based on metal oxides or organic-inorganic hybrid materials.

본 발명의 다른 구현예에 따라 제공되는, 반응성 작용기를 포함한 메조 다공성 가교 공중합체의 제조 방법은,Provided according to another embodiment of the present invention, a method for preparing a mesoporous crosslinked copolymer including a reactive functional group,

a) 하기 화학식 1로 나타내어지는 1종 이상의 출발 물질, 및 C6 내지 C20의 방향족 고리 잔기, 질소 원자를 포함하는 C3 내지 C12의 헤테로 방향족 고리 잔기, 및 질소 원자를 포함하는 C3 내지 C12의 헤테로 지환족 고리 잔기 중 하나와 2개 이상의 (알킬)아크릴로일기 또는 (알킬)아크릴아미드기를 가지는 아크릴아미드계 가교제를 용매 내에서 용해시키는 단계:a) at least one starting material represented by the following formula (1), and C6 to C20 aromatic ring residues, C3 to C12 heteroaromatic ring residues containing a nitrogen atom, and C3 to C12 heteroalicyclics Dissolving an acrylamide-based crosslinking agent having at least one of the ring residues and at least two (alkyl) acryloyl groups or (alkyl) acrylamide groups in a solvent:

[화학식 1][Formula 1]

Figure pat00013
Figure pat00013

(상기 식에서, R1, A, m, n, 및 R2는 위에서 정의된 바와 같음); 및Wherein R 1 , A, m, n, and R 2 are as defined above; And

b) 단계 a)에서 수득한 반응 용액에 라디칼 중합 개시제를 부가하고 용해시키고 가열하여 겔을 형성하는 단계를 포함한다.b) adding, dissolving and heating the radical polymerization initiator to the reaction solution obtained in step a) to form a gel.

상기 헤테로 방향족 고리 잔기는 트리아미노트리아진 등 치환 또는 미치환의 트리아진 잔기를 포함하며, 상기 헤테로 지환족 고리 잔기는 헥사히드로트리아진 등 치환 또는 미치환의 헥사히드로트리아진 잔기를 포함한다The hetero aromatic ring moiety includes a substituted or unsubstituted triazine moiety such as triaminotriazine, and the hetero alicyclic ring moiety includes a substituted or unsubstituted hexahydrotriazine moiety such as hexahydrotriazine.

상기 메조 다공성 공중합체의 제조방법은 c) 단계 b)에서 수득한 겔을 숙성(aging)하는 단계; 및 d) 선택에 따라, 단계 c) 에서 숙성된 겔로부터 용매를 치환하고, 선택에 따라 이를 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of preparing the mesoporous copolymer may include the steps of c) aging the gel obtained in step b); And d) optionally, replacing the solvent from the gel aged in step c) and optionally drying it.

상기 제조 방법에 대한 이해를 돕기 위해 일실시예를 도 1에 나타내지만, 상기 방법이 이에 제한되는 것은 아니다. 도 1에 예시된 바와 같이 상기 제조 방법이 비교적 온화한 반응 조건 하에서 진행하는 단순한 졸-젤 공정으로 이루어질 수 있어, 원-팟(one-pot)/원스텝(one-step) 반응으로 목적하는 공중합체를 간편하게 수득할 수 있고, 별도의 수단 없이 중합에 의한 가교겔의 형성으로 상분리가 이루어지므로 계면 활성제 등과 같이 세공 형성을 위한 템플레이트(template)를 필요로 하지 않는다.An example is shown in FIG. 1 to help understand the manufacturing method, but the method is not limited thereto. As illustrated in FIG. 1, the preparation method may consist of a simple sol-gel process that proceeds under relatively mild reaction conditions, thereby providing a desired copolymer in a one-pot / one-step reaction. It can be obtained simply, and phase separation is performed by the formation of a crosslinked gel by polymerization without any other means, and thus a template for forming pores such as a surfactant is not required.

상기 제조 방법에서, 출발 물질의 라디칼 중합 가능한 기인 R2와 가교제의 아크릴아미드기가 라디칼 개시형 중합 반응에 의해 온도 변화, pH 변화 등의 조건 변화에서도 용매에 용해되지 않는 화학적 겔 (chemical gel)을 형성한다. 상기 출발 물질과 상기 가교제를 용해시키기 위한 용매의 종류는 특별히 제한되지 않으며, 상기 출발물질, 상기 가교제, 상기 개시제를 용해시킬 수 있고, 중합/가교가 진행됨에 따라 생성된 가교 중합체가 상분리될 수 있도록 하는 임의의 용매를 적절하게 선택할 수 있다. 사용 가능한 용매의 구체적 예로서는, 아미드류, 예컨대, DMF, DMAC, NMP, 에테르류, 예컨대, THF 등을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 중합 반응을 위한 라디칼 중합 개시제로서는, 라디칼을 생성하여 중합을 개시할 수 있는 임의의 개시제를 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 사용 가능한 개시제로서, AIBN 등의 아조 화합물, 벤조일 퍼옥사이드, 아세틸 퍼옥사이드, 디라우릴 퍼옥사이드 등의 과산화물, 암모늄 퍼설페이트 등을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 개시제의 사용량도 특별히 제한되지 않으며, 출발물질, 가교제의 종류, 소망하는 중합체의 물성 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 개시제는 출발물질 및 가교제의 중량의 합을 기준으로 약 0.001 wt% 내지 약 10 wt% 의 양으로 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 가열 온도 역시 특별히 제한되지 않으며, 개시제, 출발물질, 가교제의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 가열 온도는 약 30 ℃ 내지 약 150 ℃ 의 범위일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 겔을 형성하는 시간도 특별히 제한되지 않으며, 개시제, 출발물질, 가교제의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있다. 예컨대, 겔 형성 시간은 약 0.01 내지 약 3 시간이나, 이에 제한되는 것은 아니다. In the above production method, R 2 , which is a radical polymerizable group of the starting material, and an acrylamide group of the crosslinking agent form a chemical gel which is not dissolved in a solvent even under conditions such as temperature change and pH change by radical initiated polymerization reaction. do. The kind of the solvent for dissolving the starting material and the crosslinking agent is not particularly limited, so that the starting material, the crosslinking agent, the initiator can be dissolved, and the crosslinked polymer produced can be phase separated as the polymerization / crosslinking proceeds. Any solvent to be selected can be appropriately selected. Specific examples of the solvent that can be used include, but are not limited to, amides such as DMF, DMAC, NMP, ethers such as THF, and the like. As the radical polymerization initiator for the polymerization reaction, any initiator capable of generating a radical to initiate polymerization can be used without particular limitation. Examples of initiators that can be used include, but are not limited to, azo compounds such as AIBN, peroxides such as benzoyl peroxide, acetyl peroxide, dilauryl peroxide, ammonium persulfate, and the like. The amount of the initiator is not particularly limited, and may be appropriately selected in consideration of starting materials, types of crosslinking agents, physical properties of desired polymers, and the like. For example, the initiator may be used in an amount of about 0.001 wt% to about 10 wt% based on the sum of the weights of the starting materials and the crosslinking agent, but is not limited thereto. In addition, the heating temperature is not particularly limited, and may be appropriately selected depending on the type of initiator, starting material, and crosslinking agent. For example, the heating temperature is about 30 ℃ to about 150 It may be in the range of ℃, but is not limited thereto. The time for forming the gel is also not particularly limited and may be appropriately selected depending on the type of initiator, starting material and crosslinking agent. For example, the gel formation time is about 0.01 to about 3 hours, but is not limited thereto.

상기 제조 방법은, 유기 화합물을 출발물질로 사용하여 라디칼 반응 경로를 통해 가교 중합체를 형성하므로, 상기 출발 물질에 존재하는 소망하는 반응성 작용기가 중합 반응 후에도 원래의 상태를 유지하면서 나노 사이즈를 가지는 유기 구조물 내에 도입될 수 있다. 따라서, 반응성 작용기의 도입을 위해 합성 후 개질 등의 추가 공정을 필요로 하지 않으므로, 제조 시간 단축, 제조 비용 절감이 가능하다.The production method uses an organic compound as a starting material to form a crosslinked polymer via a radical reaction path, so that the desired reactive functional groups present in the starting material remain in their original state after the polymerization reaction and have a nano-sized organic structure. Can be introduced within. Therefore, no additional process such as post-synthesis reforming is required for the introduction of reactive functional groups, thereby reducing manufacturing time and manufacturing cost.

일부 구현예에서, 단계 b)에서 수득한 겔은, 그의 적용 분야에 따라, 별도의 건조 없이 용매를 치환한 습윤겔(wet gel)로서 준비되거나, 혹은 초임계 건조 등 다양한 건조 방법으로 건조되어 용매가 제거된 다공성 유기 재료, 예컨대 에어로젤, 제로젤 등으로서 준비될 수 있다. 전술한 바와 같이, 출발 물질의 라디칼 중합 가능한 기, R2는 가교제의 아크릴아미드기와 새로운 결합을 이루거나 다른 형태의 작용기로 변환되지만, 출발 물질의 반응성 작용기인 R1은 중합 반응 전후 상태가 동일하여 반응 활성을 가지므로, 수득한 습윤젤 또는 에어로젤 등은 상기 반응성 작용기를 그대로 포함하게 된다.In some embodiments, the gel obtained in step b) is prepared as a wet gel in which the solvent is substituted without additional drying, or dried by various drying methods such as supercritical drying, depending on the field of application thereof. Can be prepared as a porous organic material, such as airgel, zerogel, or the like, which has been removed. As described above, the radically polymerizable group of the starting material, R 2 , forms a new bond with the acrylamide group of the crosslinking agent or is converted to another functional group, but R 1, which is a reactive functional group of the starting material, is the same before and after the polymerization reaction. Since it has a reaction activity, the obtained wet gel or aerogel and the like will contain the reactive functional group as it is.

상기 숙성은, 상압, 젤화 반응 온도 등의 조건 하에서 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The aging may be performed under conditions such as atmospheric pressure and gelation reaction temperature, but is not limited thereto.

용매 치환을 위한 용매는 특별히 제한되지 않으며, 제조된 중합체의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있다. 용매 치환을 위해 사용 가능한 용매의 구체적 예로서, 아세톤 등의 케톤류, 알코올류, 에테르류 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The solvent for solvent substitution is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the kind of polymer prepared. Specific examples of the solvent usable for the solvent substitution include ketones such as acetone, alcohols, ethers, and the like, but are not limited thereto.

상기 건조의 방법은 제조된 중합체의 종류, 중합체 내에 포함되어 있는 용매의 종류, 온도 등에 따라 건조 후에도 가교겔에 형성된 세공이 유지될 수 있도록 적절히 선택할 수 있다. 사용 가능한 건조 방법의 구체적인 예로서, 단순 건조, 초임계 건조, 감압 건조, 냉동 감압 건조 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The drying method may be appropriately selected so that the pores formed in the crosslinked gel can be maintained even after drying depending on the kind of the polymer prepared, the kind of the solvent contained in the polymer, the temperature, and the like. Specific examples of the drying method that can be used include, but are not limited to, simple drying, supercritical drying, vacuum drying, freeze drying, and the like.

상기 제조된 메조 다공성 가교 공중합체는, 석유화학, 정밀화학, 에너지 환경 분야를 포함한 다양한 분야에서의 각종 반응 촉매, 예컨대, 당류 등 바이오 매스(biomass)의 산가수 분해 촉매, 알킬화 촉매, 알돌화, 카르보닐화, 크뇌베나겔(Knoevenagel) 반응 등을 위한 염기 촉매, 비스페놀 A를 위한 아세톤 및 페놀의 축합 등 각종 축합 반응용 촉매, 3차 부틸 알코올의 탈수 반응 등 각종 탈수 반응 촉매, 이량화 반응 촉매, 에스테르 반응 촉매, 에테르화 반응 촉매, 수화 반응(hydration) 촉매, 선택적 수소화 반응 촉매 등과 그 지지체, 물리/화학 흡착 또는 분자 인지 등을 이용한 물질의 선택적 제거/분리/수송, 나노 다공성 막, 반응막, 화학/물리 흡착을 이용한 기체 담지(저장/수송/분리), 고체 반응용 지지체 등에서 그 유용성을 찾을 수 있다.The prepared mesoporous crosslinked copolymers are various reaction catalysts in various fields including petrochemical, fine chemistry, and energy environment fields, for example, acid hydrolysis catalysts, alkylation catalysts, aldolization of biomass such as sugars, Base catalysts for carbonylation, Knoevenagel reactions, catalysts for various condensation reactions such as condensation of acetone and phenol for bisphenol A, various dehydration reaction catalysts such as dehydration of tertiary butyl alcohol, dimerization catalysts , Selective removal / separation / transportation of materials using ester reaction catalysts, etherification catalysts, hydration catalysts, selective hydrogenation catalysts and the like, their support, physical / chemical adsorption or molecular recognition, nanoporous membranes, reaction membranes Its usefulness can be found in gas support (storage / transport / separation) using chemical / physical adsorption, supports for solid reactions, and the like.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 본 발명이 제한되어서는 아니된다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. It is to be understood, however, that the embodiments described below are only for illustrative purposes or to illustrate the present invention, and the present invention should not be limited thereby.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example 1:  One: TAHTTAHT -- AMPSAMPS 메조 다공성 가교 중합체의 제조 Preparation of Mesoporous Crosslinked Polymer

2.0 g 의 1,3,5-트리아크릴로일헥사히드로-1,3,5-트리아진 (이하, TAHT, Tokyo chemical Industry Co. Ltd. 로부터 입수) 및 0.5 g의 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산 (이하, AMPS, Aldrich Chemical Co. Ltd. 로부터 입수)을 25 ml의 디메틸포름아미드(DMF)에 용해시켜 반응물 용액을 준비한다. 상기 반응물 용액에, 주변 온도에서 0.0125 g의 아조비스이소부티로니트릴 (이하, AIBN)을 부가하여 용해시킨 후 반응 혼합물을 오븐에서 80℃까지 가열한다. 상기 온도에서 용액이 겔화될 수 있도록 한 다음 (이 경우, 겔화 시간은 약 5분 이하임), 80 ℃ 에서 8 시간 동안 숙성시킨다. 이 후, 상기 겔을 꺼내고 아세톤으로 세정하여 용매 치환을 수행하고, 이렇게 얻어진 겔을 약 40 ℃의 온도 및 100 bar 의 조건 하에 초임계 CO2를 사용하여 건조시켜 모노리스 형태의 TAHT-co-AMPS 건조 겔을 수득한다.
2.0 g of 1,3,5-triacryloylhexahydro-1,3,5-triazine (hereinafter available from TAHT, Tokyo Chemical Industry Co. Ltd.) and 0.5 g of 2-acrylamido-2 Prepare the reactant solution by dissolving methylpropane sulfonic acid (hereinafter AMPS, available from Aldrich Chemical Co. Ltd.) in 25 ml of dimethylformamide (DMF). To the reactant solution, 0.0125 g of azobisisobutyronitrile (hereinafter referred to as AIBN) is added and dissolved at ambient temperature and the reaction mixture is then heated to 80 ° C. in an oven. Allow the solution to gel at this temperature (in this case, the gelation time is less than or equal to about 5 minutes) and then aged at 80 ° C. for 8 hours. Thereafter, the gel was taken out and washed with acetone to carry out solvent substitution, and the gel thus obtained was dried using supercritical CO 2 under a temperature of about 40 ° C. and 100 bar, thereby drying TAHT-co-AMPS in monolithic form. Obtain a gel.

실시예Example 2:  2: TAHTTAHT -- GMAGMA 메조 다공성 중합체의 제조 Preparation of Mesoporous Polymers

AMPS 대신, 0.5 g 의 글리시딜 메타크릴레이트 (이하, GMA, Aldrich Chemical Co. Ltd. 로부터 입수)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 TAHT-co-GMA 건조 겔을 제조한다.
Instead of AMPS, except that 0.5 g glycidyl methacrylate (hereafter obtained from GMA, Aldrich Chemical Co. Ltd.) was used TAHT-co-GMA dry gel was prepared in the same manner as in Example 1.

실시예Example 3:  3: TAHTTAHT -- MOIMOI 메조 다공성 중합체의 제조 Preparation of Mesoporous Polymers

AMPS 대신, 0.5 g 의 2-이소시아네이토에틸메타크리레이트 (이하, MOI, Showwa Denko K.K.로부터 입수)를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 TAHT-co-MOI 건조 겔을 제조한다.
Instead of AMPS, except that 0.5 g of 2-isocyanatoethyl methacrylate (hereinafter obtained from MOI, Showwa Denko KK) was used TAHT-co-MOI dry gel was prepared in the same manner as in Example 1.

실시예Example 4: 알킬화 멜라민 포름알데히드 공중합체 유도체와  4: alkylated melamine formaldehyde copolymer derivatives and AMPSAMPS 를 사용한 메조 다공성 공중합체의 제조Preparation of Mesoporous Copolymer

하기 화학식의 반복단위로 이루어진 메틸화 멜라민 포름알데히드 공중합체의 아크릴아미드 유도체(이하, PFMFA, 80 wt %, Aldrich Chemical Co. Ltd. 로부터 입수) 2.5 g 및 AMPS (Aldrich Chemical Co. Ltd. 로부터 입수) 0.5 g을 24.5 ml 의 DMF에 용해시켜 반응물 용액을 준비한다. 상기 반응물 용액에, 주변 온도에서 0.0125 g의 AIBN을 부가하여 용해시킨 후 반응 혼합물을 오븐에서 80 ℃까지 가열한다. 상기 온도에서 용액이 겔화될 수 있도록 한 다음 (겔화 시간은 약 5분 이하임), 80 ℃ 에서 8 시간 동안 숙성시킨다. 이 후, 상기 겔을 꺼내고 아세톤으로 세정하여 용매 치환을 수행한 다음, 이렇게 얻어진 모노리스형 겔을 약 40 ℃의 온도 및 100 bar 의 조건 하에 초임계 CO2를 사용하여 건조시켜 메틸화 멜라민 포름알데히드 공중합체 PFMFA-co-AMPS 건조 겔을 수득한다:Acrylamide derivative of methylated melamine formaldehyde copolymer consisting of repeating units of the following formula (hereinafter PFMFA, 80 wt%, available from Aldrich Chemical Co. Ltd.) 2.5 g and AMPS (obtained from Aldrich Chemical Co. Ltd.) 0.5 Prepare the reactant solution by dissolving g in 24.5 ml of DMF. To the reactant solution, 0.0125 g of AIBN is added to dissolve at ambient temperature and the reaction mixture is then heated to 80 ° C. in an oven. Allow the solution to gel at this temperature (gel time is less than about 5 minutes) and then age at 80 ° C. for 8 hours. Subsequently, the gel was taken out, washed with acetone to carry out solvent substitution, and the monolithic gel thus obtained was dried using supercritical CO 2 under a temperature of about 40 ° C. and 100 bar to form a methylated melamine formaldehyde copolymer. Obtain PFMFA-co-AMPS dry gel:

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실시예Example 5: 1,4- 5: 1,4- 페닐렌디아크릴아미드Phenylenediacrylamide -- AMPSAMPS 메조 다공성 중합체의 제조 Preparation of Mesoporous Polymers

TAHT 대신, 2.0 g 의 1,4-페닐렌디아크릴아미드를 가교제로서 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 1,4-페닐렌디아크릴아미드-AMPS 건조 겔을 제조한다.
A 1,4-phenylenediacrylamide-AMPS dry gel was prepared in the same manner as in Example 1 except that instead of TAHT, 2.0 g of 1,4-phenylenediacrylamide was used as the crosslinking agent.

실험예Experimental Example 1- 제조된 가교 공중합체의 특성 분석 1- Characterization of the prepared crosslinked copolymer

(1) FT-IR 및 고체 탄소 NMR (solid carbon NMR)을 이용한 공중합체의 분광학적 분석(1) Spectroscopic analysis of copolymers using FT-IR and solid carbon NMR

TAHT와 AMPS, TAHT와 GMA, 및 TAHT와 MOI의 공중합체의 형성을 확인하기 위해, 실시예 1 내지 실시예 3으로부터 수득한 메조 다공성 건조 겔 및 TAHT 단순 중합체(이하, pTAHT라 함)에 대하여 FT-IR 분광기 및 13C NMR 분광기를 사용하여 FT-IR 분석 및 고체 13C 교차 분극 매직 앵글 스피닝 (cross polarization magic angle spinning: CP MAS) NMR 분석을 수행하고 그 결과를 도 2 및 도 3에 각각 나타내었다.FT for mesoporous dry gel and TAHT simple polymers (hereinafter referred to as pTAHT) obtained from Examples 1 to 3 to confirm the formation of copolymers of TAHT and AMPS, TAHT and GMA, and TAHT and MOI. Perform FT-IR analysis and solid 13 C cross polarization magic angle spinning (CP MAS) NMR analysis using -IR spectrometer and 13 C NMR spectrometer and the results are shown in FIGS. 2 and 3 respectively. It was.

도 2에 나타낸 바와 같이, pTAHT (도 2에서, TAHT)의 IR 스펙트럼과 비교할 때, 수득한 건조겔은 IR 스펙트럼에서 각각 서로 다른 특성 피크를 나타내었다. 구체적으로, TAHT-co-AMPS 건조 겔 (도 2에서 TcA)의 경우 1368 cm- 1 에서 설폰산의 특성 피크를 나타내었고, TAHT-co-GMA 건조 겔 (도 2에서, TcG)의 경우 1187/1126 cm-1 에서 에폭시기의 특성 피크를 나타내었으며, TAHT-co-MOI 건조 겔 (도 2에서 TcM)의 경우 2273cm- 1 에서 이소시아네이트의 특성 피크를 나타내었다. 상기 결과로부터 가교 공중합체의 골격에 출발물질로부터 유래된 반응성 작용기가 성공적으로 도입되었음을 알 수 있다.As shown in FIG. 2, when compared to the IR spectrum of pTAHT (TAHT in FIG. 2), the obtained dried gels exhibited different characteristic peaks in the IR spectrum. Specifically, TAHT-co-AMPS dried gel 1368 cm For the (in Fig. 2 TcA) - In the case of 1 showed a characteristic peak of the acid from (from FIG. 2, TcG) TAHT-co- GMA dried gel 1187 / 1126 exhibited a characteristic of the epoxy group peak in cm -1, 2273cm for (TcM in Fig. 2) TAHT-co-MOI drying gel-exhibited a characteristic peak for the isocyanate in one. From the above results, it can be seen that the reactive functional group derived from the starting material was successfully introduced into the skeleton of the crosslinked copolymer.

한편, 도 3에 나타낸 바와 같이, pTAHT (도 3에서, TAHT)의 고체 C NMR 스펙트럼은 207, 174, 128, 57, 및 36 ppm 부근에서 피크를 나타낸 반면, 실시예 1의 TAHT-co-AMPS (도 3에서 TcA), 실시예 2의 TAHT-co-GMA (도 3에서 TcG), 및 실시예 3의 TAHT-co-MOI (도 3에서, TcM)는, 각각 pTAHT의 피크 이외에 각각 27ppm (TAHT-co-AMPS), 45/48 ppm(TAHT-co-MOI), 및 45 ppm (TAHT-co-GMA)에서 추가의 피크를 나타내었다. 이러한 피크는 TAHT 단순 중합체에는 존재하지 않는, 산소에 부착된 메틸 또는 메틸렌으로부터의 탄소의 존재를 확인할 수 있게 하는 것이다.
On the other hand, as shown in FIG. 3, the solid C NMR spectrum of pTAHT (TAHT in FIG. 3) showed peaks around 207, 174, 128, 57, and 36 ppm, whereas TAHT-co-AMPS of Example 1 (TcA in FIG. 3), TAHT-co-GMA (TcG in FIG. 3) of Example 2, and TAHT-co-MOI (TcM in FIG. 3) of Example 3, respectively, were 27 ppm (in addition to the peak of pTAHT). TAHT-co-AMPS), 45/48 ppm (TAHT-co-MOI), and 45 ppm (TAHT-co-GMA) showed additional peaks. These peaks make it possible to identify the presence of carbon from methyl or methylene attached to oxygen, which is not present in TAHT simple polymers.

(2) SEM 분석 (2) SEM analysis

실시예 1에서 제조한 모노리스형 겔의 주사전자 현미경 사진(SEM)을 도 4에 도시한다. 상기 도 4으로부터 실시예 1에서 수득한 겔이 메조 다공성임을 알 수 있다.
A scanning electron micrograph (SEM) of the monolithic gel prepared in Example 1 is shown in FIG. 4. It can be seen from FIG. 4 that the gel obtained in Example 1 is mesoporous.

(3) N2 흡착-탈착 분석(3) N 2 adsorption-desorption analysis

실시예 1 내지 3에서 수득한 TAHT-co-AMPS 건조 겔(도 5에서, TcA로 약칭함), TAHT-co-GMA 건조 겔(도 5에서, TcG로 약칭함), TAHT-co-MOI 건조 겔(도 5에서, TcM로 약칭함)에 대하여 77K에서 N2 흡착-탈착 분석을 수행하고, 그 결과로 얻은 N2 흡착-탈착 등온 곡선을 도 5에 나타내었다. 상기 곡선으로부터 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1 내지 3에서 수득한 건조겔들은 주로 메조 다공성으로서, 50 내지 100nm의 보다 큰 세공의 존재를 나타내며, 마이크로 다공성은 관찰되지 않았다.TAHT-co-AMPS dry gel obtained in Examples 1 to 3 (abbreviated as TcA in FIG. 5), TAHT-co-GMA dry gel (abbreviated as TcG in FIG. 5), TAHT-co-MOI dry N 2 adsorption-desorption analysis at 77K was performed on the gel (abbreviated as TcM in FIG. 5), and the resulting N 2 adsorption-desorption isotherm curve is shown in FIG. 5. As can be seen from the curve, the dried gels obtained in Examples 1 to 3 were mainly mesoporous, indicating the presence of larger pores of 50 to 100 nm, and no microporosity was observed.

샘플들의 이러한 등온 곡선으로부터 수득한, 나노 다공성 재료의 형태학적 특성, 표면적, 세공 부피, 세공 크기를 하기 표 1에 요약한다:The morphological properties, surface area, pore volume and pore size of the nanoporous material obtained from these isothermal curves of the samples are summarized in Table 1 below:

Figure pat00015
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a: TAHT 와 AMPS간의 중량비는 2:1이고, TAHT 와 GMA 및 TAHT 와 MOI의 중량비는 각각 4:1 임. a: The weight ratio between TAHT and AMPS is 2: 1, and the weight ratio of TAHT and GMA and TAHT and MOI is 4: 1, respectively.

b: 벌크 밀도b: bulk density

c: BET 표면적 c: BET surface area

d: 전형적 세공 부피(typical pore volume)d: typical pore volume

e: 평균 세공 직경e: average pore diameter

이러한 분광학적 분석, SEM 분석, 질소흡착 분석결과로부터, 라디칼 중합을 이용한 간단한 졸-겔 공정을 경유하여 고도로 관능화된 메조 나공성의 유기 재료가 형성되었음을 알 수 있다.
From the results of spectroscopic analysis, SEM analysis and nitrogen adsorption analysis, it can be seen that a highly functionalized mesoporous organic material was formed via a simple sol-gel process using radical polymerization.

실험예Experimental Example 2- 제조된 메조 다공성 가교 공중합체의 촉매 성능 평가 2- Catalytic Performance Evaluation of Prepared Mesoporous Crosslinked Copolymers

실시예 1에서 수득한 TAHT-co-AMPS (2:1)를 촉매로 이용하여 하기 반응식에 따라, 부탄올과 3,4-디하이드로피란을 실온에서 20 시간 동안 방치하여 에테르화 반응을 수행하였다:According to the following scheme using TAHT-co-AMPS (2: 1) obtained in Example 1, butanol and 3,4-dihydropyran were left at room temperature for 20 hours to perform an etherification reaction:

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전환 수율은 98% 이상이었다.
The conversion yield was at least 98%.

실험예Experimental Example 3- 제조된 메조 다공성 공중합체의 아민 흡착  3- Amine Adsorption of Prepared Mesoporous Copolymers 성능 시험Performance test

흡착 매질로서 실시예 1 내지 3에서 제조된 메조 다공성 공중합체를, 내부 표준(internal standard)로서 트리메틸벤젠을 사용하여 CH2(BuNH2)의 흡착 시험을 수행 (조건: 실온, 1시간 교반)하였고, 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.The mesoporous copolymers prepared in Examples 1 to 3 as the adsorption medium were subjected to adsorption tests of CH 2 (BuNH 2 ) using trimethylbenzene as the internal standard (conditions: room temperature, stirred for 1 hour). The results are shown in Table 2 below.

샘플Sample Ar-H (TMB)Ar-H (TMB) CH2(BuNH2)CH 2 (BuNH 2 ) NH2 흡착율NH 2 adsorption rate 기준standard 1.01.0 3.813.81 0%0% THAT-co-AMPSTHAT-co-AMPS 1.01.0 0.360.36 90.6%90.6% THAT-co-GMATHAT-co-GMA 1.01.0 3.493.49 8.4%8.4% THAT-co-MOITHAT-co-MOI 1.01.0 3.283.28 13.9%13.9%

치환기의 종류에 따라, 산/염기 반응에 의해 흡착 반응이 일어나는 THAT-co-AMPS의 경우 90.6%의 흡착율을, 화학 결합에 의해 흡착 반응이 일어나는 THAT-co-GMA 및 THAT-co-MOI의 경우, 각각 8.4% 및 13.9%의 흡착율을 나타내었다.Depending on the type of substituent, the adsorption rate of 90.6% for THAT-co-AMPS where the adsorption reaction occurs by acid / base reaction, and THAT-co-GMA and THAT-co-MOI where adsorption reaction occurs by chemical bonding , Adsorption rates of 8.4% and 13.9%, respectively.

상기 실험예 2 및 3로부터, 실시예 1 내지 3에서 제조한 메조 다공성 가교 공중합체가 촉매 또는 흡착 매질로서 유리하게 사용될 수 있음을 알 수 있다.From Experimental Examples 2 and 3, it can be seen that the mesoporous crosslinked copolymers prepared in Examples 1 to 3 can be advantageously used as catalysts or adsorption media.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 첨부된 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, And falls within the scope of the invention.

Claims (20)

하기 화학식 1로 나타내어지는 1종 이상의 출발물질로부터 유래된 반복 단위:
[화학식 1]
Figure pat00017

상기 식에서, R1은 라디칼 반응에 참여하지 않는 반응성 작용기이고, A는 직접 결합이거나 링커(linker)로서의 유기 잔기(organic moiety)이며, m 및 n은 각각 독립적으로 1 이상의 정수이고, R2는 라디칼 중합 가능한 기이되, m 또는 n 이 2 이상인 경우, 각각의 R1 또는 R2 는 동일하거나 상이함; 및
C6 내지 C20의 방향족 고리, 질소 원자를 포함하는 C3 내지 C12의 헤테로 방향족 고리 잔기, 및 질소 원자를 포함하는 C3 내지 C12의 헤테로 지환족 고리 잔기 중 하나와 2개 이상의 (알킬)아크릴로일기 또는 (알킬)아크릴아미드기를 가지는 아크릴아미드계 가교제로부터 유래된 반복 단위
를 포함하는 메조 다공성 가교 공중합체.
Recurring units derived from one or more starting materials represented by Formula 1:
[Chemical Formula 1]
Figure pat00017

Wherein R 1 is a reactive functional group that does not participate in a radical reaction, A is a direct bond or an organic moiety as a linker, m and n are each independently an integer of 1 or more, and R 2 is a radical Polymerizable groups, provided that when m or n is 2 or more, each R 1 or R 2 is the same or different; And
Two or more (alkyl) acryloyl groups or one of a C6 to C20 aromatic ring, a C3 to C12 heteroaromatic ring residue comprising a nitrogen atom, and a C3 to C12 heteroalicyclic ring residue comprising a nitrogen atom or ( Repeating unit derived from acrylamide crosslinking agent which has an alkyl) acrylamide group
Mesoporous crosslinked copolymer comprising a.
제1항에 있어서,
상기 화학식 1에서, R1은 히드록시기, 알콕시기, 이소시아네이트기, 아민기, 술폰산기, 카르복시기, 피리딘기, 에폭시기, 또는실란계 작용기, 인산기, 우레아기, 술포닐 우레아기 및 아지리딘기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, R2는 (알킬)아크릴레이트기, (알킬)아크릴아미드기, 또는 비닐기일 수 있으며, A는 직접 결합이거나, 혹은 C1 내지 C30의 치환 또는 미치환의 직쇄 또는 분기형인 알킬렌기, 치환 또는 미치환의 C1 내지 C30의 알킬렌 잔기를 포함하는 아민기, 에테르기, 카르보닐기, 에스테르기, 치환 또는 미치환의 C6 내지 C20의 방향족 고리 잔기, 및 치환 또는 미치환의 C3 내지 C20의 지환족 고리 잔기 중 하나 이상을 포함하여 이루어진 유기 잔기인 메조 다공성 가교 공중합체.
The method of claim 1,
In Formula 1, R 1 is a hydroxy group, alkoxy group, isocyanate group, amine group, sulfonic acid group, carboxyl group, pyridine group, epoxy group or silane functional group, phosphoric acid group, urea group, sulfonyl urea group and aziridine group May be selected, R 2 may be a (alkyl) acrylate group, a (alkyl) acrylamide group, or a vinyl group, and A is a direct bond or a substituted or unsubstituted linear or branched alkylene group of C1 to C30. Of amine groups, ether groups, carbonyl groups, ester groups, substituted or unsubstituted C6 to C20 aromatic ring residues, and substituted or unsubstituted C3 to C20, including substituted or unsubstituted C1 to C30 alkylene residues. A mesoporous crosslinked copolymer which is an organic moiety comprising at least one of alicyclic ring moieties .
제1항에 있어서,
상기 출발물질은 하기 식 (I) 내지 (X)로 이루어진 군으로부터 선택된 화합물인 메조 다공성 가교 공중합체:
Figure pat00018

Figure pat00019

Figure pat00020

상기 식(VII)에서, X는 SO3Na, NH2, 또는 CO2H 이고, 상기 식 (IX) 및 (X)에서 m, n, l은 각각 1 내지 10000의 수임.
The method of claim 1,
The starting material is a mesoporous crosslinked copolymer which is a compound selected from the group consisting of the following formulas (I) to (X):
Figure pat00018

Figure pat00019

Figure pat00020

In formula (VII), X is SO 3 Na, NH 2 , or CO 2 H, and m, n, 1 in formulas (IX) and (X) are each from 1 to 10000 .
제1항에 있어서,
상기 헤테로 방향족 고리 잔기는 치환 또는 미치환의 트리아진 잔기를 포함하며, 상기 헤테로지환족 고리 잔기는 치환 또는 미치환의 헥사히드로트리아진 잔기를 포함하는 메조 다공성 가교 공중합체.
The method of claim 1,
The heteroaromatic ring moiety comprises a substituted or unsubstituted triazine moiety, and the heteroalicyclic ring moiety comprises a substituted or unsubstituted hexahydrotriazine moiety.
제1항에 있어서,
상기 가교제는, 페닐렌디(알킬)아크릴아미드, 화학식 3으로 나타내어지는 1,3,5-트리(알킬)아크릴로일헥사히드로-1,3,5-트리아진, 및 화학식 4로 나타내어지는 알킬화 멜라민 포름알데히드 중합체의 (알킬)아크릴아미드 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 메조 다공성 가교 공중합체:
[화학식 3]
Figure pat00021

상기 화학식 3에서, R은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬임;
[화학식 4]
Figure pat00022

상기 식에서, R은 각각 독립적으로 수소 또는, 직쇄 또는 분기형의 탄소수 1 내지 10의 알킬기이되, 적어도 하나의 R은 알킬이고, R1은 수소이거나 혹은 탄소수 1 내지 10의 알킬기임.
The method of claim 1,
The crosslinking agent is phenylenedi (alkyl) acrylamide, 1,3,5-tri (alkyl) acryloylhexahydro-1,3,5-triazine represented by formula (3), and alkylated melamine represented by formula (4). Mesoporous crosslinked copolymers selected from the group consisting of (alkyl) acrylamide derivatives of formaldehyde polymers:
(3)
Figure pat00021

In Formula 3, R is each independently hydrogen or alkyl having 1 to 10 carbon atoms;
[Chemical Formula 4]
Figure pat00022

Wherein R is each independently hydrogen or a linear or branched alkyl group of 1 to 10 carbon atoms, at least one of R is alkyl, and R 1 is hydrogen or an alkyl group of 1 to 10 carbon atoms.
제1항에 있어서,
메조 세공을 포함한 모노리스 형태인 메조 다공성 가교 공중합체.
The method of claim 1,
Mesoporous crosslinked copolymer in monolithic form containing mesopores.
제1항에 있어서,
상기 메조 다공성 가교 공중합체에서, 상기 가교제:상기 출발물질 간의 중량비는, 1000:1 내지 1:1000인 메조 다공성 가교 공중합체.
The method of claim 1,
In the mesoporous crosslinked copolymer, the weight ratio between the crosslinking agent and the starting material is 1000: 1 to 1: 1000 mesoporous crosslinked copolymer.
제1항에 있어서,
상기 메조 다공성 공중합체는, 평균 세공 직경이 2nm 내지 100 nm인 메조 다공성 공중합체.
The method of claim 1,
The mesoporous copolymer is a mesoporous copolymer having an average pore diameter of 2 nm to 100 nm.
제1항에 있어서,
상기 메조 다공성 공중합체는, 100 m2/g 이상의 BET 표면적, 0.8 g/cm3 이하의 벌크 밀도, 및 0.1 m3/g 내지 10 m3/g의 세공 부피 중 하나 이상을 가지는 것을 특징으로 하는 메조 다공성 공중합체.
The method of claim 1,
The mesoporous copolymer has at least one of a BET surface area of at least 100 m 2 / g, a bulk density of at most 0.8 g / cm 3 , and a pore volume of 0.1 m 3 / g to 10 m 3 / g. Mesoporous copolymer.
하기 단계를 포함하는, 반응성 작용기를 가진 메조 다공성 가교 공중합체의 제조 방법:
a) 하기 화학식 1로 나타내어지는 1종 이상의 출발 물질:
[화학식 1]
Figure pat00023

상기 식에서, R1은 라디칼 반응에 참여하지 않는 반응성 작용기이고, A는 직접 결합이거나 링커로서의 유기 잔기이며, m 및 n은 각각 독립적으로 1 이상의 정수이고, R2는 라디칼 중합 가능한 기이되, m 또는 n 이 2 이상인 경우, 각각의 R1 또는 R2 는 동일하거나 상이함; 및
C6 내지 C20의 방향족 고리, 질소 원자를 포함하는 C3 내지 C12의 헤테로 방향족 고리 잔기, 및 질소 원자를 포함하는 C3 내지 C12의 헤테로 지환족 고리 잔기 중 하나와 2개 이상의 (알킬)아크릴로일기 또는 (알킬)아크릴아미드기를 가지는 아크릴아미드계 가교제를 용매 내에서 용해시키는 단계; 및
b) 단계 a)에서 수득한 반응 용액에 라디칼 중합 개시제를 부가하고, 용해시키고, 가열하여, 메조 다공성 가교 공중합체 겔을 형성하는 단계.
A process for preparing a mesoporous crosslinked copolymer having a reactive functional group, comprising the following steps:
a) at least one starting material represented by formula (1):
[Chemical Formula 1]
Figure pat00023

Wherein R 1 is a reactive functional group that does not participate in radical reactions, A is a direct bond or an organic moiety as a linker, m and n are each independently an integer of at least 1, and R 2 is a radical polymerizable group, m or when n is 2 or more, each R 1 or R 2 is the same or different; And
Two or more (alkyl) acryloyl groups or one of a C6 to C20 aromatic ring, a C3 to C12 heteroaromatic ring residue comprising a nitrogen atom, and a C3 to C12 heteroalicyclic ring residue comprising a nitrogen atom or ( Dissolving an acrylamide-based crosslinking agent having an alkyl) acrylamide group in a solvent; And
b) adding a radical polymerization initiator to the reaction solution obtained in step a), dissolving and heating to form a mesoporous crosslinked copolymer gel.
제10항에 있어서,
상기 화학식 1에서, R1은 히드록시기, 알콕시기, 이소시아네이트기, 아민기, 술폰산기, 카르복시기, 피리딘기, 에폭시기, 실란계 작용기, 인산기, 우레아기, 술포닐우레아기, 및 아지리딘기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있고, R2는 (알킬)아크릴레이트기, (알킬)아크릴아미드기, 또는 비닐기일 수 있으며, A는 직접 결합이거나, 혹은 C1 내지 C30의 치환 또는 미치환의 직쇄 또는 분기형 알킬렌기, 치환 또는 미치환의, C1 내지 C30의 알킬렌 잔기를 포함한 아민기, 에테르기, 카르보닐기, 에스테르기, 치환 또는 미치환의 C6 내지 C20의 방향족 고리 잔기, 및 치환 또는 미치환의 C3 내지 C20의 지환족 고리 잔기 중 하나 이상을 포함하여 이루어진 유기 잔기인, 반응성 작용기를 가진 메조 다공성 가교 공중합체의 제조 방법.
The method of claim 10,
In Formula 1, R 1 is a hydroxy group, alkoxy group, isocyanate group, amine group, sulfonic acid group, carboxyl group, pyridine group, epoxy group, silane-based functional group, phosphoric acid group, urea group, sulfonylurea group, and aziridine group May be selected, R 2 may be a (alkyl) acrylate group, a (alkyl) acrylamide group, or a vinyl group, and A is a direct bond or a substituted or unsubstituted straight or branched alkylene group of C1 to C30. , Substituted or unsubstituted amine group including C1 to C30 alkylene residue, ether group, carbonyl group, ester group, substituted or unsubstituted C6 to C20 aromatic ring residue, and substituted or unsubstituted C3 to C20 A process for producing a mesoporous crosslinked copolymer having a reactive functional group, which is an organic moiety comprising at least one of alicyclic ring moieties.
제10항에 있어서,
상기 헤테로 방향족 고리 잔기는 치환 또는 미치환의 트리아진 잔기를 포함하며, 상기 헤테로 지환족 고리 잔기는 치환 또는 미치환의 헥사히드로트리아진 잔기를 포함하는, 반응성 작용기를 가진 메조 다공성 가교 공중합체의 제조 방법.
The method of claim 10,
The heteroaromatic ring moiety comprises a substituted or unsubstituted triazine moiety, and the hetero alicyclic ring moiety comprises a substituted or unsubstituted hexahydrotriazine moiety, preparing a mesoporous crosslinked copolymer having a reactive functional group. Way.
제10항에 있어서,
상기 가교제는, 페닐렌디(알킬)아크릴아미드, 화학식 3으로 나타내어지는 1,3,5-트리(알킬)아크릴로일헥사히드로-1,3,5-트리아진, 및 화학식 4로 나타내어지는 알킬화 멜라민 포름알데히드 중합체의 아크릴아미드계 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는, 반응성 작용기를 가진 메조 다공성 가교 공중합체의 제조 방법:
[화학식 3]
Figure pat00024

(상기 식에서, R은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬임)
[화학식 4]
Figure pat00025

(상기 식에서, R은 각각 독립적으로 수소 또는, 직쇄 또는 분기형의 탄소수 1 내지 10의 알킬기이되, 적어도 하나의 R은 알킬이고, R1은 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬임).
The method of claim 10,
The crosslinking agent is phenylenedi (alkyl) acrylamide, 1,3,5-tri (alkyl) acryloylhexahydro-1,3,5-triazine represented by formula (3), and alkylated melamine represented by formula (4). Process for preparing a mesoporous crosslinked copolymer having a reactive functional group, selected from the group consisting of acrylamide derivatives of formaldehyde polymers:
(3)
Figure pat00024

Wherein each R is independently hydrogen or alkyl of 1 to 10 carbon atoms
[Chemical Formula 4]
Figure pat00025

Wherein each R is independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, straight or branched, at least one R is alkyl, and each R 1 is independently hydrogen or alkyl of 1 to 10 carbon atoms.
제10항에 있어서,
c) 단계 b)에서 수득한 겔을 숙성(aging)시키는 단계; 및 d) 선택에 따라 단계 c) 에서 숙성된 겔을 건조하는 단계를 더 포함하는, 반응성 작용기를 가진 메조 다공성 가교 공중합체의 제조 방법.
The method of claim 10,
c) aging the gel obtained in step b); And d) optionally drying the gel aged in step c).
제10항에 있어서,
상기 가교제: 상기 출발물질의 중량비는, 1000:1 내지 1:1000 인, 반응성 작용기를 가진 메조 다공성 가교 공중합체의 제조 방법.
The method of claim 10,
The crosslinking agent: the weight ratio of the starting material is, 1000: 1 to 1: 1000 method of producing a mesoporous crosslinked copolymer having a reactive functional group.
제10항에 있어서,
상기 겔은 메조 세공을 포함한 모노리스(monolith) 형태를 가지는, 반응성 작용기를 가진 메조 다공성 공중합체의 제조 방법.
The method of claim 10,
The gel has a monolith (monolith) form containing mesopores, method of producing a mesoporous copolymer having a reactive functional group.
제10항에 있어서,
상기 겔은 메조 다공성을 나타내며, 평균 세공 직경이 2nm 내지 100 nm인, 반응성 작용기를 가진 메조 다공성 공중합체의 제조 방법.
The method of claim 10,
Wherein said gel exhibits mesoporosity and has an average pore diameter of 2 nm to 100 nm.
제10항에 있어서,
상기 겔은, 100 m2/g 이상의 BET 표면적, 0.8 g/cm3 이하의 벌크 밀도, 및 0.1 m3/g 내지 10 m3/g의 세공 부피 중 하나 이상을 가지는, 반응성 작용기를 가진 메조 다공성 공중합체의 제조 방법.
The method of claim 10,
The gel has mesoporous with reactive functional groups having at least one of a BET surface area of at least 100 m 2 / g, a bulk density of at most 0.8 g / cm 3 , and a pore volume of 0.1 m 3 / g to 10 m 3 / g. Method of Making Copolymers.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 메조 다공성 가교 공중합체를 포함하는 반응 촉매.A reaction catalyst comprising the mesoporous crosslinked copolymer according to any one of claims 1 to 9. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 메조 다공성 가교 공중합체를 포함하는 흡착 재료.Adsorption material comprising the mesoporous crosslinked copolymer according to any one of claims 1 to 9.
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