화학공학소재연구정보센터
홈 로그인 로그아웃 연락처 사이트맵
Korean Chemical Engineering Research, Vol.54, No.4, 574-581, August, 2016
DOI10.9713/kcer.2016.54.4.574  Export Citation
1,3-Dipolar cycloaddition 반응을 통해 기능화된 carbon nanotube 표면 위에 균일계 촉매 담지 및 에틸렌 중합
Immobilization of Homogeneous Catalyst on Functionalized Carbon Nanotube via 1,3-Dipolar Cycloaddition Reaction and its Ethylene Polymerization
이정숙, 이세영, 이진우, 고영수†
  • 공주대학교 화학공학부, 31080 충남 천안시 서북구 천안대로 1223-24
Jeong Suk Lee, Se Young Lee, Jin Woo Lee, and Young Soo Ko†
  • Department of Chemical Engineering, Kongju National University, 1223-24, Cheonan-daero, Seobuk-gu, Cheonan, Chungnam, 31080, Korea
E-mail:
초록
본 연구에서는 탄소나노튜브에 다양한 아미노산과 알데히드의 1,3-dipolar cycloaddition 반응을 통해 pyrrolidine 고리를 도입하여 기능화된 탄소나노튜브를 합성하였다. 기능화된 탄소나노튜브에 메탈로센 촉매를 담지하였고 in-situ 에틸렌 중합을 통해 탄소나노튜브/폴리에틸렌 복합체를 합성하였다. 글리신과 벤즈알데히드로 기능화된 탄소나노튜브(Gly+BA-CNT)에 담지된 메탈로센 촉매는 낮은 지르코늄 함량에도 불구하고 높은 지르코늄 함량을 나타내는 Nbenzyloxycarbonylglycine과 파라포름알데히드로 기능화된 탄소나노튜브(Z-Gly+PFA-CNT)에 담지된 촉매와 유사한 중합 활성을 보였다. N-Benzyloxycarbonylglycine과 파라포름알데히드로 기능화된 탄소나노튜브(Z-Gly+PFA-CNT)에 담지된 메탈로센 촉매의 경우 촉매 활성점의 분포가 조밀하여 에틸렌 중합 시 활성점으로 에틸렌 모노머와 공촉매 MAO가 확산하는데 입체적 방해를 주기 때문이다. 균일계 메탈로센 촉매로 생성된 폴리에틸렌과 비교하여 표면 기능화된 탄소나노튜브에 메탈로센을 담지한 촉매로 생성된 CNT/PE 복합체는 높은 분해 개시 온도(Tonset)와 최대 중량 감소 온도(Tmax)를 가진다. 이는 pyrrolidine 고리가 기능화된 CNT는 PE 매트릭스 내에 균일하게 분산되고 CNT와 고분자 간의 강한 상호작용으로 인해 열적 안정성이 향상된 것으로 판단된다.
In this study, CNT functionalized with pyrrolidine ring via 1,3-dipolar cycloaddition reaction with various amino acid and aldehyde was synthesized. Metallocene was subsequently immobilized on the functionalized CNT and CNT/polyethylene composite was prepared via in-situ ethylene polymerization. The polymerization activities of metallocene supported on CNT functionalized with glycine and benzaldehyde (Gly+BA-CNT) were similar to those of metallocene supported on CNT functionalized with N-benzyloxycarbonylglycine and paraformaldehyde (Z-Gly+PFA-CNT) although its Zr content was lower than that of Z-Gly+PFA-CNT. In the case of metallocene supported on Z-Gly+PFACNT, the even distribution of active sites hindered the diffusion of ethylene monomer and cocatalyst MAO due to steric hindrance during ethylene polymerization. Compared to polyethylene produced from homogeneous metallocene catalysts, CNT/PE composites had a higher initial degradation temperature (Tonset) and maximum mass loss temperature (Tmax). It suggests that pyrrolidine functionalized CNT is uniformly dispersed and strongly interacted with the PE matrix, enhancing the thermal stability of PE.
Keywords:Multi-walled carbon nanotube;1,3-Dipolar cycloaddition;Surface functionalization;Metallocene;Ethylene polymerization
  1. Shanmugharaj AM, Bae JH, Lee KY, Noh WH, Lee SH, Ryu SH, Combust. Sci. Technol., 67, 1813 (2007)
  2. Coleman JN, Khan U, Blau WJ, Gun’ko YK, Carbon, 44, 1624 (2006)
  3. Ma PC, Mo SY, Tang BZ, Kim JK, Carbon, 48, 1824 (2010)
  4. Ma PC, Siddiqui NA, Marom G, Kim JK, Compos. Pt. A-Appl. Sci. Manuf., 41, 1345 (2010)
  5. Kim DW, Kim JS, Korean Chem. Eng. Res., 53(6), 703 (2015)
  6. Araujo R, Fernandes FM, Proenca MF, Silva CJR, Paiva MC, J. Nanosci. Nanotechnol., 7, 3441 (2007)
  7. Denis PA, Iribarne F, Int. J. Quantum Chem., 110, 1764 (2010)
  8. Araujo R, Paiva MC, Proenca MF, Silva CJR, Compos. Sci. Technol., 67, 806 (2007)
  9. Paiva MC, Novais RM, Araujo RF, Pederson KK, Proenca MF, Silva CJR, Costa CM, Lanceros-Mendez S, Polym. Compos., 31, 369 (2010)
  10. Zewde B, Pitliya P, Gaskell KJ, Raghavan D, J. Appl. Polym. Sci., 132, 42284 (2015)
  11. Paiva MC, Simon F, Novais RM, Ferreira T, Proenca MF, Xu W, Besenbacher F, ACSNANO, 4, 7379 (2010)
  12. Xiong J, Zheng Z, Qin X, Li M, Li H, Wang X, Carbon, 44, 2701 (2006)
  13. Al-Saleh HM, Sundararaj U, Carbon, 47, 2 (2009)
  14. Gui MM, Yap YX, Chai S, Mohamed AR, Int. J. Greenh. Gas Con., 14, 65 (2013)