KR20100131904A - Process for preparing organic-inorganic hybrid graft polysilsesquioxane and graft polysilsesquioxane produced thereby - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 그라프트 폴리실세스퀴옥산의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 그라프트 폴리실세스퀴옥산에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 하나 이상의 유기 기능기로 이루어진 단일 중합체 또는 공중합체를 그라프트할 수 있는 그라프트 폴리실스세퀴옥산의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 그라프트 폴리실세스퀴옥산에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing graft polysilsesquioxane and to graft polysilsesquioxane produced thereby, more particularly, to a single polymer consisting of one or more organic functional groups in the side chain of polysilsesquioxane or It relates to a method for producing graft polysilsesquioxane capable of grafting a copolymer and to graft polysilsesquioxane produced thereby.
현재의 고분자 신소재에 관한 연구는 고분자에 열적, 기계적, 전기적 특성 등을 부여하여 기능화하는 방향으로 진화하고 있으며, 이에 적절한 물질로 유기물과 무기물이 혼성화된 구조를 갖는 유-무기 하이브리드 재료를 개발 하는 것이 신기술로써 주목 받고 있다. 유-무기 하이브리드 물질의 제조에 있어 가장 중요한 점은 유기, 무기 단량체 또는 고분자들 서로간의 상용성에 문제가 없어야 하며, 열적 구배 현상이 발생하지 않고 안정성이 확보될 수 있어야 한다는 점이다. 이러한 과 학적 요구를 충족시키는 물질로서, 이미 많은 논문과 특허를 통해서 제안된 고 내열성 폴리실세스퀴옥산이 각광 받고 있다. 특히, 폴리실세스퀴옥산계 물질은 오일, 고무, 수지 등의 형태로 내열성 재료, 내후성 재료, 내충격성 재료, 포장재, 봉입재, 절연성 재료, 윤활제, 박리제, 반 가스 투과성 코팅제 등에서 광범위하게 사용되고 있으며, 산업 전반에 걸쳐 극히 중요한 폴리머로 인식되고 있다. Currently, research on new polymer materials is evolving toward functionalization by giving thermal, mechanical, and electrical properties to polymers, and it is appropriate to develop organic-inorganic hybrid materials with a hybrid structure of organic and inorganic materials. It is attracting attention as a new technology. The most important point in the production of organic-inorganic hybrid materials is that there should be no compatibility problems with organic, inorganic monomers or polymers, and that stability can be ensured without thermal gradient phenomenon. As a material that meets these scientific requirements, the high heat-resistant polysilsesquioxane proposed in many papers and patents has been in the spotlight. In particular, polysilsesquioxane-based materials are widely used in heat resistant materials, weather resistant materials, impact resistant materials, packaging materials, encapsulation materials, insulating materials, lubricants, release agents, and semi-gas permeable coatings in the form of oils, rubbers, resins, and the like. It is recognized as an extremely important polymer throughout the industry.
이러한 폴리실세스퀴옥산의 유기 관능화 방법은 측쇄가 이미 기능화된 삼 관능성 실란 단량체(예를 들어 트리알콕시실란, 트리클로로실란)를 이용하여 사다리형 구조를 갖는 폴리실세스퀴옥산을 제조하는 방법과; 할로겐, 아민 등의 반응기를 갖는 단량체를 이용하여 사다리형 구조를 갖는 고분자로 형성한 후, 고분자 상태에서 후 반응을 통하여 측쇄를 더욱 기능화, 관능화하는 방법으로 나뉠 수 있다. This organic functionalization method of polysilsesquioxane is to prepare a polysilsesquioxane having a ladder structure using a trifunctional silane monomer (eg, trialkoxysilane, trichlorosilane) in which the side chain is already functionalized. Method; After forming a polymer having a ladder structure by using a monomer having a reactor such as halogen or amine, it may be divided into a method of further functionalizing and functionalizing a side chain through a post reaction in a polymer state.
측쇄가 기능화된 단량체를 이용하는 경우에는, 기능기의 관능성은 고정되어 있고, 오로지 분자량의 조절만으로 물리적 특성 및 화학적 특성 등을 조절할 수 있다. 또한, 기능기의 크기가 너무 커지게 되면, 트리알콕시실란 또는 트리클로로실란의 중합반응에서 완벽한 사다리형 구조를 갖도록 제어하는 것이 어려우며, 고분자 구조 중간에 미반응 -OH가 산재하여 겔화를 촉진하고, 그에 따라 재현성과 기능성에 많은 제약이 따른다. In the case of using the monomer in which the side chain is functionalized, the functionality of the functional group is fixed, and physical properties, chemical properties and the like can be adjusted only by controlling the molecular weight. In addition, if the size of the functional group becomes too large, it is difficult to control to have a perfect ladder structure in the polymerization reaction of trialkoxysilane or trichlorosilane, unreacted -OH interspersed in the middle of the polymer structure to promote gelation, This places many restrictions on reproducibility and functionality.
이러한 단점을 극복하기 위한 방법으로, 먼저 반응성 측쇄를 갖는 사다리형 폴리실세스퀴옥산을 제조하고, 후 반응을 통하여 측쇄 부분을 더욱 관능화하는 방법이 연구되고 있다. 이 경우에는 먼저 완전한 사다리 구조의 주쇄를 결함 없이 안정한 상태로 확보할 수 있으므로, 이어지는 측쇄 관능화 반응에서 겔화 현상 등을 방지 할 수 있고, 측쇄 부분의 기능화를 원하는 정도로 조절할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 고분자의 형태에서 측쇄 기능화가 이루어지게 되므로, 완벽한 측쇄 기능화를 위해서는 폴리실세스퀴옥산의 구조가 잘 제어되어 사슬 중간에 산재할 수 있는 미 반응 -OH가 없어야 하며, 측쇄 기능화의 방법 또한 부반응을 최소화할 수 있는 정밀한 중합방법으로 진행되어야 하는 데, 이러한 점들이 합성 및 제조상 어려운 점으로 인식되어 많은 시도가 이루어지지 못하고 있다.As a method for overcoming these shortcomings, a method of first preparing a ladder-type polysilsesquioxane having a reactive side chain and then further functionalizing the side chain portion through a reaction has been studied. In this case, since the main chain of the complete ladder structure can be secured in a stable state without defects, the gelation phenomenon can be prevented in the subsequent side chain functionalization reaction, and the functionalization of the side chain portion can be adjusted to a desired degree. However, since the side chain functionalization is performed in the form of the polymer, the structure of the polysilsesquioxane must be well controlled so that there is no unreacted -OH that can be interspersed in the middle of the chain for perfect side chain functionalization, and the method of the side chain functionalization is also a side reaction. In order to minimize the need to proceed with a precise polymerization method, it is recognized that these points are difficult to synthesize and manufacture has not been made many attempts.
따라서, 본 발명자들은 폴리실세스퀴옥산의 측쇄 기능화에 대한 한계를 극복하기 위해 끊임없는 연구와 실험을 거듭한 결과, 구조적 제어를 통해 할로겐 측쇄를 갖는 폴리실세스퀴옥산을 규칙적 사다리형으로 제조하고, 이를 리빙 라디칼 중합 반응의 개시제로 이용하여 불포화 탄화수소계 단량체들을 원자이동 라디칼 중합(Atom Transfer Radical Polymerization; ATRP)법으로 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 그라프트 중합시킴으로써, 측쇄를 다양한 유기 관능기로 고기능화한 그라프트 폴리실세스퀴옥산을 안정적으로 용이하게 완성하기에 이르렀다.Therefore, the present inventors have continually studied and experimented to overcome the limitations of the side chain functionalization of polysilsesquioxane, and as a result of the structural control, the polysilsesquioxane having a halogen side chain was formed in a regular ladder shape. By using this as an initiator of the living radical polymerization reaction, graft polymerization of unsaturated hydrocarbon monomers to the side chains of polysilsesquioxane by the Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) method, thereby making the side chains highly functionalized with various organic functional groups. One graft polysilsesquioxane has been reached in a stable and easy manner.
따라서, 본 발명의 목적은 유기 관능기가 그라프트된 측쇄를 갖는 유-무기 하이브리드 그라프트 폴리실세스퀴옥산을 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 상기한 제조방법에 의해 제조된 유-무기 하이브리드 그라프트 폴리실세스퀴옥산을 제공하는데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a process for producing organic-inorganic hybrid graft polysilsesquioxanes having side chains grafted with organic functional groups. It is also an object of the present invention to provide an organic-inorganic hybrid graft polysilsesquioxane prepared by the above-mentioned preparation method.
본 발명의 하나의 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 한 종류 이상의 불포화 탄화수소계 단량체를 그라프트 중합하여, 측쇄에 상기 불포화 탄화수소계 단량체로 이루어진 단일 중합체 또는 공중합체가 그라프트된 폴리실세스퀴옥산을 형성하는 것을 특징으로 하는 그라프트 폴리실세스퀴옥산의 제조방법이 제공된다.According to one embodiment of the present invention, by graft polymerization of at least one type of unsaturated hydrocarbon monomer in the side chain of the polysilsesquioxane represented by the following formula (1), homopolymer or air composed of the unsaturated hydrocarbon monomer in the side chain A method for producing graft polysilsesquioxane is provided, wherein the coalesce forms grafted polysilsesquioxane.
[화학식 1][Formula 1]
화학식 1에서, R1은 탄소 수 1 내지 12의 알킬기, 아크릴기, 벤질기, 페닐기, 티오펜 및 피롤기 중에서 선택되며; R2는 알킬기, 아크릴기, 벤질기, 페닐기, 티오펜, 피롤기, 알릴기, 비닐기, 에폭시기, 메타크릴기 및 아크릴 중에서 선택되고; X1은 F, Cl, Br 또는 I의 할로겐이며; X2는 상기 할로겐 또는 수소이고; n은 10 내지 10,000의 정수이다.In formula (1), R 1 is selected from alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, acryl group, benzyl group, phenyl group, thiophene and pyrrole group; R 2 is selected from alkyl group, acryl group, benzyl group, phenyl group, thiophene, pyrrole group, allyl group, vinyl group, epoxy group, methacryl group and acryl; X 1 is halogen of F, Cl, Br or I; X 2 is said halogen or hydrogen; n is an integer from 10 to 10,000.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 불포화 탄화수소계 단량체는 원자이동 라디칼 중합법에 의해 화학식 1의 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 그라프트될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the unsaturated hydrocarbon monomer may be grafted to the side chain of the polysilsesquioxane of Chemical Formula 1 by atom transfer radical polymerization.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 X1과 X2 중 적어도 하나 이상은 원자이동 라디칼 중합의 개시점이 될 수 있다.In an embodiment of the present invention, at least one or more of X 1 and X 2 may be the starting point of the atom transfer radical polymerization.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 불포화 탄화수소계 단량체의 그라프트 중합은 루테늄 또는 구리를 포함하는 전이금속 촉매 하에서 수행될 수 있다. 또한, 상기 불포화 탄화수소계 단량체의 그라프트 중합에서 아민 및 피리딘 중 하나 이상을 포함하는 리간드를 첨가할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the graft polymerization of the unsaturated hydrocarbon-based monomer may be performed under a transition metal catalyst including ruthenium or copper. In addition, in the graft polymerization of the unsaturated hydrocarbon monomer, a ligand including at least one of amine and pyridine may be added.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 불포화 탄화수소계 단량체는 스타이렌계 단량체, 아크릴레이트계 단량체인 또는 비닐 피리딘인 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the unsaturated hydrocarbon monomer may be a styrene monomer, an acrylate monomer or vinyl pyridine.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 공중합체는 랜덤 공중합체, 블록 공중합체 또는 교호 공중합체인 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the copolymer may be a random copolymer, a block copolymer or an alternating copolymer.
본 발명의 구현예에 따르면, 한 종류 이상의 불포화 탄화수소계 단량체를 포함하여 이루어진 단일 중합체 또는 공중합체가 그라프트된 측쇄를 갖는 고 기능화된 그라프트 폴리실세스퀴옥산이 제공될 수 있다. According to embodiments of the present invention, a highly functionalized graft polysilsesquioxane may be provided having a side chain grafted to a homopolymer or copolymer comprising one or more types of unsaturated hydrocarbon-based monomers.
본 발명의 구현예에 따르면, 1 내지 3의 분자량 분포도를 갖는 그라프트 폴리실세스퀴옥산이 제공될 수 있다.According to embodiments of the present invention, graft polysilsesquioxanes having a molecular weight distribution of 1 to 3 may be provided.
본 발명의 구현예에 따른 제조방법에 의하면, 측쇄에 할로겐 원소가 도입된 사다리형 구조의 폴리실세스퀴옥산을 원자이동 라디칼 중합의 매크로 개시제로 이용함으로써, 불포화 탄화수소계 단량체들을 원자이동 라디칼 중합법으로 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 용이하게 그라프트시킬 수 있다. According to the production method according to the embodiment of the present invention, by using a polysilsesquioxane having a ladder structure in which the halogen element is introduced into the side chain as a macro initiator of the atom transfer radical polymerization, unsaturated hydrocarbon monomers are atom transfer radical polymerization method It can be easily grafted to the side chain of polysilsesquioxane.
또한, 본 발명의 제조방법에 의하면, 두 종류 이상의 다양한 유기 관능기들을 랜덤, 교호 또는 블록 공중합 형태로 그라프트화 할 수 있으므로, 측쇄가 고 기능화된 그라프트 폴리실스세퀴옥산을 제공할 수 있다.In addition, according to the production method of the present invention, since two or more kinds of various organic functional groups can be grafted in a random, alternating or block copolymerized form, it is possible to provide a highly functionalized graft polysilsesquioxane having a side chain.
나아가, 본 발명의 제조방법에 의하여 형성된 그라프트 폴리실세스퀴옥산은 우수한 내열성, 투명성, 코팅성 등의 물성을 나타내므로 다양한 분야에서 폭넓게 사용될 수 있다. Furthermore, the graft polysilsesquioxane formed by the production method of the present invention exhibits excellent physical properties such as heat resistance, transparency and coating properties, and thus can be widely used in various fields.
이하 본 발명의 구현예에 따른 그라프트 폴리실세스퀴옥산의 제조방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for preparing graft polysilsesquioxane according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명의 구현예에 따르면, 측쇄에 할로겐을 갖는 하기 화학식 1로 표시되는 폴리실세스퀴옥산을 리빙 라디칼 중합의 전구체로서 합성하고, 화학식 1의 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 한 종류 이상의 불포화 탄화수소계 단량체를 그라프트 중합하여, 측쇄에 상기 불포화 탄화수소계 단량체로 이루어진 단일 중합체 또는 공중합체가 그라프트된 폴리실세스퀴옥산을 형성하는 방법이 제공된다.According to an embodiment of the present invention, a polysilsesquioxane represented by the following general formula (1) having a halogen in the side chain is synthesized as a precursor of living radical polymerization, and at least one unsaturated hydrocarbon in the side chain of the polysilsesquioxane of the general formula (1) A method of graft polymerizing a monomer is provided to form a polysilsesquioxane grafted with a homopolymer or a copolymer of the unsaturated hydrocarbon monomer in the side chain.
[화학식 1][Formula 1]
화학식 1에서, R1은 탄소 수 1 내지 12의 알킬기, 아크릴기, 벤질기, 페닐기, 티오펜 및 피롤기 중에서 선택되며, R2는 알킬기, 아크릴기, 벤질기, 페닐기, 티오펜, 피롤기, 알릴기, 비닐기, 에폭시기, 메타크릴기 및 아크릴 중에서 선택될 수 있다. X1 은 F, Cl, Br 또는 I의 할로겐이며, X2는 상기 할로겐 또는 수소이고, n은 10 내지 10,000의 정수일 수 있다.In Formula 1, R 1 is selected from an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an acryl group, a benzyl group, a phenyl group, a thiophene and a pyrrole group, and R 2 is an alkyl group, an acryl group, a benzyl group, a phenyl group, a thiophene, a pyrrole group , Allyl groups, vinyl groups, epoxy groups, methacryl groups, and acrylics. X 1 is a halogen of F, Cl, Br or I, X 2 is the halogen or hydrogen, n may be an integer of 10 to 10,000.
본 발명에 있어서,‘알킬기’는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, 부틸기, 이소부틸기, t-부틸기 등의 탄소수 1 내지 24의 측쇄 또는 분쇄형 알킬기로서, 시클로프로필기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등의 탄소수 3 내지 10의 시클로알킬기를 포함한다.In the present invention, the "alkyl group" is a C1-C24 side chain or crushed alkyl group, such as a methyl group, an ethyl group, a propyl group, isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, t-butyl group, and is cyclopropyl group, cyclo And a cycloalkyl group having 3 to 10 carbon atoms such as a pentyl group and a cyclohexyl group.
본 발명의 구현예에 있어서, 화학식 1로 표시되는 폴리실세스퀴옥산은 R1 및 R2이 서로 다른 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the polysilsesquioxane represented by Formula 1 is R 1 and R 2 may be different random copolymers or block copolymers.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 폴리실세스퀴옥산은 대략 1,000 내지 100,000 범위의 수평균분자량(Mn)를 갖고, 1 내지 8의 분자량 분포도(Mw/Mn)를 갖는 것일 수 있다. In an embodiment of the present invention, the polysilsesquioxane represented by Chemical Formula 1 may have a number average molecular weight (Mn) in the range of about 1,000 to 100,000, and may have a molecular weight distribution (Mw / Mn) of 1 to 8. have.
본 발명의 구현예에 있어서, 화학식 1로 표시되는 폴리실세스퀴옥산의 제조방법은 하기 반응식 1로 간략히 나타낼 수 있다.In an embodiment of the present invention, the method for preparing polysilsesquioxane represented by Chemical Formula 1 may be briefly represented by the following
[반응식 1]
상기 반응식 1에서, R은 알킬기이고, R1, R2, X1, X2는 각각 상기에서 정의한 바와 같다. In
상기 반응식 1에 따른 제조방법에 의하면, 트리알콕시 단량체의 가수분해물을 축중합하여 화학식 1로 표시되는 폴리실세스퀴옥산을 제조할 수 있다. 이때, 실세스퀴옥산의 축중합용 촉매로서 알칼리금속 수산화물 등의 알칼리금속 촉매 또는 트리에틸아민 등의 염기성 촉매를 사용할 수 있으며, 상온~120℃의 온도에서 축중합 반응을 실시할 수 있다.According to the production method according to
반응식 1에 따른 제조방법에 의하면, 측쇄에 할로겐 원소를 갖고, 규칙적인 사다리형 구조로 잘 제어되어 말단을 제외한 부분에 -OH기가 없는 화학식 1의 폴리실세스퀴옥산을 합성할 수 있다.According to the preparation method according to
본 발명의 구현예에 있어서, 규칙적 사다리형 구조를 갖고, 측쇄가 R1, R2, X1, X2로 기능화된, 상기 화학식 1로 표시되는 폴리실세스퀴옥산은 기존에 공지되어 있는 방법[A. WHITTINGHAM 등, J. Organometallic Chem., 13, 125(1968); H. BECKERS 등, J. Organometallic Chem., 316, 41(1986); J. Frohn 등, J. Organometallic Chem., 506, 155(1996)]에 따라 용이하게 합성될 수 있다. In the embodiment of the present invention, the polysilsesquioxane represented by the formula (1) having a regular ladder structure, the side chain functionalized by R 1 , R 2 , X 1 , X 2 is a known method [A. WITTINGHAM et al., J. Organometallic Chem., 13, 125 (1968); H. BECKERS et al., J. Organometallic Chem., 316, 41 (1986); J. Frohn et al., J. Organometallic Chem., 506, 155 (1996)].
화학식 1의 폴리실세스퀴옥산은 원자이동 라디칼 중합의 매크로 개시제로서 사용될 수 있다. 이때, 상기 X1와 X2 중 적어도 하나 이상은 원자이동 라디칼 중합의 개시점이 될 수 있다. 즉, 상기 X1 및 X2 중 하나 이상이 할로겐이므로 원자이동 라디칼 중합의 개시점이 될 수 있다. 따라서, 원자이동 라디칼 중합법에 의해 화학식 1의 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 한 종류 이상의 불포화 탄화수소계 단량체를 그라프트 중합시킬 수 있다. 이에 따라, 측쇄가 다양한 유기 기능기로 그라프트된 유-무기 하이브리드 폴리실세스퀴옥산을 제조할 수 있다.Polysilsesquioxanes of formula (1) can be used as macro initiators of atom transfer radical polymerization. In this case, at least one or more of X 1 and X 2 may be an initiation point of atomic transfer radical polymerization. That is, since at least one of X 1 and X 2 is halogen, it may be an initiation point of atomic transfer radical polymerization. Therefore, one or more types of unsaturated hydrocarbon monomers can be graft polymerized to the side chain of polysilsesquioxane of the general formula (1) by atom transfer radical polymerization. Accordingly, organic-inorganic hybrid polysilsesquioxanes in which side chains are grafted with various organic functional groups can be prepared.
본 발명의 구현예에 있어서, 화학식 1의 X1 및 X2가 할로겐인 경우, X1 및 X2는 리빙 라디칼 중합의 개시점이 되므로, X1 및 X2가 결합된 측쇄 모두에 불포화 탄화수소계 단량체가 그라프트 중합될 수 있다. 또한, 화학식 1에서 X1은 할로겐이고 X2는 수소인 경우, X1이 결합된 측쇄에만 불포화 탄화수소계 단량체가 그라프트 중합될 수 있다.In an embodiment of the present invention, when X 1 and X 2 of the general formula (1) is halogen, X 1 and X 2 is the starting point of living radical polymerization, unsaturated hydrocarbon-based monomers in both X 1 and X 2 bonded side chains Can be graft polymerized. In addition, in Formula 1, when X 1 is halogen and X 2 is hydrogen, unsaturated hydrocarbon monomers may be graft polymerized only on the side chain to which X 1 is bonded.
본 발명의 구현예에 있어서, 한 종류 이상의 불포화 탄화수소계 단량체를 화학식 1의 측쇄에 그라프트 중합시킬 수 있으며, 이에 따라 측쇄에 상기 불포화 탄화수소계 단량체로 이루어진 단일 중합체 또는 공중합체가 그라프트된 폴리실세스퀴옥산을 형성할 수 있다. 공중합체는 블록 공중합체, 교호 공중합체 또는 랜덤 공 중합체일 수 있다.In an embodiment of the present invention, one or more kinds of unsaturated hydrocarbon-based monomers may be graft polymerized to the side chain of Formula 1, and thus, polysilyl having a homopolymer or copolymer grafted to the side chains of the unsaturated hydrocarbon-based monomer. Sesquioxanes may be formed. The copolymer can be a block copolymer, an alternating copolymer or a random copolymer.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 불포화 탄화수소계 단량체는 원자이동 라디칼 중합에 적합한 불포화결합을 갖는 단량체라면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 불포화 탄화수소계 단량체로, 스타이렌계 단량체, 아크릴레이트계 단량체 또는 피리딘 등을 사용할 수 있다. In the embodiment of the present invention, the unsaturated hydrocarbon monomer is not particularly limited as long as it has a monomer having an unsaturated bond suitable for atom transfer radical polymerization. For example, as the unsaturated hydrocarbon monomer, a styrene monomer, an acrylate monomer or a pyridine may be used.
본 발명의 구현예에 있어서, 원자이동 라디칼 중합법에 의한 상기 불포화 탄화수소계 단량체의 그라프트 중합은 전이금속 촉매 하에서 수행될 수 있다. 상기 전이금속 촉매로는 Cu(Ⅰ)Br, Cu(Ⅰ)Cl, Cu(Ⅱ)Br2, Cu(Ⅱ)Cl2 또는 Ru(Ⅱ)(PPh3)3Cl2(Ph=C6H5)과 같은 구리 또는 루테늄을 포함하는 전이금속화합물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In an embodiment of the present invention, the graft polymerization of the unsaturated hydrocarbon monomer by the atom transfer radical polymerization method may be performed under a transition metal catalyst. The transition metal catalyst may be Cu (I) Br, Cu (I) Cl, Cu (II) Br 2 , Cu (II) Cl 2 or Ru (II) (PPh 3 ) 3 Cl 2 (Ph = C 6 H 5 Transition metal compound containing copper or ruthenium, such as) may be used, but is not limited thereto.
본 발명의 구현예에 있어서, 상기 불포화 탄화수소계 단량체의 그라프트 중합에서 상기 전이금속 촉매와 착물을 형성하는 리간드를 사용할 수 있다. 상기 리간드는 사용되는 전이금속 촉매에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 전이금속 촉매로 구리 또는 루테늄을 포함하는 전이금속화합물을 사용하는 경우, 아민 또는 피리딘 중 하나 이상을 포함하는 리간드를 첨가할 수 있다. 상기 리간드의 구체적인 예로 Bpy(2,2'-Bipyridine), dNBpy, PMDETA(N,N,N',N',N"-pentamethyldiethylenetriamine), NBu3, NHBu2 또는 NH2Bu 등이 사용될 수 있다. 또한, Al(O-i-Pr)3(Aluminium isopropoxide) 또는 MeAl(ODBP)2 등을 리간드로 사용할 수 있다. In an embodiment of the present invention, a ligand forming a complex with the transition metal catalyst may be used in the graft polymerization of the unsaturated hydrocarbon monomer. The ligand may be appropriately selected depending on the transition metal catalyst used. When using a transition metal compound containing copper or ruthenium as the transition metal catalyst, a ligand containing at least one of amine or pyridine may be added. Specific examples of the ligand may include Bpy (2,2'-Bipyridine), dNBpy, PMDETA (N, N, N ', N', N "-pentamethyldiethylenetriamine), NBu 3 , NHBu 2 or NH 2 Bu. In addition, Al (Oi-Pr) 3 (Aluminum isopropoxide) or MeAl (ODBP) 2 may be used as a ligand.
본 발명의 하나의 예시적인 구현예에 있어서, 화학식 1의 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 제1 불포화 탄화수소계 단량체를 그라프트 중합하여 하기 화학식 2 또는 화학식 3으로 표시되는 폴리실세스퀴옥산을 제조할 수 있다.In one exemplary embodiment of the present invention, a polysilsesquioxane represented by the following
[화학식 2][Formula 2]
[화학식 3](3)
상기 화학식 2 및 3에서, R1, R2, X1, X2 및 n은 화학식 1의 R1, R2, X1, X2 및 n과 동일하고, R3는 제1 불포화 탄화수소계 단량체로부터 유도된 반복 단위로서 원자이동 라디칼 중합법에 의해 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 그라프트된 제1 탄화수소계 단량체이다. m은 1 내지 10,000의 정수이다. 중합도 m은 그라프트 폴리실세스퀴옥산의 활용 분야에 따라 다르게 조절될 수 있으며, 반응 시간의 변화에 따라 1 내지 10,000의 중합도로 조절될 수 있다.In
화학식 1에서 X1 및 X2가 할로겐인 경우, X1 및 X2는 원자이동 라디칼 중합의 개시점으로 작용하게 되므로, X1 및 X2가 결합된 측쇄 모두에 제1 불포화 탄화수소계 단량체가 그라프트 중합되어 화학식 2의 폴리실세스퀴옥산이 형성될 수 있다.In
또한, 화학식 1에서 상기 X1은 할로겐이고 X2는 수소인 경우에, X1만이 원자 이동 라디칼 중합의 개시점으로 작용하게 되므로, X1이 결합된 측쇄에만 제1 불포화 탄화수소계 단량체가 그라프트 중합되어, 화학식 3의 폴리실세스퀴옥산이 형성될 수 있다.In addition, the graft wherein X 1 is halogen and X 2 is a a hydrogen, X 1 manyi therefore acts as a starting point for the atom transfer radical polymerization, X 1 is-bonded side chains only in the first unsaturated hydrocarbon-based monomer in the formula (1) By polymerization, polysilsesquioxane of
본 발명의 다른 예시적인 구현예에 있어서, 화학식 1의 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 제1 및 제2 불포화 탄화수소계 단량체를 그라프트 중합하여 하기 화학식 4 또는 화학식 5으로 표시되는 폴리실세스퀴옥산을 형성할 수 있다. 상기 제1 및 제2 불포화 탄화수소계 단량체는 서로 다르거나 동일할 수 있다.In another exemplary embodiment of the present invention, the polysilsesquioxane represented by the following formula (4) or (5) by graft polymerization of the first and second unsaturated hydrocarbon monomers in the side chain of the polysilsesquioxane of formula (1) Can be formed. The first and second unsaturated hydrocarbon monomers may be different or the same.
[화학식 4][Formula 4]
[화학식 5][Chemical Formula 5]
화학식 4 및 5에서 R1, R2, X1, X2 및 n은 화학식 1의 R1, R2, X1, X2 및 n과 동일하고, R3는 제1 불포화 탄화수소계 단량체로부터 유도된 반복 단위이고 R4는 제2 불포화 탄화수소계 단량체로부터 유도된 반복 단위이며, m은 1 내지 10,000의 정수이고, u는 1 내지 10,000의 정수이다. 상기 m 및 u는 그라프트 폴리실세스퀴옥산의 활용 분야에 따라 각각 다르게 조절될 수 있으며, 반응 시간의 변화에 따라 1 내지 10,000의 중합도로 조절될 수 있다.Formula (4) and R 1, R 2, X 1 , X 2 and
화학식 1에서 X1 및 X2 모두 반응성 할로겐인 경우, X1 및 X2는 원자이동 라디칼 중합의 개시점으로 작용하게 되므로, 원자이동 라디칼 중합법에 의해 X1 및 X2 가 결합된 측쇄에 제1 및 제2 불포화 탄화수소계 단량체가 각각 그라프트 중합되어 화학식 4의 폴리실세스퀴옥산이 형성될 수 있다.In the formula (1), when both X 1 and X 2 are reactive halogens, since X 1 and X 2 act as an initiation point of the atom transfer radical polymerization, the X 1 and X 2 are bound to the side chain to which X 1 and X 2 are bonded by the atom transfer radical polymerization method. Each of the first and second unsaturated hydrocarbon-based monomers may be graft polymerized to form a polysilsesquioxane of
또한, 화학식 1에서 상기 X1은 할로겐이고 X2는 수소인 경우에, X1만이 원자이동 라디칼 중합의 개시점으로 작용하게 되므로, X1이 결합된 측쇄에 제1 및 제2 불포화 탄화수소계 단량체가 그라프트 중합되어 화학식 5의 폴리실세스퀴옥산이 형성될 수 있다.In addition, in
상기 화학식 4 및 5에서, R3 및 R4는 원자이동 라디칼 중합법에 의해 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 그라프트된 탄화수소계 단량체이다. R3 및 R4는 서로 교대로 배열되는 형태로 규칙성을 가지면서 그라프트되거나, 랜덤한 형태로 자유롭게 그라프트될 수 있다. 또한 R3 및 R4는 각각 반복적으로 배열되는 블록 형태로 그라프트될 수 있다. In
본 발명의 다른 예시적인 구현예에 있어서, 그라프트 폴리실세스퀴옥산의 제조방법은, 화학식 1의 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 제1 불포화 탄화수소계 단량체를 그라프트 중합하는 단계; 및 상기 제1 불포화 탄화수소계 단량체가 그라프트된 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 제2 불포화 탄화수소계 단량체를 그라프트 중합하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 예시적인 구현예에 따른 그라프트 폴리실세스퀴옥산의 제조과정은 하기 반응식 2와 반응식 3으로 각각 표시되는 메커니즘에 의해 이루어질 수 있다.In another exemplary embodiment of the present invention, a method for preparing graft polysilsesquioxane includes graft polymerizing a first unsaturated hydrocarbon-based monomer in a side chain of polysilsesquioxane of
[반응식 2]
[반응식 3]
반응식 2와 반응식 3에서, M은 원자이동 라디칼 중합에서 촉매로서 작용하는 전이금속으로서, 구리 또는 루테늄일 수 있다. 또한 반응식 2와 반응식 3에서 kp는 고분자의 성장과 관련된 속도상수이고, kt는 고분자 성장의 종결과 관련된 속도 상수이며, kact와 kdeact는 원자이동 라디칼 중합 반응에서 정반응과 역반응의 속도 상수이다.In
반응식 2에 따른 1차 원자이동 라디칼 중합 반응에서는, 화학식 1의 폴리실세스퀴옥산과 구리 또는 루테늄을 포함하는 전이금속 촉매, 리간드 및 제1 불포화 탄화수소계 단량체를 혼합하여 반응시킴으로써, 측쇄에 R3의 기능기가 그라프트된 폴리실세스퀴옥산을 형성할 수 있다. 1차 원자이동 라디칼 중합 반응의 후속 반응인, 반응식 3에 따른 2차 원자이동 라디칼 중합 반응에서는, R3의 중합체가 그라프트된 측쇄를 갖는 폴리실세스퀴옥산에 전이금속 촉매, 리간드와 제2 불포화 탄화수소계 단량체를 가하여 반응시킴으로써, 측쇄에 R4의 기능기가 부가적으로 그라프트 중합된 폴리실세스퀴옥산을 제조할 수 있다. 이때, 상기 제2 불포화 탄화수소계 단량체로는 R3의 기능기에 상용성을 갖는 것을 사용한다. In the primary atom transfer radical polymerization reaction according to
이처럼, 반응식 2 및 3에 따른 원자이동 라디칼 중합반응 결과, R3 및 R4의 블록 공중합체가 측쇄에 그라프트된 폴리실세스퀴옥산을 제조할 수 있다. As such, as a result of atom transfer radical polymerization according to
또한, 본 발명의 다른 예시적인 구현예에 있어서, 제1 및 제2 불포화 탄화수소계 단량체를 동시에 가하여 화학식 1의 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 제1 및 제2 불포화 탄화수소계 단량체를 그라프트 중합시킴으로써 R3 및 R4의 랜덤 공중합체가 측쇄에 그라프트된 폴리실세스퀴옥산을 제조할 수 있다. Further, in another exemplary embodiment of the present invention, by simultaneously adding the first and second unsaturated hydrocarbon-based monomers by graft polymerization of the first and second unsaturated hydrocarbon-based monomers to the side chain of the polysilsesquioxane of formula (1) Polysilsesquioxanes in which the random copolymers of R 3 and R 4 are grafted to the side chain can be prepared.
본 발명의 구현예에 따른 제조방법에 따르면, 한 종류의 불포화 탄화수소계 단량체로 이루어진 단일 중합체, 또는 두 종류 이상의 불포화 탄화수소계 단량체로 이루어진 랜덤 공중합체, 교호 공중합체 또는 블록 공중합체가 측쇄에 폴리실세스퀴옥산을 제공할 수 있다. 본 발명의 구현예에 따른 제조방법에 의하여 형성된 그라프트 폴리실세스퀴옥산은 5,000 내지 1,000,000 범위의 수평균분자량(Mn)를 가지 며, 1 내지 3 범위의 분자량 분포도(Mn/Mw)를 가질 수 있다.According to the preparation method according to the embodiment of the present invention, a single polymer composed of one type of unsaturated hydrocarbon monomer, or a random copolymer, alternating copolymer or block copolymer composed of two or more kinds of unsaturated hydrocarbon monomers is formed on the side chain of the polysilyl chloride. Sesquioxanes may be provided. The graft polysilsesquioxane formed by the preparation method according to the embodiment of the present invention has a number average molecular weight (Mn) in the range of 5,000 to 1,000,000, and may have a molecular weight distribution (Mn / Mw) in the range of 1 to 3. have.
본 발명의 구현예에 따른 제조방법에 의하면, 원자이동 라디칼 공중합 반응에 사용되는 불포화 탄화수소계 단량체의 종류에 따라서 다양한 종류의 기능기가 그라프트 중합된 측쇄를 갖는 폴리실세스퀴옥산을 제조할 수 있다. 본 발명의 구현에 따른 제조방법에 의해, 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 그라프트될 수 있는 기능기(관능기)에는 아민기, 포스핀기, 할로젠기, 알코올기, 설폰기, 케톤기, 알데하이드기, 나이트릴기, 카르복시산기, 아실클로라이드기, 에스터기, 비닐기, 아릴기, 알렌기, 무수산기, 아마이드기 등이 포함될 수 있다.According to the production method according to the embodiment of the present invention, polysilsesquioxane having a side chain in which various kinds of functional groups are grafted according to the type of unsaturated hydrocarbon monomer used in the atom transfer radical copolymerization reaction can be prepared. . By the production method according to the embodiment of the present invention, a functional group (functional group) that can be grafted to the side chain of polysilsesquioxane includes an amine group, a phosphine group, a halogen group, an alcohol group, a sulfone group, a ketone group, an aldehyde Groups, nitrile groups, carboxylic acid groups, acyl chloride groups, ester groups, vinyl groups, aryl groups, allene groups, anhydride groups, amide groups and the like can be included.
또한, 본 발명의 제조방법에 의해 형성된 그라프트 폴리실세스퀴옥산의 측쇄 말단인 X1과 X2 중 적어도 하나 이상은 할로겐이므로, 후 반응을 통하여 측쇄에 기능성기를 더 부가할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제조방법에 의하면, 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 그라프트 중합되는 기능기의 양과 종류를 용이하게 조절할 있다. 이에 따라 고 기능화된 측쇄를 갖는 고분자량의 유-무기 하이브리드 그라프트 폴리실세스퀴옥산을 제공할 수 있다. In addition, since at least one of X 1 and X 2, which are the side chain ends of the graft polysilsesquioxane formed by the production method of the present invention, is halogen, a functional group may be further added to the side chain through a post reaction. Therefore, according to the manufacturing method of this invention, the quantity and kind of the functional group graft-polymerized to the side chain of polysilsesquioxane can be adjusted easily. This can provide high molecular weight organic-inorganic hybrid graft polysilsesquioxanes with highly functionalized side chains.
또한, 본 발명의 제조방법에 의해 형성된 그라프트 폴리실세스퀴옥산은 고 규칙적인 사다리 구조를 갖는 중합체로서, 중합과정 중에 겔화가 일어나지 않으므로 범용의 유기용매 예를 들면, 톨루엔, 크실렌, 벤젠 및 클로로벤젠 등의 방향족탄화수소류; 염화메틸렌, 클로로포름, 디클로로에틸렌, 트리클로로에틸렌 및 트리클로로에탄 등의 할로겐화 탄화수소류; 테트라하이드로퓨란(THF), 1,4-디옥산, 디 에틸에테르 및 디부틸에테르 등의 에테르류; 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸에테르케톤 등의 케톤류; 부틸아세테이트, 에틸아세테이트 및 메틸아세테이트 등의 에스테르류; 디메틸포름아미드 등의 일반 유기 용매에 대한 용해 특성이 매우 우수하다.In addition, the graft polysilsesquioxane formed by the production method of the present invention is a polymer having a highly regular ladder structure, and since gelling does not occur during the polymerization process, a general organic solvent such as toluene, xylene, benzene and chloro Aromatic hydrocarbons such as benzene; Halogenated hydrocarbons such as methylene chloride, chloroform, dichloroethylene, trichloroethylene and trichloroethane; Ethers such as tetrahydrofuran (THF), 1,4-dioxane, diethyl ether and dibutyl ether; Ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl ether ketone; Esters such as butyl acetate, ethyl acetate and methyl acetate; It is very excellent in dissolution characteristics in general organic solvents such as dimethylformamide.
이하, 하기의 실시예에 의하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, these examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited by these examples.
실시예 1: polystyrene-g-polysilsesquioxane의 제조Example 1: Preparation of polystyrene-g-polysilsesquioxane
(1) 매크로 개시제(Macro-initiator)로서 사용될 폴리실세스퀴옥산의 합성(1) Synthesis of polysilsesquioxane to be used as a macro-initiator
HPLC용 테트라하이드로퓨란(40g)과 증류수(24g)를 준비하고, 이에 촉매인 수산화칼륨(0.2g)을 녹여 20분 동안 교반하였다. 트리알콕시 단량체로서 클로로벤질트라이메톡시실란(0.4mol)을 미리 준비한 상기 혼합 용액에 적가한 후 교반하였다. 적가 완료 후부터 반응이 진행되고 진행 완료 시점은 겔투과크로마토그래피(GPC)를 통하여 분자량이 더 이상 늘어나지 않는 시점을 기준으로 완료하였다. 이후, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 톨루엔, 자일렌 등 물과 섞이지 않으면서 실세스퀴옥산계 물질을 녹일 수 있는 용매들을 사용하여, 분별 증류의 방법으로 정제하여 측쇄 말단에 Cl의 반응성기를 갖는 하기 화학식 6으로 표시되는 폴리실세스퀴옥산을 얻었다. Tetrahydrofuran (40 g) and distilled water (24 g) for HPLC were prepared, and potassium hydroxide (0.2 g) as a catalyst was dissolved therein and stirred for 20 minutes. Chlorobenzyltrimethoxysilane (0.4 mol) was added dropwise to the mixed solution prepared in advance as a trialkoxy monomer, followed by stirring. After completion of the addition, the reaction proceeds, and the completion time is completed based on the point at which the molecular weight no longer increases through gel permeation chromatography (GPC). Then, by using a solvent that can dissolve the silsesquioxane-based material without mixing with water such as chloroform, methylene chloride, toluene, xylene, and the like by purification by fractional distillation to have a reactive group of Cl in the side chain terminal Polysilsesquioxane represented by was obtained.
[화학식 6][Formula 6]
합성된 화학식 6의 폴리실세스퀴옥산의 구조를 1H NMR, 29Si NMR(Spuls method) 및 FT-IR로 분석하였으며, 분석 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다. 또한 화학식 6의 폴리실세크퀴옥산의 GPC 측정 결과를 도 3에 나타내었다.The structure of the synthesized polysilsesquioxane of
도 1에 나타낸 1H NMR 스펙트럼에서, Cl에 결합된 CH2기의 피크는 4.1 ~ 4.7ppm 구간에서 나타났고, 페닐기의 C-H의 피크는 6.2~7.8ppm의 넓은 범위에서 검출되었다. 또한 29Si NMR 스펙트럼에서, SiO1.5 결합의 피크는 -75 ~ -82ppm 구간에서 검출되었고, 말단의 실라놀기(Si-O)의 피크는 -67 ~ -72ppm 구간에서 검출되었다.In the 1 H NMR spectrum shown in Figure 1, the peak of the CH 2 group bonded to Cl appeared in the 4.1 ~ 4.7ppm section, the peak of CH of the phenyl group was detected in a wide range of 6.2 ~ 7.8 ppm. In the 29 Si NMR spectrum, the peak of SiO 1.5 bond was detected in the range of -75 to -82 ppm, and the peak of the silanol group (Si-O) at the terminal was detected in the range of -67 to -72 ppm.
도 2의 FT-IR 스펙트럼에서, 페닐기의 공명피크가 1420, 1600, 3000 cm-1 에서 각각 검출되었으며, SiO1.5 결합은 950 ~ 1200 cm-1 에서 두 개의 강한 피크로 검 출되었다.In the FT-IR spectrum of FIG. 2, the resonance peaks of the phenyl group were detected at 1420, 1600, and 3000 cm −1 , respectively, and SiO 1.5 bonds were detected as two strong peaks at 950 to 1200 cm −1 .
도 3에 나타낸 GPC 그래프를 참조하면, 화학식 6의 폴리실세스퀴옥산의 피크는 30~40분 사이에 나타난 것을 알 수 있다.Referring to the GPC graph shown in Figure 3, it can be seen that the peak of the polysilsesquioxane of the formula (6) appeared between 30-40 minutes.
(2) polystyrene-g-polysilsesquioxane의 합성(2) Synthesis of polystyrene-g-polysilsesquioxane
상기에서 합성된 매크로 개시제인 폴리실세스퀴옥산 0.25g(1.21mmol)과 스타이렌 6.93ml(60.5mmol), 전이금속 촉매로 CuCl 0.2681g(2.7023mmol), 리간드로 dNbpy 2.06g(5.41mmol), 톨루엔 10ml를 아르곤 분위기에서 5분 동안 교반 후, 80℃에서 2시간 동안 중합하여 측쇄에 스타이렌이 그라프트 중합된, 하기 화학식 7로 표시되는 polystyrene-g-polysilsesquioxane을 합성하였다.0.25 g (1.21 mmol) of polysilsesquioxane, 6.93 ml (60.5 mmol) of styrene, a transition metal catalyst, 0.2681 g (2.7023 mmol) of CuCl, dNbpy 2.06 g (5.41 mmol) of ligand, 10 ml of toluene was stirred for 5 minutes in an argon atmosphere, and then polymerized at 80 ° C. for 2 hours to synthesize polystyrene-g-polysilsesquioxane represented by
[화학식 7][Formula 7]
화학식 7의 폴리실세스퀴옥산의 구조를 1H NMR로 분석하였으며, 분석 결과를 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타낸 1H NMR 스펙트럼에서, 스타이렌으로부터 유도된 페닐기의 C-H 피크는 6.5 ~ 7.1ppm의 넓은 범위에서 두 개의 봉우리로 검출되었고, 반응 후 측쇄 말단에 남아있는 C-H-Cl기의 피크는 4.2 ~ 4.5ppm에서 소량 검출되었다. The structure of the polysilsesquioxane of
또한, 화학식 7의 폴리실세크퀴옥산의 제조과정에서 사용된 스타이렌의 소비량을 원자이동 라디칼 중합의 반응 시간에 따라 측정하고, 이로부터 반응 시간에 따른 스타이렌의 전환율을 계산하였으며, 이를 도 5에 나타내었다. 나아가, 스타이렌의 원자이동 라디칼 중합 반응 전(0시)의 반응물과 30분, 3시간 동안 각각 반응시킨 후의 중합체에 대하여 GPC를 측정하였으면, GPC 그래프를 도 6에 나타내었다.In addition, the consumption of styrene used in the preparation process of the polysilsesquioxane of
도 5에 나타낸 반응 시간에 따른 스타이렌의 전환율을 살펴보면, 원자이동 라디칼 중합의 반응 시간이 증가할수록 스타이렌의 소비량이 증가하여 스타이렌의 전환율이 증가한 것을 알 수 있다. Looking at the conversion rate of styrene according to the reaction time shown in Figure 5, it can be seen that as the reaction time of the atomic transfer radical polymerization increases the consumption of styrene, the conversion rate of styrene increased.
도 6의 GPC 그래프를 참조하면, 원자이동 라디칼 중합의 반응 시간이 길어질수록 피크가 더 빠른 시간에서 검출된 것을 알 수 있다. 이는 반응 시간이 증가할수록 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 그라프트되는 스타이렌의 양이 증가하여, 폴리실세스퀴옥산의 분자량이 증가하였기 때문이다.Referring to the GPC graph of FIG. 6, it can be seen that the longer the reaction time of the atomic transfer radical polymerization, the faster the peak was detected. This is because, as the reaction time increases, the amount of styrene grafted to the side chain of polysilsesquioxane increases, thereby increasing the molecular weight of polysilsesquioxane.
실시예 2: poly(n-butyl)acrylate-g-polysilsesquioxane의 합성Example 2: Synthesis of poly (n-butyl) acrylate-g-polysilsesquioxane
상기 실시예 1에서 합성된 매크로 개시제인 폴리실세스퀴옥산 0.287g(1.389mmol)과 n-부틸아크릴레이트 20ml(0.1389mol), CuCl 0.1375g (1.389mmol), dNbpy 1.13536g(2.78mmol), 톨루엔 14.4ml를 아르곤 분위기에서 5분 동안 교반 후, 80℃에서 3시간 동안 중합하여 하기 화학식 8로 표시되는 poly(n-butyl)acrylate-g-polysilsesquioxane을 합성하였다.0.287 g (1.389 mmol) of polysilsesquioxane, a macro initiator synthesized in Example 1, 20 ml (0.1389 mol) of n-butyl acrylate, 0.1375 g (1.389 mmol) of CuCl, 1.13536 g (2.78 mmol) of dNbpy, and toluene After stirring 14.4 ml for 5 minutes in an argon atmosphere, polymerization was performed at 80 ° C. for 3 hours to synthesize poly (n-butyl) acrylate-g-polysilsesquioxane represented by the following
[화학식 8][Formula 8]
화학식 8의 폴리실세스퀴옥산의 구조를 1H NMR로 분석하였으며, 분석 결과를 도 7에 나타내었다. 도 7에 나타낸 1H NMR 스펙트럼에서, n-부틸아크릴레이트로부터 유도된 COOCH2의 피크는 4.1ppm에서 나타났고, 이하 -CH2CH2CH3 피크는 0.8, 1.4, 1.6ppm에서 각각 검출되었다.The structure of the polysilsesquioxane of
또한, 화학식 8의 폴리실세크퀴옥산의 제조과정에서 사용된 n-부틸아크릴레이트의 소비량을 원자이동 라디칼 중합의 반응 시간에 따라 측정하였고, 이로부터 반응 시간에 따른 n-부틸아크릴레이트의 전환율을 계산하였으며, 이를 도 8에 나타내었다. 나아가, n-부틸아크릴레이트의 원자이동 라디칼 중합 반응 전(0시)의 반응물과 2, 3.2, 20시간 동안 각각 반응시킨 후의 중합체에 대하여 GPC를 측정하였으면, GPC 그래프를 도 9에 나타내었다.In addition, the consumption of n-butyl acrylate used in the preparation of the polysilsesquioxane of the formula (8) was measured according to the reaction time of the atom transfer radical polymerization, from which the conversion rate of n-butyl acrylate according to the reaction time was calculated. This is illustrated in FIG. 8. Furthermore, if the GPC was measured for the polymer after reacting the reactant before (0 hour) with n-butyl acrylate for 2 hours, 3.2 hours and 20 hours, the GPC graph is shown in FIG. 9.
도 8에 나타낸 반응 시간에 따른 n-부틸아크릴레이트의 전환율을 살펴보면, 원자이동 라디칼 중합의 반응 시간이 증가할수록 n-부틸아크릴레이트의 전환율이 증가하는 것을 알 수 있다. Looking at the conversion rate of n-butyl acrylate according to the reaction time shown in Figure 8, it can be seen that the conversion rate of n-butyl acrylate increases as the reaction time of the atom transfer radical polymerization increases.
도 9에 나타낸 GPC 그래프를 참조하면, 반응 시간이 길수록 피크가 더 빠른 시간에서 검출되는 것을 알 수 있다. 이는 원자이동 라디칼 중합의 반응 시간이 길수록 폴리실세스퀴옥산의 측쇄에 그라프트되는 n-부틸아크릴레이트의 양이 증가하여, 폴리실세스퀴옥산의 분자량이 증가하였기 때문이다.Referring to the GPC graph shown in FIG. 9, it can be seen that the longer the reaction time is, the faster the peak is detected. This is because the longer the reaction time of the atom transfer radical polymerization, the more the amount of n-butyl acrylate grafted to the side chain of the polysilsesquioxane, the molecular weight of the polysilsesquioxane increased.
실시예 3: polystyrene-r-poly(n-butyl)acrylate-g-polysilsesquioxane의 합성Example 3: Synthesis of polystyrene-r-poly (n-butyl) acrylate-g-polysilsesquioxane
상기 실시예 1에서 합성된 매크로 개시제인 폴리실세스퀴옥산 0.287g(1.389mmol)과, n-부틸아크릴레이트 10ml(0.0695mol), 스타이렌 7.95ml (0.0695mol), CuCl 0.1375g(1.389mmol), dNbpy 1.13536g(2.78mmol), 톨루엔 14.4ml를 아르곤 분위기에서 5분 동안 교반 후, 80℃에서 8시간 동안 중합하여 하기 화학 식 9로 표시되는 그라프트 폴리실세스퀴옥산을 합성하였다.0.287 g (1.389 mmol) of polysilsesquioxane, which is a macro initiator synthesized in Example 1, 10 ml (0.0695 mol) of n-butyl acrylate, 7.95 ml (0.0695 mol) of styrene, and 0.1375 g (1.389 mmol) of CuCl , 1.13536 g (2.78 mmol) of dNbpy and 14.4 ml of toluene were stirred in an argon atmosphere for 5 minutes, and then polymerized at 80 ° C. for 8 hours to synthesize graft polysilsesquioxane represented by the following formula (9).
[화학식 9][Formula 9]
화학식 9의 폴리실세스퀴옥산의 구조를 1H NMR로 분석하였으며, 분석 결과를 도 10에 나타내었다. 도 10에 나타낸 1H NMR 스펙트럼에서, 스타이렌으로부터 유도된 페닐기 C-H 피크는 6.7 ~ 7.6ppm의 넓은 범위에서 두 개의 봉우리로 검출되었고, n-부틸아크릴레이트로부터 유도된 COOCH2의 피크는 3.8ppm에서 넓게 나타났으며, 이하 CH2CH2CH3 피크는 0.8, 1.4, 1.6ppm에서 각각 검출되었다.The structure of the polysilsesquioxane of
또한, 화학식 9의 폴리실세스퀴옥산을 GPC로 측정하였으며, 측정 결과를 도 11에 나타내었다. 도 11에 나타낸 GPC 그래프를 참조하면, 화학식 9의 폴리실세스퀴옥산의 피크가 25~35분 사이에 검출된 것을 알 수 있다. 스타이렌과 n-부틸아크릴레이트의 그라프트 중합으로 화학식 9의 폴리실세스퀴옥산의 분자량이 화학식 6의 폴리실세스퀴옥산의 분자량보다 증가한 것을 알 수 있다. In addition, polysilsesquioxane of
도 1은 본 발명의 실시예 1에서 합성된 화학식 6의 폴리실세스퀴옥산에 대한 1H NMR 및 29Si NMR 스펙트럼이다.1 is a 1 H NMR and 29 Si NMR spectra of the polysilsesquioxane of
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 합성된 상기 화학식 6의 폴리실세스퀴옥산에 대한 FT-IR 스펙트럼이다.2 is an FT-IR spectrum of the polysilsesquioxane of
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 합성된 상기 화학식 6의 폴리실세스퀴옥산에 대한 GPC 그래프이다.3 is a GPC graph of the polysilsesquioxane of
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 합성된 화학식 7의 폴리실세스퀴옥산에 대한 1H NMR 스펙트럼이다.4 is a 1 H NMR spectrum of the polysilsesquioxane of
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따른 화학식 7의 폴리실세스퀴옥산의 제조과정에서 원자이동 라디칼 중합의 반응 시간에 따른 스타이렌의 전환율(Time-Conversion)을 나타낸 그래프이다.Figure 5 is a graph showing the conversion of the styrene (Time-Conversion) according to the reaction time of the atomic transfer radical polymerization in the preparation process of the polysilsesquioxane of
도 6은 본 발명의 실시예 1 따른 화학식 7의 폴리실세스퀴옥산을 제조하는 과정에서 원자이동 라디칼 중합 전의 반응물과 30분, 3시간 동안 각각 중합시킨 폴리실세스퀴옥산에 대하여 측정한 GPC 그래프이다.FIG. 6 is a graph of GPC measured for polysilsesquioxane polymerized with a reactant before atom transfer radical polymerization for 30 minutes and 3 hours in the process of preparing polysilsesquioxane of
도 7은 본 발명의 실시예 2에서 합성된 화학식 8의 폴리실세스퀴옥산에 대한 1H NMR 스펙트럼이다. 7 is a 1 H NMR spectrum of the polysilsesquioxane of
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따른 화학식 8의 폴리실세스퀴옥산의 제조과정에서 원자이동 라디칼 중합의 반응 시간에 따른 n-부틸아크릴레이트의 전환율 나타 낸 그래프이다.8 is a graph showing the conversion rate of n-butyl acrylate according to the reaction time of atomic transfer radical polymerization in the preparation process of polysilsesquioxane of
도 9는 본 발명의 실시예 2에 따른 화학식 8의 폴리실세스퀴옥산을 제조하는 과정에서 중합 반응 전의 반응물과 2, 3.2, 20시간 동안 각각 중합시킨 후의 폴리실세스퀴옥산에 대하여 측정한 GPC 그래프이다.9 is a GPC measured for the polysilsesquioxane after the polymerization of the reactants before the polymerization reaction for 2, 3.2 and 20 hours in the process of preparing the polysilsesquioxane of the formula (8) according to Example 2 of the present invention It is a graph.
도 10은 본 발명의 실시예 3에서 합성된 화학식 9의 폴리실세스퀴옥산에 대한 1H NMR 스펙트럼이다. 10 is a 1 H NMR spectrum of the polysilsesquioxane of
도 11은 본 발명의 실시예 3에서 합성된 화학식 9의 폴리실세스퀴옥산에 대한 GPC 그래프이다.FIG. 11 is a GPC graph of the polysilsesquioxane of
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