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Hyperbranched형 polymer는 가지가 매우 많은 거대분자로서 말단에 다수의 관능기를 개질하여 소수성 오염물질 및 중금속 흡착능을 극대화시켜 수처리 분야에 많이 사용되고 있다. 하지만 수처리공정 종결 후 분리 회수가 어렵다는 단점이 있다. 본 연구에서는 소수성 물질 및 중금속에 대해 높은 흡착능을 가지고 있으면서 수분산성 및 분리 회수가 가능한 흡착제를 개발하기 위하여 새로운 형태의 반응성 유기 알콕시 실란 전구체 (APAS)를 합성하였고, 이를 사용하여 반응성 유기 실란인 (3-Aminopropyl)triethoxysilane (APTES)과 실리카 입자 (Aerosil 200)를 Hydrolysis-Condensation 반응을 통해 결합시켜 Hyperbranched O-I Composite particles을 제조하였다. Hyperbranched형 polymer를 확인하기 위해 Si-NMR로 구조를 확인 하였으며, 다양한 조성비로 제조된 입자들의 구조 및 물성을 확인하기 위하여 SEM, Cryo-TEM, TGA 등을 이용하여 모폴로지 및 그라프팅 효율을 조사하였고, 흡착제로서의 가능성을 보기 위해 ICP-OES를 이용하여 중금속 흡착능을 조사하였다. Hyperbranched type polymer is used as a large number of macromolecules by modifying a large number of functional groups at the ends to maximize hydrophobic contaminants and heavy metal adsorption capacity and is widely used in the field of water treatment. However, after completion of the water treatment process, there is a disadvantage that it is difficult to separate and recover. In this study, the new reactivity organic alkoxy silane precursor (APAS) of the form was synthesized to it had the adsorption ability which the hydrophobic material and on heavy metal is high and the water dispersibility and separation collection could develop the possible adsorbent and by using this, the (3-Aminopropyl) Triethoxysilane (APTES), that is the reactivity organosilane, and silica particle (Aerosil 200) was combined through the Hydrolysis-Condensation reaction and the Hyperbranched O-I Composite Particles was manufactured. The structure was checked with Si-NMR in order to confirm the Hyperbranched type Polymer and in order to confirm the structure and physical properties of particles produced with various composition ratios, Mopolorology and grafting efficiency were investigated using SEM, Cryo-TEM, TGA. In order to see the possibility as an adsorbent, heavy metal adsorption ability was investigated using ICP – OES.
알콕시실란 기능화 고분자 전구체를 이용한 유-무기 하이브리드 합성 및 응용에 관한 연구
Organic-inorganic (O-I) hybrid nanoparticles could be prepared using an alkoxysilane-functionalized amphiphilic polymer (AFAP) precursor consisting of reactive alkoxysilane groups and amphiphilic polymer backbone. O-I hybrid sols having long-term storage stability with 40–50 % solid content could be coated onto glass and polyethylene terephthalate (PET) substrates, and they formed transparent O-I hybrid coating films via a thermal curing process. A flexible and transparent Organic-inorganic hybrid coating film could be formed through a low-temperature thermal curing process (100 ℃) without any additional chemical surface treatment. In particular, G-300 AGPTi sol exhibited excellent mechanical properties in both glass and PET substrates, as well as low surface roughness (< 0.5 nm) and excellent thermal stability (3 wt.% loss at 200 ℃, Tg = 171 ℃). When AGPTi sol was used as an adhesive layer, a conductive material (Ag NWs and graphene) could be formed on the AGPTi-treated substrate by spray coating or by gravure printing, exhibiting the high conductivity (sheet resistance of 1 Ω/□ or less) and excellent bending stability especially at a radius of curvature of 5 mm. In the case of applying AGPTi sol as a gate dielectric layer of OTFTs, AGPTi-based devices exhibited high charge mobility and stable operation without additional physical and chemical treatments, and there was no significant difference in electrical performance depending on the type of substrate. In addition, the AGPTi-based device exhibited 0.18 cm2/Vs (hole mobility) as well as 1 × 106 (on/off ratio), lower leakage current (10-8 A/cm2 at 2 MV/cm), high gate bias stability (⊿Vth = -0.37 V, 60 min.) and excellent bending stability despite bending 100 times at radius of curvature R = 5.5 mm. When AGPTi sols were used in the fabrication of advanced thin gas barrier films, PEALD-based Al2O3/Organic-inorganic hybrid 4 pair gas barrier film could be sucessfully fabricated, and it exhibited superior barrier properties [WVTR: 7.83 X 10-5 g/m2/day at high temperature and relative humidity (60 oC, 90 %)] and high activation energies for permeation (103.10 kJ/mol) compared to organic materials (PMMA). 반응성 알콕시 실란기와 양친성 고분자 사슬로 구성된 실란 기능화 양친성 고분자 (AFAP) 전구체 4종을 합성하고, 이를 이용하여서 다양한 실란 화합물 (GPTMS, PTMS, TTIP)과 가수분해-축중합 반응을 통하여 유-무기 하이브리드 (AGPTi sol)를 제조하였다. 제조된 AGPTi sol은 콜로이드 상태의 용액으로, AFAP 전구체의 종류에 관계없이 높은 고형분 (40 - 50 wt. %)에서도 상온에서 6 개월 이상의 우수한 장기 저장 안정성을 나타내었다. 유리 기판과 PET 기판에 매우 균일한 면을 형성하였고, 저온 열경화 공정 (100 ℃)을 통해 유연하면서 투명한 유-무기 하이브리드 코팅 필름을 형성 할 수 있었다. 특히, G-300 AGPTi sol의 경우, 유리 기판과 PET 기판에서 모두 우수한 기계적 특성을 나타내었을 뿐만 아니라 낮은 표면 거칠기 (< 0.5 nm)와 우수한 열안정성 (200 ℃에서 3 wt. % 손실, Tg = 171 ℃)을 나타내었다. AGPTi sol을 전도성 접착층으로 사용한 경우, 전도성 재료 (Ag NWs과 Graphene)를 AGPTi-처리된 기판 상에 스프레이 코팅하거나 그라비아 인쇄 방법을 통하여 형성할 수 있었으며, 높은 전도성 (시트 저항 1 Ω/□ 이하)과 우수한 접착성을 나타내었고, 특히 곡률 반경 5 ㎜에서도 우수한 굽힘 안정성을 나타내었다. 또한, OTFTs의 게이트 유전체층으로서 적용한 경우, AGPTi 기반 디바이스는 추가적인 물리, 화학적 처리 없이 높은 전하 이동도와 안정된 작동을 보였으며, 기판의 종류에 따른 전기적 성능 차이는 크게 없었다. 또한, AGPTi 기반 디바이스는 0.18 cm2/Vs의 홀 이동도뿐만 아니라 1 × 106 의 on/off ratio, 낮은 누설 전류 (2 MV/cm에서 10-8 A/cm2)와 높은 게이트 바이어스 안정성 (⊿Vth = -0.37 V, 60 분)를 나타내었으며, 곡률 반경 R = 5.5 mm에서 100 회 굽힘에도 불구하고 우수한 굽힘 안정성을 나타내었다. 교대 적층 구조의 가스 배리어 필름 제조시, AGPTi sol을 사용하여 제조된 PEALD 기반 Al2O3/유-무기 하이브리드 4 pair 가스 배리어 필름의 경우에는 유기물 (PMMA)에 비해 우수한 배리어성 [WVTR: 7.83 X 10-5 g/m2/day (60 oC, 90 %)]과 높은 투과 활성화 에너지 (103.10 kJ/mol)를 나타내었다.