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KR100648894B1 - Synthesis method of polyaniline by self dispersion polymerization method - Google Patents

Synthesis method of polyaniline by self dispersion polymerization method Download PDF

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KR100648894B1
KR100648894B1 KR1020050032461A KR20050032461A KR100648894B1 KR 100648894 B1 KR100648894 B1 KR 100648894B1 KR 1020050032461 A KR1020050032461 A KR 1020050032461A KR 20050032461 A KR20050032461 A KR 20050032461A KR 100648894 B1 KR100648894 B1 KR 100648894B1
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Abstract

안정화제나 유화제 등의 다른 첨가제를 사용하지 않으면서 반응물이나 중간 합성물이 안정화제 역할을 수행하여 안정한 분산중합법, 자체-분산 중합법 (Self-Stabilized Dispersion Polymerization)에 의하여 폴리아닐린을 합성하는 방법을 제공한다. 본 방법은 별도의 첨가제 없이 중합 반응을 수행하여 공정이 단순할 뿐 아니라, 합성된 폴리아닐린의 입자 형태는 물론이고, 전기 전도도도 크게 개선되었다. Provides a method for synthesizing polyaniline by stable dispersion polymerization and self-stabilized dispersion polymerization by using a reactant or an intermediate compound as a stabilizer without using other additives such as a stabilizer or an emulsifier. . The process was not only simple by performing the polymerization reaction without additional additives, but also greatly improved the electrical conductivity as well as the particle form of the synthesized polyaniline.

본 발명에 따라 합성된 폴리아닐린은 전자파 차폐나 박막의 투명 전극과 같이 높은 전도도를 요구하고 있는 용도는 물론이고, 향상된 용해성으로 인하여 각종 투명 전극, 전도성 필름, 섬유, 고분자 블렌드, 배터리 전극, 전도성 식각 마스크 등의 특수 용도에 적합하게 사용될 수 있다. The polyaniline synthesized according to the present invention is not only used for requiring high conductivity such as electromagnetic shielding or thin film transparent electrode, but also due to improved solubility, various transparent electrodes, conductive films, fibers, polymer blends, battery electrodes, conductive etching masks, etc. It can be used suitably for special purposes such as.

폴리아닐린(Polyaniline), 자체분산 중합법(Self-Stabilized Dispersion Polymerization) Polyaniline, Self-Stabilized Dispersion Polymerization

Description

자체 분산 중합법에 의한 폴리아닐린의 합성 방법{Process of Synthesizing Polyaniline by Self-Stabilized Dispersion Polymerization}Process of Synthesizing Polyaniline by Self-Stabilized Dispersion Polymerization}

도 1은 에머랄딘 형태의 폴리아닐린의 이론적인 반복 단위를 도시한 화학식으로, 본 발명에 따라 합성된 폴리아닐린의 분자 구조를 설명하기 위하여 탄소에 번호를 부여한 것이다. 1 is a formula showing the theoretical repeating unit of the polyaniline in the emeraldine form, numbered carbon to explain the molecular structure of the polyaniline synthesized according to the present invention.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 합성된 폴리아닐린의 13C CPMAS NMR 분석에 따른 스펙트럼을 도시한 그래프이다. Figure 2 is a graph showing the spectra according to 13 C CPMAS NMR analysis of polyaniline synthesized according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 용해 가능하도록 t-BOC(tert-butoxycarbonyl)기로 치환된 폴리아닐린의 용액 상태 13C NMR 분석에 따른 스펙트럼을 도시한 그래프이다. Figure 3 is a graph showing the spectra according to solution state 13C NMR analysis of polyaniline substituted with a tert-butoxycarbonyl (t-BOC) group to be soluble in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

도 4 내지 도 6은 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 합성된 폴리아닐린 입자의 주사전자현미경(SEM) 사진으로서, 각각 나노 입자, 나노 튜브, 나노 막대 형상의 입자 형태를 보여주고 있다. 4 to 6 are scanning electron microscope (SEM) images of the polyaniline particles synthesized according to the preferred embodiment of the present invention, respectively, showing nanoparticles, nanotubes, and nanorod-shaped particle shapes.

도 7은 본 발명에 따라 합성된 폴리아닐린 입자 크기 분포를 나타낸 그래프 이다. 7 is a graph showing the polyaniline particle size distribution synthesized according to the present invention.

본 발명은 전도성 고분자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입자 형상이 다양하고 전기 전도도 가 크게 향상된 새로운 전도성 고분자 폴리아닐린 및 그 전도성 고분자의 합성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a conductive polymer, and more particularly, to a new conductive polymer polyaniline and a method for synthesizing the conductive polymer having a variety of particle shapes and greatly improved electrical conductivity.

전도성 고분자는 주쇄에 존재하는 공액 구조로 인하여 도핑을 통하여 전자기 비편재화됨으로써, 통상의 유기물에 비하여 우수한 전도도 특성을 갖는 고분자를 말한다. 시라카와 등(Shirakawa et al.)에 의하여 최초의 전도성 고분자인 폴리아세틸렌(polyacetylene)이 개발된 이후에 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene) 등과 같은 전도성 고분자가 개발된 바 있다. The conductive polymer refers to a polymer having excellent conductivity characteristics compared to conventional organic materials by delocalizing electromagnetic through doping due to the conjugated structure present in the main chain. Since the first conductive polymer polyacetylene was developed by Shirakawa et al., Conductive polymers such as polyaniline, polypyrrole and polythiophene have been developed. .

이런 전도성 고분자는 전도도에 따라 10-13 ~ 10-7 S/cm는 대전방지물질(antistatic materials), 10-6 ~ 10-2 S/cm는 정전기제거 물질(static discharge materials), 1 S/cm 이상은 전자파 차폐용 물질(EMI shielding materials) 또는 배터리 전극, 반도체나 태양전지 등으로 용도가 달라지는데, 그 전도도 수치를 향상시키게 되면 좀 더 다양한 용도개발이 가능하게 된다. These conductive polymers have anti-static materials of 10 -13 to 10 -7 S / cm, antistatic materials of 10 -6 to 10 -2 S / cm, and static discharge materials. S / cm or more is used for electromagnetic shielding materials or battery electrodes, semiconductors, solar cells, etc. If the conductivity value is improved, more various applications can be developed.

전도성 고분자 중에서도 특히 폴리아닐린은 다른 전도성 고분자와 비교할 때 상대적으로 값이 저렴하고 화학적으로 매우 안정할 뿐 아니라 수소 양이온에 의하여 도핑(doping)이 쉽게 이루어지므로 관련 산업 분야에서 많은 관심을 기울이고 있는 고분자 물질이다. Among the conductive polymers, in particular, polyaniline is a polymer material that is of great interest in the related industry because it is relatively inexpensive and chemically stable compared to other conductive polymers, and is easily doped by hydrogen cations.

상기 폴리아닐린은 산화상태에 따라, 완전 환원형인 류코에머랄딘(leucoemeraldine), 부분 산화형인 에머랄딘(emeraldine), 및 완전 산화형인 퍼니그르아닐린(pernigraniline)으로 분류할 수 있다. The polyaniline may be classified into leucoemeraldine which is a fully reduced form, ercoemeraldine which is a partially reduced form, emeraldine which is a partially oxidized form, and pernigraniline which is a fully oxidized form.

폴리아닐린을 합성하는 방법은 크게 전하 이동 반응(electrically charge transfer reaction)에 의한 전기화학적 방법과 산화환원 반응 또는 산 /염기 반응을 통한 프로톤화(protonation)에 의한 화학적 산화 방법으로 구분될 수 있는데, 폴리아닐린을 산업적 규모에서 대량 생산하고자 하는 경우에는 화학적 산화 방법이 적합한 것으로 알려져 있다. The method for synthesizing polyaniline can be broadly divided into electrochemical method by electrically charge transfer reaction and chemical oxidation method by protonation through redox reaction or acid / base reaction. Chemical oxidation methods are known to be suitable for mass production on an industrial scale.

화학적 산화 방법에 의한 대표적인 폴리아닐린의 합성 방법으로는 맥디아미드 등이 보고한 방법이 표준적인 방법으로 알려져 있다 (A.G. MacDiarmid, J.C. Chaing, A.F. Richter, N.L.D. Somarisi, in L.Alcacer(ed.), Conducting Polymers, Special Applications, Reidel, Dordrecht, 1987, p.105). 맥디아미드 등은 수용액 상에서 과황산 암모늄(ammonium persulfate)과 같은 산화제를 이용하여 염산 등에 녹인 아닐린 단량체를 1-5 ℃에서 중합한 후, 그 침전물을 분리하여 세척하여 폴리아닐린을 합성하였다. 이 방법에 따라 제조된 에머랄딘 염기(Emeraldine Base, EB) 형태의 폴리아닐린 중 분자량이 낮은 것(고유점도 0.8-1.2 dl/g)만 1-methyl-2-pyrrolidone(NMP)에 용해되고, 10-camphorsulfonic acid(CSA)로 도핑한 에머랄딘 염(Emeraldine salt, ES.CSA)은 메타크레졸에 소량 용해된다. 이 용액으로부터 제조된 필름의 전기전도도는 약 100 S/cm 이지만, 염산으로 도핑한 에멀랄딘 염(ES.HCl)은 약 5 S/cm 가량의 전기 전도도를 보인다. 특히, 맥디아미드 등의 방법에서는 용해되지 않은 부분을 분리하여야 하고, 합성된 폴리아닐린의 형태구조를 조절하고 분자량을 높이거나 전기 전도도를 높이는데 한계가 있다. As a method for synthesizing representative polyaniline by chemical oxidation method, a method reported by McDiamide et al. Is known as a standard method (AG MacDiarmid, JC Chaing, AF Richter, NLD Somarisi, in L. Alcacer (ed.), Conducting) Polymers, Special Applications, Reidel, Dordrecht, 1987, p. 105). McDiamide et al. Polymerized aniline monomer dissolved in hydrochloric acid at 1-5 ° C. using an oxidizing agent such as ammonium persulfate in aqueous solution, and then precipitates were separated and washed to synthesize polyaniline. Only low molecular weight (high viscosity 0.8-1.2 dl / g) of polyaniline in the form of Emeraldine Base (EB) prepared according to this method is dissolved in 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP), Emeraldine salt (ES.CSA) doped with camphorsulfonic acid (CSA) is dissolved in small amounts in metacresol. The electrical conductivity of the film prepared from this solution is about 100 S / cm, but the emuldine salt (ES.HCl) doped with hydrochloric acid shows an electrical conductivity of about 5 S / cm. In particular, the method such as McDiamide has to separate the insoluble portion, there is a limit to control the morphology of the synthesized polyaniline, increase the molecular weight or increase the electrical conductivity.

맥디아미드 등의 방법에 따른 문제점을 개선하고 폴리아닐린의 가공성을 향상시키기 위하여 유화중합을 이용한 다양한 제조 방법이 공개되어 있다. 예를 들어 싸오 등 (Cao et al., 미국특허 제 5,231,631, 5,324,453호)은 아닐린 단위체, 기능성 수소산 등을 물과 같은 극성 용매에 용해시키고 이를 비극성 유기용매와 혼합하여 에멀션(emulsion)을 제조한 뒤, 산화제를 에멀션에 첨가하여 폴리아닐린을 제조하였다. 이와 같이 제조된 에머랄딘 염(ES)은 유화제가 도판트(dopant) 역을 수행하여 폴리아닐린과 복합체를 형성하여 자일렌과 같은 비극성 유기용매에 용해되는 것으로 알려져 있다. 그러나, 유화제 기능을 수행하는 기능성 유기산을 이용한 도핑 조절이 어렵고 통상적으로 비용이 고가이며, 폴리아닐린을 합성한 후 이를 분리하기 어려워 용도에 제약을 받을 뿐 아니라, 그 전기적 특성도 좋지 않다. 예를 들어 도데실벤젠 설폰산염(dodecylbenzene sulfonate, DBS)의 경우 용해도는 0.5 % 미만이고, 전도도는 0.1 S/cm 정도에 불과하다. Various preparation methods using emulsion polymerization have been disclosed in order to improve the problems caused by methods such as McDiamide and to improve the processability of polyaniline. For example, Sao et al. (Cao et al., US Pat. No. 5,231,631, 5,324,453) dissolve aniline units, functional hydrogen acids, etc. in polar solvents such as water and mix them with non-polar organic solvents to produce emulsions. , An oxidizing agent was added to the emulsion to prepare a polyaniline. In this way the produced salt raldin Emma (ES) are known to be an emulsifier to form a complex with polyaniline by performing a dopant (dopant) station soluble in a non-polar organic solvent such as xylene. However, doping control using a functional organic acid that functions as an emulsifier is difficult and is generally expensive, and it is difficult to separate the polyaniline after synthesis, thereby limiting its use and having poor electrical properties. For example, dodecylbenzene sulfonate (DBS) has a solubility of less than 0.5% and a conductivity of only 0.1 S / cm.

몬산토(Monsanto)사의 연구자인 Kinlen (미국특허 제 5,567,356호; Macromolecules, 31, 1745 (1998))은 물에 용해되는 2-butoxyethanol과 같은 유기 용매와 물에 녹지 않으나, 위 유기용매에 용해되는 소수성의 유화제인 유기산으로 역 에멀션(reverse emulsion)을 만든 후, 아닐린 단위체와 래디컬 개시제를 혼합하여 중합하여 폴리아닐린 염을 포함하는 유기층과 래디컬 개시제나 미 반응물을 포함하는 수용액 층이 분리되어 비극성 용매에 1% 이상 용해되는 폴리아닐린 염을 제조하였다. 이 방법은 래디컬 개시제 층과 단위체 층이 분리되기 때문에 중합이 쉽지 않고, 도핑 조절이 어렵기 때문에 합성된 폴리아닐린의 전기 전도도 또한 낮다. 예를 들어 소수성 유기산인 디노닐나프탈렌설폰산(dinonylnaphthalenesulfonic acid)을 이용하여 합성된 폴리아닐린 염의 전도도는 펠렛으로 만들어 측정할 때 10-5 S/cm 정도인 것으로 보고 되었다. Kinlen (US Pat. No. 5,567,356; Macromolecules, 31, 1745 (1998)), a Monsanto researcher, is an organic solvent, such as 2-butoxyethanol, which is soluble in water and is insoluble in water, After making a reverse emulsion with an organic acid that is an emulsifier, the aniline unit and the radical initiator are mixed and polymerized to separate an organic layer including a polyaniline salt and an aqueous layer containing a radical initiator or an unreacted substance, and thus, at least 1% in a nonpolar solvent. Dissolved polyaniline salts were prepared. This method is not easy to polymerize because the radical initiator layer and the monomer layer are separated, and the electrical conductivity of the synthesized polyaniline is also low because of difficult doping control. For example, the conductivity of polyaniline salts synthesized using a hydrophobic organic acid, dinonylnaphthalenesulfonic acid, has been reported to be about 10 -5 S / cm when measured from pellets.

Palaniappan 등 (미국특허 출원공개번호 제 2002-0062005호, 미국특허 제 6,586,565호 및 미국특허 제 6,630,567호)은 계면활성제를 사용하여 수용액 층과 유기층으로 구성한 후 유기층에 용해되어 있는 benzoylperoxide와 같은 래디컬 개시제를 이용하여 상온에서 inverted emulsion 중합을 통하여 폴리아닐린 염을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법에 따라 제조된 폴리아닐린 필름의 전기 전도도는 0.1 S/cm 수준으로 낮고, 폴리아닐린의 분자량을 높일 수 없기 때문에 용도의 제약이 크다.Palaniappan et al. (US Patent Application Publication No. 2002-0062005, US Patent No. 6,586,565 and US Patent No. 6,630,567) comprise a radical initiator such as benzoylperoxide dissolved in an organic layer after being composed of an aqueous layer and an organic layer using a surfactant. Discloses a process for preparing polyaniline salts through inverted emulsion polymerization at room temperature. The electrical conductivity of the polyaniline film prepared according to this method is low at the level of 0.1 S / cm, and the use of the polyaniline is not limited because the molecular weight of the polyaniline cannot be increased.

상기한 것과 같은 유화 중합과 달리 아닐린 등의 단위체는 반응용매에 완전히 용해되지만, 생성되는 고분자는 동일 조건에서 용해되지 않는 분산 중합을 이용한 폴리아닐린 제조와 관련해서도 많은 방법이 보고된 바 있다. 예를 들어, Armes 등 (Armes et al., Handbook of Conducting Polymers Elsenbaumer ed. M. Dekker, New York, 1996 Vol. 1, p 423)은 특수 안정제를 설계하여 입체적으로 고분자를 안정화시킨 뒤 입자화하는 중합 방법을 보고하고 있다. 이 분산 중합 방법에서는 거의 모두 안정화제를 사용하여 생성된 폴리아닐린을 둘러싸기 때문에 수용액상으로도 공급할 수 있으나, 합성된 폴리아닐린의 입자 크기는 60-300 nm로 안정제의 영향을 많이 받을 뿐 아니라, 폴리아닐린의 전기전도도가 낮아 용도가 제한될 수밖에 없다. Unlike the emulsion polymerization as described above, the unit such as aniline is completely dissolved in the reaction solvent, but many methods have been reported in connection with the production of polyaniline using dispersion polymerization in which the resulting polymer is not dissolved under the same conditions. For example, Armes et al. (Armes et al., Handbook of Conducting Polymers Elsenbaumer ed. M. Dekker, New York, 1996 Vol. 1, p 423) design special stabilizers to stabilize particles in three dimensions and then granulate them. The polymerization method is reported. In this dispersion polymerization method, almost all of the polyaniline produced using the stabilizer surrounds the polyaniline, so that it can be supplied in an aqueous solution.However, the particle size of the synthesized polyaniline is 60-300 nm and is not affected by the stabilizer. Its use is limited because its electrical conductivity is low.

한편, 유기용매를 포함하는 수용액에서 폴리아닐린을 합성하는 방법도 보고되고 있다. Geng 등 (Geng et al., Synth. Metals, 96, 1 (1998))은 에탄올, THF, 아세톤 등과 같은 유기용매를 사용하여 아닐린을 중합함으로써, 필름의 전도도가 10 S/cm 정도의 폴리아닐린을 제조하였다. 그러나, Geng 등의 방법에서는 반응시간이 장기화되기 때문에 중합 시 부반응이 일어날 가능성이 높아진다. On the other hand, a method for synthesizing polyaniline in an aqueous solution containing an organic solvent has also been reported. Geng et al. (Geng et al., Synth. Metals, 96, 1 (1998)) polymerize aniline using organic solvents such as ethanol, THF, acetone and the like to produce polyaniline having a conductivity of about 10 S / cm. It was. However, in the method of Geng et al., Since the reaction time is prolonged, the possibility of side reactions during polymerization increases.

Beadel 등 (Beadle et al., Synth. Met. 95, 29 (1998)의 연구에 의하면 상기 기술된 맥디아미드 등이 제시한 일종의 표준화 된 합성법으로 제조된 폴리아닐린에 있어서 분자량이 증가할수록 전기 전도도는 증가하며, 분자량을 높이기 위해서는 반응온도를 낮추어야 한다. 반응 온도를 낮추기 위해서 균일계(homogeneous) 수용액에서 중합이 일어날 경우에는 통상적으로 LiCl, CaF2 등과 같은 금속염을 첨가하여 동결을 방지한다. 그런데 이와 같은 금속염을 혼합하면 반응 완결시간이 48 시간 이상으로 길어지고 반응 컨트롤이 곤란하다. 뿐만 아니라 반응온도를 낮추면 분자량과 함께 분자량 분포도 함께 증가한다 (분산도 2.5 이상).The study of Beadel et al. (Beadle et al., Synth.Mt. 95, 29 (1998)) showed that electrical conductivity increases with increasing molecular weight for polyaniline prepared by a kind of standardized synthesis presented by McDiamide et al. If the polymerization takes place in a homogeneous aqueous solution to lower the reaction temperature, metal salts such as LiCl and CaF 2 are usually added to prevent freezing. When the reaction time is completed, the reaction completion time is longer than 48 hours, and the reaction control is difficult, and when the reaction temperature is lowered, the molecular weight distribution increases with the molecular weight (dispersity of 2.5 or more).

또한 아닐린 단위체가 사슬 중간의 퀴논디이민(quinonediimine) 그룹에 첨가되면 가지가 생기기 때문에, 이와 같은 가지 생성을 억제하기 위해서 반응 중간에 산화제로 FeCl 3 를 첨가하거나 중합 반응 도중에 합성 반응이 중단된 올리고머 등의 부산물을 제거하기 위해서 유기용매로 추출하는 과정을 거치기도 한다. 또한 상술한 바 있는 유화중합(emulsion polymerization)이나 계면중합(interfacial polymerization)에 있어서도 폴리아닐린 주쇄에 포함되는 벤젠고리의 파라 위치뿐 아니라 오르쏘 위치에도 첨가 반응이 일어날 확률이 높기 때문에 곁가지가 필연적으로 많이 생성되어 전도도와 용해도 저하의 원인이 된다. In addition, since aniline units are added to the quinonediimine group in the middle of the chain, a branch is formed.In order to suppress the formation of such branches, FeCl 3 is added as an oxidant in the middle of the reaction, or an oligomer in which the synthesis reaction is stopped during the polymerization reaction. In some cases, organic solvents may be used to remove by-products. In addition, in the above-mentioned emulsion polymerization or interfacial polymerization, since the addition reaction is likely to occur not only in the para position of the benzene ring included in the polyaniline backbone but also in the ortho position, a large number of side branches are inevitably generated. This causes a drop in conductivity and solubility.

또한, Huang 등 (Huang et al., J. Am. Chem. Soc. 125, 314 (2003))은 유기층과 수용액 층이 서로 섞이지 않는 계를 구성한 후에 아닐린 단위체는 유기층에 개시제와 유기산은 수용액 층에 용해시켜 계면에서 중합을 실시하여 나노 섬유형태의 폴리아닐린을 제조하였다. 후속 연구에서 Huang 등(Huang et al., Angew. Chem. Int. Ed. 43, p5817, 2003)은 유기용매를 이용하여 계면중합을 실시하면 나노섬유 수득률을 높이는데 기여할 뿐 유기용매가 반드시 필요한 것은 아니며 오히려 수용액에서 신속한 혼합으로 나노섬유를 제조할 수 있는 것으로 보고하였다. Huang et al. (Huang et al., J. Am. Chem. Soc. 125, 314 (2003)) also established that the organic layer and the aqueous solution layer do not mix with each other, and then the aniline unit is added to the organic layer and the initiator and organic acid The polyaniline in the form of nanofibers was prepared by dissolution and polymerization at the interface. In a subsequent study, Huang et al. (Huang et al., Angew. Chem. Int. Ed. 43, p5817, 2003) contributed to increasing the yield of nanofibers by performing interfacial polymerization using organic solvents. Rather it is reported that nanofibers can be prepared by rapid mixing in aqueous solution.

한편, 미국 Dupont Technology의 연구자인 Min (G. Min, Synt. Met., 119.273 (2001))은 상술한 바 있는 맥디아미드 방식에서 첨가제로서 LiCl이나 NaCl의 농도를 높이면 (5-10 M) 0 ℃에서 3시간 중합으로 수득률이 높은 고분자를 얻을 수 있다고 보고한 바 있다. On the other hand, Min (G. Min, Synt. Met., 119.273 (2001)), a researcher at Dupont Technology in the United States, increased the concentration of LiCl or NaCl as an additive in the above-described McDiamide method (5-10 M). It has been reported that a high yield polymer can be obtained by polymerization at 3 ° C. for 3 hours.

그런데, 상술한 바와 같이 현재까지 공개된 폴리아닐린 제조 방법은 단위체에 치환기가 도입되거나 안정제, 유화제와 같은 첨가제 등을 다량 사용하기 때문에 순수한 폴리아닐린을 얻기 힘들고, 미세구조도 오르쏘(ortho) 위치에서 사슬들이 연결되는 비율이 높고 부반응 등에 의하여 곁가지가 빈번하게 부착되기 때문에 생성된 폴리아닐린의 전기 전도도가 높지 않다. However, as described above, the polyaniline manufacturing method disclosed to date is difficult to obtain pure polyaniline because a substituent is introduced into the unit or a large amount of additives such as stabilizers and emulsifiers are used, and the microstructure is also difficult to obtain chains at ortho positions. The electrical conductivity of the polyaniline produced is not high because the rate of connection is high and the side branches are frequently attached by side reactions or the like.

전도성 고분자는 그 자체만으로는 완전 직선형을 형성하지 못하기 때문에 결정형과 같은 질서를 완벽하게 형성할 수 없어 실제 전도도가 이론적으로 예측한 대략 105~6 S/cm (Kohlman et al., Phys. Rev. Lett. 78(20), 3915, 1997) 보다 훨씬 못 미치고 있다. 이와 같은 전기 전도도가 낮은 고분자로는 플라스틱 투명 전극이나 전자기파차폐용으로는 부적합하기 때문에 전기 전도도 및 용해성이 뛰어난 전도성 고분자 및 중합 반응이 용이한 방법을 설계할 필요가 있다. Conductive polymers, by themselves, do not form perfectly linear forms, so they cannot form an order like crystal form, so the actual conductivity is approximately 10 5-6 S / cm (Kohlman et al., Phys. Rev. Lett. 78 (20), 3915, 1997). Since the polymer having low electrical conductivity is not suitable for plastic transparent electrodes or electromagnetic wave shielding, it is necessary to design a conductive polymer having excellent electrical conductivity and solubility and an easy polymerization reaction.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 입자 형상이 다양하고 전기 전도도가 크게 향상된 전도성 고분자 폴리아닐린 및 그 합성 방법을 제공하고자 하는 것이다. The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a conductive polymer polyaniline and a method for synthesizing a variety of particle shape and greatly improved electrical conductivity.

본 발명에서 사용된 자체분산 중합방법(Self-Stabilized Dispersion Polymerization)에 따르면 유화제, 부동제 등과 같은 임의의 다른 첨가물을 사용하 지 않으면서 합성된 고분자 입자들을 안정하게 분산시키는 새로운 중합방법이다.Self-Stabilized Dispersion Polymerization used in the present invention is a new polymerization method for stably dispersing the synthesized polymer particles without using any other additives such as emulsifiers and antifreeze agents.

이에 따라 본 발명의 다른 목적은 중합 시간을 획기적으로 감소시켜 경제성, 효율성을 크게 향상시키고, 나노입자, 나노튜브, 나노막대, 나노섬유 등의 개선된 입자 형태를 갖는 폴리아닐린 및 그 합성 방법을 제공하는 데 있다. Accordingly, another object of the present invention is to dramatically reduce the polymerization time to greatly improve the economics and efficiency, and to provide a polyaniline having an improved particle form of nanoparticles, nanotubes, nanorods, nanofibers, and the like, and a method for synthesizing the same. There is.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 후술하는 발명의 구성 및 첨부하는 도면을 통하여 보다 분명해 질 것이다. Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following drawings and the configuration of the invention.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 관점에서는 아닐린 단위체와 개시제를 함유하는 수소산 수용액에 유기용매를 혼합하여 혼합 용액을 제조하고, -45 ~ -10 ℃ 범위의 온도의 불균일 시스템에서 아닐린 단위체의 중합 반응을 통하여 폴리아닐린을 합성하는 방법을 제공한다.The present invention is to solve the above problems, in one aspect of the present invention is to prepare a mixed solution by mixing an organic solvent in the aqueous hydrochloric acid solution containing the aniline unit and the initiator, the temperature of -45 ~ -10 ℃ Provided is a method for synthesizing polyaniline through polymerization of aniline units in a heterogeneous system.

이 때, 상기 아닐린 단위체는 하기 화학식 (Ⅰ)로 표시되는 단량체이다. In this case, the aniline unit is a monomer represented by the following formula (I).

Figure 112005020355734-pat00001
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특히, 본 발명에 따라 합성된 상기 상기 폴리아닐린은 13C CPMAS NMR 스펙트 럼에서 화학적 이동 123 ppm 또는 화학적 이동 158 ppm에서 단일 피크를 가지며, 13C CPMAS NMR 스펙트럼에서 화학적 이동 138 ppm과 화학적 이동 143 ppm에서 각각 확인 가능한 피크를 갖는다. In particular, the above said polyaniline synthesized in accordance with the present invention is 13 C CPMAS NMR has a single peak at a chemical shift 123 ppm or chemical shift 158 ppm in the spectrum, 13 C CPMAS in NMR spectra chemical shift 138 ppm and at the chemical shift 143 ppm Each has a verifiable peak.

이 때, 상기 폴리아닐린은 13C CPMAS NMR 스펙트럼에서 화학적 이동 138 ppm에서의 피크 강도가 화학적 이동 143 ppm에서의 피크 강도보다 큰 것을 특징으로 한다. In this case, the polyaniline is characterized in that the peak intensity at 138 ppm chemical shift in the 13 C CPMAS NMR spectrum is greater than the peak intensity at 143 ppm chemical shift.

본 발명에 따라 사용되는 상기 수소산은 염산, 황산, 질산, 또는 인산 중에서 선택되는 무기산인 것을 특징으로 하며, 상기 유기용매는 용해도 인자가 17 ~ 29인 것을 특징으로 한다. The hydrogen acid used according to the present invention is characterized in that the inorganic acid selected from hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, or phosphoric acid, the organic solvent is characterized in that the solubility factor is 17 ~ 29.

본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 유기용매로는 치환되지 않거나 할로겐, 카르복시기, 산소 또는 하이드록시기로 치환된 탄화수소, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 에테르, 니트로벤젠, 또는 이들 혼합물을 포함하며, 특히 비스(2-클로로에틸) 에테르, 3-펜탄올, 1,2-프로판디올, 부틸 메틸 케톤, 디에틸카보네이트, 벤질 아세테이트, 디메틸 글루타레이트, 에틸아세토아세테이트, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 이소부틸 이소부타노에이트, 이소부틸 아세테이트, 3-헵탄올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 메타-크레졸, 4-하이드록시-4-메틸-2-펜탄온을 포함할 수 있다. Organic solvents that may be used in connection with the present invention include hydrocarbons, unsubstituted or substituted with halogen, carboxyl groups, oxygen or hydroxy groups, ethers, unsubstituted or substituted with halogen, nitrobenzene, or mixtures thereof, in particular bis ( 2-chloroethyl) ether, 3-pentanol, 1,2-propanediol, butyl methyl ketone, diethyl carbonate, benzyl acetate, dimethyl glutarate, ethyl acetoacetate, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, Ethylene glycol monobutyl ether, isobutyl isobutanoate, isobutyl acetate, 3-heptanol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, meta-cresol, 4- Hydroxy-4-methyl-2-pentanone.

한편, 본 발명에서 사용될 수 있는 상기 개시제는 암모늄과산화설페이트, 과산화수소, 산화망간, 중크롬산칼륨, 요오드산칼륨, 염화 제 2철, 과망간산칼륨, 브롬산칼륨, 또는 염소산칼륨을 포함한다. Meanwhile, the initiator which can be used in the present invention includes ammonium peroxide, hydrogen peroxide, manganese oxide, potassium dichromate, potassium iodide, ferric chloride, potassium permanganate, potassium bromide, or potassium chlorate.

또한, 본 발명에 따라 합성된 상기 폴리아닐린은 나노입자로 구성되는 foam, 벌집 형상 또는 중공된 캡슐과 같은 기공 형태를 가지는데, 특히 나노 튜브, 나노 섬유 형상을 갖는다. In addition, the polyaniline synthesized according to the present invention has a pore form such as foam, honeycomb or hollow capsule composed of nanoparticles, in particular nanotubes, nanofibers.

한편, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 상술한 방법에 따라 합성된 폴리아닐린으로서, 300 S/cm 이상의 전기전도도를 갖는 것을 특징으로 한다. On the other hand, according to another aspect of the invention, the polyaniline synthesized according to the above-described method, it characterized in that it has an electrical conductivity of 300 S / cm or more.

이 때, 상기 폴리아닐린은 바람직하게는 500 S/cm 이상, 예를 들어 700 S/cm 이상 또는 900 S/cm 이상의 전기전도도를 가지며, 보다 바람직하게는 1100 S/cm 이상, 가장 바람직하게는 1300 S/cm 이상의 전기전도도를 가질 수 있다. In this case, the polyaniline preferably has an electrical conductivity of 500 S / cm or more, for example, 700 S / cm or more or 900 S / cm or more, more preferably 1100 S / cm or more, and most preferably 1300 S. It may have a conductivity of more than / cm.

본 발명에서는 상술한 바와 같이 폴리아닐린 중합 단계에서 반드시 필요한 아닐린 단량체, 수소산, 유기용매, 개시제 이외의 다른 임의의 첨가제, 예를 들어 유화제(emulsifier), 부동제(antifreeze)를 사용하지 않는 새로운 폴리아닐린 합성 방법을 개발하였다. In the present invention, as described above, a novel method for synthesizing polyaniline without the use of any additives other than aniline monomers, hydrogen acids, organic solvents, and initiators, such as emulsifiers and antifreezes, which are necessary in the polyaniline polymerization step Developed.

본 발명에서 사용된 반응 시스템은 사용된 반응물에 의하여 자체적으로 안정화 된 분산 시스템을 형성하는데, 본 명세서에서는 달리 언급이 없는 한, 종종 본 발명에 따라 사용된 폴리아닐린 합성 방법에 대하여 "자체 분산 중합 법(Self- Stabilized Dispersion Polymerization, "SSDP")이라는 용어를 사용한다. The reaction system used in the present invention forms a dispersion system that is itself stabilized by the reactants used, unless otherwise stated herein, often referred to as "self-dispersion polymerization method" for polyaniline synthesis methods used according to the present invention. Self-Stabilized Dispersion Polymerization ("SSDP") is used.

또한, 본 발명에 따른 SSDP 공정을 이용하여 합성된 나노입자의 고 전도성 폴리아닐린에 대하여 본 명세서에서 달리 언급이 없으면 "HCPANI"로 지칭되며, 종래 방법에 따라 합성된 폴리아닐린에 대해서는 종종 "PANI"로 지칭된다. 이 때, 본 명세서에서 기술하는 HCPANI는 하기 화학식 (Ⅰ)로 표시되는 아닐린 단량체로부터 SSDP 공정에 의하여 합성된 폴리아닐린으로서, 산화 정도에 따라 일컬어지는 류코에머랄딘, 에머랄딘 염기(emeraldine base, EB), 에머랄딘 염(emeraldine salt, ES), 또는 퍼니그르아닐린 중 어느 하나 또는 그 전체를 지칭하는 용어로 사용된다. In addition, the high conductivity polyaniline of the nanoparticles synthesized using the SSDP process according to the present invention is referred to herein as "HCPANI" unless stated otherwise, and often referred to as "PANI" for polyaniline synthesized according to the conventional method. do. At this time, HCPANI described in the present specification is a polyaniline synthesized by the SSDP process from the aniline monomer represented by the following formula (I), leucomeraldine, emeraldine base (EB) is called according to the degree of oxidation , An emeraldine salt (ES), or furnig aniline is used as a term referring to any or all thereof.

Figure 112005020355734-pat00002
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한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 에서 제시된 SSDP 공정에 의하여 합성된 HCPANI에 t-BOC(tert-butoxycarbonyl)기가 치환된 폴리아닐린을 합성하였는데, 이에 대해서는 "HCPANI-tBOC"로 지칭된다. Meanwhile, according to one embodiment of the present invention, a polyaniline substituted with a tert-butoxycarbonyl (t-BOC) group in HCPANI synthesized by the SSDP process presented in, is referred to as "HCPANI-tBOC".

또한, 본 발명의 SSDP 공정을 통하여 얻어진 HCPANI는 그 분말의 나노 입자 형태가 일종의 나노막대, 나노 섬유, 나노 튜브 형상을 보이고 있다. 본 발명에 따른 나노 입자는 1 ㎚ 내지 100 ㎚의 크기를 갖는 엄밀한 의미의 나노 입자는 물론이고, 그 직경이 1 ㎚ 내지 수십 ㎛ 범위인 입자를 포함하는 개념이다. 즉, 본 명세서에 '나노 입자'라는 용어는 본 발명에 따라 합성된 HCPANI의 사슬이 집합된 형태를 지칭하는 것으로서, 그 형태에 따라 나노 막대, 나노 튜브, 나노 섬유를 모두 포함하는 것을 의미한다. In addition, the HCPANI obtained through the SSDP process of the present invention shows the shape of the nanoparticles in the form of nanorods, nanofibers, and nanotubes. Nanoparticles according to the present invention is a concept including not only nanoparticles in the exact sense having a size of 1 nm to 100 nm, but also particles having a diameter in the range of 1 nm to several tens of micrometers. That is, the term 'nano particles' as used herein refers to the aggregated form of chains of HCPANI synthesized according to the present invention, which means that it includes all nanorods, nanotubes, nanofibers according to the form.

본 발명에서 채택된 폴리아닐린의 합성 방법에 있어서 상기 화학식 (Ⅰ)로 표시되는 아닐린 단위체를 포함하는 반응물은 수용액 상(aqueous phase)과 유기용액 상(organic solution phase)의 2개의 상으로 구성된 반응계에 혼합되며 반응물이나 생성물이 이 반응계를 안정화시키는 역할을 하기 때문에, 상술한 바 있는 맥디아미드 등의 표준화 된 중합방법 그리고 원칙적으로 유화제나 고분자 안정제, 저분자 안정제 또는 그 밖의 template 등을 사용하는 종래의 유화중합, 현탁중합 또는 분산중합과 본질적으로 구별된다. 본 발명에 따라 반응계를 구성하는 2개의 상은 그 조성에 따라 수용액 상이 연속상이면 유기용액 상은 불연속상이 되고, 유기용액 상이 연속상이면 수용액 상은 불연속상이 될 수 있고, 2개의 상 모두 연속상이 될 수 있다. In the method for synthesizing polyaniline adopted in the present invention, the reactant containing the aniline unit represented by the formula (I) is mixed in a reaction system composed of two phases, an aqueous phase and an organic solution phase. Since the reactants and products play a role in stabilizing the reaction system, conventional emulsion polymerization using standardized polymerization methods such as McDiamide and emulsifiers, polymer stabilizers, low molecular stabilizers or other templates in principle. They are essentially distinguished from suspension polymerization or dispersion polymerization. According to the present invention, the two phases constituting the reaction system may be a discontinuous phase if the aqueous phase is a continuous phase, and the aqueous phase may be a discontinuous phase if the organic phase is a continuous phase, and both phases may be a continuous phase.

본 발명에 따른 반응계를 구성하는 상기 수용액 상은 반응 개시 시점에서는 물을 포함하는 친수성 용매, 상기 화학식 (Ⅰ)로 표시되는 아닐린 단위체, 수소산 및 유기용매를 포함한다. The aqueous phase constituting the reaction system according to the present invention includes a hydrophilic solvent containing water, an aniline unit represented by the formula (I), a hydrogen acid and an organic solvent at the time of the reaction.

상기 친수성 용매로는 물, 메틸알코올, 에틸알코올, 아세토니트릴, 2-메톡시에탄올 및 이들 혼합 용매가 사용될 수 있으나, 바람직하게는 물 단독으로 사용된다. As the hydrophilic solvent, water, methyl alcohol, ethyl alcohol, acetonitrile, 2-methoxyethanol and mixed solvents thereof may be used, but water is preferably used alone.

상기 수소산은 pKa 4 이하, 보다 바람직하게는 pKa 3.5 이하를 갖는 무기산 또는 유기산으로서, 보다 구체적으로는 염산, 황산, 질산, 인산과 같은 무기산 또는 메틸설폰산과 같은 알킬 설폰산, 도데실벤젠설폰산과 같은 아릴설폰산 또는 클로로설폰산, 트리플로로설폰산과 같은 할로겐화 알킬 설폰산 등의 유기산 또는 이들 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 바람직하게는 염산과 같은 무기산을 사용할 수 있다. The hydrogen acid is an inorganic or organic acid having pKa 4 or less, more preferably pKa 3.5 or less, and more specifically, inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid or alkyl sulfonic acids such as methylsulfonic acid, and dodecylbenzenesulfonic acid. Organic acids such as arylsulfonic acid or chlorosulfonic acid, halogenated alkyl sulfonic acids such as trifluorosulfonic acid, or mixtures thereof. Preferably, an inorganic acid such as hydrochloric acid can be used.

본 발명에 따른 반응계를 이루는 상기 유기용액 상은 바람직하게는 상기 수용액 상과 섞이지 않거나 소량 섞일 수 있는 유기용매를 포함한다. 본 발명과 같은 고분자의 합성에서 사용될 수 있는 유기용매를 선택하는 경우에는 고분자의 g 분자량, 밀도 등과 밀접한 관련이 있는 용해도 인자(solubility parameter)를 참고하게 되는데, 본 발명과 관련하여 상기 유기용액 상을 구성하는 유기용매로는 19 내지 29 범위의 용해도 인자를 갖는 유기용매를 사용할 수 있다. 유기용매의 성격에 따라 반응성, 수득률, 입자형태, 전도도등이 영향을 받으나 그 본질적인 차이는 거의 없다. The organic solution phase constituting the reaction system according to the present invention preferably comprises an organic solvent which is not mixed with the aqueous phase or may be mixed in small amounts. When selecting an organic solvent that can be used in the synthesis of a polymer, such as the present invention, reference is made to a solubility parameter which is closely related to the g molecular weight, density, etc. of the polymer. As the constituent organic solvent, an organic solvent having a solubility factor in the range of 19 to 29 may be used. Depending on the nature of the organic solvent, reactivity, yield, particle shape, conductivity, etc. are affected, but there are few essential differences.

본 발명에 따라 유기용액 상에 포함되는 유기용매는 치환되지 않았거나 또는 할로겐, 하이드록시기, 카르복시기, 케톤기, 또는 산소 등으로 치환된 탄화수소, 또는 통상의 중합 반응에 사용될 수 있는 유기용매를 포함한다. 상기 탄화수소는 예컨대 할로겐으로 치환된 탄화수소로서 알킬 할라이드, 할로겐으로 치환된 에테르, 또는 할로겐으로 치환된 방향족 탄화수소 일 수 있다. 하이드록시기로 치환된 탄화수소로는 탄소수 3 ~ 15의 알코올을 포함한다. The organic solvent contained on the organic solution according to the present invention includes an unsubstituted or substituted hydrocarbon with a halogen, a hydroxy group, a carboxyl group, a ketone group, oxygen, or the like, or an organic solvent that can be used in a conventional polymerization reaction. do. The hydrocarbon may be, for example, an alkyl halide as a halogen substituted hydrocarbon, an ether substituted with halogen, or an aromatic hydrocarbon substituted with halogen. Hydrocarbons substituted with hydroxy groups include alcohols having 3 to 15 carbon atoms.

이를 구체적으로 살펴보면, 본 발명에서 사용될 수 있는 할로겐으로 치환된 탄화수소로는 ⅰ) 디클로로메탄, 펜타클로로에탄, 1,1,2,2-테트라클로로에탄, 1,1,1,2-테트라클로로에탄, 트리클로로에탄, 에틸클로라이드, 1,2,3-트리클로로프로판, 디클로로프로판과 같은 알킬 할라이드, ⅱ) 비스(2-클로로에틸) 에테르, 디클로로에틸에테르와 같은 에테르, ⅲ) 1,2-디클로로벤젠과 같은 방향족 탄화수소를 포함한다. Specifically, the halogen-substituted hydrocarbons that can be used in the present invention include: i) dichloromethane, pentachloroethane, 1,1,2,2-tetrachloroethane, 1,1,1,2-tetrachloroethane Alkyl halides such as trichloroethane, ethyl chloride, 1,2,3-trichloropropane, dichloropropane, ii) bis (2-chloroethyl) ether, ethers such as dichloroethyl ether, i) 1,2-dichloro Aromatic hydrocarbons such as benzene.

한편, 본 발명에 따라 하이드록시기로 치환된 탄화수소의 예로서 제시되는 탄소수 3 ~ 15의 알코올에는 1-프로판올, 2-메틸-2-프로판올, 1,2-프로판디올, 1,3-프로판디올, 부탄올, 네오펜탄올, 2-에틸-1-부탄올, 3-메틸-1-부탄올, 2-메틸-2-부탄올, 3-메틸-2-부탄올, 1,5-펜탄디올, 아밀알코올, 2-펜탄올, 3-펜탄올, 2-메틸-1-펜탄올, 3-메틸-1-펜탄올, 2-메틸-2-펜탄올, 3-메틸-2-펜탄올, 4-메틸-2-펜탄올, 2-메틸-3-펜탄올, 3-메틸-3-펜탄올, 이소부탄올, 3-헵탄올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 1-옥탄올, 2-옥탄올, 트리에틸렌글리콜, 2-메톡시에탄올, 2-부톡시에탄올, 에틸헥산올, 사이클로헥산올, 데칸올, 도데칸올, 디에틸렌글리콜, 테트라에틸렌글리콜, 테트라하이드로푸르푸릴알코올을 포함한다. Meanwhile, alcohols having 3 to 15 carbon atoms as examples of hydrocarbons substituted with hydroxy groups according to the present invention include 1-propanol, 2-methyl-2-propanol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, Butanol, neopentanol, 2-ethyl-1-butanol, 3-methyl-1-butanol, 2-methyl-2-butanol, 3-methyl-2-butanol, 1,5-pentanediol, amyl alcohol, 2- Pentanol, 3-pentanol, 2-methyl-1-pentanol, 3-methyl-1-pentanol, 2-methyl-2-pentanol, 3-methyl-2-pentanol, 4-methyl-2- Pentanol, 2-methyl-3-pentanol, 3-methyl-3-pentanol, isobutanol, 3-heptanol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol , 1-octanol, 2-octanol, triethylene glycol, 2-methoxyethanol, 2-butoxyethanol, ethylhexanol, cyclohexanol, decanol, dodecanol, diethylene glycol, tetraethylene glycol, tetra Hydrofurfuryl alcohol.

한편, 본 발명에 따라 산소로 치환된 탄화수소의 예로는 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글 리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르를 포함한다. Meanwhile, examples of the hydrocarbon substituted with oxygen according to the present invention include ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, and diethylene. Glycol monobutyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, and ethylene glycol monobutyl ether.

또한, 본 발명에 따라 사용될 수 있는 케톤으로는 사이클로펜탄온, 사이클로헥산온, 디아세톤알코올, 부틸 메틸 케톤(butyl methyl ketone), 4-메틸-2-펜탄온(4-methyl-2-pentanone), 메틸 에틸 케톤(methyhl ethyl ketone), 4-하이드록시-4-메틸-2-펜탄온(4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone)을 포함한다. In addition, ketones that can be used according to the present invention include cyclopentanone, cyclohexanone, diacetone alcohol, butyl methyl ketone, 4-methyl-2-pentanone, and 4-methyl-2-pentanone. Methyl ethyl ketone, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone.

한편, 본 발명에 사용될 수 있는 유기용매로는 디에틸카보네이트(diethylcarbonate), 벤질 아세테이트(benzyl acetate), 디메틸 글루타레이트(dimethyl glutarate), 에틸아세토아세테이트(ehtylacetoacetate), 이소부틸 이소부타노에이트(isobutyl isobutanoate), 이소부틸 아세테이트(isobutyl acetate), 메타-크레졸(meta-cresol)을 포함한다. On the other hand, the organic solvent that can be used in the present invention is diethylcarbonate (diethylcarbonate), benzyl acetate (benzyl acetate), dimethyl glutarate (dimethyl glutarate), ethyl acetoacetate (ehtylacetoacetate), isobutyl isobutanoate (isobutyl isobutanoate, isobutyl acetate, and meta-cresol.

그 외, 폴리아닐린을 합성하는 데 사용되는 통상적인 유기용매로서, 톨루엔, 자일렌, 니트로벤젠과 같은 유기용매가 본 발명에서 또한 사용될 수 있다. In addition, as a conventional organic solvent used for synthesizing polyaniline, an organic solvent such as toluene, xylene, nitrobenzene can also be used in the present invention.

한편, 본 발명과 관련하여 수용액 상에 첨가되는 래디컬 개시제로는 암모늄과산화설페이트(ammonium peroxisulfate), 과산화수소, 이산화망간(manganese dioxide), 중크롬산칼륨(potassium dichromate), 요오드산칼륨(potassium iodate), 염화 제 2 철(ferric chloride), 과망간산칼륨(potassium permanganate), 브롬산칼륨(potassium bromate), 염소산칼륨(potassium chlorate) 또는 이들 혼합물로부터 선택될 수 있다. 바람직하게는 암모늄과산화설페이트이다. 이와 같이 래디컬 개시제로 사용되는 산화제 중 암모늄과산화설페이트를 이용하는 경우 한 분자당 2개의 전자가 관여하기 때문에 래디컬 개시제의 양은 단위체 1 몰에 대하여 0.1 ~ 2 몰당량, 바람직하게는 0.1 ~ 0.75 몰당량, 가장 바람직하게는 0.1 ~ 0.5 몰당량으로 사용된다. Meanwhile, as the radical initiator added to the aqueous solution in connection with the present invention, ammonium peroxisulfate, hydrogen peroxide, manganese dioxide, potassium dichromate, potassium iodate, and potassium chloride Ferric chloride, potassium permanganate, potassium bromate, potassium chlorate or mixtures thereof. Preferably ammonium persulfate. As such, when ammonium persulfate is used in the oxidizing agent used as the radical initiator, two electrons per molecule are involved, so the amount of the radical initiator is 0.1 to 2 molar equivalents, preferably 0.1 to 0.75 molar equivalents, most per mole of the monomer. Preferably it is used in 0.1-0.5 molar equivalent.

본 발명에 따른 중합 반응은 발열반응이기 때문에, 반응 중에 잘 저어주는 것이 바람직하고, 반응 온도는 -45 내지 -10 ℃까지 가능하다. 반응시간과 생성된 고분자의 분자량은 반응온도에 민감하게 대응하기 때문에 원하는 분자량, 생성된 화합물의 분자량 분포, 전기 전도도 수준에 따라 상기 온도 범위 중 적절한 온도를 선택하여 일정하게 유지하는 것이 바람직하다.  Since the polymerization reaction according to the present invention is exothermic, it is preferable to stir well during the reaction, and the reaction temperature can be from -45 to -10 ° C. Since the reaction time and the molecular weight of the produced polymer are sensitive to the reaction temperature, it is preferable to select a suitable temperature from the above temperature range and keep it constant according to the desired molecular weight, the molecular weight distribution of the produced compound, and the electrical conductivity level.

본 발명에 따라 상기 기술된 반응물을 반응기에 넣고 반응을 개시하고 중합 반응이 종료되면, 최종 생성물의 원하는 형태에 따라 다양한 방법으로 고분자를 분리할 수 있다. 예를 들어 합성된 HCPANI를 물 또는 메틸알코올 등으로 세척한 후 회수하면 다양한 형상의 전도성 에머랄딘 염(ES)을 얻을 수 있으며, 이를 다시 염기로 처리하면 유기용매에 잘 용해되는 에머랄딘 염기(EB) 형태로 얻어지므로 이를 도핑하여 재성형하거나 성형 후 재도핑하여 다양한 용도로 사용될 수 있다. 또한 수득된 EB를 산화-환원 반응을 통하여 류코에머랄딘, 퍼니그르아닐린 등의 형태로 용이하게 제조하는 것도 가능하다. Once the reactants described above according to the invention are placed in a reactor to initiate the reaction and the polymerization reaction is complete, the polymer can be separated in various ways depending on the desired form of the final product. For example, when the synthesized HCPANI is washed with water or methyl alcohol, and then recovered, conductive emeraldine salts (ES) having various shapes can be obtained, and when treated again with a base, an emeraldine base (EB) which is well dissolved in an organic solvent can be obtained. It is obtained in the form of) and can be used for various purposes by re-doping it by doping or re-doping after forming. It is also possible to easily prepare the obtained EB in the form of leucomeraldine, furniger aniline and the like through an oxidation-reduction reaction.

본 발명에 따른 전도성 고분자의 합성/ 제조 공정의 장점은 분자량 조절이 용이하다는 것이다. 본 발명에 따른 반응 조건을 달리하여 분자량 10,000에서 385,000을 갖는 고분자 물질이 얻어질 수 있으며, 바람직한 실시예에 따라 생성된 고분자 물질을 황산에 0.1 g/dl 농도로 녹인 후 약 30 ℃에서 측정한 고분자의 고유점도 값은 0.1 내지 2.9 이었다. 특히, 본 발명에 따라 합성된 고분자 물질은 종래의 방법에 따라 합성된 폴리아닐린과 비교하여 구조적으로 큰 차이를 가질 뿐 아니라 도핑하였을 때의 전기 전도도 값도 큰 차이를 보이고 있다. An advantage of the synthesis / manufacturing process of the conductive polymer according to the present invention is that molecular weight control is easy. By varying the reaction conditions according to the present invention, a polymer material having a molecular weight of 10,000 to 385,000 can be obtained. The polymer material produced according to a preferred embodiment is dissolved in sulfuric acid at a concentration of 0.1 g / dl and measured at about 30 ° C. The intrinsic viscosity value of was 0.1-2.9. In particular, the polymer material synthesized according to the present invention not only has a large structural difference compared to the polyaniline synthesized according to the conventional method, but also shows a large difference in electric conductivity values when doped.

이하, 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 에머랄딘 형태의 폴리아닐린의 이론적인 반복 단위를 도시한 화학식으로, 본 발명에 따라 합성된 폴리아닐린의 분자 구조를 설명하기 위하여 탄소에 번호를 부여한 것이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 합성된 폴리아닐린의 13C CPMAS NMR 분석에 따른 스펙트럼을 도시한 그래프이다. 1 is a formula showing the theoretical repeating unit of the polyaniline in the emeraldine form, the numbering of carbon to explain the molecular structure of the polyaniline synthesized according to the present invention, Figure 2 is a preferred embodiment of the present invention It is a graph showing the spectrum according to 13 C CPMAS NMR analysis of the polyaniline synthesized according to.

도 2에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 합성된 HCPANI는 13C CPMAS NMR 스펙트럼에서 화학적 이동 약 140 ppm 주변에서 명확히 구분되는 2개의 피크, 즉 화학적 이동 약 138 ppm에서의 피크(I138)와 화학적 이동 약 143 ppm에서의 피크(I143)를 가지고 있다. As shown in FIG. 2, HCPANI synthesized according to one embodiment of the present invention has two peaks clearly distinguished around about 140 ppm of chemical shift in the 13 C CPMAS NMR spectrum, that is, a peak at about 138 ppm of chemical shift ( I 138 ) and chemical shift peak (I 143 ) at about 143 ppm.

Raghunathan 등에 따르면 폴리아닐린의 13C CPMAS NMR 스펙트럼에서 화학적 이동 약 140 ppm 주변에서 형성되는 피크는 도 1에 도시된 폴리아닐린의 반복 단위 중 퀴노이드 고리의 산소에 연결된 프로톤화된 탄소에 기인한다. (Raghunathat et al., Synth. Met. 81, 39~47, 1996; Yasuda et al., Synth. Met. 61, 239~245, 1993).According to Raghunathan et al, the peaks formed around about 140 ppm of chemical shifts in the 13 C CPMAS NMR spectrum of polyaniline are due to protonated carbon linked to the oxygen of the quinoid ring in the repeating units of polyaniline shown in FIG. (Raghunathat et al., Synth.Met. 81, 39-47, 1996; Yasuda et al., Synth.Met. 61, 239-245, 1993).

특히, SSDP 공정을 통하여 합성된 본 발명의 HCPANI는 13C CPMAS NMR 스펙트럼에서 화학적 이동 약 138 ppm에서의 피크 강도가 화학적 이동 약 143 ppm에서의 피크 강도보다 크다는 점이 또한 확인되었다. 이와 같은 140 ppm 주변에서의 피크 강도 사이의 관계는 본 발명에 따라 합성된 HCPANI의 특징 중의 하나이다. In particular, it was also confirmed that the HCPANI of the present invention synthesized through the SSDP process has a peak intensity at about 138 ppm of chemical shift in the 13 C CPMAS NMR spectrum greater than a peak intensity at about 143 ppm of chemical shift. This relationship between peak intensities around 140 ppm is one of the features of HCPANI synthesized according to the present invention.

도 1에 도시된 에머랄딘 형태의 폴리아닐린의 반복 단위 중 퀴노이드 고리(퀴논디이민 반복 단위)는 이민 결합으로 연결되어 있어 회전이 불가능하며, 직선상태가 아닌 구부러진 형태의 "-N=" 결합을 가지고 있다. 따라서 이상적인 폴리아닐린 구조에 있어서는 도 1의 반복 단위 중 퀴노이드 고리 상의 4개의 탄소 원자(C4)가 균등성을 상실하게 된다. 본 발명에서 합성된 EB 형태의 HCPANI에서도 이와 같은 이론적인 구조에서 유래될 수 있는 피크 형태 및 피크 강도를 보이고 있음을 확인하였으며, 따라서 본 발명에서 합성된 HCPANI는 이론적인 구조에 거의 근접한 것으로 추론할 수 있다. In the repeating unit of the polyaniline of the emeraldine type shown in Figure 1, the quinoid ring (quinonediimine repeating unit) is connected to the imine bond and can not be rotated, and the "-N =" bond of the curved form is not straight. Have. Therefore, in an ideal polyaniline structure, four carbon atoms (C4) on the quinoid ring in the repeating unit of FIG. 1 lose the uniformity. It was confirmed that the EB-formed HCPANI synthesized in the present invention shows the peak form and peak intensity that can be derived from the theoretical structure. Therefore, the HCPANI synthesized in the present invention can be inferred to be close to the theoretical structure. have.

Wei 등은 EB 형태의 폴리아닐린의 퀴노이드 고리 상으로 아닐린 단량체가 Michael 첨가 반응에 의하여 연결되어 하기와 같은 구조가 형성될 수 있음을 보고 한 바 있다. 그런데, 본 발명에서 합성된 HCPANI가 13C CPMAS NMR 스펙트럼에서 화학적 이동 140 ppm 주변에서 보이는 피크 형태는 이런 첨가 반응이 거의 없이 직선성을 유지하고 있는 것으로 해석된다.Wei et al. Have reported that the aniline monomer is linked to the quinoid ring of the polyaniline of the EB form by the Michael addition reaction to form a structure as follows. However, the peak shape of HCPANI synthesized in the present invention around 140 ppm of chemical shift in 13 C CPMAS NMR spectrum is interpreted to maintain linearity with little addition reaction.

Figure 112005020355734-pat00003
Figure 112005020355734-pat00003

한편, 본 발명의 SSDP 공정에 의하여 합성된 HCPANI는 13C CPMAS NMR 스펙트럼에서 화학적 이동 약 123 ppm 과 화학적 이동 약 158 ppm에서 단일 피크(single peak)를 가지고 있음이 확인되었다. Meanwhile, it was confirmed that HCPANI synthesized by the SSDP process of the present invention had a single peak at about 123 ppm of chemical shift and about 158 ppm of chemical shift in 13 C CPMAS NMR spectrum.

13C CPMAS NMR 분석에 따라 화학적 이동 123 ppm 주변에 형성된 단일 피크는 도 1의 EB 형태의 폴리아닐린 반복 단위 중 내부회전이 어느 정도 가능한 벤제노이드 고리(페닐렌디아민 반복 구조)의 탄소 원자 C1과 C2에 상응한다. 즉, 본 발명에 따라 합성된 HCPANI는 반복 단위 중 벤제노이드 고리 내에서 균등한 탄소 원자를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. A single peak formed around 123 ppm of the chemical shift according to 13 C CPMAS NMR analysis is formed on the carbon atoms C1 and C2 of the benzenoid ring (phenylenediamine repeat structure), which may have some internal rotation, among the polyaniline repeat units of the EB form of FIG. Corresponds. That is, it was confirmed that HCPANI synthesized according to the present invention has an equivalent carbon atom in the benzenoid ring in the repeating unit.

한편, 폴리아닐린의 13C CPMAS NMR 스펙트럼에 있어 화학적 이동 약 158 ppm 부근에서 형성되는 피크는 도 1에 도시된 EB 형태의 폴리아닐린의 반복 단위 중 퀴 노이드 고리의 탄소 C8에서 유래하는 것이다. 그런데, 본 발명에 따라 합성된 HCPANI가 13C CPMAS NMR 스펙트럼에서 화학적 이동 158 ppm에서 단일 피크를 갖는 것으로 보아 본 발명의 HCPANI는 퀴노이드 고리 역시 균등성이 있음을 알 수 있다. On the other hand, in the 13 C CPMAS NMR spectrum of the polyaniline, the peak formed at about 158 ppm of chemical shift is derived from the carbon C8 of the quinoid ring in the repeating unit of the polyaniline of the EB form shown in FIG. However, since HCPANI synthesized according to the present invention has a single peak at 158 ppm of chemical shift in 13 C CPMAS NMR spectrum, it can be seen that the HCPANI of the present invention is also uniform in the quinoid ring.

결국, 본 발명에 따라 합성된 HCPANI는 EB 형태의 폴리아닐린의 반복 단위 중 퀴노이드 고리와 벤제노이드 고리에 각각 연결된 탄소에 거의 결합이 없는 것으로서, 아닐린 단량체는 para-coupling으로만 연결되어 직선성이 향상됨에 따라 종래에 비하여 훨씬 높은 전도도 및 용해성을 갖는 것으로 확인되었다. As a result, HCPANI synthesized according to the present invention has almost no bonds to the carbons connected to the quinoid ring and the benzenoid ring in the repeating unit of the polyaniline of the EB form, and thus the aniline monomer is connected only by para-coupling to improve linearity. According to the present invention, it was found to have much higher conductivity and solubility than the conventional one.

본 발명에 따라 합성된 EB 형태의 HCPANI를 대상으로 용액 상태 용액 상태 13C NMR 분석을 통해서도 본 발명의 SSDP 공정에 따라 합성된 HCPANI의 화학적 미세구조의 개선점이 보다 확인되었다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 합성된 HCPANI를 t-BOC로 치환한 상태에서 용액 상태 13C NMR 분석을 하여 얻은 스펙트럼 결과를 도시한 것이다. 도시된 것과 같이, 본 발명에 따라 합성된 HCPANI는 용액 상태 13C NMR 분석에서 주변 피크를 거의 보이지 않았다. 둘째, 본 발명에 따라 합성된 HCPANI는 용액 상태 13C CPMAS NMR 스펙트럼 중의 화학적 이동 약 139.5 ppm에서 약 160 ppm 사이에 공명을 일으키는 4가 (quatenary) C13의 주요피크는 4개에 불과하였다. Improvement of the chemical microstructure of HCPANI synthesized according to the SSDP process of the present invention was further confirmed through solution state 13 C NMR analysis of the EB-type HCPANI synthesized according to the present invention. Figure 3 shows the spectral results obtained by solution 13 C NMR analysis in the state substituted HCPANI synthesized according to an embodiment of the present invention with t-BOC. As shown, HCPANI synthesized according to the present invention showed little ambient peak in solution state 13 C NMR analysis. Second, the HCPANI synthesized according to the present invention had only four main peaks of quaternary C 13 which caused resonance between about 139.5 ppm and about 160 ppm of chemical shift in solution 13 C CPMAS NMR spectrum.

일반적으로 용액 상태 13C NMR 스펙트럼에 있어 화학적 이동 139.5 ppm 내지 약 160 ppm 사이에 보이는 피크들은 파라(para) 위치로 연결되어 있는 폴리아닐린으로부터 유래하는 것으로 알려져 있다. 상기한 것과 같이, 본 발명에 따라 합성된 HCPANI가 이 범위에서 확연히 구분되는 4개의 주요 피크를 가지고 있다는 사실은 종래 방법에 의하여 합성된 PANI와 비교하여 본 발명에 따라 합성된 HCPANI가 거의 파라 위치로 연결되어 있으며, 이에 따라 직선성(linearity)이 크게 향상된 것임을 알 수 있다. In general, peaks visible between 139.5 ppm and about 160 ppm of chemical shifts in solution state 13 C NMR spectra are known to originate from polyaniline linked to para positions. As mentioned above, the fact that the HCPANI synthesized according to the present invention has four main peaks clearly distinguished in this range is that the HCPANI synthesized according to the present invention is almost in the para position compared to the PANI synthesized by the conventional method. As a result, the linearity is greatly improved.

또한, 본 발명에 따라 합성된 HCPANI는 용액 상태 13C NMR 스펙트럼에 있어 화학적 이동 110 ppm 이하와, 화학적 이동 130 ppm 내지 135 ppm 사이에 공명을 일으키는 C13의 피크를 보이지 않고 있다. 폴리아닐린의 용액 상태 13C NMR 스펙트럼 중의 화학적 이동 110 ppm 이하, 또는 화학적 이동 130 ppm 내지 135 ppm 사이의 피크들은 메타(meta) 위치에서 연결되거나 또는 다른 곁가지가 형성된 폴리아닐린과 연관되어 있는 것으로 알려져 있다. 본 발명의 HCPANI는 곁가지가 거의 없는 고분자임을 확인할 수 있었다. In addition, HCPANI synthesized according to the present invention does not show a peak of C 13 which causes resonance between the chemical shift of 110 ppm or less and the chemical shift of 130 ppm to 135 ppm in the solution state 13 C NMR spectrum. It is known that peaks between 110 ppm and 135 ppm of chemical shifts in the solution state 13 C NMR spectrum of polyaniline, or between 130 ppm and 135 ppm of chemical shifts, are associated with polyaniline linked or other branched at the meta position. HCPANI of the present invention was confirmed that the polymer has almost no side branches.

한편, 본 발명에 따라 합성된 HCPANI는 용액 상태 13C NMR 스펙트럼 중 폴리아닐린의 가지가 달리는 부반응과 밀접한 연관이 있는 것으로 알려져 있는 화학적 이동 약 149 ppm과 152 ppm 부근에서 피크가 거의 나타나지 않았다. On the other hand, HCPANI synthesized according to the present invention showed little peaks at about 149 ppm and 152 ppm of chemical shifts, which are known to be closely related to polyaniline branching side reactions in solution 13 C NMR spectrum.

특히, 본 발명에 따라 합성된 HCPANI는 용액 상태 13C NMR 스펙트럼 중 화학적 이동 약 117 ppm 내지 약 139 ppm 사이에서 10 개 이하를 가지고 있는 것으로 측정되었다. 폴리아닐린에 대한 용액 상태 13C NMR 스펙트럼에 있어서 화학적 이동 약 117 ppm 내지 약 139 ppm 사이의 피크들은 상기 화학식 1의 반복단위 중 벤제노이드 고리(benzenoid ring)와 퀴노이드(quinoid ring) 중에서 수소가 직접 결합하고 있는 C3에 상응한다. 그런데, 이 범위 내에서 관측된 피크수가 적다는 것은 그만큼 본 발명에 따라 합성된 폴리아닐린은 균등성이 크게 개선된 것임을 의미하는 것이다. In particular, HCPANI synthesized according to the present invention was determined to have up to 10 chemical shifts between about 117 ppm and about 139 ppm in solution 13 C NMR spectrum. Peaks between about 117 ppm and about 139 ppm of chemical shifts in solution state 13 C NMR spectra for polyaniline are directly bonded to hydrogen in the benzenoid ring and quinoid ring of the repeating unit Corresponds to C3. However, the smallest number of peaks observed within this range means that the polyaniline synthesized according to the present invention is greatly improved in uniformity.

아울러, 본 발명에 따라 합성된 HCPANI는 용액 상태 13C NMR 스펙트럼에 있어서 화학적 이동 123 ppm 내지 124 ppm 범위의 피크 세기가 상대적으로 작다. 즉, 본 발명에 따라 합성된 HCPANI의 경우 화학적 이동 123 ppm 내지 124 ppm 사이에 형성된 피크는 화학적 125 ppm 부근에서 형성된 피크와 비교하여 그 강도가 크게 떨어져서 약 1/5 이하의 강도를 갖는 것으로 확인되었다. In addition, the HCPANI synthesized according to the present invention has a relatively small peak intensity in the range of 123 ppm to 124 ppm of chemical shift in solution 13 C NMR spectrum. That is, in the case of HCPANI synthesized according to the present invention, the peak formed between 123 ppm and 124 ppm of the chemical shift was found to have an intensity of about 1/5 or less due to its strong drop compared to the peak formed near 125 ppm of the chemical shift. .

또한, 본 발명에 따라 합성된 HCPANI는 용액 상태 13C NMR 스펙트럼에서 화학적 이동 약 136 ppm 과 138 ppm 사이에 존재하는 2개의 피크가 존재하는데, 이들 피크 각각의 중심에서 1 ppm 거리 이내에 존재하는 주변 피크들이 거의 없는데 비하여, 종래의 PANI는 그 범위 내에 많은 피크들이 존재함을 알 수 있다. In addition, HCPANI synthesized according to the present invention has two peaks present between about 136 ppm and 138 ppm of chemical shifts in the solution state 13 C NMR spectrum, with a surrounding peak present within 1 ppm distance from the center of each of these peaks. In contrast to few, conventional PANI can see that there are many peaks in the range.

결국, 본 발명에 따라 합성된 HCPANI는 종래 PANI와 비교하여 아닐린 단위체의 연결이 주로 파라 위치에서 이루어지고, 부반응이나 곁가지 반응이 거의 일어나지 않음을 알 수 있었다. As a result, the HCPANI synthesized according to the present invention was compared with the conventional PANI was mainly found in the connection of the aniline monomers in the para position, it was found that the side reactions or side-branch reaction hardly occurs.

한편, 본 발명의 상기와 같은 화학적 미세 구조의 차이점 외에도 본 발명에 따라 합성된 HCPANI는 그 물리적 구조에 있어서도 독특한 특징을 가지고 있음이 확인되었다. 본 발명에서는 수용액상과 유기용액상으로 구성되지만, 자체적으로 안정화되는 반응계에서 중합 반응이 수행되기 때문에 이를 통하여 합성된 고분자의 형상도 독특하다는 사실을 확인하였다.On the other hand, in addition to the difference in the chemical microstructure of the present invention, it was confirmed that the HCPANI synthesized according to the present invention has unique characteristics in its physical structure. In the present invention, it was confirmed that the polymer is composed of an aqueous solution phase and an organic solution phase, but because the polymerization reaction is performed in a reaction system that stabilizes itself, the shape of the synthesized polymer is unique.

도 4 내지 도 6은 각각 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 합성된 폴리아닐린 입자의 주사전자현미경(SEM) 사진으로서, 각각 나노 입자, 나노 튜브, 나노 막대 형상의 입자 형태를 보여주고 있다. 도시된 것과 같이 본 발명에 따라 합성된 HCPANI 입자의 단면은 대략 길이가 10 ㎚ ~ 50 ㎛이고, 특히 통 모양 입자의 경우에 그 길은 더욱 길고 다양하지만, 모두 foam 형태 또는 벌집(honey comb) 형태처럼 내부에 기공이 형성되어 있는 기둥 또는 막대 형상을 가지고 있다. 4 to 6 are scanning electron microscope (SEM) images of the polyaniline particles synthesized according to the preferred embodiment of the present invention, respectively, showing nanoparticles, nanotubes, and nanorod-shaped particle shapes. As shown, the cross-section of the HCPANI particles synthesized according to the present invention is approximately 10 nm to 50 μm in length, especially in the case of tubular particles, the length of which is longer and more varied, all in the form of foam or honey comb. It has a pillar or rod shape with pores formed inside.

이를 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따라 합성된 HCPANI의 경우 대략 20 ~ 80 20 ~ 80 ㎚ 크기의 구형(globular) 나노 입자들이 모여서 일종의 네트워크 구조를 하고 있거나(도 4), 중공된 나노 크기의 막대들이 튜브 형태를 가지고 있거나(도 5), 또는 나노 섬유와 같은 형태를 보이고 있다(도 6). Specifically, in the case of HCPANI synthesized according to an embodiment of the present invention, globular nanoparticles having a size of about 20 to 80 to 20 to 80 nm are gathered to form a network structure (FIG. 4), or hollow nanoparticles. The rods of size have the shape of a tube (FIG. 5), or are shaped like nanofibers (FIG. 6).

이와 같은 구조로 인하여 본 발명에 따라 합성된 HCPANI의 표면적은 크게 증가하기 때문에 유기용매에 대한 용해도가 크게 증가할 수 있는 것으로 해석된다. 이와 관련하여 본 발명의 일 실시예에 따라 합성된 전도성 EB 형태의 HCPANI의 수평균분자량이 15,000인 경우에 실온에서 용해도 10 중량%/NMP 정도로서, 종래 보고된 EB 형태의 폴리아닐린의 용해도 5 중량%/NMP에 비하여 2배가량 높으며, 특히 수평균분자량이 15,000-80,000 (고유점도: 1.7 - 2.7 dl/g)일 경우에는 용해도 3 중량%/NMP 이상으로 종래 폴리아닐린의 용해도가 2 중량% 이하인 것과 큰 대조를 보이고 있다. Due to such a structure, the surface area of HCPANI synthesized according to the present invention is greatly increased, so that the solubility in organic solvents can be greatly increased. In this regard, when the number average molecular weight of HCPANI in the form of conductive EB synthesized according to one embodiment of the present invention is 15,000, the solubility is about 10% by weight / NMP at room temperature, and the solubility of polyaniline in the form of EB is 5% by weight / It is about twice as high as NMP, and especially when the number average molecular weight is 15,000-80,000 (intrinsic viscosity: 1.7-2.7 dl / g), the solubility of 3 wt% / NMP or more is higher than that of conventional polyaniline of 2 wt% or less. Is showing.

한편, 본 발명의 SSDP 공정을 통하여 합성된 HCPANI는 그 분자량 분포에 있어서도 종래에 비하여 크게 개선되었음을 확인하였다. 도 7은 본 발명에 따라 합성된 폴리아닐린 입자 크기 분포를 나타낸 그래프로서, 본 발명에 의하여 합성된 HCPANI의 분자량이 중앙에 밀집되어 있음을 알 수 있었다. On the other hand, HCPANI synthesized through the SSDP process of the present invention was confirmed that the molecular weight distribution is significantly improved compared to the conventional. Figure 7 is a graph showing the polyaniline particle size distribution synthesized according to the present invention, it can be seen that the molecular weight of HCPANI synthesized by the present invention is concentrated in the center.

또한, 본 발명에 따라 합성된 고분자의 분자량과 전기 전도도는 밀접한 상관관계가 있는 것으로 확인되었다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 합성된 PANi의 수평균분자량이 10,000-12,000 범위인 경우에는 그 전도도는 100-300 S/cm 정도인 반면에, 수평균분자량이 13,000-89,000으로 증가하면 전도도는 300-1300 S/cm로 증가하는 경향을 보였다. In addition, it was confirmed that the molecular weight and the electrical conductivity of the polymer synthesized according to the present invention has a close correlation. When the number average molecular weight of PANi synthesized according to the preferred embodiment of the present invention is in the range of 10,000-12,000, the conductivity is about 100-300 S / cm, while the conductivity is 300 when the number average molecular weight is increased to 13,000-89,000. It tends to increase to -1300 S / cm.

이와 같이 본 발명에 따라 합성된 HCPANI의 개선된 화학적 미세 구조, 물리적 구조, 분산도 등은 본 발명의 자체분산 중합법에 의하여 합성된 물질이 반응 초기부터 반응 종료시까지 안정된 입자 형태로 분산되는 분산계를 형성하기 때문인 것으로 해석된다. As described above, the improved chemical microstructure, physical structure, dispersion degree, etc. of HCPANI synthesized according to the present invention is a dispersion system in which the material synthesized by the self-dispersion polymerization method of the present invention is dispersed in a stable particle form from the initial reaction to the end of the reaction. It is interpreted that it is because it forms.

이하, 예증적인 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 결코 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail through illustrative examples. However, the following examples are only for describing the present invention in detail, and the present invention is not limited thereto.

실시예 Example

<전기전도도 측정><Electric conductivity measurement>

전기 전도도는 통상의 사선탐침법(four line probe method)으로 상온에서 상대습도 50% 조건에서 측정하였다. 금선(gold wire) 전극의 접촉시 부식방지를 위하여 카본 페이스트(carbon paste)를 사용하고, 일반적으로 두께 0.1 ~ 100 가량의 필름형 시편(두께 t, 폭 w)으로부터 전류(i), 전압(v), 2개의 바깥 전극과 2개의 안쪽 전극간의 거리(l)를 측정하였으며, 이에 대한 전도도는 키슬리(Keithley) 전도도 측정장치를 이용하여 측정하였다. 전도도는 하기식을 이용하여 계산하였으며, 전도도의 단위는 Siemen/cm 또는 S/cm로 하였다.Electrical conductivity was measured at a relative humidity of 50% at room temperature by a conventional four line probe method. Carbon paste is used to prevent corrosion at the contact of gold wire electrode, and current ( i ), voltage (from the thickness t , width w ) are generally 0.1 ~ 100 thick. v ), the distance ( l ) between two outer electrodes and two inner electrodes was measured, and the conductivity thereof was measured using a Keithley conductivity measuring device. The conductivity was calculated using the following equation, and the unit of conductivity was Siemen / cm or S / cm.

전기 전도도 = (l·i) / (w·t·v)Electrical conductivity = ( l · i ) / ( w · t · v )

시편의 전도도 균일성 여부를 확인하기 위하여, 표준 4 프로브(standard four point probe)인 반데르포우(Van der Pauw) 방법으로 측정하였으며 결과적으로 5% 이내에서 일치하였다. In order to confirm the uniformity of the conductivity of the specimen, it was measured by Van der Pauw method, which is a standard four point probe, and the result was consistent within 5%.

<입자 크기측정><Particle size measurement>

입도 분석 기기는 Mastersizer Micro를 이용하였다. 반응 중간에 시료를 일부 채취하여 빛 산란법으로 입도분포를 측정하였다. Particle size analyzer Mastersizer Micro was used. Some samples were taken in the middle of the reaction and particle size distribution was measured by light scattering.

<SEM 입자 형상 측정><SEM particle shape measurement>

SEM(scanning electron microscope)은 Model XL-30, Philips Co.를 이용하여 입자 형상을 관찰 하였다. 이미지 관찰이 매우 제한된 영역만을 대상으로 하기 때문에 대표성 있는 형상을 얻을 수 있도록 많은 수의 사진을 관찰하였다.SEM (Scanning Electron Microscope) was used to observe the particle shape using Model XL-30, Philips Co. Since the image observation covers only a very limited area, a large number of photographs were observed to obtain representative shapes.

<NMR 분석><NMR analysis>

13C CPMAS 핵자기공명 스펙트럼은 100.6 MHz, spinning rate 7 KHz에서 Bruker NMR 기기로부터 얻었으며, tetramethyl silane (TMS)를 표준으로 사용하였다. 용액 상태 13C NMR 스펙트럼은 JEOL Lambda 400 기기를 이용하여 시료를 CDCl3에 녹인 후 통상적인 방법으로 얻었다. 13 C CPMAS nuclear magnetic resonance spectra were obtained from Bruker NMR instrument at 100.6 MHz, spinning rate 7 KHz, and tetramethyl silane (TMS) was used as standard. Solution state 13 C NMR spectra were obtained in a conventional manner after dissolving the sample in CDCl 3 using a JEOL Lambda 400 instrument.

실시예 1Example 1

본 실시예에서는 자체분산 중합법에 따라 에머랄딘 염 형태의 HCPANI를 합성하였다. 우선, 증류 정제한 아닐린 100 mL을 1 M HCl 용액 6L에 천천히 적가한 후 에틸렌글리콜디메틸에테르 4L를 위 용액에 혼합하였다. 상기 혼합 용액의 온도를 - 10 ℃로 고정하고, 암모늄과산화설페이트 ((NH4)2S2O8) 56 g 이 1M HCl 용액 2L에 용해되어 있는 용액을 상기 혼합 용액에 40분 동안 서서히 잘 저어주면서 적가하였다. 교반 속도 100 rpm/min으로 4시간 유지한 후 반응이 완료되고 얻어진 침전물을 여과지에 거른 후 염 형태의 폴리아닐린을 회수하고, 그 일부를 1M 수산화암모늄(NH4OH) 1L 용액으로 세척하였다. 침전물을 0.1M 수산화암모늄 5L 용액에 옮기고 20시간 동안 교반 후 여과한 뒤, 진공펌프로 48 시간 건조하여 PANi 에머랄딘 염기 (EB) 1.7 g를 수득하였다. In this example, HCPANI in the form of an emeraldine salt was synthesized according to a self-dispersion polymerization method. First, 100 mL of distilled and purified aniline was slowly added dropwise to 6 L of 1 M HCl solution, and then 4 L of ethylene glycol dimethyl ether was mixed into the above solution. The temperature of the mixed solution was fixed at −10 ° C., and 56 g of ammonium peroxide sulfate ((NH 4 ) 2 S 2 O 8 ) dissolved in 2 L of 1M HCl solution was slowly stirred well for 40 minutes in the mixed solution. I added dropwise. After maintaining the stirring speed at 100 rpm / min for 4 hours, the reaction was completed and the obtained precipitate was filtered through a filter paper, and polyaniline in the form of a salt was recovered, and a part thereof was washed with 1 L of 1M ammonium hydroxide (NH 4 OH) solution. The precipitate was transferred to a 0.1 L ammonium hydroxide 5L solution, stirred for 20 hours, filtered and dried for 48 hours in a vacuum pump to obtain 1.7 g of PANi emeraldine base (EB).

합성된 고분자는 적외선 분광기에 의해 진동흡수 밴드가 전형적인 퀴노이드 작용기인 1590 cm-1, 벤제노이드 작용기인 1495 cm-1, C-H 방향족 신축 진동의 결과인 3010 cm-1에서 나타나고, 용액상태의 핵자기 공명 분석기에 의한 13C-NMR 스펙트럼 분석에 방향족 탄소의 화학적 이동이 각각 118, 137 ppm 및 141 ppm에서 특징적인 피크가 나타남으로써 폴리아닐린의 의 합성이 확인되었다.Synthesized polymers showed infrared absorption spectra at 1590 cm -1 , a typical quinoid functional group, 1495 cm -1 , a benzenoid functional group, and 3010 cm -1 , a result of CH aromatic stretching vibration. Synthesis of polyaniline was confirmed by 13 C-NMR spectral analysis by resonance analyzer showing characteristic peaks at 118, 137 ppm and 141 ppm, respectively.

실시예 2Example 2

본 실시예에서는 HCPANI의 중합 과정에서 반응 온도를 -25 ℃로 고정한 것을 제외하고는 상기 실시예 1의 절차를 반복하였다. 반응시간은 6-8 시간이었으며, 에머랄딘 염기 형태의 HCPANI를 수득하였다. 합성된 화합물에 대해 각각 자외선 분광기 및 핵자기 공명 분석을 통하여 에머랄딘 염기 형태의 폴리아닐린의 합성을 확인하였다.In this example, the procedure of Example 1 was repeated except that the reaction temperature was fixed at −25 ° C. during the polymerization of HCPANI. The reaction time was 6-8 hours to obtain HCPANI in the form of an emeraldine base. Synthesis of polyaniline in the form of an emeraldine base was confirmed through ultraviolet spectroscopy and nuclear magnetic resonance analysis for the synthesized compounds, respectively.

실시예 3Example 3

본 실시예에서는 HCPANI의 중합 과정에서 교반 속도를 350 rpm/min으로 고정한 것을 제외하고는 상기 실시예 2의 절차를 반복하였다. 반응시간은 6-8 시간이었으며, 에머랄딘 염기 형태의 HCPANI를 수득하였다. 합성된 화합물에 대해 각각 자외선 분광기 및 핵자기 공명 분석을 통하여 에머랄딘 염기 형태의 폴리아닐린의 합성을 확인하였다.In this example, the procedure of Example 2 was repeated except that the stirring speed was fixed at 350 rpm / min in the polymerization of HCPANI. The reaction time was 6-8 hours to obtain HCPANI in the form of an emeraldine base. Synthesis of polyaniline in the form of an emeraldine base was confirmed through ultraviolet spectroscopy and nuclear magnetic resonance analysis for the synthesized compounds, respectively.

실시예 4Example 4

본 실시예에서는 HCPANI의 중합 과정에서 유기 용매로 비스(2-클로로에틸)에테르를 이용한 것 외에는 상기 실시예 2의 절차를 반복하였다. 반응시간은 6-8 시간이었으며, 에머랄딘 염기 형태의 HCPANI를 수득하였다. 합성된 화합물에 대해 각각 자외선 분광기 및 핵자기 공명 분석을 통하여 에머랄딘 염기 형태의 폴리아닐린의 합성을 확인하였다.In this example, the procedure of Example 2 was repeated except that bis (2-chloroethyl) ether was used as the organic solvent in the polymerization of HCPANI. The reaction time was 6-8 hours to obtain HCPANI in the form of an emeraldine base. Synthesis of polyaniline in the form of an emeraldine base was confirmed through ultraviolet spectroscopy and nuclear magnetic resonance analysis for the synthesized compounds, respectively.

실시예 5Example 5

본 실시예에서는 HCPANI의 중합 과정에서 유기 용매로 클로로포름과 4-메틸-2-펜탄온을 부피비 1;1로 혼합한 유기 용매를 이용한 것 외에는 상기 실시예 2의 절차를 반복하였다. 반응시간은 6-10 시간이었으며, 에머랄딘 염기 형태의 HCPANI를 수득하였다. 합성된 화합물에 대해 각각 자외선 분광기 및 핵자기 공명 분석을 통하여 에머랄딘 염기 형태의 폴리아닐린의 합성을 확인하였다.In the present Example, the procedure of Example 2 was repeated except that an organic solvent in which chloroform and 4-methyl-2-pentanone were mixed at a volume ratio of 1: 1 was used as the organic solvent in the polymerization of HCPANI. The reaction time was 6-10 hours to obtain HCPANI in the form of emeraldine base. Synthesis of polyaniline in the form of an emeraldine base was confirmed through ultraviolet spectroscopy and nuclear magnetic resonance analysis for the synthesized compounds, respectively.

실시예 6Example 6

본 실시예에서는 혼합 유기용매와 염산 수용액의 부피를 기준으로 2:1로 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 3의 절차를 반복하였다. 반응시간은 4 ~ 6 시간이었으며, 에머랄딘 염기 형태의 HCPANI를 수득하였다. 합성된 화합물에 대해 각각 자외선 분광기 및 핵자기 공명 분석을 통하여 에머랄딘 염기 형태의 폴리아닐린의 합성을 확인하였다.In this example, the procedure of Example 3 was repeated except that 2: 1 was used based on the volume of the mixed organic solvent and the hydrochloric acid aqueous solution. The reaction time was 4 to 6 hours to obtain HCPANI in the form of an emeraldine base. Synthesis of polyaniline in the form of an emeraldine base was confirmed through ultraviolet spectroscopy and nuclear magnetic resonance analysis for the synthesized compounds, respectively.

실시예 7: 합성된 HCPANI의 고유점도 측정Example 7: Intrinsic viscosity measurement of synthesized HCPANI

본 실시예에서는 상기 실시예 1 내지 실시예 6을 통하여 합성된 에머랄딘 염기 형태의 HCPANI딘 염기 EB을 각각 0.1 g/dl 농도로 진한 황산에 용해시킨 후 30 ℃에서 고유점도(intrinsic viscosity)를 측정하였다. 각각의 고분자 물질에 대한 고유점도는 하기 표 1에 표시되어 있다. In this embodiment, the HCPANIdine base EB in the form of the emeraldine base synthesized through Examples 1 to 6 was dissolved in concentrated sulfuric acid at a concentration of 0.1 g / dl, respectively, and then measured intrinsic viscosity at 30 ° C. It was. Intrinsic viscosity for each polymer material is shown in Table 1 below.

실시예 8 : 합성된 HCPANI 고체 분말의 분광학적 특성 측정Example 8 Measurement of Spectroscopic Properties of Synthesized HCPANI Solid Powders

상기 실시예 1에서 합성된 EB 형태의 HCPANI 고체 분말을 대상으로 13C CPMAS NMR 분석을 행하였다. 본 실시예에서 13C CPMAS 핵자기공명 스펙트럼은 100.6 MHz, spinning rate 7 KHz에서 Bruker NMR 기기로부터 얻었으며, tetramethyl saline (TMS)를 표준으로 사용하였다. 13C CPMAS 분석 결과는 도 2에 도시되어 있다. 상술한 것과 같이 본 실시예에서 분석된 EB 형태의 HCPANI는 140 ppm 주변에서 뚜렷이 구분되는 2개의 피크를 가지고 있으며, 123 ppm, 158 ppm에서 단일 피크를 보이고 있음이 확인되었다. 13 C CPMAS NMR analysis was performed on the EB type HCPANI solid powder synthesized in Example 1. In this example, 13 C CPMAS nuclear magnetic resonance spectra were obtained from a Bruker NMR instrument at 100.6 MHz, spinning rate 7 KHz, and tetramethyl saline (TMS) was used as a standard. The results of the 13 C CPMAS analysis are shown in FIG. 2. As described above, the EB type HCPANI analyzed in this example had two distinct peaks around 140 ppm, and it was confirmed that a single peak was observed at 123 ppm and 158 ppm.

실시예 9 : 합성된 HCPANI의 용액상태 분광학적 특성 측정Example 9 Measurement of Solution State Spectroscopy Characteristics of Synthesized HCPANI

본 실시예에서는 합성된 HCPANI의 용해도를 향상시킨 후 용액 상태에서 핵자기 공명을 실시하였다. In this example, the solubility of the synthesized HCPANI was improved, and nuclear magnetic resonance was performed in solution.

우선 본 실시예에서는 t-BOC에 의하여 치환시켜 용해도를 향상시킨 EB 형태의 HCPANI를 합성하였다. HCPANI는 상기 실시예 1과 동일한 절차에 따라 합성하였으며, 합성된 EB 고분자 1.0 g (5.5 × 10-3 몰)과 di-t-BOC (di-tert-butyldicarbonate) 4.8 g (2.2 × 10-2 몰)을 NMP 30 mL에 용해시켰다. 이어서 피리딘 20 mL를 첨가한 후 90 ℃에서 6 시간 동안 교반하였다. 반응 생성물은 과량의 물에 침전시켜 여과한 후 물과 에탄올 1:1 용액으로 세척한 다음 정제된 t-BOC-폴 리아닐린(HCPANI-t-BOC) 0.6 g을 수득하였다. First, in the present embodiment, EB-type HCPANI was synthesized by replacing with t-BOC to improve solubility. HCPANI was synthesized according to the same procedure as in Example 1, 1.0 g (5.5 × 10 -3 mol) of synthesized EB polymer and 4.8 g (2.2 × 10 -2 mol) of di-t-BOC (di-tert-butyldicarbonate) ) Was dissolved in 30 mL of NMP. Then 20 mL of pyridine was added and stirred at 90 ° C. for 6 hours. The reaction product was precipitated in excess water, filtered and washed with a 1: 1 solution of water and ethanol to give 0.6 g of purified t-BOC- polyaniline (HCPANI-t-BOC).

생성된 t-BOC-폴리아닐린을 CDCl3에 녹인 후 통상적인 방법으로 NMR 스펙트럼을 얻은 후 그 결과를 도 3에 나타내었다. 이들 결과로부터 알 수 있는 것처럼 본 실시예에 따라 합성된 HCPANI-t-BOC는 용액 상태 13C NMR 스펙트럼에서 화학적 이동(chemical shift) 139.5 ppm과 160 ppm 사이에 4개의 주요 피크를 나타내고 화학적 이동 110 ppm 이하 및/또는 화학적 이동 130 ppm과 135 ppm 사이에 식별 가능한 피크를 보이지 않으며 화학적 이동 149 ppm과 152 ppm 사이에 식별 가능한 피크를 갖지 않는다. 이러한 결과는 본 발명에 따라 합성된 PANI가 거의 파라 위치로 연결되어 있으며, 이에 따라 직선성(linearity)이 크게 향상된 것임을 확인하였다. The resulting t-BOC-polyaniline was dissolved in CDCl 3 and the NMR spectrum was obtained by a conventional method. The results are shown in FIG. 3. As can be seen from these results, HCPANI-t-BOC synthesized according to this Example shows four main peaks between 139.5 ppm and 160 ppm of chemical shift in solution 13 C NMR spectrum and 110 ppm of chemical shift. No and / or no identifiable peak between 130 ppm and 135 ppm of chemical shift and no peak between 149 ppm and 152 ppm of chemical shift. These results confirmed that the PANI synthesized according to the present invention was almost connected to the para position, and thus linearity was greatly improved.

실시예 10 : 합성된 HCPANI의 입자형태 관측Example 10 Particle Morphology of Synthesized HCPANI

본 실시예에서는 상기 실시예 1,3,6 에서 합성된 EB 형태의 HCPANI 분말의 구조를 주사전자현미경을 통하여 관찰하였다. In this example, the structure of HCPANI powder of the EB type synthesized in Examples 1, 3, 6 was observed through a scanning electron microscope.

도 3 내지 도 5는 각각 본 실시예에 의하여 도 3 내지 도5는 교반속도, 용매 비에 따른 영향을 본 합성된 EB 형태의 HCPANI 분말에 대한 SEM 사진을 도시한 것이다. 사진에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 실시예에 따라 합성된 HCPANI의 분말은 나노입자로 구성된 foamed plastic과 같은 구조로부터 중공된 나노튜브 형상 또는 나노기둥과 같이 형상이 변화됨을 보여주고 있다. 즉, 본 발명에 따라 합성된 고분자는 종래 방법에 따라 합성된 고분자와 비교하여 표면적을 증가시키는 형상의 입체 구조를 가지고 있음을 확인하였다. 3 to 5 show SEM pictures of the synthesized EB-type HCPANI powders, which are influenced by the stirring speed and the solvent ratio, respectively, according to the present embodiment. As can be seen in the picture, the powder of HCPANI synthesized according to the embodiment of the present invention shows that the shape of the hollow nanotube shape or nanopillar from the structure, such as foamed plastic consisting of nanoparticles. That is, the polymer synthesized according to the present invention was confirmed to have a three-dimensional structure of increasing the surface area compared to the polymer synthesized according to the conventional method.

실시예 11 : HCPANI 입자의 크기 및 분포 측정Example 11 Measurement of Size and Distribution of HCPANI Particles

본 실시예에서는 상기 실시예 1의 반응기에서 꺼낸 생성물의 입자 크기분포를 측정하였다. 본 실시예에 따른 측정 결과는 도 7에 그래프로 표시되어 있다. 입자 빛 산란법으로 측정한 입자 크기는 10~30 micron 정도로 자체분산 중합법이 안정제 없이도 반응물 및 생성물이 잘 분산되고 있음을 알 수 있었다.In this example, the particle size distribution of the product taken out of the reactor of Example 1 was measured. The measurement result according to the present embodiment is shown graphically in FIG. 7. The particle size measured by the particle light scattering method was about 10-30 micron, and the self-dispersion polymerization method showed that the reactants and products were well dispersed without the stabilizer.

실시예 12 : HCPANI의 CSA 용액에서의 전기전도도 측정Example 12 Measurement of Electrical Conductivity in CSA Solution of HCPANI

본 실시예에서는 상기 실시예 1 내지 6을 통하여 합성된 HCPANI 염을 탈도핑시킨 후에 전기전도도를 측정하였다. In this example, the electrical conductivity was measured after de-doping the HCPANI salt synthesized through Examples 1 to 6.

우선, 상기 실시예 1 ~ 6에서 합성된 HCPANI 염을 탈도핑시킨 후 얻어진 EB 형태의 HCPANI 각각 1.23 g에 유기산인 캠포술폰산(CSA) 1.57 g을 당량비 1 : 2 로 혼합하였다. 이어서 혼합물을 메타크레졸에 2 % (w/w)의 농도로 용해시키고 2 시간 동안 sonication을 통하여 용액을 제조하였다. 이 용액 0.5 mL을 슬라이드 글라스에 casting하고 50 ℃에서 건조시켜 두께 0.5 ~ 80 ㎛의 필름을 제조하였다. 각각의 HCPANI로부터 제조된 필름에 대하여 측정된 전기전도도의 값은 하기 표 1에 표시되어 있다. First, after de-doping the HCPANI salt synthesized in Examples 1 to 6, 1.57 g of each of the EB forms of HCPANI, 1.57 g of an organic acid, camphorsulfonic acid (CSA), was mixed in an equivalent ratio of 1: 2. The mixture was then dissolved in methacresol at a concentration of 2% (w / w) and a solution was prepared via sonication for 2 hours. 0.5 mL of this solution was cast on a slide glass and dried at 50 ° C. to prepare a film having a thickness of 0.5 to 80 μm. The measured electrical conductivity values for the films made from each HCPANI are shown in Table 1 below.

표 1. 합성된 HCPANI의 물리적 성질Table 1. Physical Properties of Synthesized HCPANI

실시예Example 고유점도 (dl/gIntrinsic Viscosity (dl / g 전도도 (S/cm)Conductivity (S / cm) 1One 1.51.5 490490 22 2.52.5 810810 33 2.4 2.4 760760 44 1.81.8 560560 55 2.72.7 13501350 66 2.52.5 790790

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 기술하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 결코 아니다. 오히려 본 발명이 속하는 분야의 당업자라면 본 발명의 실시예를 바탕으로 다양한 변형과 변경을 용이하게 생각해 낼 수 있을 것이다. 그러나, 그와 같은 변형과 변경은 본 발명의 정신을 훼손하지 않는 한 본 발명의 권리범위에 속한다는 사실은 첨부하는 청구의 범위를 통하여 보다 분명해 질 것이다. In the above, a preferred embodiment of the present invention has been described, but the present invention is not limited thereto. Rather, those skilled in the art to which the present invention pertains will readily conceive various modifications and changes based on the embodiments of the present invention. However, it will be more apparent from the appended claims that such variations and modifications fall within the scope of the present invention without departing from the spirit of the invention.

본 발명에 따라 합성된 폴리아닐린은 구조적으로 직선성이 높고 부반응에 의하여 야기되는 가지생성이 적을 뿐만 아니라 중합시 형성되는 독특한 입자 형상으로 인하여 용해도가 높고 전기전도도가 월등하게 뛰어나다. The polyaniline synthesized according to the present invention has high solubility and excellent electrical conductivity due to its high linearity and low branching caused by side reactions and unique particle shape formed during polymerization.

따라서 본 발명에 의하여 합성된 폴리아닐린은 각종 전극, 전도성 필름, 섬유, 코팅, 고분자와의 블렌드(blend), 배터리 전극이나 유기 반도체에 쓰일 수 있다. Therefore, the polyaniline synthesized according to the present invention can be used for various electrodes, conductive films, fibers, coatings, blends with polymers, battery electrodes and organic semiconductors.

또한, 혼합물 내에서 본 발명에 따라 합성된 폴리아닐린의 함량이 낮아도 전 기전도도가 뛰어나기 때문에, 부식 방지, 근 적외선 흡수, 전도성 식각 마스크 막(etch mask layer) 등의 특수한 용도에 적합하다. In addition, the low conductivity of the polyaniline synthesized according to the present invention in the mixture is excellent in electrical conductivity, and thus suitable for special applications such as corrosion protection, near infrared absorption, and conductive etch mask layers.

Claims (21)

아닐린 단위체와 개시제를 함유하는 수소산 수용액에 유기용매를 혼합하여 혼합 용액을 제조하고, -45 ~ -10 ℃ 범위의 온도의 불균일 시스템에서 아닐린 단위체의 중합 반응을 통하여 폴리아닐린을 합성하는 방법. A method of preparing a mixed solution by mixing an organic solvent with an aqueous hydrochloric acid solution containing an aniline unit and an initiator, and synthesizing polyaniline through a polymerization reaction of the aniline unit in a heterogeneous system at a temperature in the range of -45 to -10 ° C. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 아닐린 단위체는 하기 화학식 (Ⅰ)로 표시되는 구조를 갖는 폴리아닐린을 합성하는 방법. The aniline unit is a method for synthesizing polyaniline having a structure represented by the following formula (I).
Figure 112005020355734-pat00004
Figure 112005020355734-pat00004
제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리아닐린은 13C CPMAS NMR 스펙트럼에서 화학적 이동 123 ppm에서 단일 피크를 갖는 폴리아닐린의 합성 방법. Wherein said polyaniline has a single peak at 123 ppm of chemical shift in 13 C CPMAS NMR spectrum. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리아닐린은 13C CPMAS NMR 스펙트럼에서 화학적 이동 158 ppm에서 단일 피크를 갖는 폴리아닐린의 합성 방법. Wherein said polyaniline has a single peak at 158 ppm of chemical shift in 13 C CPMAS NMR spectrum. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리아닐린은 13C CPMAS NMR 스펙트럼에서 화학적 이동 138 ppm과 화학적 이동 143 ppm에서 각각 확인 가능한 피크를 갖는 폴리아닐린의 합성 방법.Wherein said polyaniline has a peak that is identifiable at 138 ppm chemical shift and 143 ppm chemical shift in 13 C CPMAS NMR spectrum, respectively. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리아닐린은 13C CPMAS NMR 스펙트럼에서 화학적 이동 138 ppm에서의 피크 강도가 화학적 이동 143 ppm에서의 피크 강도보다 큰 것을 특징으로 하는 폴리아닐린의 합성 방법. Wherein said polyaniline has a peak intensity at 138 ppm of chemical shift in the 13 C CPMAS NMR spectrum greater than a peak intensity at 143 ppm of chemical shift. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 수소산은 염산, 황산, 질산, 또는 인산 중에서 선택되는 무기산인 것을 특징으로 하는 폴리아닐린의 합성 방법. The hydrogen acid is a polyaniline synthesis method, characterized in that the inorganic acid selected from hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, or phosphoric acid. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 유기용매는 용해도 인자가 17 ~ 29인 것을 특징으로 하는 폴리아닐린의 합성 방법. The organic solvent has a solubility factor of 17 to 29, characterized in that the polyaniline synthesis method. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 유기용매는 치환되지 않거나 할로겐, 카르복시기, 산소 또는 하이드록시기로 치환된 탄화수소, 치환되지 않거나 할로겐으로 치환된 에테르, 니트로벤젠, 또는 이들 혼합물을 포함하는 폴리아닐린의 합성 방법. Wherein said organic solvent comprises a hydrocarbon substituted with unsubstituted or substituted with halogen, carboxyl group, oxygen or hydroxy group, ether, unsubstituted or substituted with halogen, nitrobenzene, or a mixture thereof. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 유기용매는 비스(2-클로로에틸) 에테르, 3-펜탄올, 1,2-프로판디올, 부틸 메틸 케톤, 디에틸카보네이트, 벤질 아세테이트, 디메틸 글루타레이트, 에틸아세토아세테이트, 에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 이소부틸 이소부타노에이트, 이소부틸 아세테이트, 3-헵탄 올, 2-메틸-2,4-펜탄디올, 2-에틸-1,3-헥산디올, 메타-크레졸, 4-하이드록시-4-메틸-2-펜탄온을 포함하는 폴리아닐린의 합성 방법. The organic solvent is bis (2-chloroethyl) ether, 3-pentanol, 1,2-propanediol, butyl methyl ketone, diethyl carbonate, benzyl acetate, dimethyl glutarate, ethyl acetoacetate, ethylene glycol dimethyl ether, Ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, isobutyl isobutanoate, isobutyl acetate, 3-heptanol, 2-methyl-2,4-pentanediol, 2-ethyl-1,3-hexanediol, A method for synthesizing polyaniline comprising meta-cresol, 4-hydroxy-4-methyl-2-pentanone. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 개시제는 암모늄과산화설페이트, 과산화수소, 산화망간, 중크롬산칼륨, 요오드산칼륨, 염화 제 2철, 과망간산칼륨, 브롬산칼륨, 또는 염소산칼륨을 포함하는 폴리아닐린을 합성하는 방법. The initiator is a method of synthesizing polyaniline comprising ammonium peroxide, hydrogen peroxide, manganese oxide, potassium dichromate, potassium iodide, ferric chloride, potassium permanganate, potassium bromide, or potassium chlorate. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 개시제는 상기 아닐린 단위체 1 몰에 대하여 0.1 ~ 2 몰당량의 비율로 사용되는 것을 특징으로 하는 폴리아닐린을 합성하는 방법.The initiator is a method for synthesizing polyaniline, characterized in that used in a ratio of 0.1 to 2 molar equivalents with respect to 1 mole of the aniline unit. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 폴리아닐린은 나노입자로 구성되는 foam, 벌집 형상 또는 중공된 캡슐과 같은 기공 형태를 갖는 폴리아닐린을 합성하는 방법. The polyaniline is a method for synthesizing polyaniline having a pore form such as foam, honeycomb or hollow capsule consisting of nanoparticles. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리아닐린은 나노 튜브 형상을 갖는 폴리아닐린을 합성하는 방법. The polyaniline is a method for synthesizing polyaniline having a nano tube shape. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리아닐린은 나노 섬유 형상을 갖는 폴리아닐린을 합성하는 방법.The polyaniline is a method for synthesizing polyaniline having a nanofiber shape. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리아닐린은 300 S/cm 이상의 전기전도도를 가지는 폴리아닐린의 합성 방법.The polyaniline is a method for synthesizing polyaniline having an electrical conductivity of 300 S / cm or more. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리아닐린은 500 S/cm 이상의 전기전도도를 가지는 폴리아닐린의 합성 방법. The polyaniline is a method for synthesizing polyaniline having an electrical conductivity of 500 S / cm or more. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리아닐린은 700 S/cm 이상의 전기전도도를 가지는 폴리아닐린의 합성 방법. The polyaniline is a method for synthesizing polyaniline having an electrical conductivity of 700 S / cm or more. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리아닐린은 900 S/cm 이상의 전기전도도를 가지는 폴리아닐린의 합성 방법. The polyaniline is a method of synthesizing polyaniline having an electrical conductivity of 900 S / cm or more. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리아닐린은 1100 S/cm 이상의 전기전도도를 갖는 폴리아닐린의 합성 방법. The polyaniline is a method for synthesizing polyaniline having an electrical conductivity of 1100 S / cm or more. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 폴리아닐린은 1300 S/cm 이상의 전기전도도를 가지는 폴리아닐린의 합성 방법. The polyaniline is a method for synthesizing polyaniline having an electrical conductivity of 1300 S / cm or more.
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