KR101476717B1 - Conducting monomers containing pyrene moieties, preparation method thereof, preparation method of carbon nanotubes and carbon nanotube/polyamide nanocomposites functionalized with the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a conductive monomer including a pyrene group, a carbon nanotube having surface modified by using the same, a carbon nanotube/polyamide nanocomposite including the same, and a method for preparing the same. Provided in the present invention is a conductive monomer including a pyrene group represented by anyone among following chemical formula 1, 2, and 3. The present invention has a purpose of providing a conductive monomer including a pyrene group for effectively modifying the surface of carbon nanotube.

Description

파이렌기를 포함하는 전도성 모노머, 이를 이용하여 표면 개질화된 탄소나노튜브 및 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재{CONDUCTING MONOMERS CONTAINING PYRENE MOIETIES, PREPARATION METHOD THEREOF, PREPARATION METHOD OF CARBON NANOTUBES AND CARBON NANOTUBE/POLYAMIDE NANOCOMPOSITES FUNCTIONALIZED WITH THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a conductive monomer including a phenylene group, a surface-modified carbon nanotube and a carbon nanotube / polyamide nanocomposite using the conductive monomer, a preparation method thereof, a preparation method of carbon nanotubes, and a carbon nanotube nanocomposite WITH THE SAME}

본 발명은 신규한 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머, 이를 이용하여 표면 개질화된 탄소나노튜브, 상기 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a conductive monomer containing a novel pyrene group, a carbon nanotube surface-modified using the same, a carbon nanotube / polyamide nanocomposite, and a method for producing the same.

탄소나노튜브(Carbon Nano Tubes, CNTs)는 높은 인장강도(tensile strength), 전기전도도 및 열전도도 등의 특성을 가지는 소재로 고분자와 복합체를 형성할 경우 다양한 방면으로 응용이 기대되는 소재이기 때문에 최근 수십 년간 많은 관심을 받아오고 있으며, 나노과학, 나노공학 및 생물공학 분야에서 전도유망한 응용들이 가능하다. 탄소나노튜브의 기술적 잠재력을 극대화 하기 위해서는 탄소나노튜브의 표면에 다양한 기능성 물질, 예를 들어, 고분자, 무기 재료, 및 생체분자 등을 결합시켜 다양한 기능을 갖는 신규한 나노복합재를 제조하는 것이 필요하다. 또한, 고분자/탄소나노튜브 복합재의 친환경성, 고강성, 경량화 등의 특성을 확보하려는 노력이 행해져 왔다.Carbon nanotubes (CNTs) are materials that have high tensile strength, electrical conductivity and thermal conductivity. When composites with polymers, they are expected to be used in various fields. It has received a lot of attention over the years and promising applications in the fields of nanoscience, nanotechnology and biotechnology. In order to maximize the technical potential of carbon nanotubes, it is necessary to prepare a novel nanocomposite material having various functions by combining various functional materials such as polymers, inorganic materials, and biomolecules on the surface of carbon nanotubes . In addition, efforts have been made to secure the characteristics of the polymer / carbon nanotube composite material such as environmental friendliness, high rigidity and light weight.

이에 따라, 비표면적이 큰 나노 크기의 충진제를 포함하는 탄소나노튜브/고분자 복합재 소재가 연구되고 있다. 하지만, 나노충진제를 이용하여 탄소나노튜브/고분자 복합재를 제조하는 경우, 나노충진제는 서로 엉킴 현상이 발생되기 때문에, 나노충진제를 고분자 매트릭스 내에 분산시키기가 어려운 문제점이 있다. 이를 고르게 분산시키기 위해서는 고도의 분산 기술이 요구된다. Accordingly, carbon nanotube / polymer composite materials including a nano-sized filler having a large specific surface area have been studied. However, when a carbon nanotube / polymer composite is manufactured using a nanofiller, the nanofiller tends to be entangled with each other, so that it is difficult to disperse the nanofiber into the polymer matrix. A highly distributed technique is required to evenly distribute it.

현재, 상기 문제점을 개선하기 위해 많은 방법들이 연구되었다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2011-0125529호에는 친유성 표면개질제로 탄소나노튜브의 표면을 처리하여 비공유 기능화된 탄소나노튜브의 제조 방법이 기술되어 있다. At present, many methods have been studied to overcome the above problems. For example, Korean Patent Laid-Open No. 10-2011-0125529 discloses a method for producing carbon nanotubes that is non-covalent functionalized by treating the surface of carbon nanotubes with a lipophilic surface modifier.

그러나, 상기 방법은 번거롭고, 여러 단계의 공정을 거쳐야 하며, 인체에 매우 유해한 유기 용매의 사용을 필요로 하기 때문에, 경제, 환경 및 산업적 활용 측면에서 큰 문제점이 있다. However, this method is cumbersome, requires a number of steps, and requires the use of an organic solvent which is very harmful to the human body, which is a serious problem in terms of economic, environmental and industrial utilization.

또한, 기존의 공정으로는 탄소나노튜브의 강한 응집성 때문에 발생하는 기존 소재내 탄소나노튜브의 불균질한 분산과 혼합 문제의 해결이 불가능하여 나노복합재료의 개발이 지연되어 왔다. 따라서, 유기 용매 및 고분자 내에서 탄소나노튜브를 고르게 분산할 수 있으면서도 전도성 및 기계적 강도를 높일 수 있는 기술 개발이 필요하다.
In addition, the development of nanocomposites has been delayed due to the inability to solve heterogeneous dispersion and mixing problems of carbon nanotubes in existing materials caused by strong cohesion of carbon nanotubes in the conventional process. Therefore, it is necessary to develop a technique capable of evenly dispersing carbon nanotubes in an organic solvent and a polymer, while enhancing conductivity and mechanical strength.

제10-2011-0125529호No. 10-2011-0125529

본 발명은 탄소나노튜브의 표면을 효과적으로 개질하기 위한 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a conductive monomer containing a pyrene group for effectively modifying the surface of a carbon nanotube.

본 발명은 상기 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 표면 개질화된 탄소나노튜브를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a process for the preparation of And to provide a surface-modified carbon nanotube.

본 발명은 상기 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide the surface-modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite.

본 발명은 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a method for producing a surface-modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite.

본 발명은 하기 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 제공한다.The present invention provides a conductive monomer comprising a pyrene group represented by any one of the following general formulas (1), (2) and (3).

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112013070023257-pat00001
Figure 112013070023257-pat00001

<화학식 2>(2)

Figure 112013070023257-pat00002
Figure 112013070023257-pat00002

<화학식 3>(3)

Figure 112013070023257-pat00003

Figure 112013070023257-pat00003

본 발명은 상기 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 표면 개질화된 탄소나노튜브를 제공한다.The present invention provides surface-modified carbon nanotubes using a conductive monomer containing a pyrene group represented by any one of the above general formulas (1), (2) and (3).

본 발명은. 상기 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 표면 개질화된 탄소 나노튜브는 파이렌기가 우선 탄소나노튜브 표면에 흡착하고 피롤기를 중합하여 전도성 고분자인 폴리피롤막을 형성함으로써 표면 개질화된 것을 특징으로 하는, 표면 개질화된 탄소나노튜브를 제공한다.The present invention relates to: Wherein the carbon nanotubes surface-reformed using the conductive monomer comprising a pyrene group are surface-modified by firstly adsorbing a pyrene group on the surface of the carbon nanotube and polymerizing the pyrrole group to form a polypyrrole film as a conductive polymer. Thereby providing surface-modified carbon nanotubes.

본 발명은 상기 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 표면 개질화된 탄소나노튜브와 폴리아마이드를 포함하는, 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재를 제공한다.The present invention relates to a surface-modified carbon nanotube / polyamide nanomaterial comprising a surface-modified carbon nanotube and a polyamide using a conductive monomer containing a pyrene group represented by any one of Chemical Formulas 1, 2 and 3 Composite material.

본 발명은 The present invention

a) 상기 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 탄소나노튜브의 표면을 개질화시키는 단계;a) modifying the surface of the carbon nanotube by using a conductive monomer containing a pyrene group represented by any one of Chemical Formulas 1, 2 and 3;

b) 상기 단계 a)에서 표면 개질화된 탄소나노튜브를 폴리아마이드 매트릭스 내에 균질하게 분산시키는 단계b) uniformly dispersing the surface-modified carbon nanotubes in the polyamide matrix in step a)

를 포함하는, 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재의 제조 방법을 제공한다.Wherein the surface modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite material comprises a carbon nanotube / polyamide nanocomposite.

본 발명은 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재로 제조된 것을 특징으로 하는 전자제품 내외장재 또는 전자제품 포장재를 제공한다.The present invention provides an electronic device interior / exterior material or an electronic product packaging material, which is manufactured from a surface-modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite.

본 발명은 신규한 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 제공하는 효과가 있다. 상기 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머는 분자내에 각각 파이렌기와 피롤기를 포함하고 있어 파이렌기가 탄소나노튜브에 먼저 흡착하고 난 후 피롤기를 중합함으로써 폴리피롤막이 탄소나노튜브에 형성하여 용매 및 고분자 매트릭스에 균일하게 분산할 수 있다. 또한 상기 표면개질화된 탄소나노튜브와 폴리아마이드을 포함하는 나노복합재는 전기적 및 기계적 물성이 우수하여 다양한 전자제품의 내외장재 또는 포장재로 사용될 수 있다. 즉, 전자파 차폐효과를 가진 TV 프레임, 휴대폰 하우징, 노트북 외장재, 디지털 카메라 내외장재 또는 기타 IT 제품 등의 전기 전도성 소재로서 유용하게 사용될 수 있다.
The present invention has an effect of providing a conductive monomer containing a novel pyrene group. The conductive monomer comprising the pyrene group includes pyrene groups and pyrrole groups in the molecule, respectively, so that the pyrene groups are first adsorbed on the carbon nanotubes, and then the pyrrole groups are formed on the carbon nanotubes by polymerizing the pyrrole groups, . Also, the nanocomposite including the surface-modified carbon nanotube and polyamide has excellent electrical and mechanical properties and can be used as an internal or external material or a packaging material for various electronic products. That is, it can be effectively used as an electrically conductive material such as a TV frame having an electromagnetic wave shielding effect, a mobile phone housing, a notebook exterior material, a digital camera interior / exterior material, or other IT products.

도 1은 표면을 개질화하지 않은 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 탄소나노튜브/고분자 나노복합재를 투과전자현미경(TEM, Transmission electron microscope)으로 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명에 따른 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 표면이 개질화된 탄소나노튜브와 폴리아마이드를 포함하는, 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재를 투과전자현미경으로 촬영한 사진이다.
FIG. 1 is a photograph of a carbon nanotube / polymer nanocomposite fabricated using carbon nanotubes whose surface has not been modified by transmission electron microscopy (TEM).
FIG. 2 is a photograph of a surface-modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite comprising a surface-modified carbon nanotube and a polyamide by using a conductive monomer containing a pyrene group according to the present invention by a transmission electron microscope It's a picture.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은The present invention

하기 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머에 관한 것이다:A conductive monomer comprising a pyrene group represented by any one of the following formulas (1), (2) and (3):

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112013070023257-pat00004
Figure 112013070023257-pat00004

<화학식 2>(2)

Figure 112013070023257-pat00005
Figure 112013070023257-pat00005

<화학식 3>(3)

Figure 112013070023257-pat00006
Figure 112013070023257-pat00006

또한, 본 발명은 상기 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 표면 개질화된 탄소나노튜브에 관한 것이다.The present invention also relates to carbon nanotubes surface-modified using a conductive monomer containing a pyrene group represented by any one of the above general formulas (1), (2) and (3).

본 발명은, 상기 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여, 파이렌기가 우선 탄소나노튜브 표면에 흡착하고 피롤기를 중합하여 전도성 고분자인 폴리피롤막을 형성함으로써 표면 개질화된 것을 특징으로 하는, 표면 개질화된 탄소나노튜브에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a polyimide film by surface-reforming a surface of a carbon nanotube, characterized in that the surface of the carbon nanotube is adsorbed on the surface of the carbon nanotube and polymerized to form a polypyrrole film, which is a conductive polymer, Carbon nanotubes.

본 발명에 따른 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머는, 파이렌이 알킬사슬이 치환된 아마이드기와 결합되어 있는 구조를 갖는다. 이때, 상기 아마이드기에 치환된 알킬사슬은 친유성을 가지기 때문에 유기 용매 및 고분자 매트릭스인 폴리아마이드에 대한 분산성을 향상시킨다.The conductive monomer comprising a pyrene group according to the present invention has a structure in which a pyrene is bonded to an amide group substituted with an alkyl chain. At this time, since the alkyl chain substituted in the amide group has lipophilicity, it improves the dispersibility of the organic solvent and the polyamide as the polymer matrix.

또한, 상기 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머에 포함되어 있는 파이렌기는 탄소나노튜브 표면의 sp2 탄소로 구성된 육각형 벌집 구조의 흑연판과 π결합 형태의 비공유 흡착을 하는 역할을 수행한다. 탄소나노튜브는 파이렌기와 비공유 흡착함으로써, 탄소나노튜브의 분극률 및 탄소나노튜브 입자 간의 반데르발스 힘(Van der Waals force)을 약화시켜 탄소나노튜브 입자 간의 응집력을 약화시키고, 분산력을 향상시킨다. 따라서, 본 발명의 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 탄소나노튜브의 표면에 처리하여 비공유 기능화함으로써, 탄소나노튜브가 응집 현상 없이 유기 용매 내에 균질하게 분산되도록 할 수 있다.The pyrene group contained in the conductive monomer including the pyrene group plays a role of non-covalent adsorption with the graphite plate of the hexagonal honeycomb structure composed of sp 2 carbon on the surface of the carbon nanotube in a π-bonded form. Carbon nanotubes are non-covalently adsorbed with pyrene, weakening the polarizability of carbon nanotubes and van der Waals force between carbon nanotubes, weakening cohesion between carbon nanotubes and improving dispersibility . Accordingly, by treating the surface of the carbon nanotubes with the conductive monomer containing the pyrene of the present invention to non-covalent functionalization, the carbon nanotubes can be homogeneously dispersed in the organic solvent without agglomeration.

또한 본 발명의 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머는 분자내에 각각 파이렌기와 피롤기를 포함하고 있어 파이렌기가 탄소나노튜브에 먼저 흡착하고 난 후 피롤기를 중합함으로써 폴리피롤막이 탄소나노튜브에 형성되어 용매 및 고분자 매트릭스에 균일하게 분산할 수 있어 폴리아마이드의 기계적 물성 및 전도성을 향상시킬 수 있다.In addition, the conductive monomer comprising the pyrene group of the present invention contains pyrene groups and pyrrole groups, respectively, in the molecule, and the pyrene groups are formed on the carbon nanotubes by polymerizing the pyrrole groups after the pyrene groups are first adsorbed on the carbon nanotubes, Can be uniformly dispersed in the matrix, and the mechanical properties and conductivity of the polyamide can be improved.

본 발명의 탄소나노튜브의 표면 개질에서, 화학식 1 내지 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머는 탄소나노튜브에 대해 1:3 내지 3:1의 중량비로 사용될 수 있다. 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머가 상기와 같은 함량으로 사용되는 경우 탄소나노튜브가 용매에 균일하게 분산될 수 있다.In the surface modification of the carbon nanotubes of the present invention, the conductive monomer containing a pyrene group represented by any one of Chemical Formulas 1 to 3 may be used in a weight ratio of 1: 3 to 3: 1 to the carbon nanotube. When a conductive monomer containing a pyrene group is used in such a content, the carbon nanotubes can be uniformly dispersed in the solvent.

본 발명의 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 표면 개질된 탄소 나노튜브는 유기 용매 내에 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머와 탄소나노튜브를 첨가한 후, 초음파 조사하고, 이후 피롤기의 중합반응을 진행하여 탄소나노튜브의 표면에 폴리피롤막을 형성하는 것이다.The surface-modified carbon nanotubes using the conductive monomer containing the pyrene group of the present invention can be produced by adding a conductive monomer containing a pyrene group represented by any one of Chemical Formulas 1, 2 and 3 and a carbon nanotube into an organic solvent, Ultrasonic irradiation is performed, and then the polymerization reaction of the roll roll is performed to form a polypyrrole film on the surface of the carbon nanotubes.

상기 유기용매는 극성 유기용매로서, 다이메틸설폭사이드(DMSO), 다이메틸포름아마이드(DMF), 다이메틸아세틸아마이드(DMAc), 1,4-다이옥산, 테트라하이드로퓨란(THF), 헥사메틸인산 트라이아마이드(HPMA) 및 헥사플루오로-2-프로판올(HFIP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합용액을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 테트라하이드로퓨란(THF)을 사용할 수 있다.The organic solvent may be a polar organic solvent such as dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), 1,4-dioxane, tetrahydrofuran (THF), hexamethylphosphoric tri Amide (HPMA), and hexafluoro-2-propanol (HFIP) may be used, and tetrahydrofuran (THF) may be preferably used.

상기 피롤기의 중합반응은 탄소나노튜브 분산 용액에 파이렌기를 포함하는 전도성모노머를 첨가하고 초음파 처리한 중간 생성물을 여과 건조 한 후 다시 용매를 첨가하여 수행될 수 있다. The polymerization reaction of the pyrrolyl group can be performed by adding a conductive monomer containing a pyrene group to a carbon nanotube dispersion solution, filtering and drying an ultrasonically treated intermediate product, and then adding a solvent.

피롤기의 중합을 위한 촉매로 FeCl3·6H2O, H2O2/Fe3 +/HCl, (NH4)2S2O8 등이 사용될 수 있으며 바람직하게는 염화제이철이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.As the catalyst for the polymerization of the pyrrole group, FeCl 3 .6H 2 O, H 2 O 2 / Fe 3 + / HCl, (NH 4 ) 2 S 2 O 8 and the like can be used. It is not limited.

또한, 본 발명은 상기 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머로 표면 개질화된 탄소나노튜브와 폴리아마이드를 포함하는, 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재에 관한 것이다.The present invention also provides a surface-modified carbon nanotube / polyamide nanomaterial comprising a carbon nanotube surface-modified with a conductive monomer containing a pyrene group represented by any one of Chemical Formulas 1, 2 and 3 and polyamide Composite material.

본 발명의 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재에서 표면 개질화된 탄소나노튜브는 폴리아마이드에 대해 바람직하게는 1 내지 10 phr로 사용되는 경우 기계적 물성과 전도성이 우수한 나노복합재를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 상기 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머로 표면 개질화된 탄소나노튜브는 응집 현상 없이 폴리아마이드 매트릭스 내에 균질하게 분산될 수 있다.The carbon nanotubes surface-modified in the surface-modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite of the present invention are preferably used in 1 to 10 phr with respect to the polyamide to obtain a nanocomposite having excellent mechanical properties and conductivity have. In addition, carbon nanotubes surface-modified with a conductive monomer containing a pyrene group represented by any one of the above formulas (1), (2) and (3) of the present invention can be homogeneously dispersed in a polyamide matrix without agglomeration phenomenon.

본 발명의 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재는 표면 개질 후에도 탄소나노튜브의 구조가 변형되지 않고, 폴리아마이드 내에 탄소나노튜브가 균일하게 분산되어 있으므로, 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재의 면저항을 낮춰 전자파 차폐율을 높이고 기계적 강도를 향상시킬 수 있어, 다양한 전자제품의 내외장재 또는 포장재로 사용될 수 있다. 즉, TV 프레임, 휴대폰 하우징, 노트북 외장재, 디지털 카메라 내외장재 또는 기타 IT 제품 등의 제조에 유용하게 사용될 수 있다.
Since the surface-modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite of the present invention does not deform the structure of the carbon nanotube even after the surface modification and the carbon nanotube is uniformly dispersed in the polyamide, the carbon nanotube / polyamide nanocomposite The electromagnetic shielding ratio can be increased and the mechanical strength can be improved, so that it can be used as an interior and exterior or packaging material for various electronic products. That is, it can be usefully used for manufacturing a TV frame, a mobile phone housing, a notebook exterior material, a digital camera interior / exterior material, or other IT products.

또한, 본 발명은In addition,

a) 하기 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 탄소나노튜브의 표면을 개질화시키는 단계; 및a) modifying the surface of the carbon nanotube by using a conductive monomer comprising a pyrene group represented by any one of the following formulas (1), (2) and (3) And

b) 상기 단계 a)에서 표면 개질화된 탄소나노튜브를 폴리아마이드 매트릭스 내에 균질하게 분산시키는 단계b) uniformly dispersing the surface-modified carbon nanotubes in the polyamide matrix in step a)

를 포함하는, 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재의 제조 방법을 제공한다:
Wherein the surface modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite material comprises:

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

Figure 112013070023257-pat00007
Figure 112013070023257-pat00007

<화학식 2>(2)

Figure 112013070023257-pat00008
Figure 112013070023257-pat00008

<화학식 3>(3)

Figure 112013070023257-pat00009

Figure 112013070023257-pat00009

상기 단계 a)의 개질화는 유기 용매 내에 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머와 탄소나노튜브를 첨가한 후, 초음파 조사하고, 이후 피롤기의 중합반응을 진행하여 탄소나노튜브의 표면에 폴리피롤막을 형성하는 것이다.The modification of the step a) can be carried out by adding a conductive monomer containing a pyrene group represented by any one of formulas 1, 2 and 3 and a carbon nanotube to an organic solvent, irradiating the mixture with ultrasonic waves, Thereby forming a polypyrrole film on the surface of the carbon nanotubes.

상기 유기용매는 극성 유기용매로서, 다이메틸설폭사이드(DMSO), 다이메틸포름아마이드(DMF), 다이메틸아세틸아마이드(DMAc), 1,4-다이옥산, 테트라하이드로퓨란(THF), 헥사메틸인산 트라이아마이드(HPMA) 및 헥사플루오로-2-프로판올(HFIP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합용액을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 테트라하이드로퓨란(THF)을 사용할 수 있다.The organic solvent may be a polar organic solvent such as dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), 1,4-dioxane, tetrahydrofuran (THF), hexamethylphosphoric tri Amide (HPMA), and hexafluoro-2-propanol (HFIP) may be used, and tetrahydrofuran (THF) may be preferably used.

상기 피롤기의 중합반응은 탄소나노튜브 분산 용액에 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 첨가하고 초음파 처리한 중간 생성물을 여과 건조 한 후 다시 용매를 첨가하여 수행될 수 있다. 피롤기의 중합을 위한 촉매로 FeCl3·6H2O, H2O2/Fe3+/HCl, (NH4)2S2O8 등이 사용될 수 있으며 바람직하게는 염화제이철이 사용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.The polymerization reaction of the pyrrolyl group can be performed by adding a conductive monomer containing a pyrene group to a carbon nanotube dispersion solution, filtering and drying an ultrasonically treated intermediate product, and then adding a solvent. As catalysts for the polymerization of pyrrole, FeCl 3 .6H 2 O, H 2 O 2 / Fe 3+ / HCl, (NH 4 ) 2 S 2 O 8 Etc. may be used. Preferably, ferric chloride may be used, but not limited thereto.

상기 단계 a)에 의해 파이렌기를 포함하는 피롤 중합체로 표면 개질된 탄소나노튜브가 얻어진다.The carbon nanotubes surface-modified with a pyrrole polymer containing a pyrene group are obtained in the step a).

상기 단계 b)의 분산은 용액 성형법(solution casting), 용융 성형법(melt processing), 습식방사법(wet spinning) 또는 전기방사법(electrospinning)에 의해 수행될 수 있으며, 이외에 당업자가 분산을 위하여 통상적으로 사용하는 방법으로 수행될 수 있다. The dispersion of step b) may be carried out by solution casting, melt processing, wet spinning or electrospinning, as well as those commonly used by those skilled in the art for dispersion . &Lt; / RTI &gt;

상기 단계 b)에서 사용되는 유기용매는 극성 유기용매로서, 다이메틸설폭사이드(DMSO), 다이메틸포름아마이드(DMF), 다이메틸아세틸아마이드(DMAc), 1,4-다이옥산, 테트라하이드로퓨란(THF), 헥사메틸인산 트라이아마이드(HPMA) 및 헥사플루오로-2-프로판올(HFIP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합용액을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 테트라하이드로퓨란(THF)을 사용할 수 있다.
The organic solvent used in step b) may be a polar organic solvent such as dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), 1,4-dioxane, tetrahydrofuran ), Hexamethylphosphoric triamide (HPMA), and hexafluoro-2-propanol (HFIP), and preferably tetrahydrofuran (THF) Can be used.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.

실시예Example  And 비교예Comparative Example

피롤 화합물의 제조 Preparation of pyrrole compounds

<제조예 1> &Lt; Preparation Example 1 &

Figure 112013070023257-pat00010
Figure 112013070023257-pat00010

질소 분위기하에서, 벤질메틸암모늄 하이드록사이드(7.5 g, 45 mmol )을 메탄올 (30 ml)을 플라스크 안에 용해시키고 0 내지 - 5℃로 냉각시킨 후 1수소-피롤 (1 g, 15 mmol)과 아크릴로나이트릴(0.9 g, 16 mmol) 을 첨가한 다음, 30분 동안 교반하였다. 이후 상온으로 승온하여 5시간 이상 교반하고, 용매를 감압농축한 후, 농축된 반응물에 다이클로로메탄을 가하고 소금물로 세척하였다. 세척된 유기층을 황산마그네슘으로 건조시키고, 컬럼크로마토그래피(실리카겔, 다이클로로메탄:메탄올=9:1)로 정제하여 3-(1H-피롤-1-일)프로판나이트릴 (수득율: 81%)을 얻었다. Benzylmethylammonium hydroxide (7.5 g, 45 mmol) was dissolved in methanol (30 ml) in a flask and cooled to 0-5 ° C, followed by the addition of 1 hydrogen-pyrrole (1 g, 15 mmol) Ronatryl (0.9 g, 16 mmol) was added and stirred for 30 min. Thereafter, the reaction mixture was warmed to room temperature and stirred for 5 hours or more. After the solvent was concentrated under reduced pressure, dichloromethane was added to the concentrated reaction product and washed with brine. The washed organic layer was dried over magnesium sulfate and purified by column chromatography (silica gel, dichloromethane: methanol = 9: 1) to give 3- (1H- pyrrol- 1-yl) propanenitrile (yield: 81% .

1H NMR (300Hz, CDCl3):δ 7.33 (t, 2H), 6.15(t, 2H), 4.67(t, 2H), 3.21(t, 2H).
1 H NMR (300Hz, CDCl 3 ): δ 7.33 (t, 2H), 6.15 (t, 2H), 4.67 (t, 2H), 3.21 (t, 2H).

<제조예 2> &Lt; Preparation Example 2 &

Figure 112013070023257-pat00011
Figure 112013070023257-pat00011

질소 분위기하에서, 벤질메틸암모늄 하이드록사이드(7.5 g, 45 mmol )을 메탄올 (30 ml)을 플라스크 안에 용해시키고 0 내지 - 5℃로 냉각시킨 후 1수소-피롤 (1 g, 15 mmol)과 펜트-4-엔나이트릴(1.3 g, 16 mmol)을 첨가한 다음, 30분 동안 교반하였다. 이후 상온으로 승온하여 5시간 이상 교반하고, 용매를 감압 농축한 후, 농축된 반응물에 다이클로로메탄을 가하고 소금물로 세척하였다. 세척된 유기층을 황산마그네슘으로 건조시키고, 컬럼크로마토그래피(실리카겔, 다이클로로메탄:메탄올=9:1)로 정제하여 5-(1H-피롤-1-일)펜탄나이트릴 (수득율: 80%)을 얻었다. Benzylmethylammonium hydroxide (7.5 g, 45 mmol) was dissolved in methanol (30 ml) in a flask and cooled to 0 to-5 C under a nitrogen atmosphere. Then, 1-hydrogen-pyrrole (1 g, 15 mmol) -4-enenitrile (1.3 g, 16 mmol) was added followed by stirring for 30 minutes. Thereafter, the reaction mixture was warmed to room temperature and stirred for 5 hours or more. After the solvent was concentrated under reduced pressure, dichloromethane was added to the concentrated reaction product and washed with brine. The washed organic phase was dried over magnesium sulfate and purified by column chromatography (silica gel, dichloromethane: methanol = 9: 1) to give 5- (lH-pyrrol-1-yl) pentanenitrile (yield: 80% .

1H NMR (300Hz, CDCl3):δ 7.33 (t, 2H), 6.15(t, 2H),4.16(t, 2H), 1.87(t, 2H), 1.76-1.66(m, 4H).
1 H NMR (300Hz, CDCl 3 ): δ 7.33 (t, 2H), 6.15 (t, 2H), 4.16 (t, 2H), 1.87 (t, 2H), 1.76-1.66 (m, 4H).

<제조예 3> &Lt; Preparation Example 3 &

Figure 112013070023257-pat00012
Figure 112013070023257-pat00012

질소 분위기하에서, 벤질메틸암모늄 하이드록사이드(7.5 g, 45 mmol )을 메탄올 (30 ml)을 플라스크 안에 용해시키고 0 내지 - 5℃로 냉각시킨 후 1수소-피롤 (1 g, 15 mmol)과 헵트-6-엔니트릴(1.8 g, 16 mmol) 을 첨가한 다음, 30분 동안 교반하였다. 이후 상온으로 승온하여 5시간 이상 교반하고, 용매를 감압농축한 후, 농축된 반응물에 다이클로로메탄을 가하고 소금물로 세척하였다. 세척된 유기층을 황산마그네슘으로 건조시키고, 컬럼크로마토그래피(실리카겔, 다이클로로메탄:메탄올=9:1)로 정제하여 7-(1H-피롤-1-일)헵탄나이트릴 (수득율: 71%)을 얻었다. Benzylmethylammonium hydroxide (7.5 g, 45 mmol) was dissolved in methanol (30 ml) in a flask and cooled to 0 to-5 C under a nitrogen atmosphere, followed by addition of 1 hydrogen-pyrrole (1 g, 15 mmol) -6-enenitrile (1.8 g, 16 mmol) was added and stirred for 30 min. Thereafter, the reaction mixture was warmed to room temperature and stirred for 5 hours or more. After the solvent was concentrated under reduced pressure, dichloromethane was added to the concentrated reaction product and washed with brine. The washed organic phase was dried over magnesium sulfate and purified by column chromatography (silica gel, dichloromethane: methanol = 9: 1) to give 7- (lH-pyrrol-1-yl) heptanenitrile (yield: 71% .

1H NMR (300Hz, CDCl3):δ 7.33 (t, 2H), 6.15(t, 2H), 4.16(t, 2H), 1.87(t, 2H), 1.74-1.66(m, 4H), 1.29(m, 4H)
1 H NMR (300Hz, CDCl 3 ): δ 7.33 (t, 2H), 6.15 (t, 2H), 4.16 (t, 2H), 1.87 (t, 2H), 1.74-1.66 (m, 4H), 1.29 ( m, 4H)

<제조예 4>&Lt; Preparation Example 4 &

Figure 112013070023257-pat00013

Figure 112013070023257-pat00013

질소 분위기하에서, 소듐하이드록사이드 (1g, 25 mmol )을 N, N-디메틸포름아미드 (30 ml)을 플라스크 안에 용해시키고 0 내지 - 5℃로 냉각시킨 후 제조예 1에서 합성한 3-(1H-피롤-1-일)프로판나이트릴 (1 g, 8.3 mmol) 을 첨가한 다음, 30분 동안 교반하였다. 이후 80℃로 승온하여 리플럭스 시킨후 20시간 이상 교반하고, 온도를 다시 낮춘 후 버퍼용액(황산:물=1:5)을 첨가하였다. 이후 물로 필터하여 노랑색 물질만을 회수한 뒤, 컬럼크로마토그래피(실리카겔, 에틸 다이클로로메탄:메탄올=9:1)로 정제하여 목적화합물 3-(1H-피롤-1-일)프로판산 (수득율: 52%)을 얻었다. Sodium hydroxide (1 g, 25 mmol) was dissolved in N, N-dimethylformamide (30 ml) in a flask and cooled to 0 to -5 ° C under nitrogen atmosphere. -Pyrrol-1-yl) propanenitrile (1 g, 8.3 mmol) was added followed by stirring for 30 minutes. After the temperature was raised to 80 ° C, the solution was refluxed and stirred for 20 hours or more. After the temperature was lowered again, a buffer solution (sulfuric acid: water = 1: 5) was added. The residue was purified by column chromatography (silica gel, ethyl dichloromethane: methanol = 9: 1) to obtain the desired compound 3- (1H-pyrrol-1-yl) propanoic acid (yield: 52 %).

1H NMR (300Hz, CDCl3):δ 6.81 (t, 2H), 6.24(t, 2H), 5.32,(s brd, 1H) 4.12(t, 2H), 2.83(t, 2H).
1 H NMR (300Hz, CDCl 3 ): δ 6.81 (t, 2H), 6.24 (t, 2H), 5.32, (s brd, 1H) 4.12 (t, 2H), 2.83 (t, 2H).

<제조예 5> &Lt; Production Example 5 &

Figure 112013070023257-pat00014
Figure 112013070023257-pat00014

질소 분위기하에서, 소듐하이드록사이드 (0.81g, 20 mmol )을 N, N-디메틸포름아미드 (30 ml)을 플라스크 안에 용해시키고 0 내지 - 5℃로 냉각시킨 후 제조예 2에서 합성한 5-(1H-피롤-1-일)펜탄나이트릴 (1 g, 7 mmol) 을 첨가한 다음, 30분 동안 교반하였다. 이후 80℃로 승온하여 리플럭스 시킨후 20시간 이상 교반하고, 온도를 다시 낮춘 후 버퍼용액(황산:물=1:5)을 첨가하였다. 이후 물로 필터하여 노랑색 물질만을 회수한뒤, 컬럼크로마토그래피(실리카겔, 에틸 다이클로로메탄:메탄올=9:1)로 정제하여 목적화합물 5-(1H-피롤-1-일)펜탄산 (수득율: 49%)을 얻었다. Sodium hydroxide (0.81 g, 20 mmol) was dissolved in N, N-dimethylformamide (30 ml) in a flask under nitrogen atmosphere and cooled to 0-5 ° C. Pyrrol-1-yl) pentanenitrile (1 g, 7 mmol) was added and stirred for 30 min. After the temperature was raised to 80 ° C, the solution was refluxed and stirred for 20 hours or more. After the temperature was lowered again, a buffer solution (sulfuric acid: water = 1: 5) was added. The resulting product was purified by column chromatography (silica gel, ethyl dichloromethane: methanol = 9: 1) to obtain the desired compound 5- (1H-pyrrol-1-yl) pentanoic acid (yield: 49 %).

1H NMR (300Hz, CDCl3):δ 6.81 (t, 2H), 6.24(t, 2H), 5.32,(s brd, 1H), 4.16(t, 2H), 2.30(t, 2H),1.74(t, 2H), 1.52(t, 2H).
1 H NMR (300Hz, CDCl 3 ): δ 6.81 (t, 2H), 6.24 (t, 2H), 5.32, (s brd, 1H), 4.16 (t, 2H), 2.30 (t, 2H), 1.74 ( t, 2 H), 1.52 (t, 2 H).

<제조예 6> &Lt; Production Example 6 &

Figure 112013070023257-pat00015
Figure 112013070023257-pat00015

질소 분위기하에서, 소듐하이드록사이드 (0.7g, 17 mmol )을 N, N-디메틸포름아미드 (30 ml)을 플라스크 안에 용해시키고 0 내지 - 5℃로 냉각시킨 후 제조예 3에서 합성한 7-(1H-피롤-1-일)헵탄나이트릴 (1 g, 5.7 mmol) 을 첨가한 다음, 30분 동안 교반하였다. 이후 80℃로 승온하여 리플럭스 시킨후 20시간 이상 교반하고, 온도를 다시 낮춘 후 버퍼용액(황산:물=1:5)을 첨가하였다. 이후 물로 필터하여 노랑색 물질만을 회수한뒤, 컬럼크로마토그래피(실리카겔, 에틸 다이클로로메탄:메탄올=9:1)로 정제하여 목적화합물 (수득율: 47%)을 얻었다. 7-(1H-피롤-1-일)헵탄산Sodium hydroxide (0.7 g, 17 mmol) was dissolved in N, N-dimethylformamide (30 ml) in a flask under nitrogen atmosphere and cooled to 0 to -5 ° C. 1H-pyrrol-1-yl) heptanenitrile (1 g, 5.7 mmol) was added and stirred for 30 min. After the temperature was raised to 80 ° C, the solution was refluxed and stirred for 20 hours or more. After the temperature was lowered again, a buffer solution (sulfuric acid: water = 1: 5) was added. Thereafter, the mixture was filtered with water to recover only a yellow substance, and then purified by column chromatography (silica gel, ethyl dichloromethane: methanol = 9: 1) to obtain the target compound (yield: 47%). 7- (1H-pyrrol-1-yl) heptanoic acid

1H NMR (300Hz, CDCl3):δ 6.81 (t, 2H), 6.24(t, 2H), 5.32,(s brd, 1H), 4.16(t, 2H), 2.30(t, 2H) 1.74.(t, 2H),1.52 (t, 2H), 1.29(m, 4H)
1 H NMR (300Hz, CDCl 3 ): δ 6.81 (t, 2H), 6.24 (t, 2H), 5.32, (s brd, 1H), 4.16 (t, 2H), 2.30 (t, 2H) 1.74 (. t, 2H), 1.52 (t, 2H), 1.29 (m, 4H)

파이렌기를Pyrene 포함하는 전도성  Conductive 모노머의Monomeric 제조 Produce

<실시예 1> &Lt; Example 1 >

Figure 112013070023257-pat00016
Figure 112013070023257-pat00016

<화학식 1>&Lt; Formula 1 >

2라운드 플라스크 안에, 1-(파이렌 메틸 아민)하이드로 클로라이드(1 g, 3.73 mmol)과 1-(3-다이메틸 아미노 프로필)-3 에틸 카보아디 이미드 하이드로 클로라이드 (1.07 g, 5.6 mmol) 와 1-하이드록시 벤조 트리아졸 하이드레이트(0.78 g, 5.6 mmol)를 테트라하이드로퓨란 (150 ml)에 용해시킨 후, 0 내지 - 5℃로 냉각시키고, 제조예 4에서 합성한 3-(1H-피롤-1-일)프로판산 (0.52 g, 3.7 mmol) 및 트라이에틸아민(1.13 g, 11.2 mmol)을 질소분위기 하에서 첨가한 다음, 30분 동안 교반하였다. 이후 상온으로 승온하여 12시간 이상 교반하고, 용매를 감압농축한 후, 농축된 반응물에 에틸 아세테이트를 가하고 소금물로 세척하였다. 세척된 유기층을 황산마그네슘으로 건조시키고, 컬럼크로마토그래피(실리카겔, 에틸 아세테이트:다이클로로메탄 =1:1)로 정제하여 목적화합물(수득율: 77%)을 얻었다.In a two round flask, 1- (pyrenemethylamine) hydrochloride (1 g, 3.73 mmol), 1- (3-dimethylaminopropyl) -3 ethylcarbodiimide hydrochloride (1.07 g, 5.6 mmol) After dissolving 1-hydroxybenzotriazole hydrate (0.78 g, 5.6 mmol) in tetrahydrofuran (150 ml), the solution was cooled to 0 to -5 ° C and 3- (1H-pyrrole- 1-yl) propanoic acid (0.52 g, 3.7 mmol) and triethylamine (1.13 g, 11.2 mmol) were added under a nitrogen atmosphere, followed by stirring for 30 minutes. The reaction mixture was then warmed to room temperature and stirred for 12 hours or longer. The solvent was concentrated under reduced pressure, and ethyl acetate was added to the concentrated reaction product and washed with brine. The washed organic layer was dried over magnesium sulfate and purified by column chromatography (silica gel, ethyl acetate: dichloromethane = 1: 1) to obtain the desired compound (yield: 77%).

1H NMR (300Hz, CDCl3):δ 8.29 (d, 1H, J= 9.3 Hz), 8.17-7.96 (m, 7H), 7.84 (d, 1H, J= 7.8 Hz),6.65 (t, 2H), 6.12 (t, 2H), 5.61 (brd s, 1H), 5.17 (t, 2H), 4.35 (t, 2H), 2.63(t, 2H).
1 H NMR (300Hz, CDCl 3 ): δ 8.29 (d, 1H, J = 9.3 Hz), 8.17-7.96 (m, 7H), 7.84 (d, 1H, J = 7.8 Hz), 6.65 (t, 2H) , 6.12 (t, 2H), 5.61 (br s, 1H), 5.17 (t, 2H), 4.35 (t, 2H), 2.63 (t, 2H).

<실시예 2> &Lt; Example 2 >

Figure 112013070023257-pat00017
Figure 112013070023257-pat00017

<화학식 2>(2)

2라운드 플라스크 안에, 1-(파이렌 메틸 아민)하이드로 클로라이드(1 g, 3.73 mmol)과 1-(3-다이메틸 아미노 프로필)-3 에틸 카보아디 이미드 하이드로 클로라이드 (1.07 g, 5.6 mmol) 와 1-하이드록시 벤조 트리아졸 하이드레이트(0.78 g, 5.6 mmol)를 테트라하이드로퓨란 (150 ml)에 용해시킨 후, 0 내지 - 5℃로 냉각시키고, 제조예 5에서 합성한 5-(1H-피롤-1-일)펜탄산 (0.62 g, 3.7 mmol) 및 트라이에틸아민(1.13 g, 11.2 mmol)을 질소분위기 하에서 첨가한 다음, 30분 동안 교반하였다. 이후 상온으로 승온하여 12시간 이상 교반하고, 용매를 감압농축한 후, 농축된 반응물에 에틸 아세테이트를 가하고 소금물로 세척하였다. 세척된 유기층을 황산마그네슘으로 건조시키고, 컬럼크로마토그래피(실리카겔, 에틸 아세테이트:다이클로로메탄 =1:1)로 정제하여 목적화합물(수득율: 70%)을 얻었다.In a two round flask, 1- (pyrenemethylamine) hydrochloride (1 g, 3.73 mmol), 1- (3-dimethylaminopropyl) -3 ethylcarbodiimide hydrochloride (1.07 g, 5.6 mmol) After dissolving 1-hydroxybenzotriazole hydrate (0.78 g, 5.6 mmol) in tetrahydrofuran (150 ml), the solution was cooled to 0 to -5 ° C and 5- (1H-pyrrole- 1-yl) pentanoic acid (0.62 g, 3.7 mmol) and triethylamine (1.13 g, 11.2 mmol) were added under a nitrogen atmosphere and stirred for 30 min. The reaction mixture was then warmed to room temperature and stirred for 12 hours or longer. The solvent was concentrated under reduced pressure, and ethyl acetate was added to the concentrated reaction product and washed with brine. The washed organic layer was dried over magnesium sulfate and purified by column chromatography (silica gel, ethyl acetate: dichloromethane = 1: 1) to obtain the target compound (yield: 70%).

1H NMR (300Hz, CDCl3):δ 8.29 (d, 1H, J= 9.3 Hz), 8.17-7.96 (m, 7H), 7.84 (d, 1H, J= 7.8 Hz),6.65 (t, 2H), 6.12 (t, 2H), 5.61 (brd s, 1H), 4.35 (s, 2H), 4.16 (t, 2H), 2.13 (t, 2H), 1.74(t, 2H), 1.53(t, 2H).
1 H NMR (300Hz, CDCl 3 ): δ 8.29 (d, 1H, J = 9.3 Hz), 8.17-7.96 (m, 7H), 7.84 (d, 1H, J = 7.8 Hz), 6.65 (t, 2H) 2H), 1.63 (t, 2H), 2.38 (t, 2H), 3.40 (s, .

<실시예 3> &Lt; Example 3 >

Figure 112013070023257-pat00018
Figure 112013070023257-pat00018

<화학식 3>(3)

2라운드 플라스크 안에, 1-(파이렌 메틸 아민)하이드로 클로라이드(1 g, 3.73 mmol)과 1-(3-다이메틸 아미노 프로필)-3 에틸 카보아디 이미드 하이드로 클로라이드 (1.07 g, 5.6 mmol)와 1-하이드록시 벤조 트리아졸 하이드레이트(0.78 g, 5.6 mmol)를 테트라하이드로퓨란 (150 ml)에 용해시킨 후, 0 내지 - 5℃로 냉각시키고, 제조예 6에서 합성한 7-(1H-피롤-1-일)헵탄산 (0.72 g, 3.7 mmol) 및 트라이에틸아민(1.13 g, 11.2 mmol)을 질소분위기 하에서 첨가한 다음, 30분 동안 교반하였다. 이후 상온으로 승온하여 12시간 이상 교반하고, 용매를 감압농축한 후, 농축된 반응물에 에틸 아세테이트를 가하고 소금물로 세척하였다. 세척된 유기층을 황산마그네슘으로 건조시키고, 컬럼크로마토그래피(실리카겔, 에틸 아세테이트:다이클로로메탄 =1:1)로 정제하여 목적화합물(수득율: 81%)을 얻었다.In a two round flask, 1- (pyrenemethylamine) hydrochloride (1 g, 3.73 mmol), 1- (3-dimethylaminopropyl) -3 ethylcarbodiimide hydrochloride (1.07 g, 5.6 mmol) After dissolving 1-hydroxybenzotriazole hydrate (0.78 g, 5.6 mmol) in tetrahydrofuran (150 ml), the solution was cooled to 0 to -5 占 폚 and 7- (1H-pyrrole- 1-yl) heptanoic acid (0.72 g, 3.7 mmol) and triethylamine (1.13 g, 11.2 mmol) were added under a nitrogen atmosphere, followed by stirring for 30 minutes. The reaction mixture was then warmed to room temperature and stirred for 12 hours or longer. The solvent was concentrated under reduced pressure, and ethyl acetate was added to the concentrated reaction product and washed with brine. The washed organic layer was dried over magnesium sulfate and purified by column chromatography (silica gel, ethyl acetate: dichloromethane = 1: 1) to obtain the desired compound (yield: 81%).

1H NMR (300Hz, CDCl3):δ 8.29 (d, 1H, J= 9.3 Hz), 8.17-7.96 (m, 7H), 7.84 (d, 1H, J= 7.8 Hz),6.65 (t, 2H), 6.12 (t, 2H), 5.61 (brd s, 1H), 4.35 (s, 2H), 4.16 (t, 2H), 2.13(t, 2H), 1.74(t, 2H), 1.53(t, 2H), 1.29(t, 6H).
1 H NMR (300Hz, CDCl 3 ): δ 8.29 (d, 1H, J = 9.3 Hz), 8.17-7.96 (m, 7H), 7.84 (d, 1H, J = 7.8 Hz), 6.65 (t, 2H) 2H), 1.63 (t, 2H), 2.38 (t, 2H), 3.40 (s, , 1.29 (t, 6H).

<비교예 1>&Lt; Comparative Example 1 &

Figure 112013070023257-pat00019
Figure 112013070023257-pat00019

<화학식 4>&Lt; Formula 4 >

질소 분위기하에서, 포타슘 카보네이트(3.7 g, 26.73 mmol)가 담긴 라운드 플라스크 안에 N-부틸-2-클로로아세트아마이드 (1 g, 6.68 mmol )를 넣고 다이메틸 설폭사이드(15 ml)에 용해시킨 후, 0 내지 - 5℃로 냉각시키고, 피롤(0.45 g, 13.4 mmol) 을 첨가한 다음, 30분 동안 교반하였다. 이후 상온으로 승온하여 24시간 이상 교반하고, 용매를 감압농축한 후, 농축된 반응물에 다이클로로메탄을 가하고 소금물로 세척하였다. 세척된 유기층을 황산마그네슘으로 건조시키고, 컬럼크로마토그래피(실리카겔, n-핵산:에틸 아세테이트=1:1)로 정제하여 목적화합물(수득율: 13%)을 얻었다.N-Butyl-2-chloroacetamide (1 g, 6.68 mmol) was added to a round flask containing potassium carbonate (3.7 g, 26.73 mmol) under nitrogen atmosphere and dissolved in dimethylsulfoxide (15 ml) To-5 C, pyrrole (0.45 g, 13.4 mmol) was added and stirred for 30 min. The reaction mixture was then warmed to room temperature and stirred for 24 hours or more. After the solvent was concentrated under reduced pressure, dichloromethane was added to the concentrated reaction product and washed with brine. The washed organic layer was dried over magnesium sulfate and purified by column chromatography (silica gel, n-nucleic acid: ethyl acetate = 1: 1) to obtain the target compound (yield: 13%).

1H NMR (300Hz, CDCl3):δ 6.64 (t, 2H), 6.24(t, 2H), 5.37(brd s, 1H), 4.55(s, 2H), 3.18(q, 2H), 1.40-1.19 (m, 4H), 0.87(t, 2H)
1 H NMR (300Hz, CDCl 3 ): δ 6.64 (t, 2H), 6.24 (t, 2H), 5.37 (brd s, 1H), 4.55 (s, 2H), 3.18 (q, 2H), 1.40-1.19 (m, 4 H), 0.87 (t, 2 H)

<실시예 4> 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화된 탄소나노튜브의 제조 Example 4 Preparation of Reformed Carbon Nanotubes Using Conductive Monomer Containing Pyylene Group

테트라하이드로퓨란(THF)에 다중벽 탄소나노튜브(MWNT, 1 g) 및 상기 실시예 1에서 제조된 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머(1 g)을 첨가한 다음 상온에서 30분 동안 초음파 처리를 하였다. 그런 다음, 초음파 처리된 반응물을 여과하고 테트라하이드로퓨란으로 세척한 후, 진공 오븐에서 건조한뒤, THF 에 다시 첨가한 후 염화제이철(6 g, 45 mmol)을 질소분위기 하에서 첨가하고, 상온에서 24시간 이상 교반한 뒤 용매를 감압농축한 후, 물과 THF 로 세척한 후, 진공 오븐에서 건조하여 목적화합물을 얻었다.
Multi-walled carbon nanotubes (MWNT, 1 g) and a conductive monomer (1 g) containing the pyrene group prepared in Example 1 were added to tetrahydrofuran (THF) and sonicated at room temperature for 30 minutes . The reaction mixture was filtered, washed with tetrahydrofuran, dried in a vacuum oven, and then added again to THF. Then, ferric chloride (6 g, 45 mmol) was added under a nitrogen atmosphere, After stirring, the solvent was concentrated under reduced pressure, washed with water and THF, and then dried in a vacuum oven to obtain the desired compound.

<실시예 5> 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화된 탄소나노튜브의 제조Example 5 Preparation of Reformed Carbon Nanotubes Using Conducting Monomer Containing Pyylene Group

실시예 1에서 제조된 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 사용하는 대신에 실시예 2에서 제조된 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 사용하는 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 방법으로 수행하여 목적화합물을 얻었다.
The procedure of Example 4 was repeated except that the conductive monomer containing the pyrene group prepared in Example 2 was used instead of the conductive monomer containing the pyrene group prepared in Example 1, .

<실시예 6> 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화된 탄소나노튜브의 제조Example 6 Preparation of Reformed Carbon Nanotubes Using Conducting Monomer Containing Pyylene Group

실시예 1에서 제조된 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 사용하는 대신에 실시예 3에서 제조된 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 사용하는 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 방법으로 수행하여 목적화합물을 얻었다.
The procedure of Example 4 was repeated except that the conductive monomer containing the pyrene group prepared in Example 3 was used instead of the conductive monomer containing the pyrene group prepared in Example 1, .

<비교예 2> &Lt; Comparative Example 2 &

실시예 1에서 제조된 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 사용하는 대신에 비교예 1에서 제조된 피롤 화합물을 사용하는 것을 제외하고, 실시예 4와 동일한 방법으로 수행하여 목적화합물을 얻었다.
The target compound was obtained in the same manner as in Example 4, except that the pyrrole compound prepared in Comparative Example 1 was used instead of the conductive monomer containing the pyrene group prepared in Example 1.

<실시예 7 내지 실시예 18> 개질화된 탄소나노튜브를 포함하는 고분자 나노복합재의 제조
&Lt; Examples 7 to 18 > Preparation of polymer nanocomposites containing modified carbon nanotubes

고분자 나노복합재는 용융 성형법(melt processing)을 이용하여 제조하였다. 먼저, 폴리아마이드 6(10 g)을 가열하여 용융시킨 후, 하기 표 1에 나타낸 것과 같이 화학식 1 내지 3으로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머(실시예 1 내지 3의 화합물)을 이용하여 표면이 개질화된 탄소나노튜브를 첨가하였다. 이후, 이축압출기(twin screw extruder, 마이크로 컴파운더)를 사용하여 250℃에서 10분간 혼련한 후 사출하고, 상온에서 냉각시켜 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재를 제조하였다.
Polymer nanocomposites were prepared by melt processing. First, polyamide 6 (10 g) was heated and melted. Then, as shown in the following Table 1, the conductive monomers (compounds of Examples 1 to 3) containing pyrene groups represented by Chemical Formulas 1 to 3 The reformed carbon nanotubes were added. Thereafter, the mixture was kneaded at 250 ° C. for 10 minutes using a twin screw extruder (microcompounder), injected, and cooled at room temperature to prepare a surface-modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite.

탄소나노튜브의 개질화에 사용된 파이렌기를 파이렌을 포함하는 전도성 모노머The pyrene used for the reforming of the carbon nanotubes was replaced by a conductive monomer containing pyrene 개질화된 탄소나노튜브의 첨가량(phr)The addition amount of the reformed carbon nanotubes (phr) 실시예 7Example 7 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 1One 실시예 8Example 8 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 22 실시예 9Example 9 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 33 실시예 10Example 10 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 55 실시예 11Example 11 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 1One 실시예 12Example 12 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 22 실시예 13Example 13 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 33 실시예 14Example 14 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 55 실시예 15Example 15 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 1One 실시예 16Example 16 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 22 실시예 17Example 17 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 33 실시예 18Example 18 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 55

<실시예 19 내지 실시예 30> 개질화된 탄소나노튜브를 포함하는 고분자 나노복합재의 제조 &Lt; Examples 19 to 30 > Preparation of polymer nanocomposites containing modified carbon nanotubes

고분자 나노복합재는 용융 성형법(melt processing)을 이용하여 제조하였다. 먼저, 폴리아마이드 6(1 g)을 가열하여 용융시킨 후, 하기 표 2에 나타낸 것과 같이 화학식 1 내지 3으로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머(실시예 1 내지 3의 화합물)로 표면이 개질화된 탄소나노튜브를 첨가하였다. 이후, 이축압출기(twin screw extruder, 마이크로 컴파운더)를 사용하여 250℃에서 10분간 혼련한 후 260℃에서 150bar 로 압축성형 한 뒤, 상온에서 냉각시켜 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재를 제조하였다.
Polymer nanocomposites were prepared by melt processing. First, polyamide 6 (1 g) was heated and melted. Thereafter, as shown in the following Table 2, the conductive monomers (compounds of Examples 1 to 3) containing pyrene groups represented by Chemical Formulas 1 to 3 Nitrided carbon nanotubes were added. Thereafter, the mixture was kneaded at 250 ° C. for 10 minutes using a twin screw extruder (microcompounder), compression molded at 260 ° C. and 150 bar, and then cooled at room temperature to obtain a surface-modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite .

탄소나노튜브의 개질화에 사용된 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머A conductive monomer containing a pyrene group used for the carbonization of carbon nanotubes 개질화된 탄소나노튜브의 첨가량(phr)The addition amount of the reformed carbon nanotubes (phr) 실시예 19Example 19 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 1One 실시예 20Example 20 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 22 실시예 21Example 21 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 33 실시예 22Example 22 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 55 실시예 23Example 23 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 1One 실시예 24Example 24 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 22 실시예 25Example 25 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 33 실시예 26Example 26 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 55 실시예 27Example 27 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 1One 실시예 28Example 28 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 22 실시예 29Example 29 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 33 실시예 30Example 30 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 55

<비교예 3 내지 비교예 6> 비교예 2의 개질화된 탄소나노튜브를 포함하는 고분자 나노복합재의 제조
Comparative Examples 3 to 6 Preparation of polymer nanocomposites containing the modified carbon nanotubes of Comparative Example 2

실시예 1에서 제조된 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화된 탄소나노튜브를 사용하는 대신에 비교예 1에서 제조된 피롤 화합물을 이용하여 개질화된 탄소나노튜브를 하기 표 3의 함량으로 사용하는 것을 제외하고, 실시예 7과 동일한 방법으로 수행하여 표면 개질된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재를 얻었다.
The carbon nanotubes reformed using the pyrrole compound prepared in Comparative Example 1 were used instead of the carbon nanotubes reformed using the conductive monomer containing the pyrene group prepared in Example 1, To obtain a surface-modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite material.

<비교예 7 내지 비교예 10> 개질화되지 않은 탄소나노튜브를 포함하는 고분자 나노복합재의 제조
Comparative Examples 7 to 10 Preparation of polymer nanocomposites containing unregenerated carbon nanotubes

실시예 1에서 제조된 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화된 탄소나노튜브를 사용하는 대신에 개질화되지 않은 탄소나노튜브를 하기 표 3의 함량으로 사용하는 것을 제외하고, 실시예 7과 동일한 방법으로 수행하여 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재를 얻었다.
Except that unconverted carbon nanotubes were used in the contents shown in the following Table 3 instead of using the carbon nanotubes reformed using the conductive monomer containing the pyrene group prepared in Example 1, To obtain a carbon nanotube / polyamide nanocomposite.

<비교예 11 내지 비교예 14> 비교예 2의 개질화된 탄소나노튜브를 포함하는 고분자 나노복합재의 제조
Comparative Examples 11 to 14 Preparation of polymer nanocomposites containing modified carbon nanotubes of Comparative Example 2

실시예 1에서 제조된 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화된 탄소나노튜브를 사용하는 대신에 비교예 1에서 제조된 피롤 화합물을 이용하여 개질화된 탄소나노튜브를 하기 표 4의 함량으로 사용하는 것을 제외하고, 실시예 19와 동일한 방법으로 수행하여 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재를 얻었다.
The carbon nanotubes reformed using the pyrrole compound prepared in Comparative Example 1 were used instead of the carbon nanotubes reformed using the conductive monomer containing the pyrene group prepared in Example 1, Carbon nanotube / polyamide nanocomposite material was obtained in the same manner as in Example 19, except that the carbon nanotube / polyamide nanocomposite material was used.

<비교예 15 내지 비교예 18> 개질화되지 않은 탄소나노튜브를 포함하는 고분자 나노복합재의 제조
&Lt; Comparative Examples 15 to 18 > Preparation of polymer nanocomposites containing unopened carbon nanotubes

실시예 1에서 제조된 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화된 탄소나노튜브를 사용하는 대신에 개질화되지 않은 탄소나노튜브를 하기 표 4의 함량으로 사용하는 것을 제외하고, 실시예 19와 동일한 방법으로 수행하여 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재를 얻었다.
Except that the unconverted carbon nanotubes were used in the amounts shown in the following Table 4 instead of using the carbon nanotubes reformed using the conductive monomer containing the pyrene group prepared in Example 1, To obtain a carbon nanotube / polyamide nanocomposite.

<실험예 1> 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재의 기계적 물성 평가Experimental Example 1 Evaluation of Mechanical Properties of Modified Carbon Nanotubes / Polyamide Nanocomposites

본 발명에 따라 제조된 고분자 나노복합재의 기계적 물성을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.The following experiments were performed to evaluate the mechanical properties of the polymer nanocomposites prepared according to the present invention.

먼저, 상기 실시예 7 내지 실시예 18 및 비교예 3 내지 비교예 10에서 용융 성형법(melt processing)으로 제조된 고분자 나노복합재의 굴곡강도, 굴곡탄성률 및 충격강도를 만능재료시험기(Universal testing machine)를 이용하여 측정하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.First, in Examples 7 to 18 and Comparative Examples 3 to 10, flexural strength, flexural modulus and impact strength of the polymer nanocomposite prepared by melt processing were measured using a universal testing machine . The results are shown in Table 3 below.

탄소나노튜브의 개질화에 사용된 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머 A conductive monomer containing a pyrene group used for the carbonization of carbon nanotubes 탄소나노튜브의 첨가량(phr)Addition amount of carbon nanotubes (phr) 굴곡강도 (MPa)Flexural Strength (MPa) 굴곡탄성률
(GPa)
Flexural modulus
(GPa)
실시예 7Example 7 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 1One 9696 3.83.8 실시예 8Example 8 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 22 9696 4.04.0 실시예 9Example 9 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 33 9898 4.24.2 실시예 10Example 10 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 55 104104 4.34.3 실시예 11Example 11 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 1One 9595 4.04.0 실시예 12Example 12 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 22 9696 4.04.0 실시예 13Example 13 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 33 9999 4.24.2 실시예 14Example 14 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 55 106106 4.34.3 실시예 15Example 15 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 1One 9898 3.93.9 실시예 16Example 16 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 22 9999 3.83.8 실시예 17Example 17 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 33 106106 4.04.0 실시예 18Example 18 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 55 107107 4.24.2 비교예 3Comparative Example 3 비교예 1의 화합물The compound of Comparative Example 1 1One 8888 3.13.1 비교예 4Comparative Example 4 비교예 1의 화합물The compound of Comparative Example 1 22 9090 3.23.2 비교예 5Comparative Example 5 비교예 1의 화합물The compound of Comparative Example 1 33 9292 3.33.3 비교예 6Comparative Example 6 비교예 1의 화합물The compound of Comparative Example 1 55 9393 3.43.4 비교예 7Comparative Example 7 없음none 1One 8484 2.92.9 비교예 8Comparative Example 8 없음none 22 8686 3.13.1 비교예 9Comparative Example 9 없음none 33 8787 3.13.1 비교예 10Comparative Example 10 없음none 55 8686 3.13.1

상기 표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화된 탄소나노튜브로 분산된 고분자 나노복합재는 비교예 3 내지 비교예 10의 화학식 4의 피롤을 이용하여 개질화된 탄소나노튜브 혹은 개질화되지 않은 탄소나노튜브를 포함하는 고분자 나노복합재에 비하여 굴곡강도, 굴곡탄성률을 포함하는 기계적 물성이 우수한 것으로 나타났다. 특히, 본 발명에 따른 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화된 탄소나노튜브로 제조된 실시예 7 내지 실시예 18의 고분자 나노복합재의 경우, 비교예 3 내지 10에서 제조된 화학식 4의 피롤을 이용하여 개질화된 탄소나노튜브 혹은 개질화하지 않은 고분자 나노복합재에 비하여 굴곡강도와 굴곡탄성률값이 향상되어 높은 기계적 물성을 갖는 것으로 확인되었다. 이로부터, 본 발명에 따른 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화된 탄소나노튜브를 사용하여 제조된 고분자 나노복합재는 고분자 매트릭스에 탄소나노튜브를 보다 균질하게 분산시킴으로써, 탄소나노튜브 고유의 우수한 기계적 물성을 가지는 것을 알 수 있다.
As shown in Table 3, the polymer nanocomposites dispersed in the carbon nanotubes reformed by using the conductive monomer containing the pyrene group according to the present invention were synthesized by using the pyrrole of the formula 4 of the comparative examples 3 to 10 The mechanical properties including the flexural strength and the flexural modulus of the polymer nanocomposites were superior to those of the polymer nanocomposites comprising the reformed carbon nanotubes or the non-reformed carbon nanotubes. Particularly, in the case of the polymer nanocomposites of Examples 7 to 18 made of carbon nanotubes reformed using conductive monomers including a pyrene group according to the present invention, It has been confirmed that the polyaniline nanocomposite has higher mechanical properties than the modified carbon nanotubes or non - modified nanocomposites using the pyrrole. From the above, the polymer nanocomposite prepared by using the carbon nanotubes reformed using the conductive monomer including the pyrene group according to the present invention can more uniformly disperse the carbon nanotubes in the polymer matrix, And it has excellent mechanical properties.

<실험예 2> 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재의 전기적 물성 평가
EXPERIMENTAL EXAMPLE 2 Evaluation of Electrical Properties of Modified Carbon Nanotubes / Polyamide Nanocomposites

본 발명에 따라 제조된 고분자 나노복합재의 전기적 물성을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.The following experiments were conducted to evaluate the electrical properties of the polymer nanocomposites prepared according to the present invention.

먼저, 상기 실시예 19 내지 실시예 30 및 비교예 11 내지 비교예 18에서 용융 성형법(melt processing)으로 제조된 고분자 나노복합재의 면저항을 측정하였다. 이때, 면저항은 디지털 전압계(KEIYHLEY 195A digital multimeter) 및 프로그램 가능 전류원(programmable current source)을 사용하여 4-침법(4-point probe)으로 측정하였다. 그 결과를 하기 표 4에 나타내었다.First, the sheet resistances of the polymer nanocomposites prepared by melt-processing in Examples 19 to 30 and Comparative Examples 11 to 18 were measured. At this time, the sheet resistance was measured by a 4-point probe using a digital voltmeter (KEIYHLEY 195A digital multimeter) and a programmable current source. The results are shown in Table 4 below.

탄소나노튜브의 개질화에 사용된 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머A conductive monomer containing a pyrene group used for the carbonization of carbon nanotubes 탄소나노튜브의 첨가량(phr)Addition amount of carbon nanotubes (phr) 면저항 (Ω/□)Sheet resistance (Ω / □) 실시예 19Example 19 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 1One 5.74 x 107 5.74 x 10 7 실시예 20Example 20 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 22 8.50 x 106 8.50 x 10 6 실시예 21Example 21 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 33 7.26 x 103 7.26 x 10 3 실시예 22Example 22 실시예 1의 화합물The compound of Example 1 55 1.62 x 103 1.62 x 10 3 실시예 23Example 23 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 1One 3.56 x 107 3.56 x 10 7 실시예 24Example 24 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 22 4.45 x 106 4.45 x 10 6 실시예 25Example 25 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 33 6.55 x 103 6.55 x 10 3 실시예 26Example 26 실시예 2의 화합물The compound of Example 2 55 1.89 x 103 1.89 x 10 3 실시예 27Example 27 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 1One 6.54 x 107 6.54 x 10 7 실시예 28Example 28 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 22 2.89 x 106 2.89 x 10 6 실시예 29Example 29 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 33 5.88 x 103 5.88 x 10 3 실시예 30Example 30 실시예 3의 화합물The compound of Example 3 55 1.23 x 103 1.23 x 10 3 비교예 11Comparative Example 11 비교예 1의 화합물The compound of Comparative Example 1 1One 6.65 x 109 6.65 x 10 9 비교예 12Comparative Example 12 비교예 1의 화합물The compound of Comparative Example 1 22 6.16 x 108 6.16 x 10 8 비교예 13Comparative Example 13 비교예 1의 화합물The compound of Comparative Example 1 33 6.48 x 105 6.48 x 10 5 비교예 14Comparative Example 14 비교예 1의 화합물The compound of Comparative Example 1 55 3.44 x 104 3.44 x 10 4 비교예 15Comparative Example 15 없음none 1One 측정불가Not measurable 비교예 16Comparative Example 16 없음none 22 6.93 x 109 6.93 x 10 9 비교예 17Comparative Example 17 없음none 33 6.22 x 107 6.22 x 10 7 비교예 18Comparative Example 18 없음none 55 3.25 x 106 3.25 x 10 6

상기 표 4에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화된 탄소나노튜브를 분산시켜 제조된 고분자 나노복합재는 탄소나노튜브 처리량에 비례하여 면저항이 감소되는 것으로 나타났다. 또한, 본 발명에 따른 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화된 탄소나노튜브로 제조된 고분자 나노복합재는 비교예 11 내지 18의 화학식 4의 피롤을 이용하여 개질화된 탄소나노튜브 혹은 개질화되지 않은 탄소나노튜브를 포함하는 고분자 나노복합재에 비하여 면저항이 현저히 낮은 것으로 나타났다. 특히, 실시예 19 내지 실시예 30에서 제조된 고분자 나노복합재의 경우에는 비교예에서 제조된 고분자 나노복합재에 비하여 탄소나노튜브의 첨가량에 따라 낮은 면저항을 나타내는 것뿐만 아니라, 더 적은 함량에서도 월등히 우수한 전기적 특성이 확인되었다. 이로부터, 본 발명에 따른 표면 개질화된 나노복합재는 탄소나노튜브를 개질화하여 고분자 매트릭스에 균질하게 분산시킴으로써, 고분자 나노복합재의 면저항을 현저히 낮추며, 이로 인하여 전자파 차폐율을 높이는 효과가 있는 것을 알 수 있다.
As shown in Table 4, the polymer nanocomposites prepared by dispersing the reformed carbon nanotubes using the conductive monomer containing the pyrene group according to the present invention showed a decrease in sheet resistance in proportion to the amount of the carbon nanotubes processed . Also, the polymer nanocomposites prepared from the carbon nanotubes reformed using the conductive monomer containing the pyrene group according to the present invention can be obtained by reacting the carbon nanotubes or the modified carbon nanotubes The sheet resistance was significantly lower than that of the polymer nanocomposite containing non-nitrided carbon nanotubes. In particular, the polymer nanocomposites prepared in Examples 19 to 30 exhibited low sheet resistance according to the amount of carbon nanotubes added as compared with the polymer nanocomposite prepared in Comparative Example, Properties were confirmed. From this, it can be seen that the surface-modified nanocomposite according to the present invention has the effect of lowering the sheet resistance of the polymer nanocomposite significantly by improving the carbon nanotubes and uniformly dispersing them in the polymer matrix, .

따라서, 본 발명에 따른 표면 개질화된 나노복합재는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화하여 유기 용매 및 고분자 내의 분산력을 향상시킨 탄소나노튜브를 비전도성 고분자에 균질하게 분산시켜 제조됨으로써, 기계적, 전기적 물성이 우수하므로, 전자파 차폐효과를 가진 TV 프레임, 휴대폰 하우징, 노트북 외장재, 디지털 카메라 내외장재, 기타 IT 제품 등의 전기 전도성 소재로 유용하게 사용될 수 있다.
Accordingly, the surface-modified nanocomposite according to the present invention is prepared by uniformly dispersing carbon nanotubes having improved dispersibility in an organic solvent and polymer by reforming using a conductive monomer containing a pyrene group, Mechanical and electrical properties, it can be used as an electrically conductive material such as a TV frame having an electromagnetic wave shielding effect, a cellular phone housing, a notebook exterior material, a digital camera interior / exterior material, and other IT products.

<실험예 3> 개질화된 탄소나노튜브를 포함하는 폴리아마이드 나노복합재의 분산성 평가
<Experimental Example 3> Evaluation of dispersibility of polyamide nanocomposites containing modified carbon nanotubes

본 발명에 따라 제조된 개질화된 탄소나노튜브의 비전도성 고분자 내에서의 분산성을 평가하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.The following experiments were conducted to evaluate the dispersibility of the modified carbon nanotubes prepared in accordance with the present invention in a nonconductive polymer.

본 발명에 따른 실시예 7에서 제조된 고분자 나노복합재 및 비교예 3에서 제조된 개질화되지 않은 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 고분자 나노복합재의 이미지를 투과전자현미경(TEM, Transmission electron microscopy)을 통하여 측정하고 분산 정도를 확인하였다. 그 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.
The images of polymer nanocomposites prepared in Example 7 and polymer nanocomposites prepared in Comparative Example 3 using the unturned carbon nanotubes according to the present invention were analyzed by transmission electron microscopy (TEM) And the degree of dispersion was confirmed. The results are shown in Fig. 1 and Fig.

도 1에 나타난 바와 같이, 표면을 개질화하지 않은 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 고분자 나노복합재는 탄소나노튜브 간의 응집 현상을 뚜렷하게 관찰할 수 있는 반면, 도 2는 본 발명에 따른 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 표면이 개질화된 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 고분자 나노복합재의 TEM 이미지로 탄소나노튜브가 응집없이 고르게 분산되어 있는 것을 확인하였다. 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 표면이 개질화된 탄소나노튜브를 이용하여 제조된 고분자 나노복합재는 탄소나노튜브 간의 응집없이 비교예 3에서 제조된 고분자 나노복합재 보다 더 고르게 분산되어 있는 것으로 확인하였다. 이로부터, 본 발명에 따른 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화된 탄소나노튜브를 사용함으로써 개질화되지 않은 탄소나노튜브 보다 응집 현상 없이 고분자 내에 균질하게 분산된 고분자 나노복합재를 제조할 수 있다는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 1, the polymer nanocomposites prepared by using carbon nanotubes without surface modification can clearly observe aggregation phenomena between carbon nanotubes, while FIG. The TEM images of the polymer nanocomposites prepared by using the carbon nanotubes whose surface was modified by using the conductive monomer were confirmed to be uniformly dispersed in the carbon nanotubes without agglomeration. The polymer nanocomposites prepared by using the carbon nanotubes whose surface was modified using the conductive monomer containing the pyrene group were found to be dispersed more uniformly than the polymer nanocomposites prepared in Comparative Example 3 without aggregation of the carbon nanotubes Respectively. From this, it can be seen that the use of the modified carbon nanotubes using a conductive monomer comprising a pyrene group represented by any one of the general formulas (1), (2) and (3) It can be seen that the polymer nanocomposite can be produced homogeneously dispersed.

또한, 본 발명에 따른 표면 개질화된 나노복합재는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 개질화된 탄소나노튜브를 비전도성 고분자 매트릭스에 균질하게 분산시켜 제조됨으로써, 이로 인한 전기적, 기계적 물성이 우수하므로, 전자파 차폐효과를 가진 TV 프레임, 휴대폰 하우징, 노트북 외장재, 디지털 카메라 내외장재, 기타 IT 제품 등의 전기 전도성 소재로 유용하게 사용될 수 있다.Also, the surface-modified nanocomposite according to the present invention is produced by uniformly dispersing the carbon nanotubes reformed using a conductive monomer containing a pyrene group in a nonconductive polymer matrix, thereby resulting in excellent electrical and mechanical properties Therefore, it can be effectively used as an electrically conductive material such as a TV frame having an electromagnetic wave shielding effect, a mobile phone housing, a notebook exterior material, a digital camera interior / exterior material, and other IT products.

Claims (10)

하기 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머.
<화학식 1>
Figure 112013070023257-pat00020

<화학식 2>
Figure 112013070023257-pat00021

<화학식 3>
Figure 112013070023257-pat00022
1. A conductive monomer comprising a pyrene group represented by any one of the following formulas (1), (2) and (3).
&Lt; Formula 1 >
Figure 112013070023257-pat00020

(2)
Figure 112013070023257-pat00021

(3)
Figure 112013070023257-pat00022
청구항 1의 상기 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 표면 개질화된 탄소나노튜브.A surface-modified carbon nanotube using a conductive monomer containing a pyrene group represented by any one of Chemical Formulas 1, 2 and 3 of claim 1. 청구항 2에 있어서, 상기 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 파이렌기가 탄소나노튜브 표면에 흡착하고 난 후 피롤기를 중합하여 전도성 고분자인 폴리피롤막을 형성함으로써 표면 개질화된 것을 특징으로 하는 표면 개질화된 탄소나노튜브.The surface reforming method according to claim 2, wherein the conductive monomer comprising a pyrene group is used to adsorb a pyrene group on the surface of the carbon nanotube, and then the pyrrole group is polymerized to form a polypyrrole film as a conductive polymer. Carbon nanotubes. 청구항 2의 표면 개질화된 탄소나노튜브와 폴리아마이드를 포함하는, 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재.A surface-modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite comprising the surface-modified carbon nanotubes of claim 2 and a polyamide. a) 하기 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머를 이용하여 탄소나노튜브의 표면을 개질화시키는 단계;
b) 상기 단계 a)에서 표면 개질화된 탄소나노튜브를 폴리아마이드 매트릭스 내에 균질하게 분산시키는 단계
를 포함하는, 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재의 제조 방법:
<화학식 1>
Figure 112013070023257-pat00023

<화학식 2>

<화학식 3>
Figure 112013070023257-pat00025
a) modifying the surface of the carbon nanotube by using a conductive monomer comprising a pyrene group represented by any one of the following formulas (1), (2) and (3)
b) uniformly dispersing the surface-modified carbon nanotubes in the polyamide matrix in step a)
Wherein the surface-modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite comprises:
&Lt; Formula 1 >
Figure 112013070023257-pat00023

(2)

(3)
Figure 112013070023257-pat00025
청구항 5에 있어서, 상기 단계 a)의 개질화는 유기 용매 내에 화학식 1, 2 및 3 중 어느 하나로 표시되는 파이렌기를 포함하는 전도성 모노머와 탄소나노튜브를 첨가한 후, 초음파를 조사하고 중합반응시켜 수행하는 것을 특징으로 하는, 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재의 제조방법.[6] The method of claim 5, wherein the modification of step a) is performed by adding a conductive monomer and a carbon nanotube containing a pyrene group represented by any one of formulas 1, 2 and 3 to an organic solvent, Wherein the surface modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite material comprises a carbon nanotube / polyamide nanocomposite material. 청구항 6에 있어서, 상기 유기 용매는 다이메틸설폭사이드(DMSO), 다이메틸포름아마이드(DMF), 다이메틸아세틸아마이드(DMAc), 1,4-다이옥산, 테트라하이드로퓨란(THF), 헥사메틸인산 트라이아마이드(HPMA) 및 헥사플루오로-2-프로판올(HFIP)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합용액인 것을 특징으로 하는 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재의 제조방법.7. The method of claim 6 wherein the organic solvent is selected from the group consisting of dimethylsulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (DMAc), 1,4-dioxane, tetrahydrofuran (THF) Amide (HPMA), and hexafluoro-2-propanol (HFIP). 2. The method for producing a surface-modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite material according to claim 1, 청구항 7에 있어서, 상기 유기 용매는 테트라하이드로퓨란(THF)인 것을 특징으로 하는, 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재의 제조방법.8. The method of claim 7, wherein the organic solvent is tetrahydrofuran (THF). 청구항 4의 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재로 제조된 것을 특징으로 하는 전자제품 내외장재.An interior and exterior material of an electronic product, which is made of the surface-modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite material of claim 4. 청구항 4의 표면 개질화된 탄소나노튜브/폴리아마이드 나노복합재로 제조된 것을 특징으로 하는 전자제품 포장재.An electronic product packaging material produced by the surface-modified carbon nanotube / polyamide nanocomposite material of claim 4.
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