KR20180032822A - Organic-inorganic nanohybrid coating agent and resin containing silica nanoparticles treated by silicone-modified oligomer, and manufacturing method thereof - Google Patents

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KR20180032822A KR1020160121944A KR20160121944A KR20180032822A KR 20180032822 A KR20180032822 A KR 20180032822A KR 1020160121944 A KR1020160121944 A KR 1020160121944A KR 20160121944 A KR20160121944 A KR 20160121944A KR 20180032822 A KR20180032822 A KR 20180032822A
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강동필
한세원
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한국전기연구원
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Abstract

The present invention relates to an organic-inorganic nanohybrid coating agent comprising silica nanoparticles surface-modified by a silicone-modified oligomer, an organic-inorganic nanohybrid resin comprising silica nanoparticles surface-modified by the silicone-modified oligomer, and manufacturing methods thereof. The manufacturing method of the organic-inorganic nanohybrid coating agent comprising the silica nanoparticles surface-modified by the silicone-modified oligomer of the present invention comprises the steps of: preparing the silicone-modified oligomer including a nitrogen element; protecting one end of the silicone-modified oligomer by using a protective group; mixing surface-treated silica nanoparticles with the silicone-modified oligomer to obtain the silica nanoparticles surface-modified by the silicone-modified oligomer; and mixing the silica nanoparticles surface-modified by the silicone-modified oligomer with a polymer including nitrogen element, wherein the silicone-modified oligomer is obtained by using one or more of a first silicone reactant and a second silicone reactant comprised of silicone monomers or silicone oligomers as a first monomer and a second monomer when performing a condensation polymerization reaction between the first monomer of which ends include at least one of isocyanate and amine group and the second monomer of which ends include at least one of acid anhydride, carboxylic acid and carboxylic acid chloride under an organic solvent. Therefore, the organic-inorganic nanohybrid coating agent and the organic-inorganic nanohybrid resin comprising the silica nanoparticles surface-modified by the silicone-modified oligomer manufactured by the methods according to the present invention provide effects that adhesive properties and impact resistance of the coating agent and the resin are improved by chain entanglement between the oligomer and the polymer and an increase in flexibility of the oligomer due to silicone modification.

Description

실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제, 수지 및 그 제조방법 {Organic-inorganic nanohybrid coating agent and resin containing silica nanoparticles treated by silicone-modified oligomer, and manufacturing method thereof}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an organic nano hybrid coating agent, a resin, and a manufacturing method thereof, which comprises silica nanoparticles surface-modified with a silicone modified oligomer,

본 발명은 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노 하이브리드 코팅제, 수지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 실리카 나노입자를 실리콘으로 변성된 올리고머로 표면개질시켜 폴리머와 혼합하며, 접착성 및 기계적 강도를 향상시킨 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제, 수지 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an organic or inorganic nanohybrid coating, a resin and a method for producing the same, and more particularly, to an organic or inorganic nanohybrid coating comprising a silica nanoparticle surface-modified with a silicone modified oligomer, And nanohybrid coatings comprising the silica nanoparticles surface-modified with an oligomer which improves adhesion and mechanical strength.

고분자 수지의 전기적, 기계적, 열정 특성을 강화하기 위하여 무기 나노입자를 복합화하는 기술에 대한 연구가 꾸준히 이루어지고 있으며, 가장 대표적으로는 실리카 나노입자를 이용한 나노 하이브리드재 개발 연구가 널리 이루어지고 있다. 이러한 나노 하이브리드재 개발에 있어서, 유무기 간 결합 및 실리카 나노입자의 분산성 확보를 위하여 실리카 표면처리가 매우 중요하다. 실리카 표면처리의 경우 일반적으로 '대한민국특허청 등록특허 제10-0945198호 유기용제형 실리카 졸 및 그 제조방법'에서와 같이 실란 커플링제로 알려진 2~3가 실란류의 물질이 널리 사용되고 있으며, 분산안정성, 결합력 및 전기/기계적 성질 향상을 위하여 '대한민국특허청 등록특허 제10-1604444호 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제, 수지 및 그 제조방법'과 같이 올리고머를 사용하여 실리카 표면을 개질한 예도 보고된 바 있다.In order to enhance the electrical, mechanical, and thermal properties of the polymer resin, researches on techniques for complexing inorganic nanoparticles have been carried out steadily, and research on the development of nanohybrid materials using silica nanoparticles has been widely performed. In developing such nanohybrid materials, silica surface treatment is very important for bonding between organic and inorganic materials and securing the dispersibility of silica nanoparticles. In the case of the silica surface treatment, a substance of 2 to 3 -valent silane known as a silane coupling agent is widely used as in the 'Korean Patent Registration No. 10-0945198 Organic Solvent Type Silica Sol and its Production Method' , An organic or inorganic nano hybrid coating material containing silica nanoparticles surface-modified with an oligomer, a resin and a process for preparing the same] for the purpose of improving bonding strength and electrical / mechanical properties, An example of surface modification has also been reported.

상기 종래기술에도 언급된 바와 같이 가장 최적화된 유무기 나노 하이브리드 소재를 제조하기 위해서는 해당 유기기에 특화된 표면개질용 올리고머(oligomer)를 합성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리아미드이미드(polyamideimide) 등과 같은 아미드-이미드 계열 고분자의 경우, 질소(N)원소를 가진 아미드, 이미드기를 포함하고 있는 저분자량의 올리고머를 합성한 후, 이를 실리카 입자에 화학적으로 결합시켜 유무기 나노 하이브리드 수지를 제조할 수 있다. As described in the above-mentioned prior art, in order to produce the most optimized organic / inorganic hybrid material, it is preferable to synthesize an oligomer for surface modification specific to the organic group. For example, in the case of an amide-imide series polymer such as polyamide, polyimide or polyamideimide, an amide having nitrogen (N) element, a low molecular weight And then the resulting oligomer is chemically bonded to the silica particles to produce an organic nanohybrid resin.

상기 질소를 포함한 올리고머는 기존 실란 커플링제(silane coupling agent)보다는 분자길이가 길어 유연성을 가지고 있으나, 유기재료인 고분자 수지보다는 분자량이 작아 다소 잘 부러지는 취성(brittle)의 성질을 가진다. 따라서, 이러한 올리고머를 실리콘(silicone)으로 변성하는 경우 유연성이 더욱 증가함으로 인하여, 고분자/실리카 계면에서의 외부 충격시 크랙 발생을 보다 최소화할 수 있다. 외부 충격에 의한 기계적 에너지로 인하여 물성차이가 가장 큰 유무기 계면에서 대부분 파괴가 일어날 가능성이 매우 큰데, 이와 같이 실리콘을 포함한 유연한 올리고머로 실리카 표면을 개질하는 경우 올리고머의 변형에 의한 기계적 에너지 분산효과에 의하여 결과적으로 유무기 나노하이브리드 소재의 기계적 변형에 의한 내구성이 크게 증대될 것으로 기대된다.The nitrogen-containing oligomer has a longer molecular length than a conventional silane coupling agent, but has a brittle property because it has a smaller molecular weight than a polymeric resin as an organic material. Therefore, when such an oligomer is modified with silicone, the flexibility is further increased, thereby minimizing the occurrence of cracks during external impact at the polymer / silica interface. In the case of modifying the surface of silica with flexible oligomers containing silicon, the mechanical energy dispersion effect due to the deformation of the oligomer is likely to be caused by the mechanical energy due to the external impact. As a result, it is expected that the durability due to the mechanical deformation of the inorganic or organic nanohybrid material will be greatly increased.

대한민국특허청 등록특허 제10-0945198호Korean Patent Registration No. 10-0945198 대한민국특허청 등록특허 제10-1604444호Korea Patent Office Registration No. 10-1604444

따라서 본 발명의 목적은, 실리콘으로 변성된 올리고머를 이용한 실리카 표면개질을 통하여 유연성, 접착성, 및 내충격 특성이 향상된 유무기 나노 하이브리드 코팅제, 수지 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an organic / inorganic nanohybrid coating, a resin, and a method for producing the same, which have improved flexibility, adhesiveness, and impact resistance through silica surface modification using an oligomer modified with silicone.

상기한 목적은, 질소원소를 포함하는 실리콘 변성 올리고머(silicon-modified oligomer)를 준비하는 단계와; 상기 실리콘 변성 올리고머의 한쪽 말단을 보호기(protective group)를 이용하여 보호하는 단계와; 표면처리된 실리카 나노입자와 상기 실리콘 변성 올리고머를 혼합하여 상기 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 얻는 단계와; 상기 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 질소원소를 포함하는 폴리머와 혼합하는 단계를 포함하며, 상기 실리콘 변성 올리고머는, 말단이 이소시아네이트, 아민기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1단량체와, 말단이 산무수물, 카르복실산, 카르복실산염화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2단량체를 유기용매 하에서 축합중합반응함에 있어서, 상기 제1단량체 및 상기 제2단량체는 실리콘 단량체 또는 실리콘 올리고머로 이루어진 실리콘 제1반응체 및 실리콘 제2반응체 중 하나 이상을 사용함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제 제조방법에 의해 달성된다.The above-mentioned object is achieved by a method of manufacturing a silicon-modified oligomer comprising the steps of: preparing a silicon-modified oligomer containing a nitrogen element; Protecting one end of the silicon-modified oligomer with a protective group; Mixing the surface-treated silica nanoparticles with the silicone-modified oligomer to obtain silica nanoparticles surface-modified with the silicone-modified oligomer; And mixing the silica nanoparticles surface-modified with the silicone-modified oligomer with a polymer comprising a nitrogen element, wherein the silicone-modified oligomer comprises a first monomer having at least one of an isocyanate and an amine group at its terminal, Wherein the first monomer and the second monomer are condensation-polymerized in the presence of a silicone monomer or a silicone oligomer, wherein the second monomer is at least one selected from the group consisting of silicon monomers, silicone monomers, Wherein the reaction product is obtained by using at least one of a first reactant, a second reactant and a silicon second reactant. The present invention is also directed to a method for producing an organic / inorganic hybrid nano hybrid coating comprising silica nanoparticles surface-modified with a silicone modified oligomer.

상기 유기 용매는, N-메틸피롤리돈(N-Methylpyrrolidone), N,N-디메틸포름아마이드(N,N-Dimethylformamide, DMF), N,N-디메틸아세트아마이드(N,N-Dimethylacetamide, DMAc)로 이루어진 군 및 이의 혼합물 군에서 선택된 1종인 것이 바람직하다. 또한, 소수성이 큰 실리콘 올리고머의 용해성 향상을 위하여 톨루엔(toluene), 벤젠(benzene), 자일렌(xylene), 시클로헥산(cyclohexane) 등의 저극성 용매를 함께 사용할 수 있다.The organic solvent may be at least one selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, DMAc, , And a mixture thereof. In addition, low polarity solvents such as toluene, benzene, xylene, and cyclohexane may be used together to improve the solubility of the silicone oligomer having high hydrophobicity.

여기서, 상기 표면처리된 실리카 나노입자는, 졸-겔(sol-gel) 방법을 이용하여 실리카 나노입자를 제조하는 단계와; 표면에 반응기를 도입하여 상기 실리카 나노입자를 표면처리하는 단계와; 수분, 알콜용매 및 촉매를 제거하여 표면처리된 상기 실리카 나노입자를 상기 유기용매에 분산된 상태로 얻는 단계를 포함하며, 상기 실리카 나노입자를 제조하는 단계는, 3가 알콕시실란 또는 4가 알콕시실란을 용매에 투입한 뒤 20 내지 80℃에서 교반하고, 여기에 증류수 및 촉매를 투입한 후 다시 교반하여 반응전환율이 80%이상의 고형분이 얻어질 때까지 반응시키는 것이 바람직하며, 상기 실리카 나노입자를 표면처리하는 단계는, 아민(amine), 산무수물(anhydride), 에폭시드(epoxide), 이소시아네이트(isocyanate), 싸이올(thiol), 하이드록시(hydroxy) 기를 하나 이상 포함하는 관능기를 갖는 실란을 사용하여 상기 반응기를 도입하는 것이 바람직하다.The surface-treated silica nanoparticles may be prepared by: preparing silica nanoparticles using a sol-gel method; Surface-treating the silica nanoparticles by introducing a reactor to the surface; Removing the water, the alcohol solvent and the catalyst to obtain the surface-treated silica nanoparticles in a dispersed state in the organic solvent, wherein the step of preparing the silica nanoparticles comprises reacting a trivalent alkoxysilane or tetravalent alkoxysilane Is added to a solvent and stirred at 20 to 80 ° C. After adding distilled water and a catalyst thereto, the mixture is stirred and reacted until a solid content of 80% or more of reaction conversion is obtained. The treating step may be carried out using a silane having a functional group containing at least one of amine, acid anhydride, epoxide, isocyanate, thiol, and hydroxy groups It is preferable to introduce the reactor.

또한, 상기 제1반응체 및 상기 제2반응체가 반응하여 아미드이미드기를 가지는 하기 화학식 1의 올리고머가 만들어지는 과정에서, 상기 제1반응체 또는 상기 제2반응체 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표현되며, 상기 제1반응체 또는 상기 제2반응체를 사용하여 하기 화학식 3으로 표현되는 실리콘 변성 올리고머를 얻는 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제 제조방법.At least one of the first reactant and the second reactant may be represented by the following general formula (2) in the process of reacting the first reactant and the second reactant to produce an oligomer having an amideimide group, Wherein the first reactant or the second reactant is used to obtain a silicone-modified oligomer represented by the following formula (3): wherein R 1, R 2, R 3, R 4, R 5, Way.

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, n은 화합물의 분자량을 나타내는 반복단위 수(중합도)이고, Y, Z는 보호기이며, AM, IM은 각각 아미드기, 이미드기를 나타냄.Here, n is the number of repeating units (degree of polymerization) representing the molecular weight of the compound, Y and Z are protecting groups, and AM and IM are amide groups and imide groups, respectively.

<화학식 2>(2)

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서, m은 실리콘(SO) 반복 단위를 나타내는 1 내지 20 범위의 정수이며, X는 상기 제1반응체 및 상기 제2반응체에 해당되는 말단기를 나타냄.Here, m is an integer ranging from 1 to 20 representing a silicon (SO) repeating unit, and X represents a terminal group corresponding to the first reactant and the second reactant.

<화학식 3>(3)

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, n은 실리콘-아미드-이미드로 이루어지는 상기 실리콘 변성 올리고머의 분자량을 나타내는 반복단위 수(중합도)로서 3 내지 30 범위의 정수이며, f는 실리콘(SO) 단량체 비율로서 0 내지 1의 값을 가짐.Herein, n is the number of repeating units (degree of polymerization) representing the molecular weight of the silicone-modified oligomer comprising silicon-amide-imide and is an integer in the range of 3 to 30, and f is a ratio of silicon (SO) .

상기 보호기는, 프탈릭언하이드라이드(phthalic anhydride), 말레익언하이드라이드(maleic anhydride), 수씨닉언하이드라이드(succinic anhydride), 페닐이소시아네이트(phenyl isocyanate), 나프틸이소시아네이트(naphthyl isocyanate), 3-메틸펜틸아민(3-methylpentyl amine), 아닐린(aniline), 나프틸아민(naphthylamine) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 상기 질소원소를 포함하는 폴리머는, 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리아미드이미드(polyamideimide) 계열인 것이 바람직하다.Wherein the protecting group is selected from the group consisting of phthalic anhydride, maleic anhydride, succinic anhydride, phenyl isocyanate, naphthyl isocyanate, 3-methyl The nitrogen-containing polymer is preferably selected from the group consisting of 3-methylpentyl amine, aniline, naphthylamine, and mixtures thereof. The polymer comprising the nitrogen element may be selected from the group consisting of polyamide, polyimide, (polyimide) or polyamideimide (polyamideimide).

상기한 목적은, 질소원소를 포함하는 폴리머와; 아미드기, 이미드기, 아미드이미드기 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 가지며, 중합도가 3 내지 30인 질소원소를 포함하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하며, 상기 실리콘 변성 올리고머는, 말단이 이소시아네이트, 아민기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1단량체와, 말단이 산무수물, 카르복실산, 카르복실산염화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2단량체를 유기용매 하에서 축합중합반응함에 있어서, 상기 제1단량체 및 상기 제2단량체는 실리콘 단량체 또는 실리콘 올리고머로 이루어진 실리콘 제1반응체 및 실리콘 제2반응체 중 하나 이상을 사용함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제에 의해서도 달성된다.The above-mentioned object is achieved by a method of manufacturing a semiconductor device comprising: a polymer containing a nitrogen element; Modified silica nanoparticles comprising a silicon-modified oligomer having at least one selected from the group consisting of an amide group, an imide group, an amide imide group, and a mixture thereof and having a polymerization degree of from 3 to 30, The oligomer is obtained by condensation polymerization of a first monomer having at least one of an isocyanate and an amine group at its terminal and a second monomer having at least one of an acid anhydride, a carboxylic acid and a carboxylic acid chloride at the terminal thereof in an organic solvent , Wherein the first monomer and the second monomer are obtained by using at least one of a silicon first reactant and a silicon second reactant composed of a silicon monomer or a silicon oligomer and a silica modified with a silicon modified oligomer By organic or inorganic nano hybrid coatings containing nanoparticles It is achieved.

여기서, 상기 질소원소를 포함하는 폴리머는, 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리아미드이미드(polyamideimide) 계열인 것이 바람직하다.Here, the nitrogen-containing polymer may be polyamide, polyimide or polyamideimide series.

상기한 목적은 또한, 질소원소를 포함하는 실리콘 변성 올리고머(silicon-modified oligomer)를 준비하는 단계와; 상기 실리콘 변성 올리고머의 한쪽 말단을 보호기(protective group)를 이용하여 보호하는 단계와; 표면처리된 실리카 나노입자와 상기 실리콘 변성 올리고머를 혼합하여 상기 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 얻는 단계와; 상기 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 질소원소를 포함하는 폴리머와 혼합하는 단계를 포함하며, 상기 실리콘 변성 올리고머는, 말단이 이소시아네이트, 아민기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1단량체와, 말단이 산무수물, 카르복실산, 카르복실산염화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2단량체를 유기용매 하에서 축합중합반응함에 있어서, 상기 제1단량체 및 상기 제2단량체는 실리콘 단량체 또는 실리콘 올리고머로 이루어진 실리콘 제1반응체 및 실리콘 제2반응체 중 하나 이상을 사용함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 수지 제조방법에 의해서 달성된다.The above-mentioned object is also achieved by a method for producing a silicon-modified oligomer comprising the steps of: preparing a silicon-modified oligomer containing a nitrogen element; Protecting one end of the silicon-modified oligomer with a protective group; Mixing the surface-treated silica nanoparticles with the silicone-modified oligomer to obtain silica nanoparticles surface-modified with the silicone-modified oligomer; And mixing the silica nanoparticles surface-modified with the silicone-modified oligomer with a polymer comprising a nitrogen element, wherein the silicone-modified oligomer comprises a first monomer having at least one of an isocyanate and an amine group at its terminal, Wherein the first monomer and the second monomer are condensation-polymerized in the presence of a silicone monomer or a silicone oligomer, wherein the second monomer is at least one selected from the group consisting of silicon monomers, silicone monomers, Wherein the reaction product is obtained by using at least one of a first reactant, a second reactant and a silicon second reactant. The present invention also provides a method for producing an organic / inorganic hybrid nanohybrid resin.

뿐만 아니라, 질소원소를 포함하는 폴리머와; 아미드기, 이미드기, 아미드이미드기 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 가지며, 중합도가 3 내지 30인 질소원소를 포함하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하며, 상기 실리콘 변성 올리고머는, 말단이 이소시아네이트, 아민기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1단량체와, 말단이 산무수물, 카르복실산, 카르복실산염화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2단량체를 유기용매 하에서 축합중합반응함에 있어서, 상기 제1단량체 및 상기 제2단량체는 실리콘 단량체 또는 실리콘 올리고머로 이루어진 실리콘 제1반응체 및 실리콘 제2반응체 중 하나 이상을 사용함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 수지에 의해서도 상기한 목적이 달성된다.As well as a polymer comprising a nitrogen element; Modified silica nanoparticles comprising a silicon-modified oligomer having at least one selected from the group consisting of an amide group, an imide group, an amide imide group, and a mixture thereof and having a polymerization degree of from 3 to 30, The oligomer is obtained by condensation polymerization of a first monomer having at least one of an isocyanate and an amine group at its terminal and a second monomer having at least one of an acid anhydride, a carboxylic acid and a carboxylic acid chloride at the terminal thereof in an organic solvent , Wherein the first monomer and the second monomer are obtained by using at least one of a silicon first reactant and a silicon second reactant composed of a silicon monomer or a silicon oligomer and a silica modified with a silicon modified oligomer Even with organic or inorganic nano hybrid resin containing nanoparticles The above object is achieved.

상술한 본 발명의 구성에 따르면, 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하여 제조되는 유무기 나노 하이브리드 코팅제 및 수지는 올리고머와 폴리머 간의 물리적 꼬임(chain entanglement)과 아울러 실리콘변성에 의한 올리고머의 유연성 증가에 의해 접착성 및 내충격 특성이 향상되는 효과를 제공한다.According to the structure of the present invention described above, the organic or inorganic nano hybrid coating agent and the resin prepared by including the silica nanoparticles surface-modified with the silicone modified oligomer have a high degree of chain entanglement between the oligomer and the polymer, And the adhesive property and the impact resistance property are improved by the increased flexibility.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유무기 나노 하이브리드 코팅제 및 수지 제조방법의 순서도이고,
도 2는 유무기 나노 하이브리드 코팅제 및 수지의 물성을 확인하는 방법을 나타낸 도면이고,
도 3은 도 2에 의해 확인되는 유무기 나노 하이브리드 코팅제 및 수지의 물성을 확인가능한 사진이다.
1 is a flowchart of an organic / inorganic nano hybrid coating agent and a resin manufacturing method according to an embodiment of the present invention,
2 is a view showing a method of confirming physical properties of an organic nano hybrid coating agent and a resin,
Fig. 3 is a photograph showing the physical properties of the organic / inorganic nano hybrid coating agent and the resin as confirmed by Fig.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노 하이브리드 코팅제, 수지 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an organic / inorganic nano hybrid coating material containing silica nanoparticles modified with a silicone modified oligomer according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 질소원소를 포함하는 실리콘 변성 올리고머를 준비한다(S1).First, as shown in FIG. 1, a silicon-modified oligomer containing a nitrogen element is prepared (S1).

실리콘 변성 올리고머(oligomer)는 중합도(degree of polymerization)가 3 내지 30이 되는 것을 준비한다. 만약 올리고머의 중합도가 3 미만일 경우 올리고머 간 또는 올리고머-고분자 간 물리적 꼬임(chain entanglement)을 기대하기 어려우며, 중합도가 30을 초과할 경우 올리고머가 아닌 고분자 정도의 분자량이 되어 분자들 간에 서로 엉켜 실리카졸과의 표면개질에 사용하기 용이하지 못할 뿐만 아니라 긴 사슬로 이루어져 말단을 찾기 어려워 실리카졸과의 결합 반응이 용이하지 못하게 된다.The silicone modified oligomer is prepared to have a degree of polymerization of 3 to 30. If the polymerization degree of oligomer is less than 3, it is difficult to expect chain entanglement between oligomers or oligomers and polymers. If the degree of polymerization exceeds 30, molecular weight of oligomers becomes about molecular weight. It is not easy to use for the surface modification of the silica sol and it is difficult to find a terminal because it is composed of a long chain, so that the bonding reaction with silica sol is not easy.

여기서 올리고머는, 아미드기(amide group), 이미드기(imide group), 아미드이미드기(amideimide group) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 올리고머를 제조하기 위해 말단에 형성된 질소원소 포함 관능기(functional group)는 이소시아네이트기(isocyanate group), 아민기(amine group) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.The oligomer is preferably selected from the group consisting of an amide group, an imide group, an amideimide group, and a mixture thereof. The oligomer is preferably selected from the group consisting of a nitrogen-containing functional group the functional group is preferably selected from the group consisting of an isocyanate group, an amine group and a mixture thereof.

올리고머를 준비하는 방법으로는, 말단이 이소시아네이트, 아민기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1단량체와, 말단이 산무수물, 카르복실산, 카르복실산염화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2단량체를 유기용매 하에서 축합중합반응(condensation polymerization reaction)함에 있어서, 상기 제1단량체 및 상기 제2단량체는 실리콘 단량체 또는 실리콘 올리고머로 이루어진 실리콘 제1반응체 및 실리콘 제2반응체 중 하나 이상을 사용함으로써 얻어진다.As the method of preparing the oligomer, there is a method in which a first monomer having at least one of terminal isocyanate and amine group and a second monomer having terminal at least one of acid anhydride, carboxylic acid, In the condensation polymerization reaction in a solvent, the first monomer and the second monomer are obtained by using at least one of a silicon first reactant and a silicon second reactant, which are silicon monomers or silicon oligomers.

축합중합반응이 이루어지는 유기용매는 N-메틸피롤리돈(N-Methylpyrrolidone), N,N-디메틸포름아마이드(N,N-Dimethylformamide, DMF), N,N-디메틸아세트아마이드(N,N-Dimethylacetamide, DMAc)로 이루어진 군 및 이의 혼합물 군에서 선택된 1종인 것이 바람직하다. 또한, 소수성이 큰 실리콘 올리고머의 용해성 향상을 위하여 톨루엔(toluene), 벤젠(benzene), 자일렌(xylene), 시클로헥산(cyclohexane) 등의 저극성 용매를 함께 사용할 수 있다.The organic solvent in which the condensation polymerization reaction is carried out is selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide , DMAc), and a mixture thereof. In addition, low polarity solvents such as toluene, benzene, xylene, and cyclohexane may be used together to improve the solubility of the silicone oligomer having high hydrophobicity.

아미드기(amide group)를 갖는 올리고머의 경우, 디이소시아네이트기(diisocyanate group)를 갖는 제1반응체를 준비하고, 여기에 디카르복실산(dicarboxylic acid)을 갖는 제2반응체를 유기용매 하에서 축합중합반응(condensation polymerization reaction)을 통하여 제조한다. 여기서 제1반응체는 디이소시아네이트기 대신 디아민기(diamine group)를 사용할 수 있으며, 제2반응체는 디카르복실산 대신 디카르복실산염화물(dicarboxylic acid chloride)을 사용할 수 있다. In the case of an oligomer having an amide group, a first reactant having a diisocyanate group is prepared, and a second reactant having a dicarboxylic acid is condensed in an organic solvent. It is prepared by condensation polymerization reaction. The first reactant may use a diamine group instead of the diisocyanate group, and the second reactant may use a dicarboxylic acid chloride instead of the dicarboxylic acid.

이미드기(imide group)를 갖는 올리고머의 경우에는, 디아민기를 갖는 제1반응체와 산무수물(anhydride)을 갖는 제2반응체를 용매 하에서 축합중합반응을 통해 제조하거나, 디이소시아네이트를 갖는 제1반응체와 무수물을 갖는 제2반응체를 축합중합반응하여 제조할 수 있다. In the case of an oligomer having an imide group, a first reaction product having a diamine group and a second reaction product having an acid anhydride may be prepared through a condensation polymerization reaction in a solvent, or a first reaction with a diisocyanate And a second reactant having a sieve and an anhydride can be produced by condensation polymerization.

아미드이미드기(amideimide group)를 갖는 올리머의 합성은, 디이소시아네이트기를 갖는 제1반응체와 양쪽 말단이 산무수물과 카르복실산으로 각각 이루어진 제2반응체로부터 제조 가능하다. 여기서 디이소시아네이트 대신 디아민기를 갖는 제1반응체를 사용 가능하며, 제2반응체는 디카르복실산 대신 디카르복실산염화물을 사용할 수 있다. The synthesis of an oligomer having an amideimide group can be prepared from a first reactant having a diisocyanate group and a second reactant having both ends made of an acid anhydride and a carboxylic acid. Here, a first reactant having a diamine group instead of a diisocyanate can be used, and a dicarboxylic acid chloride instead of a dicarboxylic acid can be used as the second reactant.

디이소시아네이트기는 메틸렌디페닐디이소시아네이트(methylene diphenyl diiocyanate), 톨루엔디이소시아네이트(toluene diisocyanate), 헥사메틸렌디이소시아네이트(hexamethylenediisocyanate)를 사용하는 것이 바람직하며, 디카복실산은 나프탈렌 1,8-디카복실산(naphtanlene 1,8-dicarboxylic acid), 비페닐-4,4'-디카복실산(biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid), 2,2'-비피리딘-4,4'-디카복실산(2,2'-bipyridine-4,4'-dicarboxylic acid), 피롤리딘-2,4-디카복실산(pyrrolidine-2,4-dicarboxylic acid), 4,5-이미다졸디카복실산(4,5-imidazoledicarboxylic acid)을 사용하는 것이 바람직하다. It is preferable to use methylene diphenyl diisocyanate, toluene diisocyanate and hexamethylenediisocyanate as the diisocyanate group, and the dicarboxylic acid is preferably naphthalene 1,8-dicarboxylic acid (naphtanlene 1, 8-dicarboxylic acid, biphenyl-4,4'-dicarboxylic acid, 2,2'-bipyridine 4,4'-dicarboxylic acid, pyrrolidine-2,4-dicarboxylic acid and 4,5-imidazoledicarboxylic acid. .

또한 디아민기는 페닐렌디아민(phenylene diamine), 메틸렌디아민(methylene diamine), 에틸렌디아민(ethylene diamine), 6-메틸-1,3,5-트리아진-2,4-디아민(6-methyl-1,3,5-triazine-2,4-diamine)을 사용하며, 디카르복실산염화물은 피리딘-2,5-디카르복실산염화물(pyridine-2,5-dicarboxylic acid chloride), 디페닐-4,4'-디카르복실산염화물(diphenyl-4,4'-dicarboxylic acid chloride)을 사용하는 것이 바람직하며, 무수물은 피로멜리틱 디언하이드라이드(pyromellitic dianhydride), 4,4'-옥시디프탈릭디언하이드라이드(4,4'-oxydiphtalic dianhydride), 1,2,3,4-사이클로펜탄테트라카복실디언하이드라이드(1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic dianhydride)를 사용하는 것이 바람직하다.The diamine group may also be selected from the group consisting of phenylene diamine, methylene diamine, ethylene diamine, 6-methyl-1,3,5-triazine-2,4-diamine, 3,5-triazine-2,4-diamine, and the dicarboxylic acid chloride is pyridine-2,5-dicarboxylic acid chloride, diphenyl-4,4 ' Diphenyl-4,4'-dicarboxylic acid chloride is preferably used. The anhydride is preferably pyromellitic dianhydride, 4,4'-oxydiphthalic dianhydride (4 , 4'-oxydiphtalic dianhydride, and 1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic dianhydride are preferably used.

여기서, 실리콘 변성 올리고머를 제조하기 위하여 화학식 1과 같이 제1반응체 및 제2반응체 중 적어도 어느 하나가 실리콘이 포함된 반응체로, 이와 같이 실리콘 변성 반응체를 통해 제조되는 실리콘 변성 올리고머가 1종 이상으로 대체된다. 제1반응체로서는 말단이 이소시아네이트 또는 아민기로 이루어진 실리콘 단량체 또는 실리콘 올리고머를 사용 가능하며, 제 2반응체로서는 말단이 산무수물, 카르복실산, 또는 카르복실산염화물로 이루어진 실리콘 단량체 또는 실리콘 올리고머를 사용할 수 있다. Here, in order to produce a silicone-modified oligomer, at least one of the first reactant and the second reactant is a silicon-containing reactant as shown in Formula 1, and the silicon-modified oligomer produced through the silicon- . As the first reactant, a silicone monomer or a silicone oligomer having an isocyanate or an amine group at the terminal may be used, and as the second reactant, a silicone monomer or a silicone oligomer having a terminal acid anhydride, a carboxylic acid or a carboxylic acid chloride may be used have.

상기 제1반응체 및 상기 제2반응체가 반응하여 아미드이미드기를 가지는 하기 화학식 1의 올리고머가 만들어지는 과정에서, 상기 제1반응체 또는 상기 제2반응체 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표현되며, 상기 제1반응체 또는 상기 제2반응체를 사용하여 하기 화학식 3으로 표현되는 실리콘 변성 올리고머를 얻을 수 있다.Wherein at least one of the first reactant and the second reactant is represented by the following general formula (2), wherein the first reactant and the second reactant react to form an oligomer having an amideimide group, A silicone modified oligomer represented by the following general formula (3) can be obtained by using the first reactant or the second reactant.

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, n은 화합물의 분자량을 나타내는 반복단위 수(중합도)이고, Y, Z는 보호기이며, AM, IM은 각각 아미드기, 이미드기를 나타냄.Here, n is the number of repeating units (degree of polymerization) representing the molecular weight of the compound, Y and Z are protecting groups, and AM and IM are amide groups and imide groups, respectively.

<화학식 2>(2)

Figure pat00005
Figure pat00005

여기서, m은 실리콘(SO) 반복 단위를 나타내는 1 내지 20 범위의 정수이며, X는 상기 제1반응체 및 상기 제2반응체에 해당되는 말단기를 나타냄.Here, m is an integer ranging from 1 to 20 representing a silicon (SO) repeating unit, and X represents a terminal group corresponding to the first reactant and the second reactant.

<화학식 3>(3)

Figure pat00006
Figure pat00006

여기서, n은 실리콘-아미드-이미드로 이루어지는 상기 실리콘 변성 올리고머의 분자량을 나타내는 반복단위 수(중합도)로서 3 내지 30 범위의 정수이며, f는 실리콘(SO) 단량체 비율로서 0 내지 1의 값을 가짐.Herein, n is the number of repeating units (degree of polymerization) representing the molecular weight of the silicone-modified oligomer comprising silicon-amide-imide and is an integer in the range of 3 to 30, and f is a ratio of silicon (SO) .

제1반응체 및 제2반응체를 통해 형성되는 변성용 실리콘 물질은 유연성 부여 측면에서 단량체보다는 올리고머가 바람직하며, 실리콘 올리고머 분자량의 제약은 없으나 바람직하게는 반복단위 m이 1 내지 20인 것이 가장 적합하다. m이 20 이상인 경우 실리콘으로 변성된 질소원소를 가진 올리고머의 크기가 너무 커지게 되고, 또한 소수성이 너무 커져서 유기 고분자 수지와의 상용성이 저하될 우려가 있다. 이러한 변성용 실리콘 올리고머는 기존 제1반응체 및 제2반응체의 1 내지 50 mol%를 대체하는 것이 바람직하나, 유기 고분자 수지와의 상용성이 확보되는 한 특별한 제약은 없다.The modifying silicone material formed through the first reactant and the second reactant is preferably an oligomer rather than a monomer in terms of imparting flexibility, and it is most preferable that the molecular weight of the silicone oligomer is 1 to 20, Do. When m is 20 or more, the size of the oligomer having a nitrogen-denatured nitrogen atom becomes too large, and the hydrophobicity becomes too large, and the compatibility with the organic polymer resin may be deteriorated. Such a modifying silicone oligomer preferably replaces 1 to 50 mol% of the existing first reactant and second reactant, but there is no particular limitation so long as compatibility with the organic polymer resin is ensured.

유기용매는 제1반응체 및 제2반응체를 용해 가능한 유기용매인 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone), N,N-디메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide, DMF), N,N-디메틸아세트아마이드(N,N-dimethylacetamide, DMAc) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 이 이외에도 제1반응체 및 제2반응체를 용해시킬 수 있는 다양한 용매를 사용할 수 있다. 여기서 제1반응체와 제2반응체의 축합중합반응 온도는 50 내지 150℃가 바람직하다.The organic solvent may be an organic solvent capable of dissolving the first reactant and the second reactant, such as N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide (DMF), N, N (N, N-dimethylacetamide, DMAc), and a mixture thereof. In addition, various solvents capable of dissolving the first and second reactants may be used. The condensation polymerization reaction temperature of the first reactant and the second reactant is preferably 50 to 150 ° C.

실리콘 올리고머(silicone oligomer)를 이용하여 실리콘으로 변성된 실리콘 변성 올리고머(silicone-modified oligomer)를 제조하는 경우, 상기 언급한 용매를 사용할 수 있으며, 경우에 따라서 소수성이 큰 실리콘 단량체의 용해성 향상을 위하여 톨루엔(toluene), 벤젠(benzene), 자일렌(xylene), 시클로헥산(cyclohexane) 등의 저극성 용매를 함께 사용할 수 있다.In the case of producing a silicone-modified oligomer modified with silicone using a silicone oligomer, the above-mentioned solvent may be used. In order to improve the solubility of the silicone monomer having a high hydrophobicity, a low polarity solvent such as toluene, benzene, xylene, or cyclohexane may be used together.

올리고머의 한쪽 말단을 보호기를 이용하여 보호한다(S2).One end of the oligomer is protected with a protecting group (S2).

S1 단계에서 생성된 올리고머는 양 말단에 반응기(active group)를 가지고 있는데, 양 말단에 반응기가 존재할 경우 이후의 단계에서 양 말단 모두에 실리카 나노입자가 결합하여 하나의 올리고머에 두 개의 실리카 나노입자가 표면개질되는 문제가 발생한다. 이와 같이 실리카 나노입자가 연속적으로 복수 개로 붙게 되면 실리카 나노입자가 서로 뭉쳐 분산성 및 저장성이 떨어진다. 따라서 올리고머의 한쪽 말단을 보호기(protective group)를 이용하여 보호하며, 이를 통해 하나의 올리고머에 하나의 실리카졸이 결합하도록 한다.The oligomer produced in step S1 has an active group at both ends. When a reactor is present at both ends, the silica nanoparticles bind to both ends of the oligomer in the subsequent step, and two silica nanoparticles Surface modification problems arise. When a plurality of silica nanoparticles are stuck to one another in this manner, the silica nanoparticles aggregate with each other, resulting in poor dispersibility and storage stability. Thus, one end of the oligomer is protected using a protective group, which allows one oligos to bind to one of the silica sols.

보호기는 이후의 단계에 사용되는 물질들과 반응하지 않는 지방족(aliphatic), 지환족(cycloaliphatic), 방향족(aromatic) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 이용하여 반응기를 보호한다. 이러한 보호기는 프탈릭언하이드라이드(phthalic anhydride), 말레익언하이드라이드(maleic anhydride), 수씨닉언하이드라이드(succinic anhydride), 페닐이소시아네이트(phenyl isocyanate), 나프틸이소시아네이트(naphthyl isocyanate), 3-메틸펜틸아민(3-methylpentyl amine), 아닐린(aniline), 나프틸아민(naphthylamine)이 될 수 있으며, 이 이외에도 말단이 반응하지 않는 물질을 사용가능하다.The protecting group is selected from the group consisting of aliphatic, cycloaliphatic, aromatic, and mixtures thereof that do not react with the materials used in the subsequent steps to protect the reactor. Such protecting groups may be selected from the group consisting of phthalic anhydride, maleic anhydride, succinic anhydride, phenyl isocyanate, naphthyl isocyanate, 3-methylpentyl 3-methylpentyl amine, aniline, and naphthylamine. In addition, a substance that does not react with the terminal may be used.

올리고머에서 보호기로 보호되지 않은 말단에는 이소시아네이트기, 아민기, 산무수물기, 히드록시기, 아미드기, 에폭시드기, 카르복실산, 카르복실산염화물 등과 같이 반응기를 포함하고 있어 실리카 표면개질을 위한 실란과 화학적인 반응을 한다.The terminal of the oligomer which is not protected with a protecting group includes a reactor such as an isocyanate group, an amine group, an acid anhydride group, a hydroxyl group, an amide group, an epoxy group, a carboxylic acid, a carboxylic acid chloride, Reaction.

올리고머와 결합되는 실리카 나노입자는 졸-겔 방법을 이용하며, 다음과 같은 S1' 내지 S3'단계를 통해 얻을 수 있다.The silica nanoparticles bound to the oligomer are obtained through the following S1 'to S3' steps using a sol-gel method.

먼저, 졸-겔 방법을 이용하여 실리카 나노입자를 제조한다(S1').First, silica nanoparticles are prepared using a sol-gel method (S1 ').

졸-겔 방법을 이용한 실리카 나노입자는 실란(silane)을 출발 물질로 하여 제조되는 데, 실리카 제조를 위한 실란은 3가 알콕시실란 또는 4가 알콕시실란을 사용하여 제조 가능하다. 여기서 3가 알콕시 실란은 트리메톡시실란(trimethoxysilane), 트리에톡시실란(triethoxysilane), 트리-n-프로폭시실란(tri-n-propoxysilane), 트리이소프로폭시실란(triisopropoxysilane), 메틸트리메톡시실란(methyltrimethoxysilane), 메틸트리에톡시실란(methyltriethoxysilane), 페닐트리메톡시실란(phenyltrimethoxysilane), 페닐트리에톡시실란(phenyltriethoxysilane), 3-글리시독시프로필트리메톡시실란(3-glycidoxypropyltrimethoxysilane) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하며, 4가 알콕시 실란은 테트라메톡시실란(tetramethoxysilane), 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane), 테트라프로폭시실란(tetrapropoxysilane), 테트라이소프로폭시실란(tetraisopropoxysilane), 테트라부톡시실란(tetrabutoxysilane), 테트라페녹시실란(tetraphenoxysilane), 테트라아세톡시실란(tetraacethoxysilane) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.The silica nanoparticles using the sol-gel method are prepared using silane as a starting material, and the silane for preparing silica can be prepared by using trivalent alkoxysilane or tetravalent alkoxysilane. Wherein the trivalent alkoxysilane is selected from the group consisting of trimethoxysilane, triethoxysilane, tri-n-propoxysilane, triisopropoxysilane, methyltrimethoxy But are not limited to, silane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, and mixtures thereof. And tetraalkoxysilane is preferably selected from the group consisting of tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetraethoxysilane, tetraethoxysilane, Tetrabutoxysilane, tetraphenoxysilane, tetraacetoxysilane, and a mixture thereof. Preferably selected from a group but are not limited thereto.

실리카 나노입자 제조방법으로는 해당 실란을 알콜용매에 투입한 뒤 20 내지 80℃에서 교반하고, 여기에 증류수 및 촉매를 투입한 후 다시 교반하여 반응전환율이 80% 이상의 고형분이 얻어질 때까지 반응시킨다. 여기서 알콜용매는 실란 및 실리카를 용해시킬 수 있는 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 프로판올(propanol), 이소프로판올(isopropanol), 부탄올(butanol)을 사용할 수 있으며, 촉매는 수산화암모늄(ammonium hydroxide), 염화암모늄(ammonium chloride), 메틸아민(methyl amine) 등과 같은 염기성 촉매를 사용하며, 이를 증류수에 희석시켜 용매에 추가하는 것이 바람직하다.The silica nanoparticles are prepared by adding the corresponding silane to an alcohol solvent, stirring the mixture at 20 to 80 ° C, adding distilled water and a catalyst thereto, and stirring the mixture again until a solid content of 80% or more is obtained . The alcohol solvent used herein may be methanol, ethanol, propanol, isopropanol, or butanol, which can dissolve silane and silica. The catalyst may be ammonium hydroxide, It is preferable to use a basic catalyst such as ammonium chloride, methylamine or the like, which is diluted in distilled water and added to the solvent.

실리카 나노입자를 표면처리한다(S2')The surface of the silica nanoparticles is treated (S2 ').

S2 단계에서 한쪽 말단기가 보호된 올리고머와 실리카 나노입자 간의 화학적 결합을 위하여 실리카 나노입자 표면에 반응기를 도입하여 실리카를 표면처리한다. 표면처리에 사용되는 실란은 아민(amine), 산무수물(anhydride), 에폭시드(epoxide), 이소시아네이트(isocyanate), 싸이올(thiol), 하이드록시(hydroxy) 기를 하나 이상 포함하는 관능기를 갖는 실란류를 사용한다.In step S2, the silica is surface-treated by introducing a reactor to the surface of the silica nanoparticles for chemical bonding between the oligomer and the silica nanoparticle with one terminal group protected. The silane used in the surface treatment may be a silane having a functional group containing at least one of an amine, an acid anhydride, an epoxide, an isocyanate, a thiol and a hydroxy group Lt; / RTI &gt;

여기서 관능기를 갖는 실란은 N-(베타-아미노에틸)-감마아미노프로필메틸 디메톡시실란(N-(beta-aminoethyl) gammaaminopropylmethyl dimethoxysilane), 아미노프로필트리메톡시실란(aminopropyl trimethoxysilane), 아미노프로필트리에톡시실란(aminopropyl triethoxysilane), 글리시독시프로필트리메톡시실란(glycidoxypropyl trimethoxysilane), 글리시독시프로필트리에톡시실란(glycidoxypropyl triethoxysilane), 감마-이소시아네이토프로필트리메톡시실란(gamma-isocyanatopropyl trimethoxysilane), 감마-이소시아네이토프로필트리에톡시실란(gamma-isocyanatopropyl triethoxysilane), 히드록시메틸트리에톡시실란(hydroxymethyl triethoxysilane), 히드록시에틸아미노프로필트리에톡시실란(hydroxyethylaminopropyl triethoxysilane), ,히드록시에틸-N-메틸아미노프로필트리메톡시실란(hydroxyethyl-N-methylaminopropyl trimethoxysilane), 3-트리에톡실릴프로필수씨닉언하이드라이드(3-(triethoxysilyl)propylsuccinic anhydride), 3-머캅토프로필트리메톡시실란(3-mercaptopropyltrimethoxysilane), 3-머캅토프로필트리에톡시실란(3-mercaptopropyltriethoxysilane) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.Here, the silane having a functional group may be selected from the group consisting of N- (beta-aminoethyl) -gammaaminopropylmethyldimethoxysilane (N- (beta-aminoethyl) gammaaminopropylmethyldimethoxysilane), aminopropyltrimethoxysilane, But are not limited to, aminopropyl triethoxysilane, glycidoxypropyl trimethoxysilane, glycidoxypropyl triethoxysilane, gamma-isocyanatopropyl trimethoxysilane, But are not limited to, gamma-isocyanatopropyl triethoxysilane, hydroxymethyl triethoxysilane, hydroxyethylaminopropyl triethoxysilane, hydroxyethyl-N -Hydroxyethyl-N-methylaminopropyl trimethoxysilane, 3-triethoxysilylpropyl From the group consisting of 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, and mixtures thereof. Is preferably selected.

실리카 나노입자를 표면처리시키는 방법은 관능기를 포함하는 실란을 용매에 용해시킨 후, 이를 실리카 혼합물에 주입 및 교반시킨다. 실리카 나노입자 표면처리를 위하여 염기성 촉매 이외에 아세트산(acetic acid), 포름산(formic acid), 염산(hydrochloric acid), 질산(nitric acid), 황산(sulfuric acid), 불산(hydrofluoric acid), 인산(phosphoric acid) 등의 산성 촉매도 사용 가능하다. In the method of surface-treating silica nanoparticles, a silane containing a functional group is dissolved in a solvent, which is then injected and stirred into a silica mixture. For the surface treatment of silica nanoparticles, in addition to the basic catalyst, acetic acid, formic acid, hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, hydrofluoric acid, phosphoric acid ) Can also be used.

수분, 알콜용매 및 촉매를 제거하여 표면처리된 실리카 나노입자를 유기용매에 분산된 상태로 얻는다(S3').The water, the alcohol solvent and the catalyst are removed to obtain surface-treated silica nanoparticles dispersed in the organic solvent (S3 ').

실리카 나노입자의 표면처리 과정을 거친 후, 표면처리된 실리카 나노입자로부터 수분, 알콜용매 및 촉매를 제거하는 단계를 포함하며, 수분, 알콜용매 및 촉매는 증발법(evaporation)을 통해 제거된다. 증발법 이외에도 동결건조(freeze dry)를 통해서도 제거 가능하다. 이 방법을 통해 수분, 촉매 및 알콜용매를 제거할 수 있다.Removing the water, the alcohol solvent and the catalyst from the surface-treated silica nanoparticles after the surface treatment of the silica nanoparticles, wherein the water, the alcohol solvent and the catalyst are removed by evaporation. In addition to the evaporation method, it can be removed by freeze drying. This method can remove moisture, catalyst and alcohol solvent.

본 발명과 같이 실리카 나노입자를 제조한 후 이를 표면처리 하기 위해서는 산 또는 염기 촉매와 증류수를 사용하여야 한다. 만약 본 발명과 같이 실리카 나노입자를 올리고머와 별개로 표면처리하지 않고, 종래기술과 같이 올리고머가 혼합된 상태에서 촉매와 증류수를 이용하여 실리카 나노입자를 표면처리를 할 경우 올리고머 사슬이 끊어지거나 변성이 되는 문제점이 발생하게 된다. 따라서 본 발명과 같이 실리카 나노입자를 별도로 표면처리하고(S2'), 수분, 알콜용매 및 촉매를 제거하여(S3') 유기용매에 분산된 실리카 나노입자를 제조하는 것이 가장 바람직하다.In order to prepare the silica nanoparticles and then subject them to surface treatment as in the present invention, an acid or base catalyst and distilled water should be used. If the silica nanoparticles are surface-treated with a catalyst and distilled water in the state where oligomers are mixed as in the prior art without surface treatment of the silica nanoparticles separately from the oligomer as in the present invention, the oligomer chain is broken or denatured . Therefore, it is most preferable that the silica nanoparticles are separately surface-treated (S2 ') as in the present invention, and the water, the alcohol solvent and the catalyst are removed (S3') to prepare the silica nanoparticles dispersed in the organic solvent.

올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 제조한다(S3).To prepare silica nanoparticles surface-modified with an oligomer (S3).

S1' 내지 S3' 단계에서 실란을 통해 표면처리된 유기용매 분산 실리카 나노입자와 S2 단계에서 제조된 실리콘 변성 올리고머를 혼합 및 교반하여 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 제조한다.The organic solvent-dispersed silica nanoparticles surface-treated through the silane in steps S1 'to S3' are mixed and stirred with the silicon-modified oligomer prepared in step S2 to prepare the surface-modified silica nanoparticles with the oligomer.

실리카 나노입자와 실리콘 변성 올리고머는 20 내지 200℃에서 교반하여 반응시키는데, 반응 온도가 20℃ 미만일 경우 반응시키는 데 시간이 많이 소요되며, 200℃를 초과할 경우 실리카 나노입자 또는 실리콘 변성 올리고머의 변성이 발생할 수 있다. 올리고머의 함량은 실리카 고형물 100중량부에 대해 5 내지 50중량부를 혼합한다. 이와 같은 반응을 통해 표면처리된 실리카 나노입자에 올리고머 사슬이 결합하여 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 얻게 된다.The silica nanoparticles and the silicone modified oligomer are reacted by stirring at 20 to 200 ° C. When the reaction temperature is lower than 20 ° C., the reaction takes a long time. When the temperature exceeds 200 ° C., the silica nanoparticles or the silicone modified oligomer Lt; / RTI &gt; The content of the oligomer is 5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the silica solids. Through such a reaction, oligomer chains are bonded to the surface-treated silica nanoparticles to obtain silica nanoparticles surface-modified with oligomers.

실리카 나노입자를 폴리머와 혼합한다(S4).The silica nanoparticles are mixed with the polymer (S4).

질소원소를 포함하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 질소원소를 포함하는 폴리머와 혼합하여 유무기 나노 하이브리드 코팅제 또는 수지를 제조한다. 여기서 질소원소를 포함하는 폴리머는 질소원소를 포함하는 올리고머와 유사한 구조를 가진 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리아미드이미드(polyamideimide) 계열을 사용한다. 폴리머와 실리카 나노입자의 혼합 비율은 폴리머 100중량부에 대해 실리카 나노입자가 10 내지 30중량부 혼합되는 것이 바람직하다.The silica nanoparticles surface-modified with a silicon-modified oligomer containing a nitrogen element are mixed with a polymer containing a nitrogen element to prepare an organic nanohybrid coating agent or resin. Here, the polymer containing the nitrogen element uses a polyamide, polyimide or polyamideimide series having a structure similar to an oligomer containing a nitrogen element. The mixing ratio of the polymer and the silica nanoparticles is preferably 10 to 30 parts by weight of the silica nanoparticles to 100 parts by weight of the polymer.

이와 같은 유무기 나노 하이브리드 코팅제 또는 수지의 제조방법에 대한 실시예는 다음과 같다.Examples of the method for producing such an organic or inorganic nano hybrid coating agent or resin are as follows.

<실시예><Examples>

트리멜리틱안히드리드(trimellitic anhydride) 11중량부, 메틸렌디페닐디이소시아네이트(methylene diphenyl diisocyanate) 15중량부, 카르복실산 말단 실리콘(분자량 4600 g/mol) 26중량부를 N-메틸피롤리돈(N-methyl pyrrolidone) 210 중량부에 용해시킨후 80℃에서 반응시켰다. 여기에 프탈릭언하이드리드(phthalic anhydride) 1.5 중량부를 추가로 투입한 후 같은 온도에서 충분히 반응시켰다. 이후 120℃로 승온하여 반응을 종결함으로써 아미드이미드기(amideimide group)를 포함하는 변성 실리콘 올리고머를 제조하였다., 11 parts by weight of trimellitic anhydride, 15 parts by weight of methylene diphenyl diisocyanate and 26 parts by weight of carboxylic acid terminal silicone (molecular weight: 4600 g / mol) were added to N-methylpyrrolidone (N -methyl pyrrolidone), and reacted at 80 ° C. 1.5 parts by weight of phthalic anhydride was further added thereto, followed by sufficient reaction at the same temperature. Thereafter, the temperature was raised to 120 ° C to terminate the reaction, thereby producing a modified silicone oligomer containing an amideimide group.

실리카 나노입자는 졸-겔 반응에 의하여 트리에톡시실란(triethoxysilane, TEOS)으로부터 합성하였다. 이를 위하여 TEOS 100중량부와 메탄올 330중량부를 혼합하여 60℃에서 30분가량 교반한 뒤, 증류수 20중량부 및 암모니아수 10중량부를 혼합한 수용액을 투입하여 반응시켰다. 이후 반응전환율이 80%이상의 고형분이 얻어질 때까지 반응온도를 60℃로 유지하여 고순도 나노 실리카 졸을 얻었다.Silica nanoparticles were synthesized from triethoxysilane (TEOS) by sol - gel reaction. To this end, 100 parts by weight of TEOS and 330 parts by weight of methanol were mixed and stirred at 60 DEG C for about 30 minutes. Then, an aqueous solution containing 20 parts by weight of distilled water and 10 parts by weight of ammonia water was added to react. Thereafter, the reaction temperature was maintained at 60 占 폚 until a solid content of 80% or more of reaction conversion was obtained to obtain high purity nano-silica sol.

상기 고순도 실리카졸을 페닐트리메톡시실란(phenyltrimethoxysilane), 3-아미노프로필트리에톡시실란(3-aminopropyltriethoxysilane)을 실리카 고형분 100중량부에 대해 각각 15중량부 및 2.5중량부를 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone) 용액에 용해시킨 후, 상기 실리카졸에 주입하고 이를 20시간 교반하였다. 이후 rotary evaporator를 사용하여 잔존 수분, 암모니아 및 알콜을 제거하여 유기분산 실리카 나노입자를 제조하였다.Phenyltrimethoxysilane and 3-aminopropyltriethoxysilane were added to the high-purity silica sol in an amount of 15 parts by weight and 2.5 parts by weight, respectively, based on 100 parts by weight of the silica solids, and N-methylpyrrolidone ( N-methylpyrrolidone) solution, which was then injected into the silica sol and stirred for 20 hours. Then, residual water, ammonia and alcohol were removed using a rotary evaporator to prepare organically dispersed silica nanoparticles.

상기 합성한 실리콘 변성 올리고머 용액을 상기 유기분산 실리카 나노입자 100중량부 고형분 대비 5 내지 20중량부가 되도록 혼합하여 하루 동안 반응시킴으로써 올리고머가 결합된 실리카 나노입자를 제조하였다. 상기 변성 실리콘 아미드이미드 올리고머가 결합된 실리카 나노입자를 폴리아미드이미드(polyamideimide) 수지에 실리카가 수지 고형분 100중량부 대비 15중량부가 되도록 혼합하여 하루동안 교반함으로써 폴리아미드이미드/실리카(polyamideimide/silica) 나노하이브리드 수지를 제조하였다. 폴리아미드이미드/실리카(PAI/silica) 나노하이브리드 수지를 구리 시트(Cu sheet, 두께 0.3mm) 표면에 코팅 및 건조하여 최종적으로 PAI/silica 나노하이브리드 코팅물을 제조하였다.The synthesized silicone modified oligomer solution was mixed in an amount of 5 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of solids of the organic dispersed silica nanoparticles and allowed to react for one day to prepare oligomer-bound silica nanoparticles. The modified silicone amide imide oligomer-bonded silica nanoparticles were mixed with a polyamideimide resin so that the amount of silica was 15 parts by weight based on 100 parts by weight of resin solids, and the mixture was stirred for one day to obtain a polyamideimide / silica nano- To prepare a hybrid resin. A PAI / silica nanohybrid coating was finally prepared by coating and drying a polyamideimide / silica nanohybrid resin on the surface of a copper sheet (0.3 mm thick).

구리시트(Cu sheet)에 제조된 PAI/silica 나노하이브리드 코팅막의 접착력은 180° 굽힘테스트(180° bending test)로 평가하였다. 이를 위하여 도 2에 도시된 바와 같이 1.0 mm 간격을 가지는 스테인레스스틸(stainless steel) 평판 사이에 코팅막이 코팅된 구리시트를 삽입하고, 이후 수직방향으로 충분한 하중을 가한 뒤 접힌 면에서 발생하는 크랙을 관찰하여 코팅막과 구리시트 간의 접착력을 평가하였다. 크랙 발생의 편차를 감안하여 총 10개의 이미지를 관찰하여 평균적인 크랙발생 현상을 분석하였다. The adhesion of PAI / silica nanohybrid coatings prepared on copper sheet was evaluated by 180 ° bending test. For this purpose, as shown in FIG. 2, a copper sheet coated with a coating film was inserted between stainless steel plates having a spacing of 1.0 mm, then a sufficient load was applied in the vertical direction, and a crack occurred on the folded surface And the adhesion between the coating film and the copper sheet was evaluated. The average crack occurrence was analyzed by observing 10 images in consideration of the variation of crack occurrence.

도 3에 도시된 것과 같이 실란만 표면처리된 실리카 나노입자를 사용하는 경우 크랙 발생 횟수가 큰 반면, 실리콘 변성 올리고머를 결합시킨 실리카 나노입자를 사용한 경우 크랙 발생빈도가 대폭 감소하는 것이 관찰되었으며, 이로부터 접착력이 크게 향상되는 것을 확인할 수 있었다. 또한 올리고머를 실리카 고형분 대비 5, 10pt를 처리한 경우에 있어서, 5pt가 10pt에 비하여 우수한 접착력을 보이는데, 이는 본 발명에서 제조한 실리콘 변성 올리고머 사용에서 있어서 실리카 표면처리에 필요한 만큼만 사용하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 과량 사용시 벌크 고분자에 섞여 들어가는 경우, 고분자 수지와의 상용성 저하 및 자체강도를 저하시키기 때문으로 보인다. As shown in FIG. 3, when the silica nanoparticles surface-treated with silane were used, the frequency of occurrence of cracks was large while the frequency of occurrence of cracks was significantly reduced when silica-modified oligomer-bonded silica nanoparticles were used. It was confirmed that the adhesive strength was greatly improved. In addition, when the oligomer is treated with 5 or 10 pt of silica solids, 5 pt shows an excellent adhesive force as compared with 10 pt. This means that it is preferable to use only as necessary for the surface treatment of silica in the use of the silicone modified oligomer prepared in the present invention Able to know. It is considered that when the polymer is mixed with the bulk polymer in excessive use, the compatibility with the polymer resin is lowered and the self-strength is lowered.

일반적으로 실리카를 비롯한 무기 나노입자를 표면개질하는 이유는 고분자를 비롯한 유기물과 무기 나노입자를 혼합시 표면특성의 큰 상이성으로 인해 분산성이 저하를 막고, 계면 결합을 통하여 물성을 향상시키는 데 있다. 본 발명에서는 이러한 실리카 표면 개질 물질로서 기존 알콕시 실란 이외에 혼합하고자 하는 유기 고분자와 유사한 화학적 구조를 지니는 올리고머를 제조하고, 이를 실리카 입자에 화학적으로 결합시킴으로써 보다 특화된 실리카 표면개질 방법을 개발하였다. 아울러 유연성이 큰 실리콘으로 올리고머를 변성함으로써 실리카 주위 유무기 계면에서의 변형에 의한 파괴를 최소화하고자 하였다. 이 뿐만 아니라 실리콘은 표면에너지가 낮은 소수성 물질이기 때문에, 최종적으로 코팅되는 고분자 필름의 표면에너지를 조절할 수 있다는 장점이 있다. Generally, inorganic nanoparticles including silica are surface-modified by mixing inorganic nanoparticles with organic materials such as polymers to prevent deterioration of dispersibility due to a large difference in surface characteristics and to improve physical properties through interfacial bonding . In the present invention, an oligomer having a chemical structure similar to that of an organic polymer to be mixed in addition to a conventional alkoxysilane as a silica surface modifying material is prepared and chemically bonded to silica particles, thereby developing a more specific silica surface modifying method. In addition, the oligomer was denatured by silicone with high flexibility, so as to minimize the destruction due to deformation at the interface between silica and the surrounding environment. In addition, because silicon is a hydrophobic material with low surface energy, it has an advantage in that it can control the surface energy of the finally polymer film to be coated.

Claims (11)

실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제 제조방법에 있어서,
질소원소를 포함하는 실리콘 변성 올리고머(silicon-modified oligomer)를 준비하는 단계와;
상기 실리콘 변성 올리고머의 한쪽 말단을 보호기(protective group)를 이용하여 보호하는 단계와;
표면처리된 실리카 나노입자와 상기 실리콘 변성 올리고머를 혼합하여 상기 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 얻는 단계와;
상기 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 질소원소를 포함하는 폴리머와 혼합하는 단계를 포함하며,
상기 실리콘 변성 올리고머는, 말단이 이소시아네이트, 아민기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1단량체와, 말단이 산무수물, 카르복실산, 카르복실산염화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2단량체를 유기용매 하에서 축합중합반응함에 있어서, 상기 제1단량체 및 상기 제2단량체는 실리콘 단량체 또는 실리콘 올리고머로 이루어진 실리콘 제1반응체 및 실리콘 제2반응체 중 하나 이상을 사용함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제 제조방법.
1. A method for manufacturing an organic / inorganic nano hybrid coating material comprising silica nanoparticles surface-modified with a silicone-modified oligomer,
Preparing a silicon-modified oligomer comprising a nitrogen element;
Protecting one end of the silicon-modified oligomer with a protective group;
Mixing the surface-treated silica nanoparticles with the silicone-modified oligomer to obtain silica nanoparticles surface-modified with the silicone-modified oligomer;
And mixing the silica nanoparticles surface-modified with the silicon-modified oligomer with a polymer comprising a nitrogen element,
The silicone-modified oligomer is obtained by reacting a first monomer having a terminal at least one of isocyanate and amine groups and a second monomer having at least one terminal of an acid anhydride, a carboxylic acid or a carboxylic acid chloride in an organic solvent Wherein the first monomer and the second monomer are obtained by using at least one of a silicon first reactant and a silicon second reactant comprising a silicon monomer or a silicon oligomer, Wherein the modified nanohybrid coating comprises modified silica nanoparticles.
제 1항에 있어서,
상기 표면처리된 실리카 나노입자는,
졸-겔(sol-gel) 방법을 이용하여 실리카 나노입자를 제조하는 단계와;
표면에 반응기를 도입하여 상기 실리카 나노입자를 표면처리하는 단계와;
수분, 알콜용매 및 촉매를 제거하여 표면처리된 상기 실리카 나노입자를 상기 유기용매에 분산된 상태로 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제 제조방법.
The method according to claim 1,
The above-mentioned surface-treated silica nanoparticles can be obtained by,
Preparing silica nanoparticles using a sol-gel method;
Surface-treating the silica nanoparticles by introducing a reactor to the surface;
And removing the water, the alcohol solvent, and the catalyst to obtain the surface-treated silica nanoparticles in a dispersed state in the organic solvent. The method of claim 1, wherein the organic nano- &Lt; / RTI &gt;
제 2항에 있어서,
상기 실리카 나노입자를 제조하는 단계는,
3가 알콕시실란 또는 4가 알콕시실란을 용매에 투입한 뒤 20 내지 80℃에서 교반하고, 여기에 증류수 및 촉매를 투입한 후 다시 교반하여 반응전환율이 80%이상의 고형분이 얻어질 때까지 반응시키는 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제 제조방법.
3. The method of claim 2,
The step of preparing the silica nanoparticles comprises:
Trivalent alkoxysilane or tetraalkoxysilane is added to the solvent, followed by stirring at 20 to 80 ° C. Distilled water and the catalyst are added thereto, and the mixture is stirred again until the solid content of the reaction conversion ratio of 80% or more is obtained Wherein the silica nanoparticles are surface-modified with a silicone-modified oligomer.
제 2항에 있어서,
상기 실리카 나노입자를 표면처리하는 단계는,
아민(amine), 산무수물(anhydride), 에폭시드(epoxide), 이소시아네이트(isocyanate), 싸이올(thiol), 하이드록시(hydroxy) 기를 하나 이상 포함하는 관능기를 갖는 실란을 사용하여 상기 반응기를 도입하는 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제 제조방법.
3. The method of claim 2,
The step of surface-treating the silica nanoparticles comprises:
Introducing the reactor using a silane having a functional group containing at least one of amine, acid anhydride, epoxide, isocyanate, thiol, and hydroxy groups Wherein the silica nanoparticles are surface-modified with a silicone-modified oligomer.
제 1항에 있어서,
상기 제1반응체 및 상기 제2반응체가 반응하여 아미드이미드기를 가지는 하기 화학식 1의 올리고머가 만들어지는 과정에서, 상기 제1반응체 또는 상기 제2반응체 중 적어도 하나는 하기 화학식 2로 표현되며, 상기 제1반응체 또는 상기 제2반응체를 사용하여 하기 화학식 3으로 표현되는 실리콘 변성 올리고머를 얻는 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제 제조방법.
<화학식 1>
Figure pat00007

여기서, n은 화합물의 분자량을 나타내는 반복단위 수(중합도)이고, Y, Z는 보호기이며, AM, IM은 각각 아미드기, 이미드기를 나타냄.
<화학식 2>
Figure pat00008

여기서, m은 실리콘(SO) 반복 단위를 나타내는 1 내지 20 범위의 정수이며, X는 상기 제1반응체 및 상기 제2반응체에 해당되는 말단기를 나타냄.
<화학식 3>
Figure pat00009

여기서, n은 실리콘-아미드-이미드로 이루어지는 상기 실리콘 변성 올리고머의 분자량을 나타내는 반복단위 수(중합도)로서 3 내지 30 범위의 정수이며, f는 실리콘(SO) 단량체 비율로서 0 내지 1의 값을 가짐.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the first reactant and the second reactant is represented by the following general formula (2), wherein the first reactant and the second reactant react to form an oligomer having an amideimide group, Wherein the first reactant or the second reactant is used to obtain a silicone-modified oligomer represented by the following formula (3).
&Lt; Formula 1 >
Figure pat00007

Here, n is the number of repeating units (degree of polymerization) representing the molecular weight of the compound, Y and Z are protecting groups, and AM and IM are amide groups and imide groups, respectively.
(2)
Figure pat00008

Here, m is an integer ranging from 1 to 20 representing a silicon (SO) repeating unit, and X represents a terminal group corresponding to the first reactant and the second reactant.
(3)
Figure pat00009

Herein, n is the number of repeating units (degree of polymerization) representing the molecular weight of the silicone-modified oligomer comprising silicon-amide-imide and is an integer in the range of 3 to 30, and f is a ratio of silicon (SO) .
제 1항에 있어서,
상기 보호기는, 프탈릭언하이드라이드(phthalic anhydride), 말레익언하이드라이드(maleic anhydride), 수씨닉언하이드라이드(succinic anhydride), 페닐이소시아네이트(phenyl isocyanate), 나프틸이소시아네이트(naphthyl isocyanate), 3-메틸펜틸아민(3-methylpentyl amine), 아닐린(aniline), 나프틸아민(naphthylamine) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the protecting group is selected from the group consisting of phthalic anhydride, maleic anhydride, succinic anhydride, phenyl isocyanate, naphthyl isocyanate, 3-methyl Wherein the organic nanoparticle comprises a silica nanoparticle surface-modified with a silicon-modified oligomer, wherein the inorganic nanohybrid is selected from the group consisting of 3-methylpentyl amine, aniline, naphthylamine, &Lt; / RTI &gt;
제 1항에 있어서,
상기 질소원소를 포함하는 폴리머는, 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리아미드이미드(polyamideimide) 계열인 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the nitrogen-containing polymer is a polyamide, polyimide or polyamideimide series organic or inorganic nano hybrid including silica nanoparticles surface-modified with a silicon-modified oligomer. &Lt; / RTI &gt;
실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제에 있어서,
질소원소를 포함하는 폴리머와;
아미드기, 이미드기, 아미드이미드기 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 가지며, 중합도가 3 내지 30인 질소원소를 포함하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하며,
상기 실리콘 변성 올리고머는, 말단이 이소시아네이트, 아민기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1단량체와, 말단이 산무수물, 카르복실산, 카르복실산염화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2단량체를 유기용매 하에서 축합중합반응함에 있어서, 상기 제1단량체 및 상기 제2단량체는 실리콘 단량체 또는 실리콘 올리고머로 이루어진 실리콘 제1반응체 및 실리콘 제2반응체 중 하나 이상을 사용함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제.
An organic or inorganic nano hybrid coating comprising silica nanoparticles surface-modified with a silicone modified oligomer,
A polymer comprising a nitrogen element;
A silica nanoparticle surface-modified with a silicon-modified oligomer having at least one selected from the group consisting of an amide group, an imide group, an amide imide group and a mixture thereof, and a nitrogen element having a degree of polymerization of 3 to 30,
The silicone-modified oligomer is obtained by reacting a first monomer having a terminal at least one of isocyanate and amine groups and a second monomer having at least one terminal of an acid anhydride, a carboxylic acid or a carboxylic acid chloride in an organic solvent Wherein the first monomer and the second monomer are obtained by using at least one of a silicon first reactant and a silicon second reactant comprising a silicon monomer or a silicon oligomer, Wherein the modified nanohybrid coating comprises modified silica nanoparticles.
제 8항에 있어서,
상기 질소원소를 포함하는 폴리머는, 폴리아미드(polyamide), 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리아미드이미드(polyamideimide) 계열인 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 코팅제.
9. The method of claim 8,
Wherein the nitrogen-containing polymer is a polyamide, polyimide or polyamideimide series organic or inorganic nano hybrid including silica nanoparticles surface-modified with a silicon-modified oligomer. Coating agent.
실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 수지 제조방법에 있어서,
질소원소를 포함하는 실리콘 변성 올리고머(silicon-modified oligomer)를 준비하는 단계와;
상기 실리콘 변성 올리고머의 한쪽 말단을 보호기(protective group)를 이용하여 보호하는 단계와;
표면처리된 실리카 나노입자와 상기 실리콘 변성 올리고머를 혼합하여 상기 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 얻는 단계와;
상기 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 질소원소를 포함하는 폴리머와 혼합하는 단계를 포함하며,
상기 실리콘 변성 올리고머는, 말단이 이소시아네이트, 아민기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1단량체와, 말단이 산무수물, 카르복실산, 카르복실산염화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2단량체를 유기용매 하에서 축합중합반응함에 있어서, 상기 제1단량체 및 상기 제2단량체는 실리콘 단량체 또는 실리콘 올리고머로 이루어진 실리콘 제1반응체 및 실리콘 제2반응체 중 하나 이상을 사용함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 수지 제조방법.
A method for producing an organic / inorganic hybrid nanohybrid resin comprising silica nanoparticles surface-modified with a silicone-modified oligomer,
Preparing a silicon-modified oligomer comprising a nitrogen element;
Protecting one end of the silicon-modified oligomer with a protective group;
Mixing the surface-treated silica nanoparticles with the silicone-modified oligomer to obtain silica nanoparticles surface-modified with the silicone-modified oligomer;
And mixing the silica nanoparticles surface-modified with the silicon-modified oligomer with a polymer comprising a nitrogen element,
The silicone-modified oligomer is obtained by reacting a first monomer having at least one of an isocyanate and an amine group at its terminal and a second monomer having at least one of an acid anhydride, a carboxylic acid and a carboxylate at the terminal thereof in an organic solvent Wherein the first monomer and the second monomer are obtained by using at least one of a silicon first reactant and a silicon second reactant comprising a silicon monomer or a silicon oligomer, Modified nanohybrid resin containing modified silica nanoparticles.
실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 수지에 있어서,
질소원소를 포함하는 폴리머와;
아미드기, 이미드기, 아미드이미드기 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종을 가지며, 중합도가 3 내지 30인 질소원소를 포함하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하며,
상기 실리콘 변성 올리고머는, 말단이 이소시아네이트, 아민기 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제1단량체와, 말단이 산무수물, 카르복실산, 카르복실산염화물 중 적어도 어느 하나를 포함하는 제2단량체를 유기용매 하에서 축합중합반응함에 있어서, 상기 제1단량체 및 상기 제2단량체는 실리콘 단량체 또는 실리콘 올리고머로 이루어진 실리콘 제1반응체 및 실리콘 제2반응체 중 하나 이상을 사용함으로써 얻어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 변성 올리고머로 표면개질된 실리카 나노입자를 포함하는 유무기 나노하이브리드 수지.
An organic / inorganic nano hybrid resin comprising silica nanoparticles surface-modified with a silicone-modified oligomer,
A polymer comprising a nitrogen element;
A silica nanoparticle surface-modified with a silicon-modified oligomer having at least one selected from the group consisting of an amide group, an imide group, an amide imide group and a mixture thereof, and a nitrogen element having a degree of polymerization of 3 to 30,
The silicone-modified oligomer is obtained by reacting a first monomer having at least one of an isocyanate and an amine group at its terminal and a second monomer having at least one of an acid anhydride, a carboxylic acid and a carboxylate at the terminal thereof in an organic solvent Wherein the first monomer and the second monomer are obtained by using at least one of a silicon first reactant and a silicon second reactant comprising a silicon monomer or a silicon oligomer, Wherein the modified nanohybrid resin contains modified silica nanoparticles.
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