KR102120447B1 - The method for preparation of polyvinylidene fluoride nanoparticle using poly(ethylene glycol)s and the polyvinylidene fluoride nanoparticle thereby - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에서 라디칼 개시제, 증류수 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계(단계 1); 및 상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액에 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF)를 첨가하는 단계(단계 2);를 포함하는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF) 나노 입자의 제조방법이 제공된다. 본 발명에 따른 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 제조방법은 폴리에틸렌글리콜 계열의 화합물을 에멀젼 중합에 이용하여 기존의 8 개의 불화탄소를 지니고 있는 암모늄 계열의 계면활성제(ammonium perfluorinated octanoate, APFO)를 이용한 공정보다 훨씬 적은 양으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 본 발명에서 사용되는 화합물은 인체축적 및 독성도가 거의 없으므로 APFO 대체는 물론 폴리비닐리덴 플루오라이드의 제조단가를 매우 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.Preparing a mixed solution by mixing a radical initiator, distilled water, and a compound represented by the following Chemical Formula 1 in one aspect of the present invention (step 1); And adding vinylidene fluoride (VDF) to the mixed solution prepared in step 1 (step 2); providing a method of manufacturing polyvinylidene fluoride (PVDF) nanoparticles do. The method for producing polyvinylidene fluoride nanoparticles according to the present invention is a process using an existing ammonium-based surfactant (ammonium perfluorinated octanoate, APFO) having 8 carbon fluoride by using a polyethylene glycol-based compound for emulsion polymerization. Not only can it be used in a much smaller amount, the compound used in the present invention has an effect that can reduce the manufacturing cost of polyvinylidene fluoride as well as APFO replacement because there is little human accumulation and toxicity.
Description
폴리에틸렌글리콜을 이용한 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing polyvinylidene fluoride nanoparticles using polyethylene glycol and a polyvinylidene fluoride nanoparticle prepared accordingly.
유기 불소 고분자 재료는 저에너지 표면특성, 내열성, 안정성, 내약품성 등 다른 탄화수소계 고분자 재료와는 다른 독특한 물성을 나타낸다. 이로 인하여 전기전자산업, 반도체산업, 디스플레이산업, 자동차산업 등의 국가기간산업 분야에서 제품의 고기능화, 고성능화 및 고부가가치화를 이루기 위한 핵심소재로 사용되고 있다. The organic fluorine polymer material exhibits unique properties different from other hydrocarbon-based polymer materials such as low energy surface properties, heat resistance, stability, and chemical resistance. For this reason, it has been used as a key material for achieving high functionalization, high performance and high added value of products in the national key industries such as the electric and electronic industry, semiconductor industry, display industry, and automobile industry.
유기 불소 고분자 재료의 전 세계 시장은 2011 년 기준 265,000 MT 규모이며 약 7조 원 이상의 시장을 갖으며, 그 중 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF)와 관련된 시장은 불소고무를 포함하여 약24.5 %를 차지한다(Market and Market Analysis, 2012). The global market for organic fluorine polymer materials is 265,000 MT in 2011 and has a market of more than about 7 trillion won, of which the market related to polyvinylidene fluoride (PVDF) is about 24.5 including fluorine rubber. % (Market and Market Analysis, 2012).
또한, 국내 불소 고분자 시장은 약 20,000 MT 정도이며, 폴리비닐리덴 플루오라이드는 전량 수입에 의존하고 있다. 약 3,000 MT으로 1,000억 원의 시장을 갖고 있다(2011. 6. 30, 화학저널).In addition, the domestic fluorine polymer market is about 20,000 MT, and polyvinylidene fluoride is dependent on imports. It has a market of 100 billion won with about 3,000 MT (June 30, 2011, Chemical Journal).
에멀젼 중합시 가장 중요한 실험 변수들 중의 하나로 계면활성제로 그동안 8개의 불화탄소를 지니고 있는 암모늄 계열의 계면활성제(ammonium perfluorinated octanoate, APFO)가 비닐리덴 플루오라이드 중합을 위해서 대중적으로 이용이 되어 왔다. 그렇지만, APFO 계열 물질은 인체 혈액 내에 축적되고 동물실험에서 발암물질과 임신장애 등을 발생하는 위험물질로 규정이 되었다. As one of the most important experimental parameters in emulsion polymerization, ammonium perfluorinated octanoate (APFO), which has 8 carbon fluoride as a surfactant, has been widely used for polymerization of vinylidene fluoride. However, APFO-based substances accumulate in human blood and have been defined as dangerous substances that cause carcinogens and pregnancy disorders in animal experiments.
특히, 불화탄소의 길이가 8 개 이상으로 길어짐에 따라 그 위험도는 급격하게 상승하는 것으로 조사가 되었다. 이에 따라 2010 년까지 APFO의 출하량을 95 % 까지 줄이고 2015 년 이후에는 사용을 완전히 금지하는 것으로 불소고분자 제조사들간 합의가 이루어졌으며 대체 계면활성제를 개발하기 위한 활발한 연구가 진행이 되어 왔다. In particular, as the length of carbon fluoride increases to 8 or more, the risk has been investigated to rise sharply. Accordingly, agreements have been reached between fluorine polymer manufacturers to reduce APFO shipments by 95% by 2010 and to ban their use after 2015, and active research has been conducted to develop alternative surfactants.
본 발명자들은 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 제조방법에 대하여 연구하던 중, 에멀젼 중합으로 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 제조함에 있어, 불소계 계면활성제를 사용하지 않고 무독성 재료인 폴리에틸렌글리콜 계열의 화합물을 이용하여 폴리비닐리덴 플루오로라이드 나노 입자를 제조하였으며, APFO의 대체 뿐만 아니라, 경제적인 방법임을 발견하고 본 발명을 완성하였다.The present inventors were studying a method for producing polyvinylidene fluoride nanoparticles. In preparing polyvinylidene fluoride nanoparticles by emulsion polymerization, they used a polyethylene glycol-based compound that is a non-toxic material without using a fluorine-based surfactant. Polyvinylidene fluoride nanoparticles were prepared using the method, and found to be an economical method as well as replacement of APFO, and completed the present invention.
본 발명의 일 측면에서의 목적은 폴리에틸렌글리콜(poly(ethylene glycol)) 계열의 화합물을 에멀젼 중합에 이용한 폴리비닐 플루오로라이드 나노 입자의 제조방법을 제공하는 것이다.An object in one aspect of the present invention is to provide a method for producing polyvinyl fluoride nanoparticles using a poly(ethylene glycol)-based compound for emulsion polymerization.
본 발명의 다른 측면에서의 목적은 폴리에틸렌글리콜(poly(ethylene glycol)) 계열의 화합물을 이용하여 제조되는 폴리비닐 플루오로라이드 나노 입자를 제공하는 것이다.An object in another aspect of the present invention is to provide polyvinyl fluoride nanoparticles manufactured using a poly(ethylene glycol)-based compound.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서In order to achieve the above object, in one aspect of the present invention
라디칼 개시제, 증류수 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계(단계 1); 및Preparing a mixed solution by mixing a radical initiator, distilled water, and a compound represented by the following Chemical Formula 1 (step 1); And
상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액에 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF)를 첨가하는 단계(단계 2);를 포함하는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF) 나노 입자의 제조방법이 제공된다.Provided is a method for producing polyvinylidene fluoride (Polyvinylidene fluoride, PVDF) nanoparticles, including adding vinylidene fluoride (VDF) to the mixed solution prepared in step 1 (step 2). .
[화학식 1][Formula 1]
(상기 화학식 1에서,(In the
R1은 수소 또는 C1-3의 알킬이고,R 1 is hydrogen or C 1-3 alkyl,
n은 2 내지 200이다.)n is 2 to 200.)
또한, 본 발명의 다른 측면에서In addition, in another aspect of the present invention
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 이용하여 에멀젼 중합으로 제조된 것을 특징으로 하는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF) 나노 입자가 제공된다.Polyvinylidene fluoride (PVDF) nanoparticles, which are prepared by emulsion polymerization using the compound represented by Chemical Formula 1, are provided.
나아가, 본 발명의 또 다른 측면에서Furthermore, in another aspect of the present invention
반응 용기에 라디칼 개시제, 증류수 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계(단계 1); 및Preparing a mixed solution by mixing a radical initiator, distilled water, and a compound represented by the following Chemical Formula 1 in a reaction vessel (step 1); And
상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액이 담긴 반응 용기를 60 내지 90 ℃의 반응 온도 및 10 내지 100 bar의 반응 압력에 도달시킨 후, 100 내지 1,000 rpm의 속도로 교반하고, 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF)를 0.5 내지 2 g/분의 속도로 첨가하여 반응시키는 단계(단계 2);를 포함하는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF) 나노 입자의 분자량 조절 방법이 제공된다.After the reaction vessel containing the mixed solution prepared in
더욱 나아가, 본 발명의 다른 측면에서Furthermore, in another aspect of the present invention
상기의 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF) 나노 입자를 포함하는 필름 소재가 제공된다.A film material including the polyvinylidene fluoride (PVDF) nanoparticles is provided.
본 발명에 따른 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 제조방법은 폴리에틸렌글리콜 계열의 화합물을 에멀젼 중합에 이용하여 기존의 8 개의 불화탄소를 지니고 있는 암모늄 계열의 계면활성제(ammonium perfluorinated octanoate, APFO)를 이용한 공정보다 훨씬 적은 양으로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 본 발명에서 사용되는 화합물은 인체축적 및 독성도가 거의 없으므로 APFO 대체는 물론 폴리비닐리덴 플루오라이드의 제조단가를 매우 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.The method for producing polyvinylidene fluoride nanoparticles according to the present invention is a process using an existing ammonium-based surfactant (ammonium perfluorinated octanoate, APFO) having 8 carbon fluoride by using a polyethylene glycol-based compound for emulsion polymerization. Not only can it be used in a much smaller amount, the compound used in the present invention has an effect that can reduce the manufacturing cost of polyvinylidene fluoride as well as APFO replacement because there is little human accumulation and toxicity.
또한, 본 발명에 따른 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 제조방법은 반응 조건을 조절하여 제조되는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 분자량을 조절할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자는 다양한 분야에서 요구되는 물성을 충족시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the method for producing polyvinylidene fluoride nanoparticles according to the present invention can control the molecular weight of polyvinylidene fluoride nanoparticles prepared by controlling reaction conditions. Accordingly, the polyvinylidene fluoride nanoparticles produced by the manufacturing method according to the present invention have an effect capable of satisfying the properties required in various fields.
도 1은 실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 1 및 비교예 2에서의 비닐리덴 플루오라이드 투입 속도를 나타낸 단량체-고분자 전환율을 나타내는 그래프이고;
도 2는 실시예 4, 실시예 5 및 비교예 1에서의 비닐리덴 플루오라이드 투입 속도를 나타낸 단량체-고분자 전환율을 나타내는 그래프이고;
도 3은 실시예 2에서 제조된 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 핵자기 공명 분광법(NMR)으로 분석한 그래프이고;
도 4는 비교예 1에서 제조된 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 핵자기 공명 분광법(NMR)으로 분석한 그래프이고;
도 5 내지 도 11은 실시예 1 내지 실시예 5, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 주사 전자 현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.1 is a graph showing the monomer-polymer conversion rate showing the vinylidene fluoride injection rates in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2;
Figure 2 is a graph showing the monomer-polymer conversion rate showing the vinylidene fluoride injection rate in Example 4, Example 5 and Comparative Example 1;
FIG. 3 is a graph of polyvinylidene fluoride nanoparticles prepared in Example 2 analyzed by nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR);
4 is a graph obtained by analyzing the polyvinylidene fluoride nanoparticles prepared in Comparative Example 1 by nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR);
5 to 11 are photographs obtained by observing the polyvinylidene fluoride nanoparticles prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 with a scanning electron microscope (SEM).
본 발명의 일 측면에서In one aspect of the invention
라디칼 개시제, 증류수 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계(단계 1); 및Preparing a mixed solution by mixing a radical initiator, distilled water, and a compound represented by the following Chemical Formula 1 (step 1); And
상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액에 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF)를 첨가하는 단계(단계 2);를 포함하는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF) 나노 입자의 제조방법이 제공된다.Provided is a method for producing polyvinylidene fluoride (Polyvinylidene fluoride, PVDF) nanoparticles, including adding vinylidene fluoride (VDF) to the mixed solution prepared in step 1 (step 2). .
[화학식 1][Formula 1]
(상기 화학식 1에서,(In the
R1은 수소 또는 C1-3의 알킬이고,R 1 is hydrogen or C 1-3 alkyl,
n은 2 내지 200이다.)n is 2 to 200.)
이하, 본 발명에 따른 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 제조방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing polyvinylidene fluoride nanoparticles according to the present invention will be described in detail for each step.
먼저, 본 발명에 따른 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 제조방법에 있어서, 단계 1은 라디칼 개시제, 증류수 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계이다.First, in the method for producing polyvinylidene fluoride nanoparticles according to the present invention,
상기 단계 1에서는 에멀젼 중합을 통해 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 제조하기 위하여 반응 물질들을 증류수와 혼합하여 혼합 용액을 제조한다. 이때, 본 발명에서는 불소 원자 또는 불화 탄소를 포함하는 화합물을 사용하지 않으며, 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.In
구체적인 일례로, 상기 단계 1에서 화학식 1로 표시되는 화합물은 폴리에틸렌글리콜(poly(ethylene glycol)) 및 폴리에틸렌글리콜 메틸 에테르(poly(ethylene glycol) methyl ether) 등의 화합물이다. As a specific example, the compound represented by
본 발명은 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자 제조 공정에서 일반적으로 사용되는 불소 원자 또는 불화 탄소를 포함하는 화합물을 사용하지 않으며, 폴리에틸렌글리콜 등과 친환경 물질을 사용한다.The present invention does not use a compound containing a fluorine atom or carbon fluoride, which is generally used in the process of manufacturing polyvinylidene fluoride nanoparticles, and uses environmentally friendly materials such as polyethylene glycol.
또한, 상기 단계 1에서 화학식 1로 표시되는 화합물은 물에 잘 녹는 수용성 물질로서, 중합 반응 후, 정제 공정에서 제거가 용이하다.In addition, the compound represented by the formula (1) in
또한, 일례로 상기 단계 1에서 화학식 1로 표시되는 화합물의 수평균 분자량(Mn)은 200 g/mol 내지 10,000 g/mol일 수 있으며, 200 g/mol 내지 5,000 g/mol일 수 있고, 200 g/mol 내지 1,000 g/mol일 수 있으며, 200 g/mol 내지 900 g/mol일 수 있다. 또한, 상기 화학식 1에서 n은 2 내지 200일 수 있고, 2 내지 100일 수 있으며, 2 내지 50일 수 있고, 2 내지 20일 수 있으며, 5 내지 20일 수 있다.In addition, as an example, the number average molecular weight (M n ) of the compound represented by Formula 1 in
일례로, 상기 단계 1에서 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량은 전체 혼합 용액에 대하여 0.001 중량% 내지 0.5 중량%인 것이 바람직하고, 0.003 중량% 내지 0.1 중량%인 것이 더욱 바람직하고, 0.003 중량% 내지 0.01 중량%인 것이 바람직하다. 만약, 상기 단계 1에서 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량이 전체 혼합 용액에 대하여 0.001 중량% 미만인 경우에는 정상적인 에멀젼 방울이 형성되지 않으므로 균일한 중합체를 얻을 수 없으며, 얻어지는 생성물의 분산도가 극히 낮아서 실제로 생성물을 이용할 수 없는 문제가 있으며, 0.5 중량%를 초과하는 경우에는 단량체의 투입속도가 저하되며 중합 반응 후 상기 화합물의 제거가 용이하지 않아 공정 상에 문제가 발생한다.In one example, the content of the compound represented by Formula 1 in
또한, 일례로 상기 단계 1의 라디칼 개시제는 소듐 퍼설페이트(Sodium persulfate), 포타슘 퍼설페이트(Potassium persulfate), 암모늄 퍼설페이트(Ammonium persulfate), n-프로필 퍼옥시디카보네이트 (n-propyl peroxydicarbonate 및 암모늄 퍼플루오로 노나노에이트 (Ammonium perfluorononanoate) 등을 사용할 수 있다.In addition, as an example, the radical initiator of
이때, 상기 단계 1에서 라디칼 개시제의 함량은 전체 혼합 용액에 대하여 0.1 내지 2.0 중량%인 것이 바람직하고, 0.1 내지 1.0 중량%인 것이 더궁 바람직하다. 만약, 상기 단계 1에서 라디칼 개시제의 함량이 전체 혼합 용액에 대하여 0.1 중량% 미만일 경우에는 분자량 상승으로 인해 생성물의 용해도가 급격히 떨어지는 문제가 있으며, 2.0 중량%를 초과하는 경우에는 분자량이 떨어져서 생성물의 기계적, 열적 물성의 하락으로 이어지는 문제가 있다.At this time, the content of the radical initiator in
다음으로, 본 발명에 따른 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액에 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF)를 첨가하는 단계이다.Next, in the method for producing polyvinylidene fluoride nanoparticles according to the present invention,
상기 단계 2에서는 상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액을 사용하여 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 제조한다. 반응 온도, 반응 압력, 교반 속도 및 단량체인 비닐리덴 플루오라이드가 투입되는 속도를 조절하여 적절한 분자량을 가지는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 제조할 수 있다.In
이때, 상기 단계 2는 60 내지 90 ℃의 반응 온도 및 10 내지 100 bar의 반응 압력에 도달시킨 후, 100 내지 1,000 rpm의 속도로 교반하며, 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF)를 0.5 내지 2 g/분의 속도로 첨가하여 수행될 수 있다. At this time, the
구체적인 일례로, 상기 단계 2에서 반응 온도는 60 내지 90 ℃인 것이 바람직하다. 만약, 상기 단계 2에서 반응 온도가 60 ℃ 미만일 경우에는 반응이 일어나지 않는 문제가 있으며, 90 ℃를 초과하는 경우에는 높은 반응 온도로 인해 제조되는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 분자량을 조절하기 어려운 문제가 있다. As a specific example, the reaction temperature in
또한, 일례로 상기 단계 2에서 반응 압력은 10 내지 100 bar인 것이 바람직하다. 만약, 상기 단계 2에서 반응 압력이 10 bar 미만인 경우에는 반응 속도가 너무 낮아 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 형성하기 어려운 문제가 있으며, 100 bar를 초과하는 경우에는 요구되는 고압 장치의 비용이 큰 문제가 있다.In addition, as an example, the reaction pressure in
나아가, 일례로 상기 단계 2에서 교반 속도는 100 내지 1000 rpm인 것이 바람직하다. 만약, 상기 단계 2에서 교반 속도가 100 rpm 미만일 경우에는 제조되는 폴리비닐리덴 플루오라이드 입자의 크기가 불균일하고 매우 커지는 문제가 있으며, 1000 rpm을 초과하는 경우에는 제조되는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자가 입자 형태를 이루기 어려운 문제가 있다. Furthermore, for example, the stirring speed in
또한, 일례로 상기 단계 2에서 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF)를 0.5 내지 2 g/분의 속도로 투입하는 것이 바람직하다. 만약, 상기 단계 2에서 비닐리덴 플루오라이드를 0.5 g/분의 속도로 투입하는 경우에는 반응완료까지의 시간이 매우 늦어지는 문제가 있으며, 2 g/분을 초과하는 속도로 투입하는 경우에는 반응기 압력이 높아져서 공정상 위험성이 있는 문제가 있다.In addition, for example, in
상기와 같은 다양한 반응 조건에서 에멀젼 중합을 수행함으로써 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 분자량을 조절할 수 있으며, 이에 따라, 다양한 분야에서 요구되는 물성을 충족시킬 수 있다.The molecular weight of the polyvinylidene fluoride nanoparticles can be controlled by performing emulsion polymerization under various reaction conditions as described above, and accordingly, physical properties required in various fields can be satisfied.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에서In addition, in another aspect of the present invention
상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 이용하여 에멀젼 중합으로 제조된 것을 특징으로 하는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF) 나노 입자가 제공된다.Polyvinylidene fluoride (PVDF) nanoparticles, which are prepared by emulsion polymerization using the compound represented by
본 발명에서 제시하는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자는 일반적으로 사용되는 불소 원자 또는 불화 탄소를 포함하는 화합물을 사용하지 않으며, 폴리에틸렌글리콜 등과 친환경 물질을 사용하여 제조되는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자이다.The polyvinylidene fluoride nanoparticles presented in the present invention are polyvinylidene fluoride nanoparticles that do not use a compound containing a fluorine atom or carbon fluoride, which is generally used, and are manufactured using environmentally friendly materials such as polyethylene glycol.
또한, 종래 사용되는 불화 원자 또는 불화 탄소를 포함하는 화합물보다 훨씬 적은 양으로 나노 입자를 용이하게 제조할 수 있어 단가가 낮은 장점이 있다.In addition, the nanoparticles can be easily produced in a much smaller amount than the conventionally used compound containing a fluorine atom or a carbon fluoride, which has the advantage of low cost.
나아가, 본 발명의 다른 일 측면에서Furthermore, in another aspect of the present invention
반응 용기에 라디칼 개시제, 증류수 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계(단계 1); 및Preparing a mixed solution by mixing a radical initiator, distilled water, and a compound represented by the following
상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액이 담긴 반응 용기를 60 내지 90 ℃의 반응 온도 및 10 내지 100 bar의 반응 압력에 도달시킨 후, 100 내지 1,000 rpm의 속도로 교반하고, 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF)를 0.5 내지 2 g/분의 속도로 첨가하여 반응시키는 단계(단계 2);를 포함하는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF) 나노 입자의 분자량 조절 방법이 제공된다.After the reaction vessel containing the mixed solution prepared in
[화학식 1][Formula 1]
(상기 화학식 1에서,(In the
R1은 수소 또는 C1-3의 알킬이고,R 1 is hydrogen or C 1-3 alkyl,
n은 2 내지 200이다.)n is 2 to 200.)
이하, 본 발명에 따른 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 분자량 조절 방법에 대하여 각 단계별로 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for adjusting the molecular weight of the polyvinylidene fluoride nanoparticles according to the present invention will be described in detail for each step.
먼저, 본 발명에 따른 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 분자량 조절 방법에 있어서, 단계 1은 라디칼 개시제, 증류수 및 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 혼합하여 혼합 용액을 제조하는 단계이다.First, in the method for adjusting the molecular weight of polyvinylidene fluoride nanoparticles according to the present invention,
상기 단계 1에서는 에멀젼 중합을 통해 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 제조하기 위하여 반응 물질들을 증류수와 혼합하여 혼합 용액을 제조한다. 이때, 본 발명에서는 불소 원자 또는 불화 탄소를 포함하는 화합물을 사용하지 않으며, 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한다.In
구체적인 일례로, 상기 단계 1에서 화학식 1로 표시되는 화합물은 폴리에틸렌글리콜(poly(ethylene glycol)) 및 폴리에틸렌글리콜 메틸 에테르(poly(ethylene glycol) methyl ether) 등의 화합물이다. As a specific example, the compound represented by
본 발명은 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자 제조 공정에서 일반적으로 사용되는 불소 원자 또는 불화 탄소를 포함하는 화합물을 사용하지 않으며, 폴리에틸렌글리콜 등과 친환경 물질을 사용한다.The present invention does not use a compound containing a fluorine atom or carbon fluoride, which is generally used in the process of manufacturing polyvinylidene fluoride nanoparticles, and uses environmentally friendly materials such as polyethylene glycol.
또한, 상기 단계 1에서 화학식 1로 표시되는 화합물은 물에 잘 녹는 수용성 물질로서, 중합 반응 후, 정제 공정에서 제거가 용이하다.In addition, the compound represented by the formula (1) in
또한, 일례로 상기 단계 1에서 화학식 1로 표시되는 화합물의 수평균 분자량(Mn)은 200 g/mol 내지 10,000 g/mol일 수 있으며, 200 g/mol 내지 5,000 g/mol일 수 있고, 200 g/mol 내지 1,000 g/mol일 수 있으며, 200 g/mol 내지 900 g/mol일 수 있다. 또한, 상기 화학식 1에서 n은 2 내지 200일 수 있고, 2 내지 100일 수 있으며, 2 내지 50일 수 있고, 2 내지 20일 수 있으며, 5 내지 20일 수 있다. In addition, as an example, the number average molecular weight (M n ) of the compound represented by
상기 단계 1에서 화학식 1로 표시되는 화합물의 수평균 분자량을 조절함으로써 제조되는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 분자량, 입자 직경, 열적 특성 등을 조절할 수 있다.In
일례로, 상기 단계 1에서 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량은 전체 혼합 용액에 대하여 0.001 중량% 내지 0.5 중량%인 것이 바람직하고, 0.003 중량% 내지 0.1 중량%인 것이 더욱 바람직하고, 0.003 중량% 내지 0.01 중량%인 것이 바람직하다. 만약, 상기 단계 1에서 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량이 전체 혼합 용액에 대하여 0.001 중량% 미만인 경우에는 정상적인 에멀젼 방울이 형성되지 않으므로 균일한 중합체를 얻을 수 없으며, 얻어지는 생성물의 분산도가 극히 낮아서 실제로 생성물을 이용할 수 없는 문제가 있으며, 0.5 중량%를 초과하는 경우에는 단량체의 투입속도가 저하되며 중합 반응 후 상기 화합물의 제거가 용이하지 않아 공정 상에 문제가 발생한다.In one example, the content of the compound represented by
또한, 일례로 상기 단계 1의 라디칼 개시제는 소듐 퍼설페이트(Sodium persulfate), 포타슘 퍼설페이트(Potassium persulfate), 암모늄 퍼설페이트(Ammonium persulfate), n-프로필 퍼옥시디카보네이트 (n-propyl peroxydicarbonate 및 암모늄 퍼플루오로 노나노에이트 (Ammonium perfluorononanoate) 등을 사용할 수 있다.In addition, as an example, the radical initiator of
이때, 상기 단계 1에서 라디칼 개시제의 함량은 전체 혼합 용액에 대하여 0.1 내지 2.0 중량%인 것이 바람직하고, 0.1 내지 1.0 중량%인 것이 더궁 바람직하다. 만약, 상기 단계 1에서 라디칼 개시제의 함량이 전체 혼합 용액에 대하여 0.1 중량% 미만일 경우에는 분자량 상승으로 인해 생성물의 용해도가 급격히 떨어지는 문제가 있으며, 2.0 중량%를 초과하는 경우에는 분자량이 떨어져서 생성물의 기계적, 열적 물성의 하락으로 이어지는 문제가 있다.At this time, the content of the radical initiator in
다음으로, 본 발명에 따른 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 분자량 조절 방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액이 담긴 반응 용기를 60 내지 90 ℃의 반응 온도 및 10 내지 100 bar의 반응 압력에 도달시킨 후, 100 내지 1,000 rpm의 속도로 교반하고, 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF)를 0.5 내지 2 g/분의 속도로 첨가하여 반응시키는 단계이다.Next, in the method for adjusting the molecular weight of the polyvinylidene fluoride nanoparticles according to the present invention,
상기 단계 2에서는 상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액이 담긴 반응 용기를 사용하여 다양한 반응 조건에서 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 제조한다. 반응 온도, 반응 압력, 교반 속도 및 단량체가 투입되는 속도를 조절하여 제조되는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 분자량을 조절할 수 있다.In
이와 같이, 제조되는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 분자량을 조절함으로써, 사용되는 용도에 따라 적합한 물성(나노 입자의 직경, 열적 특성 등)을 얻을 수 있어 다양한 분야에서 사용이 가능하다.As described above, by adjusting the molecular weight of the polyvinylidene fluoride nanoparticles to be produced, suitable physical properties (diameter, thermal properties, etc. of nanoparticles) can be obtained according to the application to be used, and thus it can be used in various fields.
구체적인 일례로, 상기 단계 2에서 반응 온도는 60 내지 90 ℃인 것이 바람직하다. 만약, 상기 단계 2에서 반응 온도가 60 ℃ 미만일 경우에는 반응이 일어나지 않는 문제가 있으며, 90 ℃를 초과하는 경우에는 높은 반응 온도로 인해 제조되는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 분자량을 조절하기 어려운 문제가 있다. As a specific example, the reaction temperature in
또한, 일례로 상기 단계 2에서 반응 압력은 10 내지 100 bar인 것이 바람직하다. 만약, 상기 단계 2에서 반응 압력이 10 bar 미만인 경우에는 반응 속도가 너무 낮아 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 형성하기 어려운 문제가 있으며, 100 bar를 초과하는 경우에는 요구되는 고압 장치의 비용이 큰 문제가 있다.In addition, as an example, the reaction pressure in
나아가, 일례로 상기 단계 2에서 교반 속도는 100 내지 1000 rpm인 것이 바람직하다. 만약, 상기 단계 2에서 교반 속도가 100 rpm 미만일 경우에는 제조되는 폴리비닐리덴 플루오라이드 입자의 크기가 불균일하고 매우 커지는 문제가 있으며, 1000 rpm을 초과하는 경우에는 제조되는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자가 입자 형태를 이루기 어려운 문제가 있다. Furthermore, for example, the stirring speed in
또한, 일례로 상기 단계 2에서 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF)를 0.5 내지 2 g/분의 속도로 투입하는 것이 바람직하다. 만약, 상기 단계 2에서 비닐리덴 플루오라이드를 0.5 g/분의 속도로 투입하는 경우에는 반응완료까지의 시간이 매우 늦어지는 문제가 있으며, 2 g/분을 초과하는 속도로 투입하는 경우에는 반응기 압력이 높아져서 공정상 위험성이 있는 문제가 있다.In addition, for example, in
상기와 같은 다양한 반응 조건에서 화학식 1의 화합물을 이용한 에멀젼 중합을 수행함으로써 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 분자량을 조절할 수 있으며, 이에 따라, 다양한 분야에서 요구되는 물성을 충족시킬 수 있다.The molecular weight of the polyvinylidene fluoride nanoparticles can be controlled by performing emulsion polymerization using the compound of
또한, 본 발명의 일 측면에서In addition, in one aspect of the present invention
상기의 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF) 나노 입자를 포함하는 필름 소재가 제공된다.A film material including the polyvinylidene fluoride (PVDF) nanoparticles is provided.
불화 고분자의 일종인 폴리비닐리덴 플루오라이드는 필름 형태로 태양전지의 전해질과 함께 사용되거나, 2 차 전지의 분리막 또는 양극재, 수처리 멤브레인, 연료전지 분리판 등 다양한 분야에서 사용될 수 있다.Polyvinylidene fluoride, a kind of fluorinated polymer, may be used in the form of a film with an electrolyte of a solar cell, or may be used in various fields such as a separator or a cathode material of a secondary battery, a water treatment membrane, and a fuel cell separator.
특히, 독성이 있는 계면활성제를 사용하지 않으며 본 발명에서 사용되는 화학식 1의 화합물은 소량 남아 있더라도 독성이 없으므로 세포성장배지 등의 바이오 분야에 널리 활용이 될 수 있다.In particular, since a toxic surfactant is not used and the compound of
이에 따라, 본 발명에 따른 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 용도에 맞게 분자량을 조절하여 요구되는 물성을 얻은 후, 필름 형태로 제조하여 다양한 분야에 적용할 수 있다.Accordingly, after obtaining the required properties by adjusting the molecular weight of the polyvinylidene fluoride nanoparticles according to the present invention according to the application, it can be prepared in a film form and applied to various fields.
이하, 본 발명을 하기 실시예 및 실험예에 의하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by the following examples and experimental examples.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예 및 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.However, the following examples and experimental examples are only illustrative of the present invention, and the scope of the invention is not limited by the examples and experimental examples.
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실시예Example
1> 1>
폴리비닐리덴Polyvinylidene
플루오라이드Fluoride
나노 입자의 제조 1 Preparation of
단계 1: 1 L 반응 용기에 280 g의 증류수를 넣고, 폴리에틸렌글리콜(poly(ethylene glycol), (H-(O-CH2-CH2)n-OH), Mn=300) 0.01 g을 첨가한 후, 82 ℃의 온도에서 1 시간 동안 300 rpm으로 교반하였다. Step 1: Add 280 g of distilled water to a 1 L reaction vessel, and add 0.01 g of polyethylene glycol ((H-(O-CH 2 -CH 2 ) n -OH), M n =300) After that, the mixture was stirred at a temperature of 82° C. for 1 hour at 300 rpm.
그 후, 개시제로써 소듐 퍼설페이트(Sodium persulfate) 0.558 g 을 20 g의 증류수에 녹인 후, 이를 상기 반응 용기에 첨가하여 혼합 용액을 제조하였다.Then, 0.558 g of sodium persulfate as an initiator was dissolved in 20 g of distilled water, and then added to the reaction vessel to prepare a mixed solution.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액에 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF) 110 g을 약 1.0 g/분의 속도로 투입하며, 82 ℃의 반응 온도 및 19.5 bar의 반응 압력에서 300 rpm의 교반 속도로 반응시켜 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 제조하였다.Step 2: 110 g of vinylidene fluoride (VDF) was added to the mixed solution prepared in
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실시예Example
2> 2>
폴리비닐리덴Polyvinylidene
플루오라이드Fluoride
나노 입자의 제조 2 Preparation of
단계 1: 1 L 반응 용기에 280 g의 증류수를 넣고, 폴리에틸렌글리콜(poly(ethylene glycol), (H-(O-CH2-CH2)n-OH), Mn=600) 0.01 g을 첨가한 후, 82 ℃의 온도에서 1 시간 동안 300 rpm으로 교반하였다. Step 1: Add 280 g of distilled water to a 1 L reaction vessel, and add 0.01 g of polyethylene glycol ((H-(O-CH 2 -CH 2 )n-OH), M n =600) After that, the mixture was stirred at a temperature of 82° C. for 1 hour at 300 rpm.
그 후, 개시제로써 소듐 퍼설페이트(Sodium persulfate) 0.558 g 을 20 g의 증류수에 녹인 후, 이를 상기 반응 용기에 첨가하여 혼합 용액을 제조하였다.Then, 0.558 g of sodium persulfate as an initiator was dissolved in 20 g of distilled water, and then added to the reaction vessel to prepare a mixed solution.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액에 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF) 110 g을 약 1.0 g/분의 속도로 투입하며, 82 ℃의 반응 온도 및 19.5 bar의 반응 압력에서 300 rpm의 교반 속도로 반응시켜 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 제조하였다.Step 2: 110 g of vinylidene fluoride (VDF) was added to the mixed solution prepared in
<< 실시예Example 3> 3> 폴리비닐리덴Polyvinylidene 플루오라이드Fluoride 나노 입자의 제조 3 Preparation of nanoparticles 3
단계 1: 1 L 반응 용기에 280 g의 증류수를 넣고, 폴리에틸렌글리콜(poly(ethylene glycol), (H-(O-CH2-CH2)n-OH), Mn=1,000) 0.01 g을 첨가한 후, 82 ℃의 온도에서 1 시간 동안 300 rpm으로 교반하였다. Step 1: Add 280 g of distilled water to a 1 L reaction vessel, and add 0.01 g of polyethylene glycol ((H-(O-CH 2 -CH 2 )n-OH), M n =1,000) After that, the mixture was stirred at a temperature of 82° C. for 1 hour at 300 rpm.
그 후, 개시제로써 소듐 퍼설페이트(Sodium persulfate) 0.558 g 을 20 g의 증류수에 녹인 후, 이를 상기 반응 용기에 첨가하여 혼합 용액을 제조하였다.Then, 0.558 g of sodium persulfate as an initiator was dissolved in 20 g of distilled water, and then added to the reaction vessel to prepare a mixed solution.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액에 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF) 110 g을 약 1.0 g/분의 속도로 투입하며, 82 ℃의 반응 온도 및 19.5 bar의 반응 압력에서 300 rpm의 교반 속도로 반응시켜 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 제조하였다.Step 2: 110 g of vinylidene fluoride (VDF) was added to the mixed solution prepared in
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실시예Example
4> 4>
폴리비닐리덴Polyvinylidene
플루오라이드Fluoride
나노 입자의 제조 4 Preparation of
단계 1: 1 L 반응 용기에 280 g의 증류수를 넣고, 폴리에틸렌글리콜 메틸 에테르(poly(ethylene glycol) methyl ether, (CH3-(O-CH2-CH2)n-OH), Mn=550) 0.01 g을 첨가한 후, 82 ℃의 온도에서 1 시간 동안 300 rpm으로 교반하였다. Step 1: Add 280 g of distilled water to a 1 L reaction vessel, polyethylene glycol methyl ether, (CH 3 -(O-CH 2 -CH 2 )n-OH), M n =550 ) After adding 0.01 g, the mixture was stirred at a temperature of 82° C. for 1 hour at 300 rpm.
그 후, 개시제로써 소듐 퍼설페이트(Sodium persulfate) 0.558 g 을 20 g의 증류수에 녹인 후, 이를 상기 반응 용기에 첨가하여 혼합 용액을 제조하였다.Thereafter, 0.558 g of sodium persulfate as an initiator was dissolved in 20 g of distilled water, and then added to the reaction vessel to prepare a mixed solution.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액에 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF) 110 g을 약 1.0 g/분의 속도로 투입하며, 82 ℃의 반응 온도 및 19.5 bar의 반응 압력에서 300 rpm의 교반 속도로 반응시켜 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 제조하였다. Step 2: 110 g of vinylidene fluoride (VDF) was added to the mixed solution prepared in
<< 실시예Example 5> 5> 폴리비닐리덴Polyvinylidene 플루오라이드Fluoride 나노 입자의 제조 5 Preparation of nanoparticles 5
단계 1: 1 L 반응 용기에 280 g의 증류수를 넣고, 폴리에틸렌글리콜 메틸 에테르(poly(ethylene glycol) methyl ether, (CH3-(O-CH2-CH2)n-OH), Mn=750) 0.01 g을 첨가한 후, 82 ℃의 온도에서 1 시간 동안 300 rpm으로 교반하였다. Step 1: In a 1 L reaction vessel, 280 g of distilled water is added, and polyethylene glycol methyl ether (CH 3 -(O-CH 2 -CH 2 )n-OH), M n =750 ) After adding 0.01 g, the mixture was stirred at a temperature of 82° C. for 1 hour at 300 rpm.
그 후, 개시제로써 소듐 퍼설페이트(Sodium persulfate) 0.558 g 을 20 g의 증류수에 녹인 후, 이를 상기 반응 용기에 첨가하여 혼합 용액을 제조하였다.Then, 0.558 g of sodium persulfate as an initiator was dissolved in 20 g of distilled water, and then added to the reaction vessel to prepare a mixed solution.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액에 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF) 110 g을 약 1.0 g/분의 속도로 투입하며, 82 ℃의 반응 온도 및 19.5 bar의 반응 압력에서 300 rpm의 교반 속도로 반응시켜 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 제조하였다.Step 2: 110 g of vinylidene fluoride (VDF) was added to the mixed solution prepared in
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비교예Comparative example
1> 1>
폴리비닐리덴Polyvinylidene
플루오라이드Fluoride
나노 입자의 제조 1 Preparation of
단계 1: 1 L 반응 용기에 280 g의 증류수를 넣고, 계면활성제로서 암모늄데카플루오로옥타노에이트(Ammonium pentadecafluorooctanoate, APFO) 0.01 g을 첨가한 후, 82 ℃의 온도에서 1 시간 동안 300 rpm으로 교반하였다. Step 1: Add 280 g of distilled water to a 1 L reaction vessel, add 0.01 g of ammonium decafluorooctanoate (APFO) as a surfactant, and then stir at 300 rpm for 1 hour at a temperature of 82°C. Did.
그 후, 개시제로써 소듐 퍼설페이트(Sodium persulfate) 0.558 g 을 20 g의 증류수에 녹인 후, 이를 상기 반응 용기에 첨가하여 혼합 용액을 제조하였다.Then, 0.558 g of sodium persulfate as an initiator was dissolved in 20 g of distilled water, and then added to the reaction vessel to prepare a mixed solution.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액에 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF) 110 g을 약 1.0 g/분의 속도로 투입하며, 82 ℃의 반응 온도 및 19.5 bar의 반응 압력에서 300 rpm의 교반 속도로 반응시켜 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 제조하였다.Step 2: 110 g of vinylidene fluoride (VDF) was added to the mixed solution prepared in
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비교예Comparative example
2> 2>
폴리비닐리덴Polyvinylidene
플루오라이드Fluoride
나노 입자의 제조 2 Preparation of
단계 1: 1 L 반응 용기에 280 g의 증류수를 넣고, 계면활성제로서 암모늄데카플루오로옥타노에이트(Ammonium pentadecafluorooctanoate, APFO) 0.7 g을 첨가한 후, 82 ℃의 온도에서 1 시간 동안 300 rpm으로 교반하였다. Step 1: After adding 280 g of distilled water to a 1 L reaction vessel, 0.7 g of Ammonium pentadecafluorooctanoate (APFO) was added as a surfactant, followed by stirring at 300° C. for 1 hour at a temperature of 82° C. Did.
그 후, 개시제로써 소듐 퍼설페이트(Sodium persulfate) 0.558 g 을 20 g의 증류수에 녹인 후, 이를 상기 반응 용기에 첨가하여 혼합 용액을 제조하였다.Then, 0.558 g of sodium persulfate as an initiator was dissolved in 20 g of distilled water, and then added to the reaction vessel to prepare a mixed solution.
단계 2: 상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액에 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF) 110 g을 약 1.0 g/분의 속도로 투입하며, 82 ℃의 반응 온도 및 19.5 bar의 반응 압력에서 300 rpm의 교반 속도로 반응시켜 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 제조하였다.Step 2: 110 g of vinylidene fluoride (VDF) was added to the mixed solution prepared in
<< 실험예Experimental Example 1> 1> 비닐리덴Vinylidene 플루오라이드Fluoride 단량체의 고분자 전환속도에 관한 분석 Analysis of polymer conversion rate of monomer
본 발명에 따른 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자 제조방법의 반응 속도를 확인하기 위하여, 상기 실시예 1 내지 실시예 5 및 비교예 1에서 비닐리덴 플루오라이드의 시간에 따른 반응기 내 투입양을 계산하여 전환속도를 분석하였으며, 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.In order to confirm the reaction rate of the method for preparing polyvinylidene fluoride nanoparticles according to the present invention, in the Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, the amount of vinylidene fluoride in the reactor was calculated and converted according to time The speed was analyzed, and the results are shown in FIGS. 1 and 2.
도 1에 나타낸 바와 같이, 폴리에틸렌글리콜(poly(ethylene glycol), PEG)을 사용하는 경우 8 개의 불화탄소를 지니고 있는 암모늄 계열의 계면활성제(ammonium perfluorinated octanoate, APFO)를 사용하는 것과 비교하여 전환 속도가 빠른 것을 확인할 수 있었다. 특히, 분자량이 200 내지 900, 바람직하게는 300 내지 600인 경우에는 월등히 빠른 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 1, when polyethylene glycol (poly(ethylene glycol), PEG) is used, the conversion rate is compared to that of using an ammonium-based surfactant (ammonium perfluorinated octanoate, APFO) having 8 carbon fluorides. I could confirm that it was fast. In particular, when the molecular weight is 200 to 900, preferably 300 to 600, it was confirmed that it is significantly faster.
또한, 비교예 1의 경우 본 발명에서 제시하는 PEG를 적용하는 경우에 비해 전환 속도가 매우 느리기 때문에 사용량을 0.01 g에서 0.7 g으로 높여 보았으나, 전환 속도는 빨라지되, 분자량 및 PDI 조절이 되지 않은 문제가 있음을 확인할 수 있었다.In addition, in the case of Comparative Example 1, the conversion rate was very slow compared to the case of applying the PEG proposed in the present invention, so the amount of use was increased from 0.01 g to 0.7 g, but the conversion rate became faster, but the molecular weight and PDI were not adjusted. It was confirmed that there was a problem.
또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 폴리에틸렌글리콜 메틸 에테르(poly(ethylene glycol) methyl ether, mPEG)를 사용하는 경우에도 AFPO를 사용하는 것과 비교하여 전환 속도가 빠른 것을 확인할 수 있었다. 특히, 분자량이 300 내지 600, 바람직하게는 750인 경우 월등히 빠른 것을 확인할 수 있었다.In addition, as shown in Figure 2, when using a polyethylene glycol methyl ether (poly (ethylene glycol) methyl ether, mPEG) it was confirmed that the conversion rate is fast compared to using AFPO. In particular, when the molecular weight is 300 to 600, preferably 750, it was confirmed that it is significantly faster.
<< 실험예Experimental Example 2> 2> 폴리비닐리덴Polyvinylidene 플루오라이드Fluoride 나노 입자의 물성 분석 Analysis of physical properties of nanoparticles
본 발명에 따른 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 물성을 확인하기 위하여, 상기 실시예 1 내지 실시예 5, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 핵자기 공명 분광법(1H-NMR, Bruker DRX-300), 주사 전자 현미경(SEM), 시차 주사 열량법(DSC), 겔투과크로마토그래피법(GPC) 등을 이용하여 분석하였으며, 그 결과를 도 3 내지 도 11 및 하기 표 1에 나타내었다.In order to confirm the physical properties of the polyvinylidene fluoride nanoparticles according to the present invention, the nuclear magnetic resonance spectroscopy of the polyvinylidene fluoride nanoparticles prepared in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 1 H-NMR, Bruker DRX-300), Scanning Electron Microscopy (SEM), Differential Scanning Calorimetry (DSC), Gel permeation chromatography (GPC), and the like were analyzed using the results. It is shown in Table 1 below.
이때, 상기 시차 주사 열량법(DSC)은 0 내지 250 ℃의 온도 범위에서 10 ℃/분의 가열 속도에서 수행하였으며, 열 이력을 없애기 위해 최초 250 ℃의 온도까지 바로 승온 시킨 후, 일정한 속도에서 0 ℃의 온도까지 냉각하여 첫번째 냉각 데이터를 얻고, 그 후, 250 ℃의 온도까지 일정한 속도로 가열하여 두번째 가열 데이터를 얻은 후 분석하였다.At this time, the differential scanning calorimetry (DSC) was performed at a heating rate of 10° C./min in a temperature range of 0 to 250° C., and after heating up to the temperature of the first 250° C. to remove the heat history, it was 0 at a constant rate. After cooling to a temperature of ℃ to obtain the first cooling data, and then heated to a temperature of 250 ℃ at a constant rate to obtain the second heating data and analyzed.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 실시예 2 내지 비교예 1에서 제조된 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자는 폴리비닐리덴 플루오라이드 인접 탄소의 특성 피크를 나타내는 것을 확인할 수 있었다.3 and 4, it was confirmed that the polyvinylidene fluoride nanoparticles prepared in Examples 2 to 1 show a characteristic peak of polyvinylidene fluoride adjacent carbon.
또한, 도 5 내지 도 9에 나타낸 바와 같이, 실시예 1 내지 실시예 5에서 제조된 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자는 구의 형상으로 균일한 크기를 가지는 것을 확인할 수 있었다.In addition, as shown in Figures 5 to 9, it was confirmed that the polyvinylidene fluoride nanoparticles prepared in Examples 1 to 5 have a uniform size in the shape of a sphere.
나아가, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1 내지 5, 비교예 1 및 비교예 2에서 제조된 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자를 제조한 결과인 분자량, 입자 직경 및 열적 특성을 확인할 수 있었다. Furthermore, as shown in Table 1 below, it was possible to confirm the molecular weight, particle diameter, and thermal properties as a result of preparing the polyvinylidene fluoride nanoparticles prepared in Examples 1 to 5, Comparative Examples 1 and 2, .
특히, 실시예 1 및 실시예 2는 계면활성제를 사용하지 않고, 친환경적인 폴리에틸렌글리콜만을 사용해 주었음에도 얻어진 물성의 차이는 거의 없는 것으로 관찰이 되었다.In particular, it was observed that Example 1 and Example 2 did not use a surfactant, and had only little difference in physical properties obtained even though only environmentally friendly polyethylene glycol was used.
이에 따라, 본 발명의 친환경적 분산제를 이용한 제조방법으로 제조된 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자는 다양한 분야에서 요구되는 물성을 충족시킬 수 있음을 확인할 수 있다.Accordingly, it can be confirmed that the polyvinylidene fluoride nanoparticles produced by the manufacturing method using the eco-friendly dispersant of the present invention can satisfy physical properties required in various fields.
division
(PDI)Number average molecular weight
(PDI)
(nm)Particle diameter
(nm)
함량
(%)Solids
content
(%)
발열 온도 (℃)/
△H (J/g)1st cooling
Exothermic temperature (℃)/
△ H (J/g)
흡열 온도 (℃)/
△H (J/g)2nd heating
Endothermic temperature (℃)/
△ H (J/g)
Claims (12)
상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액에 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF)를 첨가하는 단계(단계 2);를 포함하는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF) 나노 입자의 제조방법.
Preparing a mixed solution by mixing a radical initiator, distilled water and polyethylene glycol methyl ether having a number average molecular weight (M n ) of 750 g/mol (step 1); And
Method of producing polyvinylidene fluoride (Polyvinylidene fluoride, PVDF) nanoparticles comprising the step (step 2) of adding vinylidene fluoride (Vinylidene fluoride, VDF) to the mixed solution prepared in step 1.
상기 단계 1에서 화학식 1로 표시되는 화합물의 함량은 전체 혼합 용액에 대하여 0.001 중량% 내지 0.5 중량%인 것을 특징으로 하는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 제조방법.
According to claim 1,
The method of producing polyvinylidene fluoride nanoparticles, characterized in that the content of the compound represented by Formula 1 in step 1 is 0.001% to 0.5% by weight relative to the total mixed solution.
상기 단계 1의 라디칼 개시제는 소듐 퍼설페이트(Sodium persulfate), 포타슘 퍼설페이트(Potassium persulfate), 암모늄 퍼설페이트(Ammonium persulfate), n-프로필 퍼옥시디카보네이트 (n-propyl peroxydicarbonate) 및 암모늄 퍼플루오로 노나노에이트 (Ammonium perfluorononanoate)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1 종인 것을 특징으로 하는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 제조방법.
According to claim 1,
The radical initiator of step 1 is sodium persulfate, potassium persulfate, ammonium persulfate, n-propyl peroxydicarbonate and ammonium perfluoro nonano Method for producing polyvinylidene fluoride nanoparticles, characterized in that it is one member selected from the group consisting of eight (Ammonium perfluorononanoate).
상기 단계 1에서 라디칼 개시제의 함량은 전체 혼합 용액에 대하여 0.1 내지 1.0 중량%인 것을 특징으로 하는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing polyvinylidene fluoride nanoparticles, characterized in that the content of the radical initiator in step 1 is 0.1 to 1.0% by weight relative to the total mixed solution.
상기 단계 2는 60 내지 90 ℃의 반응 온도 및 10 내지 100 bar의 반응 압력에 도달시킨 후, 100 내지 1,000 rpm의 속도로 교반하며, 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF)를 0.5 내지 2 g/분의 속도로 첨가하여 수행되는 것을 특징으로 하는 폴리비닐리덴 플루오라이드 나노 입자의 제조방법.
According to claim 1,
Step 2, after reaching a reaction temperature of 60 to 90 ℃ and a reaction pressure of 10 to 100 bar, and stirred at a rate of 100 to 1,000 rpm, vinylidene fluoride (Vnylidene fluoride, VDF) 0.5 to 2 g / Method for producing polyvinylidene fluoride nanoparticles, characterized in that it is carried out by adding at a rate of minutes.
상기 단계 1에서 제조된 혼합 용액이 담긴 반응 용기를 60 내지 90 ℃의 반응 온도 및 10 내지 100 bar의 반응 압력에 도달시킨 후, 100 내지 1,000 rpm의 속도로 교반하고, 비닐리덴 플루오라이드(Vinylidene fluoride, VDF)를 0.5 내지 2 g/분의 속도로 첨가하여 반응시키는 단계(단계 2);를 포함하는 폴리비닐리덴 플루오라이드(Polyvinylidene fluoride, PVDF) 나노 입자의 분자량 조절 방법.
Preparing a mixed solution by mixing a radical initiator, distilled water and polyethylene glycol methyl ether having a number average molecular weight (M n ) of 750 g/mol in a reaction vessel (step 1); And
After the reaction vessel containing the mixed solution prepared in step 1 reached a reaction temperature of 60 to 90° C. and a reaction pressure of 10 to 100 bar, the mixture was stirred at a rate of 100 to 1,000 rpm, and vinylidene fluoride. , VDF) is reacted by adding at a rate of 0.5 to 2 g / min (step 2); molecular weight control method of polyvinylidene fluoride (Polyvinylidene fluoride, PVDF) nanoparticles.
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