KR101454402B1 - 4가 알콕시 실란으로부터 고온 반응 조건을 이용하여 고순도 실리카 졸을 제조하는 방법 및 이 방법에 의해 제조된 유기용매 분산 고순도 실리카 졸 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4가 알콕시 실란으로부터 고온 반응 조건을 이용하여 고순도 실리카 졸을 제조하는 방법 및 이 방법에 의한 고순도 실리카 졸에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기용매에 용해된 4가 알콕시 실란으로부터 가열 반응조건에서 반응시간 단축 및 콜로이드 안정성 확보가 가능한 실리카졸을 합성하고 연속적으로 표면처리하여 2차 응집반응을 차단하여 상온에서도 저장성이 우수한 고순도 실리카 졸을 제조하는 방법, 및 이 방법에 의해 제조된 유기용매 분산 고순도 실리카 졸에 관한 것이다.
본 발명은 1) 4가 알콕시 실란을 유기용매에 용해하고 저비점 염기성 촉매와 상기 4가 알콕시 실란의 2~4몰배에 해당되는 소량의 물을 첨가하여 40 ~100℃의 가열조건에서 콜로이달 실리카 졸을 합성하는 1단계; 2) 상기 실리카졸의 표면을 개질하기 위하여 표면개질물질을 투입하는 단계; 3) 촉매 부산물 및 저비점 용매를 제거하여 유기용매에 분산된 고순도 실리카졸을 완성하는 단계;를 포함하는 유기용매분산 고순도 실리카졸 및 그 제조방법을 기술적 요지로 한다.

Description

4가 알콕시 실란으로부터 고온 반응 조건을 이용하여 고순도 실리카 졸을 제조하는 방법 및 이 방법에 의해 제조된 유기용매 분산 고순도 실리카 졸{Method for manufacturing high-purity colloidal silica sol from tetraalkoxy silane under high-temperature condition, and dispersion in organic solvents thereof}

본 발명은 4가 알콕시 실란으로부터 고온 반응 조건을 이용하여 고순도 실리카 졸을 제조하는 방법 및 이 방법에 의한 고순도 실리카 졸에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유기용매에 용해된 4가 알콕시 실란으로부터 가열 반응조건에서 반응시간 단축 및 콜로이드 안정성 확보가 가능한 실리카졸을 합성하고 연속적으로 표면처리하여 2차 응집반응을 차단하여 상온에서도 저장성이 우수한 고순도 실리카 졸을 제조하는 방법, 및 이 방법에 의해 제조된 유기용매 분산 고순도 실리카 졸에 관한 것이다.

일반적으로, 실리카 졸은 내부식성, 내화학성, 내마모성, 내열특성 및 고경도와 같은 우수한 물성을 지고 있으므로, 구조재료, 보호용 코팅재료, 연마 재료와 같은 분야에서 활발하게 활용되어 지고 있으며, 이러한 우수한 물성을 지니는 실리카 졸의 적용범위가 고순도가 요구되는 전기전자 및 정보용 소재로까지 요구되어지고 있고, 적용을 위한 활발한 연구도 진행 중에 있다.

실리카 졸은 기계적, 열적 물성은 우수하지만 재료의 불순물 함유량이 전기 전자 및 정보용 소재로의 적용에는 한계를 지니므로, 기존의 실리카 졸의 장점인 기계적, 열적, 화학적 우수성을 지니면서 고순도를 지니는 콜로이드 상의 실리카 졸의 연구에 대한 요구가 증가되고 있는 실정이다. 이러한 연구조건을 충족시키기 위해서, 고순도를 지니는 실리카 졸의 제조가 매우 중요한 문제로 인식되며, 현재 활발한 연구가 진행중에 있다.

4가의 알콕시 실란을 실리카 전구체(precursor)로 하여, 상온에서 과량의 물과 반응하여 가수분해(hydrolysis)와 농축과정(condensation)을 거쳐 고순도 실리카 졸을 합성하는 방법이 한국공개특허10-2009-0053155호(유기용제형 실리카 졸 및 그 제조방법)를 비롯하여 다수 공개되어 있다.

그러나, 상기 특허와 같이 수계에 분산된 실리카졸은 실리카 표면이 Si-OH로 되어있을 뿐 아니라, 안정된 콜로이드 상을 유지하기 위하여 다양한 이온들(Na⁺, K⁺, CH₃COO^-, NH₄ ⁺...)이 과량으로 존재하고 있어서 1가 내지 3가의 표면처리용 유기실란에 의한 표면에너지 조절 및 수분 제거가 매우 어렵고 불완전하다. 따라서, 실리카졸 자체는 물론, 유기수지와 하이브리드된 액상소재의 저장안정성도 부족하고, 경화된 소재의 전기적 특성이 나쁜 경우가 많다.

다시말해, 종래의 4가 알콕시실란으로부터 실리카졸의 합성은 저비점 용매인 알콜 용매조건에서 염기성 촉매와 함께 과량의 물이 존재하는 조건에서 상온에서 실리카졸을 합성하였는데, 합성하는 과정에서 물은 반응물질 및 분산용매로 역할을 하게 되므로 대부분 과량의 물이 존재하는 조건에서 합성을 하게 된다.

이 때, 실리카졸이 성장하고 있는 과정에서 실리카졸 입자간의 응집반응을 막기 위하여 상온에서 반응시키지만 응집을 막는 데는 한계가 있다. 입자제어도 되지 않으며 실리카졸을 합성한 이후에는 유기매질(용매나 액상수지)에 분산시키기 위해서는 세라믹졸에서 물을 제거해야 하는데, 세라믹표면의 OH기와 강하게 수소결합을 한 흡착수인 물분자들을 액상의 조건에서 제거하기는 대단히 어려운 일이였다.

따라서, 4가 알콕시 실란으로부터 고순도의 실리카 졸을 합성하는 데 있어서, 새로운 반응조건하에서 실리카 졸을 합성하는 방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 가수분해에 필요한 정량적인 소량의 물을 투입함으로써, 별도의 물을 제거하기 위한 용매 제거 공정이 존재하지 않으며, 실리카 졸의 입자크기 제어가 용이하고, 입자간의 2차 응집반응을 막을 수 있으며, 합성시간도 크게 단축되고 물을 제거하는 별도의 과정이 필요없는, 4가 알콕시 실란으로부터 고온 반응 조건을 이용하여 고순도 실리카 졸을 제조하는 방법 및 이 방법에 의해 제조된 고순도 실리카 졸을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 1) 4가 알콕시 실란을 유기용매에 용해하고 저비점 염기성 촉매와 상기 4가 알콕시 실란의 2~4몰배에 해당되는 소량의 물을 첨가하여 40 ~100℃의 가열조건에서 콜로이달 실리카 졸을 합성하는 1단계; 2) 상기 실리카졸의 표면을 개질하기 위하여 표면개질물질을 투입하는 단계; 3) 촉매 부산물 및 저비점 용매를 제거하여 유기용매에 분산된 고순도 실리카졸을 완성하는 단계;를 포함하는 유기용매분산 고순도 실리카졸 및 그 제조방법을 기술적 요지로 한다.

바람직하게는, 상기 4가 알콕시 실란은 테트라메톡시실란(TMOS), 테트라에톡시실란(TEOS)을 포함하며, 이 중 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

바람직한 일실시예에 따르면, 상기 유기용매는 메틸알콜(methyl alcohol), 에틸알콜(ethyl alcohol), 이소프로필알콜(isopropyl alcohol), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran), 아세톤(acetone), 또는 에틸아세테이트(ethyl acetate)의 저비점 유기용매가 사용되며, 이 경우 상기 3단계를 거치면서 상기 저비점 유기용매를 고비점 유기용매로 대체하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 유기용매는 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone), 디메틸포름아미드(dimethylformaide), 디메틸아세트아미드(dimethylacetamide), 벤질알콜(benzyl alcohol), 시클로헥사논(cyclohexanone), 디클로로벤젠(dichlorobenzne), 니트로벤젠(nitrobenzene), 디메틸설폭시드(dimethylsulfoxide), 글리세롤(glycerol), Cellusolve류, 또는 glycol류의 고비점 유기용매가 상기 기술된 저비점 유기용매와 함께 사용되며, 이 경우에는 3단계에서 별도의 고비점 유기용매 투입과정없이 저비점 유기용매 및 촉매 부산물을 제거하는 것을 특징으로 한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 반응속도를 조절하기 위해 사용되는 촉매는 암모니아수(NH₄OH), RNH2, 또는 R2HN의 저비점 염기성 촉매를 사용한다. 여기서 R은 알킬기를 의미한다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 표면처리 물질은 유기 알콕시 실란, 알킬실록산류, 알킬실라잔류 중 1종 이상이 사용된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 유기 알콕시 실란으로 비반응성 실란 또는 유기반응성 실란이 사용된다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 표면처리물질로서 알킬 실록산 류가 사용되며, 상기 알킬 실록산류는 헥사알킬 디실록산(hexaalkyldisiloxane), 테트라알킬 디실록산(tetraalkyldisiloxane)에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 표면처리물질로서 알킬 실라잔 류이 사용되며, 상기 알킬 실라잔은 헥사알킬 디실라잔(hexaalkyldisilazane), 테트라알킬디실라잔(tetraalkyldisilazene)에서 선택된 1종 이상을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

바람직한 실시예에 따르면, 상기 3단계에서 촉매 부산물 및 저비점 용매를 제거하는 과정은 감암증류법 또는 고온증류법에 의해 이루어진다.

이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 고순도 실리카 졸의 제조방법은 과량의 물이 아니라 가수분해에 필요한 정량적인 량에 해당하는 소량의 물만을 추가하고, 반응온도 조건도 종래의 상온 조건이 아니라 40~100℃의 고온의 조건하에서 실리카 졸 합성이 이루어진다.

이에 따라, 합성된 실리카졸의 분산매질에 물이 최소화되기 때문에 유기기의 크기가 큰 소수성 실란들을 연속적으로 또는 동시에 투입처리가 가능하고, 실란처리과정에서 추가로 잔존 소량물이 제거되므로 표면처리후 물이 없는 상태로 제조할 수 있다. 또한, 저수분 환경이므로 표면개질물질로서 유기실란 뿐만아니라 알킬 실록산이나 알킬 실라잔을 사용할 수 있으며, 표면처리가 효과적으로 진행되어 실리카졸의 입자크기 제어가 용이하고, 입자간의 2차응집반응을 막을 수가 있다.

또한, 합성시간도 크게 단축되고 물을 제거하는 별도의 과정이 없이도 유기매질에서 장기간 저장이 가능할 뿐만아니라, 이것으로부터 제조된 유무기 하이브리드 소재는 전기적/광학적 특성이 우수한 특징을 갖는다는 장점을 가진다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예 1에 의해 제조된 고순도 실리카 졸의 TEM 이미지.

이하에서는 본 발명의 4가 알콕시 실란으로부터 고온 반응 조건을 이용하여 고순도 실리카 졸을 제조하는 방법을 보다 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에서, 4가 알콕시 실란을 유기용매에 용해하고, 저비점 염기성 촉매하에 상기 4가 알콕시 실란 몰수의 2~4배에 해당하는 물을 첨가하여 40~100℃의 가열조건에서 콜로이달 실리카 졸을 합성한다.

4가 알콕시 실란은 4개의 OH를 가지는 알콕시 실란으로서 TMOS 또는 TEOS이 사용된다.

4가 알콕시 실란은 4몰배의 물과 반응하여 가수분해 및 축합반응이 일어나고 이 과정에서 2몰배의 물이 생성물로 발생하므로, 반응양론비로는 4가 알콕시 실란의 2몰배의 물이 필요하다. 물은 반응물로서 양이 증가할수록 반응속도가 증가하게 되는데, 실제 반응시 2몰배의 물만으로는 후반 반응속도가 느리게 진행되어 반응을 완결되기 힘들다. 또한 잉여분의 물은 실리카 입자 표면을 수화시켜 입자간 응집을 완화시켜 입자안정성을 부여하는 역할도 하므로 과량의 물을 사용하는 것이 일반적이다. 하지만 본 발명에서는 고온의 가열공정을 도입함으로써 반응속도를 높이고, 저비점 염기성 촉매가 반응속도 뿐만 아니라 입자표면 근처에서 정전기적 반발력으로 인한 콜로이드 안정성을 부여하는 특징을 이용함으로써, 반응양론적으로 필요한 최소량 물만 사용하고도 입자안정성 및 반응속도를 증가시켜 공정시간을 단축하는 목적을 달성할 수 있었다. 반응온도는 40 ~ 100℃ 범위가 가장 편리하고 바람직하며 본 발명의 목적에 맞는 실리카졸을 합성할 수 있었다.

즉, 본 발명은 TMOS 또는 TEOS의 4가 알콕시 실란을 염기성 조건에서 반응에 필요한 양론적인 물(실란의 2~4배)과 유기 용매를 사용하여 가열온도 조건에서 hydrolysis와 condensation 과정을 거쳐서 빠른 속도로 입자간의 응집없이 고순도의 실리카 졸을 합성하는 방법이다.

잔존 수분함량이 적은 실리카졸은 이후 표면처리를 통한 2차 응집 방지 및 유기용매 분산에도 큰 장점이 있다. 고순도 실리카졸을 합성하는 단계에서는 저비점의 극성용매가 단독 혹은 고비점 용매와 혼합하여 사용되는데, 이는 4가 알콕시 실란의 용해성 및 반응하면서 생성되는 실리카 입자의 안정성을 부여하는 역할을 하기 때문이다. 하지만, 이후 3단계에서 저비점 극성용매를 제거하여 고비점 유기용매에 실리카졸을 고함량으로 분산하는 과정에서 실리카 표면의 실란올(SiOH)간의 반응으로 인하여 급격한 입자 응집이 발생하게 된다. 따라서 실리카 표면의 실란올(SiOH)기를 유기기를 가지는 실란들로 표면개질하게 되는데, 실리카졸 내에 수분함량이 많은 경우 사용되는 유기 실란에 제한을 받게된다. 이러한 경우, 메틸트리메톡시실란(MTMS), 비닐트리메톡시실란(VTMS) 등 유기기가 작은 실란은 가능하나, 더 큰 소수성을 지니는 장쇄 알킬 실란류는 용해성에 문제가 발생하여 사용하기 어려운 문제에 직면하게 된다.

하지만, 본 발명에서와 같이 실리카졸 내 잔존수분량이 적으면 소수성이 큰 장쇄 알킬실란들로 바로 표면처리가 가능하다. 또한 소수성이 큰 알킬 실록산 및 알킬 실라잔과 같은 종류의 표면처리물질도 사용할 수 있게 된다.

한편, 실리카 졸의 합성시에 반응속도를 조절을 위해서 저비점 염기성 촉매가 사용된다. 저비점 염기성 촉매는 NH₄OH, RNH₂, 또는 R₂NH를 사용한다. 이러한 저비점 염기성 촉매는 반응속도 조절 뿐만 아니라 실리카졸이 형성되는 과정에서 입자 표면의 콜로이드 안정성을 부여하는 역할도 하므로 저수분 함량에서 응집이 일어나는 것을 막아주는 기능도 수행하게 된다. 또한, 이러한 저비점 촉매는 3단계를 거치면서 추가적으로 제거가 용이하므로 최종적으로 고순도의 실리카졸을 형성할 수 있게 된다.

본 발명에 있어, 실리카 졸의 합성시에 유기 용매로서 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 테트라하이드로퓨란, 아세톤, 에틸아세테이트, 벤젠, 또는 메틸에틸케톤의 저비점 용매 뿐만아니라, N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 벤질알콜, 시클로헥사논, 디클로로벤젠, 니트로벤젠, 디메틸설폭시드, 자일렌, 톨루엔, 셀루솔브류, 글리콜류, 또는 글리세롤류의 고비점 용매가 사용될 수 있다.

일반적으로 실리카졸은 단독으로 코팅하여 무기막을 형성하는 용도로 사용될 수도 있으며, 보다 많은 경우 다양한 수지에 혼합하여 절연 및 기계적 물성 향상을 위하여 사용된다.

실리카졸 단독으로 사용될 경우, 1단계에서 합성된 고순도 실리카졸을 사용할 수 있으며, 이 경우 저비점 극성용매에서 합성한 실리카졸이 적용하기 편리하다. 하지만, 잔존 촉매 부산물을 제거하여 사용해야 되는 경우에는 3단계에서 고비점 용매를 투입하는 과정을 거친 이후 저비점 용매 및 촉매 부산물을 제거하여 사용할 수 있다.

반면, 대부분 고분자 수지의 경우, 저비점 극성 용매에 용해되지 않는데, 이 경우 본 발명의 3단계를 거치면서 다른 유기용매로 대체하는 과정을 통하여 적용할 수 있다. 이 경우, 실리카졸 합성시 고비점 유기용매를 저비점 극성용매와 함께 사용하는 것이 보다 유리하다.

다음으로, 상기 콜로이달 실리카 졸의 표면을 개질하기 위해 표면개질물질을 추가하여 상기 콜로이달 실리카 졸의 표면을 개질하는 단계를 거친다.

본 발명에서는 최소량의 물이 존재하는 가열된 유기 용매 조건하에서 빠른 속도로 실리카 입자성장반응이 일어나며, 입자간의 2차 응집이 일어나기 전에 1가~ 3가의 비반응성 실란 또는 반응성실란과 같은 기능성 알콕시 실란을 투입하여 실리카 표면을 개질시키게 된다.

본 발명에서는 표면개질물질로서, 1~3가의 실란류 물질 이외에도 헥사알킬실록산, 테트라알킬실록산 등의 알킬 실록산류, 또는 헥사알킬실라잔, 테트라알킬실라잔 등의 알킬실라잔 류가 사용될 수 있다.

1~3가의 실란류 물질은 기능성 알콕시 실란으로서 비반응성 실란 또는 유기 반응성 실란이 사용되며, 실란류 물질을 사용할 경우에 표면처리 이후에도 미반응 실란올(SiOH)기가 존재해서 입자 안정성 저하를 가져올 우려가 있는 반면, 알킬 실록산 및 알킬 실라잔 류의 물질은 이러한 문제가 없으므로 소수성 표면처리용으로 보다 유리하다. 하지만, 소수성이 큰 알킬기를 포함한 실록산, 실라잔 류의 물질은 과량 물 존재하에서는 용해성 문제로 사용하기 어려운데, 본 발명에서 제조된 저수분의 고순도 실리카졸에는 아무 문제없이 사용될 수 있다.

다음으로, 표면 개질된 실리카 졸에서 촉매 부산물 및 저비점 용매를 제거하는 단계를 거친다.

촉매 부산물 및 저비점 용매의 제거는 감압증류법 또는 고온증류법에 의해 이루어진다. 일반적인 증류장치를 이용하여 용매의 비점 차이를 이용하여 저비점 용매를 제거할 수 있으며, 진공장치를 사용한 감압증류법을 사용하여 보다 간편하게 용매 교체를 할 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 4가 알콕시실란(TMOS/TEOS)로부터 반응에 필요한 량의 물(실란의 2~4M배)을 사용하여 실리카졸을 합성하므로 얻어지는 고순도 실리카졸 용액에 잔존수분이 적어 표면에너지 조절과, 반응성기 부여를 위한 실란류들의 직접 투입이 가능하여 단시간에 유기매질에 분산된 유기반응성 실리카졸을 제조할 수 있는 특징을 가진다. 잔존수분이 적어 다양한 수지류 및 무극성의 실리콘 레진과도 하이브리드화가 가능하고, 하이브리드 액상소재의 저장성이 우수하며, 유무기 나노융합소재의 전기적 특성이 향상되는 특징을 갖는다. 이렇게 제조된 잔존수분량이 적은 하이브리드 소재는 특별히 전기적/광학적 특성이 우수하여 전기전자용 절연재료 및 부품, 광학소재, 신재생에너지부품, 가전, 자동차, 건축재 등 다양한 분야에 활용이 가능하다.

실시예

실시예-1)

TEOS 120 중량부와, 메탄올 225중량부를 혼합하여 30분 가량 교반한 뒤, 증류수 31.5중량부 및 암모니아수 3중량부를 혼합한 수용액을 투입하여 반응시켰다. 이후 반응전환율이 80%이상의 고형분이 얻어질 때까지 반응을 유지하였다.

도 1은 이와같은 방법으로 제조된 고순도 실리카졸의 TEM 이미지이며, 입자분포가 작은 나노 실리카 졸이 형성되어 있음을 알 수 있다.

상기 실리카 졸 합성단계에 있어서, 반응온도에 따른 영향을 아래 표 1에 나타내었다. 실리카졸 합성후 입자 안정성은 실리카졸을 500 nm 사이즈의 PTFE 필터에 투과시켜 다음 식에 의거하여 구하였다.

즉, 실리카졸 고형분 중 필터에 투과하지 못한 응집물의 비율을 ppm단위로 표시한 값을 의미하며, 값이 낮을수록 입자안정성이 우수함을 나타낸다.

	상온반응	고온반응(50℃) 본 발명의 실시예
고형분	8.3 %	8.3 %
반응시간	24시간	5 시간
입자안정성	6247 ppm	606 ppm

표 1에서 보듯이, 고온반응의 경우 위 고형분에 도달하는 걸리는 반응시간이 대폭 단축될 뿐만 아니라, 입자 안정성도 월등히 뛰어남을 알 수 있다.

실시예-2)

상기 방법에 의해 제조된 실리카졸은 상용 수계 실리카졸(Ludox HSA, Ludox TMA)에 비하여 물 함량이 극히 작을 뿐만 아니라, 금속이온 등에 의한 전도성 불순물이 매우 낮은데 이는 아래 표 2에 나타내었다.

	Ludox HSA	Ludox TMA	합성 실리카졸
입자경(nm)	12	20	15
물함량(%)	70	66	<5
이온전도도(μS/cm)	1450	294	85

특히, 실리카졸은 절연코팅 목적으로 주로 사용되는데, 본 발명에서 합성한 고순도 실리카졸은 저수분함량 및 전도성 불순물 함량이 상용 실리카 제품(Ludox HSA, Ludox TMA)보다 훨씬 낮기 때문에 절연 목적으로 훨씬더 유리한 장점이 있다.

실시예-3)

상기 고순도 실리카졸을 유기실란으로 표면처리하였다. phenyltrimethoxysilane(PTMS)를 실리카고형분 대비 5~30%에 해당하는 함량으로 dimethylacetamide(DMAc)에 용해시킨 후 상기 실리카졸에 주입후 ~20시간 가량 교반하였다.

이후 rotary evporator를 사용하여 잔존 수분, 암모니아 및 알콜을 제거하였다.

상기 방법으로 제조된 유기용매 분산 실리카졸은 실란 처리직후 500nm PTFE filter를 사용하여 실시예-1과 동일한 방법으로 입자안정성을 평가하였고, 장기 저장 안정성은 샘플 제조후 2달 뒤에 육안 관찰을 통하여 변색유무, 응집물 침전 발생 유무를 확인하였다.

	합성실리카졸	Ludox TMA	Ludox HSA
실란처리후 고형분	30%	30%	30%
입자안정성	2000~3000 ppm	측정불가(필터안됨)	측정불가(필터안됨)
장기안정성	투명	노란색~갈색	혼탁

표 3에서 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 합성된 고순도 실리카졸을 사용한 경우 실란처리후 높은 고형분으로 분산시켜도 입자안정성이 유지되는 것에 비하여 상용 수계 실리카졸(Ludox HSA, Ludox TMA)을 사용한 경우 입자 응집이 심하게 일어나 전혀 필터가 되지 않는 것을 확인할 수 있다.

또한, 장기안정성 측면에서 상용 수계 실리카졸(Ludox HSA, Ludox TMA)을 실란처리한 경우 변색이 되거나 혼탁해지는 반면, 본 발명에서 사용된 실리카졸을 사용한 경우 2달까지 투명도를 유지하였다. 입자침전은 모든 경우, 육안으로 뚜렷이 관찰되지는 않았다.

Claims (21)

1) 4가 알콕시 실란을 유기용매에 용해하고, 저비점 염기성 촉매와 상기 4가 알콕시 실란 몰수의 2~4배에 해당하는 물을 첨가하여 40~100℃의 가열조건에서 콜로이달 실리카 졸을 합성하는 1단계;
2) 상기 콜로이달 실리카 졸의 표면을 개질하기 위해 표면개질물질을 추가하여 상기 콜로이달 실리카 졸의 표면을 개질하는 단계;
3) 촉매 부산물 및 저비점 용매를 제거하여, 유기용매에 분산된 상태의 고순도 실리카졸을 완성하는 단계;를 포함하되,
상기 1단계의 상기 유기용매는 N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸포름아세트아미드, 디메틸설폴시드, 벤질알콜, 시클로헥사논, 디클로로벤젠, 니트로벤젠, 글리세롤류, 셀로솔브류, 또는 글리콜류로부터 선택된 고비점 유기용매와, 저비점 유기용매가 함께 사용되며,
이 경우 상기 3단계에서 별도의 고비점 유기용매의 투입과정없이 상기 저비점 용매 및 촉매부산물을 제거하는 것을 특징으로 하는 고순도 실리카 졸의 제조방법.

제 1항에 있어서,
상기 4가 알콕시 실란은 TMOS 또는 TEOS인 것을 특징으로 하는 고순도 실리카 졸의 제조방법.

제 1항에 있어서,
상기 저비점 유기용매는 메틸알콜, 에틸알콜, 이소프로필알콜, 아세톤, 에틸에스테르, 테트라하이드로퓨란, 또는 메틸에틸케톤인 것을 특징으로 하는 고순도 실리카 졸의 제조방법.

삭제

제 1항에 있어서,
상기 저비점 염기성 촉매는 NH₄OH, RNH₂, 또는 R₂NH를 사용하되,
여기서 R은 알킬기인 것을 특징으로 고순도 실리카 졸의 제조방법.

제 1항에 있어서,
상기 표면개질물질은 기능성 알콕시 실란인 것을 특징으로 하는 고순도 실리카 졸의 제조방법.

제 1항에 있어서,
상기 표면개질물질은 알킬실록산인 것을 특징으로 하는 고순도 실리카 졸의 제조방법.

제 7항에 있어서,
상기 알킬실록산은 헥사알킬 디실록산, 테트라알킬 디실록산 중 1종 이상이 사용되는 것을 특징으로 하는 고순도 실리카 졸을 제조하는 방법.

제 1항에 있어서,
상기 표면개질물질은 알킬실라잔인 것을 특징으로 하는 고순도 실리카 졸의 제조방법.

제 9항에 있어서,
상기 알킬실라잔은 헥사알킬 디실라잔, 테트라알킬 실라잔 중 1종 이상이 사용되는 것을 특징으로 하는 고순도 실리카 졸을 제조하는 방법.

제 1항에 있어서,
상기 3단계에서, 촉매 부산물 및 저비점 용매의 제거는 감압증류법 또는 고온증류법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 고순도 실리카 졸의 제조방법.

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