KR102197574B1 - a manufacturing method of monodispersed silica nanoparticle - Google Patents
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Abstract
본 발명은 단분산 실리카 나노입자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (a) 알코올, 수산화암모늄 및 물을 교반하여 제1혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 제1혼합물에 실리카 전구체를 첨가한 후 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 제2혼합물에 포함된 용매를 증발시켜 실리카 나노입자를 제조하는 단계를 포함하는 실리카 나노입자의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing monodisperse silica nanoparticles, and more particularly, (a) preparing a first mixture by stirring alcohol, ammonium hydroxide and water; (b) adding a silica precursor to the first mixture and stirring to prepare a second mixture; And (c) evaporating the solvent contained in the second mixture to prepare silica nanoparticles.
Description
본 발명은 단분산 실리카 나노입자의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 (a) 알코올, 수산화암모늄 및 물을 교반하여 제1혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 제1혼합물에 실리카 전구체를 첨가한 후 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 제2혼합물에 포함된 용매를 증발시켜 실리카 나노입자를 제조하는 단계를 포함하는 실리카 나노입자의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing monodisperse silica nanoparticles, and more particularly, (a) preparing a first mixture by stirring alcohol, ammonium hydroxide and water; (b) adding a silica precursor to the first mixture and stirring to prepare a second mixture; And (c) evaporating the solvent contained in the second mixture to prepare silica nanoparticles.
실리카 나노입자는 첨가제로서 막의 굴절율을 조절하는 용도로 사용되기도 하고, 플라스틱의 내마모성을 증가시키기 위해 사용되기도 하며, 전자재료로서 다양한 코팅이나 절연막에 사용될 수도 있다. Silica nanoparticles are used as additives to control the refractive index of the film, are used to increase the abrasion resistance of plastics, and can be used as electronic materials for various coatings or insulating films.
상기 실리카 나노입자는 크기, 분포, 형상 등에 따라 물리적 특성, 화학적 특성 및 기계적 특성이 달라지므로, 나노입자의 크기, 분포, 형상 등을 조절하기 위한 다양한 연구들이 수행되고 있다. Since the silica nanoparticles have different physical properties, chemical properties, and mechanical properties depending on the size, distribution, and shape, various studies have been conducted to control the size, distribution, and shape of the nanoparticles.
실리카 나노입자와 관련하여 한국등록특허 제10-1785052호 등은 제1복합체 합성단계; 제2복합체 합성단계; 에멀젼 형성단계; 실리카 도입단계; 및 나노입자 합성단계를 포함하는 실리카 나노입자의 제조방법을 개시하고 있다. Regarding the silica nanoparticles, Korean Patent No. 10-1785052 and the like refer to the first complex synthesis step; Synthesis of the second complex; Emulsion formation step; Silica introduction step; And it discloses a method for producing silica nanoparticles including the nanoparticle synthesis step.
그러나 상기 문헌에 개시된 기술은 실리카 나노입자의 크기가 불균일하여, 이를 포함하여 제조된 플라스틱, 코팅막, 절연막, 나노 기공막 등의 특성이 불량하므로 고기능성 제품을 필요로 하는 소비자의 요구를 충족시킬 수 없다. However, the technology disclosed in the document can meet the needs of consumers who require high-functional products because the size of the silica nanoparticles is non-uniform, and the properties of the plastic, coating film, insulating film, nanoporous film, etc. manufactured including the same are poor none.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 입자의 크기가 균일한 실리카 나노입자의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention is to solve the problems of the prior art, and an object thereof is to provide a method for producing silica nanoparticles having a uniform particle size.
또한 본 발명은 입자의 크기가 균일하고, 물리적 특성, 화학적 특성 및 기계적 특성이 우수하여, 플라스틱, 코팅막, 절연막, 나노 기공막 등에 안정적으로 사용될 수 있는 실리카 나노입자의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention aims to provide a method for producing silica nanoparticles that can be stably used in plastics, coating films, insulating films, nanoporous films, etc., because the size of the particles is uniform, physical properties, chemical properties, and mechanical properties are excellent. do.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 (a) 알코올, 수산화암모늄 및 물을 교반하여 제1혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 제1혼합물에 실리카 전구체를 첨가한 후 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 제2혼합물에 포함된 용매를 증발시켜 실리카 나노입자를 제조하는 단계를 포함하는 실리카 나노입자의 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of: (a) preparing a first mixture by stirring alcohol, ammonium hydroxide and water; (b) adding a silica precursor to the first mixture and stirring to prepare a second mixture; And (c) evaporating the solvent contained in the second mixture to prepare silica nanoparticles.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (a) 단계는 알코올, 수산화암모늄 및 물을 100:1~10:2~15의 부피비로 10~60분 교반하여 제1혼합물을 제조하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment of the present invention, the step (a) is characterized in that the first mixture is prepared by stirring alcohol, ammonium hydroxide, and water at a volume ratio of 100:1 to 10:2 to 15 for 10 to 60 minutes. .
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (b) 단계는 상기 제1혼합물에 실리카 전구체를 첨가한 후 1~5시간 교반하여 제2혼합물을 제조하고, 상기 알코올 및 실리카 전구체의 부피비는 100:3~10 인 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, in step (b), a silica precursor is added to the first mixture and then stirred for 1 to 5 hours to prepare a second mixture, and the volume ratio of the alcohol and the silica precursor is 100:3. It is characterized by being ~10.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 100~700rpm 의 교반속도로 교반하는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the (a) and (b) steps are characterized in that stirring at a stirring speed of 100 ~ 700rpm.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 (b) 단계와 (c) 단계 사이에 (d) 단계를 추가로 포함하고, 상기 (d) 단계는 상기 제2혼합물에 알코올, 수산화암모늄 및 물을 100:1~10:2~15의 부피비로 혼합한 혼합액을 첨가한 후 10~60분 교반하고, 상기 제2혼합물 및 혼합액의 부피비는 100:2~10 인 것을 특징으로 한다.In an embodiment of the present invention, the step (d) is further included between the step (b) and step (c), and the step (d) includes 100 alcohol, ammonium hydroxide, and water in the second mixture. After adding the mixed solution mixed at a volume ratio of :1 to 10:2 to 15, the mixture is stirred for 10 to 60 minutes, and the volume ratio of the second mixture and the mixed solution is 100:2 to 10.
본 발명은 입자의 크기가 균일한 실리카 나노입자의 제조방법을 제공할 수 있다. The present invention can provide a method for producing silica nanoparticles having a uniform particle size.
또한 본 발명은 입자의 크기가 균일하고, 물리적 특성, 화학적 특성 및 기계적 특성이 우수하여, 플라스틱, 코팅막, 절연막, 나노 기공막 등에 안정적으로 사용될 수 있는 실리카 나노입자의 제조방법을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a method for producing silica nanoparticles that can be stably used in plastics, coating films, insulating films, nanoporous films, etc., because the size of the particles is uniform and excellent in physical properties, chemical properties, and mechanical properties.
도 1은 본 발명의 실리카 나노입자의 입자분포를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실리카 나노입자를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실리카 나노입자의 입자분포를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실리카 나노입자의 입자분포를 나타낸다. 1 shows the particle distribution of the silica nanoparticles of the present invention.
2 shows the silica nanoparticles of the present invention.
3 shows the particle distribution of the silica nanoparticles of the present invention.
4 shows the particle distribution of the silica nanoparticles of the present invention.
이하 실시예를 바탕으로 본 발명을 상세히 설명한다. 본 발명에 사용된 용어, 실시예 등은 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고 통상의 기술자의 이해를 돕기 위하여 예시된 것에 불과할 뿐이며, 본 발명의 권리범위 등이 이에 한정되어 해석되어서는 안 된다.The present invention will be described in detail based on the following examples. The terms, examples, etc. used in the present invention are merely exemplified to describe the present invention in more detail and to aid understanding of those skilled in the art, and the scope of the present invention should not be interpreted as being limited thereto.
본 발명에 사용되는 기술 용어 및 과학 용어는 다른 정의가 없다면 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 나타낸다.Technical terms and scientific terms used in the present invention represent the meanings commonly understood by those of ordinary skill in the art, unless otherwise defined.
본 발명은 (a) 알코올, 수산화암모늄 및 물을 교반하여 제1혼합물을 제조하는 단계; (b) 상기 제1혼합물에 실리카 전구체를 첨가한 후 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계; 및 (c) 상기 제2혼합물에 포함된 용매를 증발시켜 실리카 나노입자를 제조하는 단계를 포함하는 실리카 나노입자의 제조방법에 관한 것이다. The present invention (a) preparing a first mixture by stirring alcohol, ammonium hydroxide and water; (b) adding a silica precursor to the first mixture and stirring to prepare a second mixture; And (c) evaporating the solvent contained in the second mixture to prepare silica nanoparticles.
상기 (a) 단계는 알코올, 수산화암모늄 및 물을 100:1~10:2~15의 부피비로 10~60분 교반하여 제1혼합물을 제조하는 것을 특징으로 한다. The step (a) is characterized in that the first mixture is prepared by stirring alcohol, ammonium hydroxide, and water in a volume ratio of 100:1 to 10:2 to 15 for 10 to 60 minutes.
상기 알코올, 수산화암모늄 및 물의 부피비는 100:1~10:2~15 인 것이 바람직하며, 상기 함량 범위를 만족하는 경우 제조된 실리카 나노입자의 입자크기가 균일하고 기계적, 화학적, 열적 특성이 우수하다.The volume ratio of the alcohol, ammonium hydroxide and water is preferably 100:1 to 10:2 to 15, and when the content range is satisfied, the particle size of the silica nanoparticles prepared is uniform and mechanical, chemical, and thermal properties are excellent. .
상기 물은 실리카 전구체를 가수분해하는 역할을 수행하며, 물의 부피비가 2 미만이면 가수분해 반응이 감소하여 입자의 성장이 억제되고, 부피비가 15를 초과하면 빠른 가수분해로 인해 입자크기가 불균일하게 된다. The water plays a role of hydrolyzing the silica precursor, and if the volume ratio of water is less than 2, the hydrolysis reaction decreases to inhibit the growth of particles, and if the volume ratio exceeds 15, the particle size becomes uneven due to rapid hydrolysis. .
알코올로는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등이 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 에탄올과 메탄올의 공용매가 사용되는 것이 좋다. As the alcohol, methanol, ethanol, propanol, butanol, etc. may be used without limitation, and a co-solvent of ethanol and methanol is preferably used.
에탄올과 메탄올의 부피비는 60~80:20~40 인 것이 바람직하며, 상기 함량 범위를 만족하는 경우 제조된 실리카 나노입자의 입자크기가 균일하고 기계적, 화학적, 열적 특성이 우수하다.The volume ratio of ethanol and methanol is preferably 60 to 80:20 to 40, and when the content range is satisfied, the particle size of the silica nanoparticles prepared is uniform and mechanical, chemical, and thermal properties are excellent.
실리카 전구체의 가수분해를 촉진하기 위하여 수산화암모늄, 암모니아수, 수산화나트륨, 수산화칼륨 등이 제한 없이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 수산화암모늄과 암모니아수가 동시에 사용되는 것이 좋다. In order to accelerate the hydrolysis of the silica precursor, ammonium hydroxide, aqueous ammonia, sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc. may be used without limitation, and preferably, ammonium hydroxide and aqueous ammonia are used simultaneously.
수산화암모늄과 암모니아수의 부피비는 60~80:20~40 인 것이 바람직하며, 상기 함량 범위를 만족하는 경우 제조된 실리카 나노입자의 입자크기가 균일하고 기계적, 화학적, 열적 특성이 우수하다.It is preferable that the volume ratio of ammonium hydroxide and aqueous ammonia is 60 to 80:20 to 40, and when the content range is satisfied, the particle size of the prepared silica nanoparticles is uniform and mechanical, chemical, and thermal properties are excellent.
상기 (b) 단계는 상기 제1혼합물에 실리카 전구체를 첨가한 후 1~5시간 교반하여 제2혼합물을 제조하는 것을 특징으로 한다.The step (b) is characterized in that the silica precursor is added to the first mixture and then stirred for 1 to 5 hours to prepare a second mixture.
이때 상기 알코올 및 실리카 전구체의 부피비는 100:3~10 인 것이 바람직하다. At this time, the volume ratio of the alcohol and the silica precursor is preferably 100: 3 to 10.
실리카 전구체의 부피비가 3 미만이면 실리카 입자가 급격히 성장하여 입자크기가 불균일하고, 부피비가 10을 초과하면 실리카 전구체 간의 응집을 통해 실리카 입자의 분포가 바이모달 형태를 나타낸다.When the volume ratio of the silica precursor is less than 3, the silica particles grow rapidly and the particle size is non-uniform. When the volume ratio exceeds 10, the distribution of the silica particles is bimodal through aggregation between the silica precursors.
실리카 전구체로는 테트라메톡시실란(TMOS), 테트라에톡시실란(TEOS) 등의 알콕시실란, 소듐 실리케이트(sodium silicate), 포타슘 실리케이트(potassium silicate), 실리콘 테트라클로라이드 등이 제한 없이 사용될 수 있으며, 테트라에톡시실란이 사용되는 것이 바람직하다. As the silica precursor, alkoxysilanes such as tetramethoxysilane (TMOS), tetraethoxysilane (TEOS), sodium silicate, potassium silicate, silicon tetrachloride, etc. may be used without limitation. It is preferred that ethoxysilane is used.
알코올, 수산화암모늄, 물 및 실리카 전구체는 동시에 혼합하여 교반하지 않는데, 이는 동시에 혼합하는 경우 제조된 실리카 나노입자의 크기가 균일하지 않아 이를 포함하는 제품의 특성이 저하되기 때문이다. Alcohol, ammonium hydroxide, water, and silica precursor are not mixed and stirred at the same time, because when mixed at the same time, the size of the produced silica nanoparticles is not uniform, and the properties of the product including them are deteriorated.
또한 상기 (a) 단계 및 (b) 단계는 100~700rpm 의 교반속도로 교반하는 것이 바람직하다. In addition, the (a) and (b) steps are preferably stirred at a stirring speed of 100 ~ 700rpm.
상기 교반속도가 100ppm 미만이면 낮은 교반속도로 인해 혼합물이 균일하게 섞이지 않아 입자의 크기가 불균일하게 되고, 700ppm을 초과하면 빠른 교반속도로 인해 실리카의 성장이 억제되고 반면에 실리카 전구체들 간의 응집을 통해 실리카 입자의 분포가 바이모달 형태를 나타낸다.If the stirring speed is less than 100ppm, the mixture is not uniformly mixed due to the low stirring speed, resulting in a non-uniform particle size, and if the stirring speed exceeds 700ppm, the growth of silica is suppressed due to the rapid stirring speed, while the aggregation between silica precursors The distribution of silica particles is bimodal.
상기 (c) 단계는 상기 제2혼합물에 포함된 용매를 증발시켜 실리카 나노입자를 제조하는 단계로서, 원심분리 등의 방법으로 용매를 증발시켜 실리카 나노입자를 수득할 수 있다. The step (c) is a step of evaporating the solvent contained in the second mixture to prepare silica nanoparticles, and the solvent may be evaporated by a method such as centrifugation to obtain silica nanoparticles.
또한 본 발명은 상기 (b) 단계와 (c) 단계 사이에 (d) 단계를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the present invention may further include a step (d) between steps (b) and (c).
상기 (d) 단계는 상기 제2혼합물에 알코올, 수산화암모늄 및 물을 100:1~10:2~15의 부피비로 혼합한 혼합액을 첨가한 후 10~60분 교반할 수 있다. In the step (d), a mixture of alcohol, ammonium hydroxide, and water in a volume ratio of 100:1 to 10:2 to 15 is added to the second mixture, followed by stirring for 10 to 60 minutes.
이때 상기 제2혼합물 및 혼합액의 부피비는 100:2~10 인 것을 특징으로 한다.At this time, the volume ratio of the second mixture and the mixture solution is characterized in that 100: 2 ~ 10.
상기 (d) 단계를 수행함으로써, 실리카 입자의 크기를 균일하게 유지할 수 있다. By performing the step (d), the size of the silica particles can be uniformly maintained.
제조된 실리카 나노입자의 평균크기(직경)는 50~200nm이며, 60~150nm인 것이 바람직하다. The average size (diameter) of the prepared silica nanoparticles is 50 to 200 nm, preferably 60 to 150 nm.
또한 나노입자 평균크기의 표준편차는 나노입자 평균크기의 10% 미만인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 5% 미만인 것이 좋다. In addition, the standard deviation of the average size of the nanoparticles is preferably less than 10% of the average size of the nanoparticles, and more preferably less than 5%.
상기 제조방법을 통해 제조된 실리카 나노입자는 크기가 균일하고 물리적 특성, 화학적 특성 및 기계적 특성이 우수하므로, 플라스틱, 코팅막, 절연막, 나노 기공막 등의 제품에 효과적으로 사용될 수 있다. Since the silica nanoparticles prepared through the above manufacturing method are uniform in size and have excellent physical properties, chemical properties, and mechanical properties, they can be effectively used in products such as plastics, coating films, insulating films, and nanoporous films.
이하 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 실시를 위하여 예시된 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in detail through examples and comparative examples below. The following examples are only illustrated for the practice of the present invention, and the contents of the present invention are not limited by the following examples.
(실시예 1)(Example 1)
에탄올, 수산화암모늄 및 물을 20분 교반하여 제1혼합물을 제조하였다. 이때 에탄올, 수산화암모늄 및 물의 부피비는 100:4:8 이었다. Ethanol, ammonium hydroxide and water were stirred for 20 minutes to prepare a first mixture. At this time, the volume ratio of ethanol, ammonium hydroxide and water was 100:4:8.
상기 제1혼합물에 테트라에톡시실란을 첨가한 후 2시간 교반하여 제2혼합물을 제조하였다. 이때 에탄올 및 테트라에톡시실란의 부피비는 100:6 이었다. After adding tetraethoxysilane to the first mixture, the mixture was stirred for 2 hours to prepare a second mixture. At this time, the volume ratio of ethanol and tetraethoxysilane was 100:6.
상기 제2혼합물에 포함된 용매를 증발시켜 입경이 82nm인 실리카 나노입자를 제조하였다(도 1 및 2).Silica nanoparticles having a particle diameter of 82 nm were prepared by evaporating the solvent contained in the second mixture (FIGS. 1 and 2 ).
(실시예 2)(Example 2)
에탄올, 수산화암모늄 및 물의 부피비를 100:4:1 로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 나노입자를 제조하였다.Silica nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 1, except that the volume ratio of ethanol, ammonium hydroxide, and water was adjusted to 100:4:1.
(실시예 3)(Example 3)
에탄올, 수산화암모늄 및 물의 부피비를 100:4:16 으로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 나노입자를 제조하였다.Silica nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 1, except that the volume ratio of ethanol, ammonium hydroxide, and water was adjusted to 100:4:16.
(실시예 4)(Example 4)
에탄올 및 테트라에톡시실란의 부피비를 100:1 로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 나노입자를 제조하였다(도 3).Silica nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 1, except that the volume ratio of ethanol and tetraethoxysilane was adjusted to 100:1 (FIG. 3).
(실시예 5)(Example 5)
에탄올 및 테트라에톡시실란의 부피비를 100:12 로 조절한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 나노입자를 제조하였다(도 4).Silica nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 1, except that the volume ratio of ethanol and tetraethoxysilane was adjusted to 100:12 (FIG. 4).
(실시예 6)(Example 6)
에탄올, 메탄올, 수산화암모늄 및 물을 20분 교반하여 제1혼합물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 나노입자를 제조하였다. 이때 에탄올, 메탄올, 수산화암모늄 및 물의 부피비는 70:30:4:8 이었다. Silica nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 1, except that the first mixture was prepared by stirring ethanol, methanol, ammonium hydroxide and water for 20 minutes. At this time, the volume ratio of ethanol, methanol, ammonium hydroxide and water was 70:30:4:8.
(실시예 7)(Example 7)
에탄올, 수산화암모늄, 암모니아수 및 물을 20분 교반하여 제1혼합물을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 나노입자를 제조하였다. 이때 에탄올, 수산화암모늄, 암모니아수 및 물의 부피비는 100:3:1:8 이었다. Silica nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 1, except that the first mixture was prepared by stirring ethanol, ammonium hydroxide, aqueous ammonia and water for 20 minutes. At this time, the volume ratio of ethanol, ammonium hydroxide, aqueous ammonia, and water was 100:3:1:8.
(실시예 8)(Example 8)
에탄올, 수산화암모늄 및 물을 20분 교반하여 제1혼합물을 제조하였다. 이때 에탄올, 수산화암모늄 및 물의 부피비는 100:4:8 이었다. Ethanol, ammonium hydroxide and water were stirred for 20 minutes to prepare a first mixture. At this time, the volume ratio of ethanol, ammonium hydroxide and water was 100:4:8.
상기 제1혼합물에 테트라에톡시실란을 첨가한 후 2시간 교반하여 제2혼합물을 제조하였다. 이때 에탄올 및 테트라에톡시실란의 부피비는 100:6 이었다. After adding tetraethoxysilane to the first mixture, the mixture was stirred for 2 hours to prepare a second mixture. At this time, the volume ratio of ethanol and tetraethoxysilane was 100:6.
상기 제2혼합물에 에탄올, 수산화암모늄 및 물을 100:4:8의 부피비로 혼합한 혼합액을 첨가한 후 20분 교반하였다. 이때 상기 제2혼합물 및 혼합액의 부피비는 100:5 이었다. A mixture of ethanol, ammonium hydroxide and water in a volume ratio of 100:4:8 was added to the second mixture, followed by stirring for 20 minutes. At this time, the volume ratio of the second mixture and the mixture was 100:5.
상기 제2혼합물에 포함된 용매를 증발시켜 입경이 95nm인 실리카 나노입자를 제조하였다.The solvent contained in the second mixture was evaporated to prepare silica nanoparticles having a particle diameter of 95 nm.
(비교예 1)(Comparative Example 1)
에탄올, 수산화암모늄, 물 및 테트라에톡시실란을 동시에 교반한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실리카 나노입자를 제조하였다. Silica nanoparticles were prepared in the same manner as in Example 1, except that ethanol, ammonium hydroxide, water, and tetraethoxysilane were simultaneously stirred.
상기 실시예 및 비교예로부터 제조된 실리카 나노입자의 크기, 분포 및 탄소 기공막의 특성을 측정하여 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다. The size, distribution, and characteristics of the carbon porous membrane of the silica nanoparticles prepared from the Examples and Comparative Examples were measured, and the results are shown in Table 1 below.
실리카 나노입자의 크기 및 분포는 SdFFF를 사용하여 측정하였다. The size and distribution of silica nanoparticles were measured using SdFFF.
실리카 나노입자의 균일성은 나노입자 평균크기의 표준편차가 나노입자 평균크기의 5% 이하이면 탁월, 10% 이하이면 우수, 15% 이하이면 보통, 15%를 초과하면 불량으로 표기하였다. The uniformity of silica nanoparticles was marked as excellent if the standard deviation of the average size of the nanoparticles was less than 5% of the average size of the nanoparticles, excellent if it was less than 10%, normal if it was less than 15%, and poor if it exceeded 15%.
제조된 실리카 나노입자, 폴리비닐클로라이드 및 메틸에틸케톤을 프레스기에 투입하여 100기압에서 1분 압력을 가한 후, 200기압에서 30분 압력을 가하여 나노 복합체를 제조하였다. The prepared silica nanoparticles, polyvinyl chloride, and methyl ethyl ketone were put into a press machine, pressure was applied at 100 atm for 1 minute, and then at 200 atm for 30 minutes to prepare a nanocomposite.
상기 나노 복합체를 전기로에 투입하여 아르곤 분위기 하에서 1,000℃에서 5시간 열처리하여 탄소 복합체를 제조하였다. The nanocomposite was put into an electric furnace and heat-treated at 1,000°C for 5 hours under an argon atmosphere to prepare a carbon composite.
상기 탄소 복합체를 25%의 불산 용액에 투입한 후, 상온에서 6시간 교반하여 실리카 나노입자를 제거하고 건조한 후 탄소 기공막을 제조하였다. After the carbon composite was added to a 25% hydrofluoric acid solution, it was stirred at room temperature for 6 hours to remove silica nanoparticles, and dried, to prepare a carbon pore film.
탄소 기공막의 흡착특성(탈취율)은 암모니아 계수 측정 장비를 이용하여 탄소 기공막을 밀폐된 탱크 안에 방치하고, 이 상태에서 NH4OH 용액을 첨가하여 탱크 안의 암모니아의 농도를 가스 검지관을 사용하여 측정하였다. The adsorption properties (deodorization rate) of the carbon porous membrane were measured using a gas detection tube by adding NH 4 OH solution to the carbon porous membrane in a sealed tank using an ammonia coefficient measuring equipment. .
탱크 안에 방치된 시료에 암모니아 용액이 흡착, 분해하는 과정에서 탱크 안의 암모니아 농도를 측정하였다. The ammonia concentration in the tank was measured during the process of adsorption and decomposition of the ammonia solution to the sample left in the tank.
(nm)Size of nanoparticles
(nm)
상기 표 1의 결과로부터, 실시예 1 내지 8의 실리카 나노입자는 입자의 크기가 균일하고, 이로부터 제조된 탄소 기공막은 흡착특성이 우수함을 알 수 있다. 특히 실시예 6 내지 8은 상기 특성이 가장 우수하다. From the results of Table 1, it can be seen that the silica nanoparticles of Examples 1 to 8 have a uniform particle size, and the carbon porous membrane prepared therefrom has excellent adsorption properties. In particular, Examples 6 to 8 have the most excellent properties.
반면 비교예 1의 실리카 나노입자 및 이로부터 제조된 탄소 기공막은 상기 특성이 실시예에 비하여 열등함을 알 수 있다. On the other hand, it can be seen that the above properties of the silica nanoparticles of Comparative Example 1 and the carbon porous membrane prepared therefrom are inferior to those of Examples.
Claims (5)
(b) 상기 제1혼합물에 실리카 전구체를 첨가한 후 교반하여 제2혼합물을 제조하는 단계; 및
(c) 상기 제2혼합물에 포함된 용매를 증발시켜 실리카 나노입자를 제조하는 단계를 포함하는 실리카 나노입자의 제조방법에 있어서,
상기 (a) 단계는
알코올, 수산화암모늄 및 물을 100:1~10:2~15의 부피비로 10~60분 교반하여 제1혼합물을 제조하고,
상기 알코올은 에탄올 및 메탄올의 공용매가 사용되고, 상기 에탄올 및 메탄올의 부피비는 60~80:20~40 이며,
상기 (b) 단계는
상기 제1혼합물에 실리카 전구체를 첨가한 후 1~5시간 교반하여 제2혼합물을 제조하고,
상기 알코올 및 실리카 전구체의 부피비는 100:3~10 이며,
상기 (b) 단계와 (c) 단계 사이에 (d) 단계를 추가로 포함하고,
상기 (d) 단계는 상기 제2혼합물에 알코올, 수산화암모늄 및 물을 100:1~10:2~15의 부피비로 혼합한 혼합액을 첨가한 후 10~60분 교반하고,
상기 제2혼합물 및 혼합액의 부피비는 100:2~10 인 것을 특징으로 하는 실리카 나노입자의 제조방법.
(a) preparing a first mixture by stirring alcohol, ammonium hydroxide and water;
(b) preparing a second mixture by adding a silica precursor to the first mixture and stirring; And
In the method for producing silica nanoparticles comprising the step of (c) evaporating the solvent contained in the second mixture to prepare silica nanoparticles,
Step (a)
A first mixture was prepared by stirring alcohol, ammonium hydroxide, and water in a volume ratio of 100:1 to 10:2 to 15 for 10 to 60 minutes,
The alcohol is a co-solvent of ethanol and methanol is used, the volume ratio of the ethanol and methanol is 60 ~ 80:20 ~ 40,
Step (b)
After adding a silica precursor to the first mixture, the mixture was stirred for 1 to 5 hours to prepare a second mixture,
The volume ratio of the alcohol and the silica precursor is 100: 3 ~ 10,
The step (d) between step (b) and step (c) further comprises,
The step (d) is a mixture of alcohol, ammonium hydroxide, and water in a volume ratio of 100:1 to 10:2 to 15 was added to the second mixture, followed by stirring for 10 to 60 minutes,
The method for producing silica nanoparticles, characterized in that the volume ratio of the second mixture and the mixed solution is 100: 2 to 10.
상기 (a) 단계 및 (b) 단계는
100~700rpm 의 교반속도로 교반하는 것을 특징으로 하는 실리카 나노입자의 제조방법.
The method of claim 1,
Steps (a) and (b)
Method for producing silica nanoparticles, characterized in that stirring at a stirring speed of 100 ~ 700rpm.
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