KR20180018091A - 에폭시 변성 실리콘으로 표면 개질된 나노 실리카 합성방법 및 이를 이용한 옥외 전기 절연재료용 에폭시 나노복합재료 조성물 - Google Patents

에폭시 변성 실리콘으로 표면 개질된 나노 실리카 합성방법 및 이를 이용한 옥외 전기 절연재료용 에폭시 나노복합재료 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 나노 실리카의 표면에 다양한 종류의 에폭시 변성 실리콘을 화학적으로 결합시켜서 자체로 발수성을 가지는 에폭시 변성 실리콘으로 표면이 처리된 나노 실리카 합성방법, 상기 합성방법에 의해 제조된 나노 실리카 및 상기 나노 실리카를 이용하여 제조한 발수성이 향상된 나노 실리카 조성물에 대하여 개시(introduce)한다. 상기 에폭시 변성 실리콘으로 표면이 처리된 나노 실리카 합성방법은, 히드록시 실란 처리단계 및 에폭시 변성 실리콘 처리단계를 수행하여, 나노 실리카에 히드록시 실란층 및 에폭시 변성 실리콘 층을 순서대로 형성시켜 발수성이 우수한 나노 실리카를 제조 할 수 있다.

Description

에폭시 변성 실리콘으로 표면 개질된 나노 실리카 합성방법 및 이를 이용한 옥외 전기 절연재료용 에폭시 나노복합재료 조성물 {Synthesizing method for nanosilica treated with epoxy-terminated silicone and epoxy/nanocomposite with the siliconemodified nanosilica for outdoor electrical insulator}
본 발명은 나노 실리카에 관한 것으로, 특히 그 표면을 에폭시 변성 실리콘으로 표면처리하여 발수성이 부여되는 나노 실리카 합성방법 및 상기 나노 실리카를 이용하여 발수성이 향상된 옥외 전기 절연재료용 에폭시 나노복합재료 조성물에 관한 것이다.
에폭시 수지는 1940년대 중반부터 mold-type transformer, current transformer(CT), potential transformer(PT), metering out-fit(MOF), gas insulated switchgear(GIS), 라인 포스트 애자 및 전선 혼 등의 고체 전기 절연재료 분야에서 사용되어 오고 있다.
에폭시 재료는 전기 절연특성, 치수 안정성, 경도, 열팽창 계수, 열분해 안정성 등과 같은 다양한 특성들을 동시에 충족시키는 재료이며, 특히, 에폭시 수지를 옥내용으로 사용하는 경우에는 상술한 특성들 외에도 자외선(UV)에 대한 안정성과 발수성 특성이 우수해야 한다.
에폭시 수지가 가지고 있는 우수한 전기적, 기계적 및 열적 특성은 에폭시 분자 구조의 방향족 고리에 상당 부분 기인한다. 그런데 이 방향족 고리는 산소가 존재하는 조건에서 자외선에 노출될 경우 고리가 쉽게 깨지면서 카르보닐 기를 형성시키면서 황변을 일으킨다. 이로 인해 방향족 고리가 갖는 강직성 및 내열성 특성이 약해진다.
이와 같은 문제점은 자외선 안정제를 도입하는 방법과 방향족 고리가 없는 지방족 에폭시를 사용하는 방법을 적용함으로써 극복할 수 있다.
그러나 자외선 안정제는 반응성이 없는 저분자 물질이기 때문에 전기절연 특성에 악영향을 미치게 되고, 방향족 고리가 없는 선형 지방족 에폭시는 강직성 및 내열성이 약하다. 방향족 고리가 고분자 구조체 내에서 우수한 기계적 및 열적 특성을 발휘하는 것은 부피가 큰 고리형 구조가 사슬 구조 내에서 운동성이 크게 제약을 받기 때문이다.
따라서 옥외용 절연체로 적용하기 위해서는 고리형 지방족 에폭시를 사용하는 것이 바람직하며, 고리 구조에는 5-링 또는 6-링이 많이 사용된다.
또한, 에폭시 재료들은 일반적으로 에폭시 수지에 65~80 중량%비율의 마이크로 실리카 등을 도입하여 복합화한 형태로 사용되고 있으며, 실리카 입자의 크기는 일반적으로 1~100 μm인 것들이 사용되고 있다.
그렇지만, 입자 크기가 큰 실리카를 에폭시에 충진하는 경우 복합재료가 적용되는 영역에서 물리적, 화학적 및 기후 환경 변화로 인해 두 이종 재료 간의 열팽창 계수 및 탄성계수 차이가 크기 때문에 에폭시와 실리카의 계면에서 전기적, 기계적, 열적 약점들이 나타나게 된다.
따라서 이와 같은 단점들을 극복하기 위하여 실리카 입자 크기를 미세하게 하거나 또는 관능기를 갖는 결합제와 같은 특수한 화합물들을 사용하여 계면특성을 향상시키는 방법들이 많이 적용되고 있다.
실리카 입자의 크기가 작아질수록 에폭시와 실리카 입자 사이의 열팽창 계수 및 탄성계수 차이가 작아지게 되며, 특히 지난 수십 년간에는 그 입자가 나노 크기인 무기물을 도입하여 전기적, 기계적, 열적 특성들을 향상시키는 연구들이 수행되고 있다.
친유성 특성을 갖는 에폭시에 친수성 특성을 갖는 나노 또는 마이크로 크기의 무기물을 도입할 경우 발생되는 두 이종 재료간의 표면 에너지 차이를 극복하기 위해서 한 분자 내에 한쪽 사슬 말단은 친수성을 갖고 다른 한쪽은 친유성을 갖는 결합제를 사용하여 계면 특성을 향상시키는 연구가 주로 사용되고 있다.
그리고 에폭시/무기물 복합재료에 발수성을 부여하기 위해서 발수제를 도입하는 방법이 많이 채택되고 있다. 그러나 저분자 발수제는 일반적으로 에폭시 내에서 화학결합을 하지 않고 단순히 혼합되어 있기 때문에 에폭시/무기물 절연재료가 운전되는 동안에 절연체 내부에 있던 발수제가 표면으로 확산되고 빗물 등에 의해 씻겨나가므로 장기적으로 발수성이 상당한 양으로 감소하게 되어 절연체의 장기 절연 수명이 크게 약화되는 문제점을 가지고 있다.
따라서 본 특허에서는 6-링 지방족 에폭시 수지를 사용함으로써 UV 안정성 문제를 해결하였고, 나노 실리카 표면을 에폭시 변성 실리콘으로 처리함으로써 실리카와 에폭시 사이의 계면 특성을 향상시키고, 에폭시 나노 복합재료 절연재료에 발수성을 부여하였다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 나노 실리카(평균 입도 = 15 nm, Nanostructured & Amorphous Materials Inc.)의 표면에 다양한 종류의 히드록시 실란 결합제를 화학적으로 처리한 후 다시 에폭시 변성 실리콘으로 화학적 결합시켜서 자체적으로 발수성을 갖는 실리콘 표면 처리 나노 실리카 합성방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 상기 합성 방법에 의해 제조된 에폭시 변성 실리콘으로 표면처리된 나노 실리카를 이용하여 제조한 발수성이 향상된 에폭시 나노 실리카 복합재료 조성물을 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일면(one aspect)에 따른 에폭시 변성 실리콘으로 표면이 개질된 나노 실리카 합성방법은 (1단계) 히드록시 실란 처리단계 및 (2단계) 에폭시 변성 실리콘 처리단계로 구성된다. 상기 (1단계) 히드록시 실란 처리단계에서는 유기용매, 아세톤, 아세트산 수용액 및 히드록시 실란을 혼합하여 실온에서 장시간 유지함으로써 히드록시 실란을 가수분해시키고, 이 용액을 60~80oC로 올린 후 나노 실리카를 투입하면서 초음파를 가하면서 나노 실리카 표면에 상기 가수분해된 히드록시 실란을 결합시켜서 히드록시 실란 처리 나노 실리카를 생성한다. 상기 (2단계) 에폭시 변성 실리콘 처리단계에서는 유기용매, 아세톤 및 염기성 촉매에 상기 (1단계)에서 제조한 히드록시 실란 처리 나노 실리카를 투입하고, 이 용액을 60~80oC로 올린 후 초음파를 가하면서 히드록시 실란 처리 나노 실리카 표면에 에폭시 변성 실리콘을 결합시켜서 최종적으로 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카를 제조한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일면(another aspect)으로 에폭시 변성 실리콘으로 표면 처리된 나노 실리카를 이용하여 제조한 발수성이 향상된 에폭시/나노 실리카 복합재료 조성물은 고리형 지방족 에폭시 수지 100 중량부에 상기 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카와 실리콘계 분산제 중량비(%)를 0.5~5 : 0.25~2.5의 비율로 혼합하고 초음파를 가하면서 분산하여 제조한 것이다.
본 발명에서 제안하는 방법으로 제조된 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카는 발수제 성분이 실리콘 표면에 화학적으로 결합되어 있으므로 빗물에 씻겨나가지 않기 때문에 절연제품의 수명보장기간 동안 발수 성능이 지속적으로 유지될 수 있고, 발수제 성분이 결합된 나노 실리카 도입량을 적절히 조절함으로써 절연체의 발수 성능을 다양하게 조절할 수 있는 장점이 있다.
에폭시 중에 나노 실리카를 소량만 넣어도 분산이 양호하게 이루어지면 그 계면이 매우 넓어지게 되고, 그 계면 특성이 크게 향상되기 때문에 절연특성도 크게 개선되는 장점을 갖는다.
본 발명에 따라 제조된 옥외용 에폭시/나노 실리카 복합재료 고전압 절연재료는 발수성이 우수하며 자외선에 대한 안정성이 강하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 에폭시 변성 실리콘으로 표면이 처리된 나노 실리카 합성법을 수행하는 과정을 나타낸다.
도 2는 <실시예 1>에서 합성한 히드록시 실란 및 에폭시 변성 실리콘으로 표면이 처리된 나노 실리카의 FT-IR 분석 결과를 나타낸다.
도 3은 <실시예 1>에서 합성한 히드록시 실란 및 에폭시 변성 실리콘으로 표면이 처리된 나노 실리카의 열중량 분석 결과를 나타낸다.
도 4는 <실시예 4>에서 제조된 옥외용 에폭시/나노 실리카 복합재료 중에 <실시예 1>에서 합성한 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카가 분산된 TEM 사진이다. 여기서, 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카/byk-310의 혼합 중량부(5)는 (a), (a') 1/0; (b), (b') 1/0.5; (c), (c') 3/1.5이다.
도 5는 <실시예 4>에서 제조된 옥외용 에폭시/나노 실리카 복합재료에서 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카의 중량부에 따른 절연 파괴 강도를 나타낸다. 여기서, 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카 함량은 (■) 0 중량부, (▲) 1 중량부 및 (●) 3 중량부이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 에폭시 변성 실리콘으로 표면이 개질된 나노 실리카 합성법을 수행하는 과정의 일 실시 예를 나타낸다. 본 발명에 따른 에폭시 변성 실리콘으로 표면이 개질된 나노 실리카 합성방법은 (1단계) 히드록시 실란 처리단계 및 (2단계) 에폭시 변성 실리콘 처리단계로 구성된다.
히드록시 실란 처리단계에서는 히드록시 실란 커플링제의 가수분해단계 및 히드록시 실란 커플링제와 나노 실리카의 축합반응단계를 수행한다.
히드록시 실란 커플링제의 가수분해단계에서는 반응용기에 히드록시 실란에 대해 용해성이 높은 톨루엔/아세톤을 혼합 중량비(%)를= 60~80 : 20~40으로 혼합하고, 그리고 이 혼합용액 100 중량부(%)에 1N 초산 수용액을 넣어서 pH=4~6으로 맞추고, 히드록시 실란 0.07~0.33 중량%비율을 넣고 실온에서 2 시간 교반하면서 가수분해 시킨다.
아래의 화학식은 히드록시 실란 커플링제의 가수분해단계 반응을 나타낸다.
Figure pat00001
히드록시 실란 커플링제와 나노 실리카의 축합반응단계에서는 가수분해된 히드록시 실란 용액을 60~80oC로 올리고, 나노 실리카 0.7~3.3 중량%비율을 투입한 후 초음파를 가하면서 1~3시간 축합반응시킴으로써 히드록시 실란 처리 나노 실리카를 합성한다. 히드록시 실란 처리 나노 실리카를 톨루엔으로 2회 연속 원심분리 세척하고, 110℃ 진공 오븐에서 건조하여 보관한다.
아래의 화학식은 히드록시 실란 커플링제와 나노 실리카의 축합반응단계에서의 화학반응을 나타낸다.
Figure pat00002
에폭시 변성 실리콘 처리단계에서는 반응용기에 에폭시 변성 실리콘에 대해 용해성이 높은 톨루엔 : 아세톤은 혼합 중량비(%)를 60~80 : 20~40으로 혼합하고, 이 혼합용액 100 중량부(%)에 1N-염기성 촉매 수용액 0.07~0.27 중량%비율을 넣고, 60~80oC로 올린 후 히드록시 실란 처리 나노 실리카 0.7~3.3 중량%비율을 투입한 후 초음파를 가하면서 1~3시간 반응시킴으로써 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카를 합성한다. 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카를 톨루엔으로 2회 연속 원심분리 세척하고, 110℃ 진공 오븐에서 건조하여 보관한다.
아래의 화학식은 에폭시 변성 실리콘 결합단계에서의 화학반응을 나타낸다.
Figure pat00003
히드록시 실란 처리단계에서 사용되는 히드록시 실란은, Bis(2-hydroxy- ethyl)-3-aminopropyl-triethoxysilane, N-(hydroxyethyl)-N-methylamino- propyl-trimethoxylane, Hydroxymethyltriethoxysilane 등 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상인 것일 수 있고, 그 사용량은 나노 실리카 1 중량부(%)당 히드록시 실란 결합제 0.1~0.2 중량%비율이다.
에폭시 변성 실리콘 결합단계에서 사용되는 에폭시 변성 실리콘은, 1.3-Bis(2-(3-4-epoxycyclohexyl)ethyl)tetramethyldisiloxane, 1.3-Bis(glycidoxypropyl)tetramethyldisiloxane, Epoxypropoxypropyl terminated polydimethylsiloxane, 8-11-2.3%-(Epoxycyclohexylethyl)methylsiloxane 등 중에서 선택된 것이고, 그 사용량은 나노 실리카 1 중량부당 에폭시 변성 실리콘 0.1 ~0.2 중량%비율이다.
에폭시 변성 실리콘 처리단계에서 사용되는 염기성 촉매로는, sodium hydroxide(NaOH), triethylamine(TEA), tripropyl amine, ammonia 수 중 하나를 사용한다 .
이하에서는 본 발명을 실시 예를 통하여 상세하게 설명한다.
설명의 간소화를 위해서, 히드록시 실란 처리 단계 및 에폭시 변성 실리콘 처리단계는 각각 1단계 및 2단계로 대체 사용할 것이다.
<실시예 1>
1단계에서 반응용기에 톨루엔 210g과 아세톤 90g을 넣고 히드록시 실란으로 Bis(2-hydroxyethyl)-3-aminopropyl-triethoxysilane 0.5g을 용해시킨 후 교반하면서 1N-아세트산 수용액을 사용하여 pH=5가 되도록 조정한 후 실온에서 2시간 교반하면서 히드록시 실란을 가수분해시킨다. 그리고 히드록시 실란 가수분해 용액을 80oC로 올린 후 나노 실리카 5g을 추가 투입하고 초음파를 가하면서 2시간 반응시켜서 축합반응에 의해 히드록시 실란 처리 나노 실리카를 합성한다. 이것을 톨루엔으로 2회 연속 원심분리 세척하고, 110℃, 진공 오븐에서 건조하여 보관 한다.
2단계에서 반응용기에 톨루엔 210g과 아세톤 90g을 넣고 에폭시 변성 실리콘으로 1,3-Bis(glycidoxypropyl)tetramethyldisiloxane 0.5g을 용해시킨 후 교반하면서 1N-NaOH 수용액 0.5g을 넣고, 이 용액을 80oC로 올린다. 그리고 히드록시 실란 처리 나노 실리카 5g을 추가 투입하고 초음파를 가하면서 2시간 반응시켜서 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카를 합성한다. 이것을 톨루엔으로 2회 연속 원심분리 세척하고, 110℃, 진공 오븐에서 건조하여 보관 한다.
도 2는 <실시예 1>에서 합성한 무처리, 히드록시 실란처리 및 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카의 FT-IR 분석 결과를 나타낸다. 도 2에서 히드록시 실란 및 에폭시 변성 실리콘으로부터 기인하는 C-H 특성 피크가 2943 cm- 1와 2879cm-1에서 새롭게 나타났다.
도 3을 <실시예 1>에서 합성한 무처리, 히드록시 실란처리 및 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카의 열중량 분석 결과를 나타낸다. 도 3에서 (A)는 무처리 나노 실리카의 온도변화에 따른 중량손실(Weight loss, %)을 나타내고, (B)는 히드록시 실란처리 나노 실리카의 온도 변화에 따른 중량손실이며, 그리고 (C)는 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카의 온도변화에 따른 중량손실의 변화를 각각 나타낸다.
표 1은 열중량 분석에 의해 측정된 실시예 1의 각 단계별 유기물 부착량을 나타낸다.
단계 표면처리 나노 실리카 종류 부착량(중량%)
1단계
2단계
히드록시 실란 처리 나노 실리카
에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카
2.4
6.1
표 1을 참조하면, 수행단계가 증가함에 따라 부착량이 증가하는 것을 알 수 있으며, 이것으로부터 히드록시 실란 → 에폭시 변성 실리콘의 순서대로 화학결합이 이루어졌음을 알 수 있다.
<실시예 2>
2단계에서의 염기성 촉매를 3가지 종류 즉 1N-NaOH 수용액, 1N-TEA 수용액 및 1N-ammonia 수용액으로 각각 변화시킨 것을 제외하고는, 1단계에서 2단계까지의 모든 단계에서 모든 화합물 및 반응조건 등이 <실시예 1>과 동일하다.
각각의 촉매가 표면처리에 미치는 영향을 평가하기 위해서 열중량 분석을 통해 유기물들의 부착량을 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
촉매의 종류 부착량 (중량%)
1N-NaOH 수용액
1N-TEA 수용액
1N-ammonia 수용액
6.1
5.4
5.0
표 2를 참조하면 염기성 촉매로 1N-NaOH 수용액을 사용할 경우 그 활성이 가장 높음을 알 수 있다.
<실시예 3>
2단계에서의 에폭시 변성 실리콘을 1.3-Bis(2-(3-4-epoxycyclohexyl) ethyl)tetramethyldisiloxane 또는 Epoxypropoxypropyl terminated polydimethylsiloxane으로 변화시킨 것을 제외하고는 1단계와 2단계까지의 모든 단계에서 모든 화합물 및 반응 조건 등이 <실시예 1>과 동일하다. 각각의 에폭시 변성 실리콘 표면처리량을 측정하기 위해 열중량 분석을 하였고, 그 결과를 표 3에 나타내었다.
에폭시 변성 실리콘의 종류 부착량 (중량%)
1.3-Bis(glycidoxypropyl)tetramethyldisiloxane
1.3-Bis(2-(3-4-epoxycyclohexyl)ethyl)tetramethyldisiloxane
Epoxypropoxypropyl terminated polydimethylsiloxane
6.1
5.3
5.8
표 3을 참조하면 에폭시 변성 실리콘으로 1.3-Bis(glycidoxypropyl)tetra methyldisiloxane을 사용할 경우 그 부착량이 가장 높음을 알 수 있다.
<실시예 4>
옥외용 에폭시/나노 실리카 복합재료 고전압 절연체의 절연특성을 평가하기 위해서 고리형 지방족 에폭시 수지, <실시예 1>에서 합성한 에폭시 변성 실리콘 처리 실리카 그리고 실리콘계 분산제의 혼합비를 변화시켰다.
고리형 지방족 에폭시 수지는 diglycidyl 1,2-cyclohexane dicarboxylate이고, 고리형 지방족 산무수물 경화제는 1,2-cyclohexanedicarboxylicanhydride이며, 촉매로 사용된 3차 아민은 benzyldimethyl amine이었다.
고리형 지방족 수지 100 중량부에 <실시예 1>에서 합성한 에폭시 변성 실리콘처리 나노 실리카와 실리콘계 분산제 중량부(%)는 0.5~5 : 0.25~2.5의 중량%비율로 혼합하고 초음파를 가하면서 분산시킨다. 여기에 지방족 산무수물 경화제 90g과 3차 아민 촉매 0.6g을 혼합하여 경화시킨다.
도5는 <실시예 4>에서 제조된 옥외용 에폭시/나노 실리카 복합재료에서 에폭시 변성 실리콘 처리 실리카의 분산상태가 양호하고 함량이 증가함에 따라 절연파괴 강도가 높은 결과를 나타내고 있다. 여기서, 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카 함량은 (■) 0 중량부, (▲) 1 중량부 및 (●) 3 중량부이다.
<실시예 5>
<실시예 4>에서 제조된 절연체의 접촉각을 측정함으로써 에폭시 변성 실리콘 처리 실리카가 혼합된 옥외용 에폭시/나노 실리카 복합재료 고전압 절연체의 발수 특성을 확인하였다.
표 4는 <실시예 5>에서 제조된 옥외용 에폭시/나노 실리카 복합재료 고전압 절연체에서 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카의 중량부에 따른 접촉각 변화를 나타낸다.
표 4를 참조하면, 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카의 중량부가 증가할수록 절연체의 접촉각이 증가하는 것을 알 수 있다. 이러한 측정 결과로부터 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카가 발수 특성을 발휘한다는 것을 알 수 있다.
에폭시 변성 실리콘의 중량부 접촉각 (o)
0
1
3
77.0
84.3
90.9
도 5 및 표 4를 참조하면, 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카가 절연 특성을 10% 정도 향상시키면서도 발수성 향상에도 크게 기여한다는 것을 알 수 있었다. 여기에 기재하지는 않았지만 제조된 모든 샘플들이 비슷한 결과를 나타내었다
본 발명에서는 반응성 기를 갖는 발수제를 사용하고 있지만, 발수제를 고분자 사슬구조에 결합시키는 것이 아니라, 나노 실리카 표면에 화학반응 시키는 것이다. 이로 인해서 발수제가 빗물에 씻겨나가지 않기 때문에 발수 성능이 지속 될 수 있다.
발수제 성분이 결합된 나노 실리카 도입량을 적절하게 조절함으로써 절연체의 발수 성능을 다양하게 조절할 수 있게 된다.
본 발명은 몰드 변압기, 변류기, 계기용 변압기, 계기용 변압변류기, 가스 절연 개폐 장치, 절연 스페이서, 라인 포스트 애자 및 전선 혼과 같은 고체 전기 절연재료 산업에서 널리 이용 될 수 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직 한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야 에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (10)

  1. 톨루엔과 아세톤 혼합용액을 아세트산 수용액에 혼합한 용액을 이용하여 히드록시 실란을 가수분해하고, 나노 실리카의 표면에 상기 가수분해된 히드록시 실란을 반응시켜서 히드록시 실란처리 나노 실리카를 생성하는 히드록시 실란 처리단계;
    톨루엔과 아세톤 혼합용액을 염기성 촉매를 혼합한 용액에 상기 히드록시 실란 처리 나노 실리카를 분산시키고, 에폭시 변성 실리콘을 이용하여 히드록시 실란 처리 나노 실리카과 반응시켜서 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카를 생성하는 에폭시 변성 실리콘 처리단계;로
    이루어지는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카 합성방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 히드록시 실란 처리단계는,
    톨루엔과 아세톤의 혼합 중량비(%)는 60~80 : 20~40으로 혼합하고, 상기 혼합용액에 1N-아세트산 수용액을 1~5 중량%비율을 혼합하여 pH가 4~6이 되도록 조절하고, 여기에 상기 히드록시 실란 0.07~0.33 중량%비율을 넣고 실온에서 교반하면서 상기 히드록시 실란을 가수분해하는 실란 커플링제의 가수분해단계; 및
    60℃~80℃에서 상기 가수분해된 히드록시 실란과 상기 나노 실리카 0.7~3.3 중량%비율 사이에서 일어나는 축합반응을 이용하여 상기 나노 실리카의 표면에 상기 히드록시 실란을 코팅하여 상기 히드록시 실란 처리 나노 실리카를 합성하는 실란 커플링제와 나노 실리카의 축합반응단계;로
    이루어지는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 실리콘으로 표면이 개질된 나노 실리카 합성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 에폭시 변성 실리콘 처리단계는,
    톨루엔과 아세톤을 60~80 : 20~40중량%비율로 혼합하고, 상기 혼합용액에 에폭시 변성 실리콘 0.07~0.33 중량%비율로 녹인 후 1N-염기성 촉매 0.07~0.27 중량%비율과 상기 히드록시 실란 처리 나노 실리카 0.7 ~ 3.3 중량%비율로 넣고 60℃ ~ 80℃에서 반응시켜서 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카를 생성하는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 실리콘으로 표면이 처리된 나노 실리카 합성방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 히드록시 실란은,
    Bis(2-hydroxy-ethyl)-3-aminopropyl-triethoxysilane, N-(hydroxyethyl) -N-methylaminopropyl-trimethoxylane, Hydroxymethyltriethoxysilane 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상이며,
    상기 히드록시 실란은 나노 실리카 1중량부(%) 당 0.1~0.2 중량%비율인 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 실리콘으로 표면이 처리된 나노 실리카 합성방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 에폭시 변성 실리콘으로는,
    1.3-Bis(2-(3-4-epoxycyclohexyl)ethyl)tetramethyldisiloxane, 1.3-Bis(glycidoxypropyl)tetramethyldisiloxane, Epoxypropoxypropyl terminated polydimethylsiloxane, 8-11-2.3%-(Epoxycyclohexylethyl)methylsiloxane 중 하나를 선택하고,
    상기 에폭시 변성 실리콘의 사용량은 나노 실리카 1 중량부 당 0.1~0.2 중량%비율인 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 실리콘으로 표면이 처리된 나노 실리카 합성방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 염기성 촉매는,
    1N-Sodium hydroxide(NaOH) 수용액, 1N-triethylamine(TEA) 수용액, 1N-ammonia 수용액 중 하나인 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 실리콘으로 표면이 처리된 나노 실리카 합성방법.
  7. 나노실리카 표면을 히드록시 실란으로 처리하고,
    상기 히드록시 실란의 히드록시기에 에폭시 변성 실리콘의 에폭시기를 반응시켜서 에폭시 변성 실리콘으로 처리된 나노 실리카를 합성하는 것을 특징으로 하는 에폭시 변성 실리콘으로 표면이 처리된 나노 실리카 합성방법.
  8. 제1항 또는 청구항 제7항 중 어느 한 항에 의하여 합성방법에 따라 제조되며, 표면으로부터 히드록시 실란층 및 에폭시 변성 실리콘 층으로 순서대로 적층되어 있는 것을 특징으로 하는 나노 실리카 복합 조성물.
  9. 고리형 지방족 에폭시 수지 제1항에 기재된 상기 에폭시 변성 실리콘 처리 나노 실리카와 실리콘계 분산제를 혼합하고 초음파를 가하면서 분산시켜 제조한 것을 특징으로 하는 에폭시 나노 실리카 복합 조성물.
  10. 제9항에 있어서, 실리콘계 분산제는 polyester-modified polydimethyl- siloxane 계 분산제로서,
    BYK-300, BYK-310, BYK-313, BYK-3700 중의 하나이고,
    상기 실리콘계 분산제는 나노 실리카 1 중량부(%) 당 0.05~0.1 중량%비율인 것을 특징하는 에폭시 나노 실리카 복합 조성물.
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