The preparation of Thermosensitive Organic-Inorganic Hybrid Silica Particles and the Modification of their property

Abstract

본 논문은 유-무기 하이브리드 복합 나노 입자에 대한 연구로, 계면활성제를 사용하지 않고 organosiloxane의 self-ordering법을 이용하여 구형 입자 제조 및 특성에 대하여 연구 하였다. 본 연구를 통하여 얻은 OTS (Octadecyltrimethoxysilane) 유-무기 하이브리드 입자는 Octadecyl의 카본 사슬의 유기적 성질뿐만 아니라 실록산 결합에 의한 무기적 성질도 가지고 있다는 장점이 있다. OTS 유-무기 하이브리드 입자를 열 분석해 본 결과 N2 조건에서 400도까지 구조적 열적 안정성을 가지고 있고, XRD를 통해 octadecyl의 유기적 성질에 의하여 lamellar 구조를 유지하고 있는 것을 확인하였다. 또한 octadecyl group이 상온에서는 ordering의 배열을 가지고 있으나 58도 근처로 온도를 올리면 ordering이 없어지고 이로 인하여 높은 투명도를 가지는 액체로 변환되는 것을 확인하였다. 이러한 액체-고체 상 변화 온도를 변화시켜보기 위해 OTS를 VTMS (vinyltrimethoxysilane) 혹은 TEOS (tetraethyl-orthosilicate)와 함께 합성해 보았다. CP/MAS ^(29)Si NMR 구조 분석결과 OTS/VTMS composite 입자에서는 OTS의 T², T³ 와 VTMS의 T³를, OTS/TEOS composite 입자에서는 OTS의 T², T³ 와 TEOS의 Q⁴를 확인함으로써 합성이 제대로 이루어진 것을 알 수 있었고, 열 분석을 해본 결과 N2 조건에서 열적 안정성은 350℃로 OTS 유-무기 하이브리드 입자와 큰 차이가 없는 것을 확인하였다. 하지만 이러한 입자들의 액체-고체 상 변화 온도는 VTMS 혹은 TEOS 합성에 의한 구조적 변화로 인하여 OTS/VTMS composite 입자의 경우 47℃로 낮아지고, OTS/TEOS composite 입자의 경우에는 나타나지 않았다.; Trimethoxy(octadecyl)silane (OTS) based particle and composite particles with vinyltrimethoxysilane (VTMS), or tetraethyl-orthosilicate (TEOS) were synthesized using a alcohol solvent under basic condition. These organic-inorganic hybrid silica particles exhibit a unique solid to liquid transition behavior and good solubility in organic solvents such as toluene, benzene and diethyl ether. The solid to liquid transition temperature, T(SL), of OTS based particles was observed around 58 ℃, while that of OTS/VTMS composite particles was 47 ℃. In a mean while, OTS/TEOS composite particles did not show any solid to liquid transition behavior. Organic-inorganic hybrid particles with T(SL) show reversible solid to liquid transition behaviors although the morphologies of original particles can not be sustained. The changes in transition behaviors for composite particles compared with OTS based particles were strongly depended on the structural changes in the composite particles. OTS based particles and composite particles also have high thermal stabilities, where the decomposition temperature of OTS based particles was 400 ℃ and that of composite particles was 350 ℃. The structure of these organic-inorganic hybrid particles were investigated by NMR and XRD. Solid state Si NMR indicated that OTS based particles are mainly consisted of T² and T³ structure, while composite particles contains additional T³ units for OTS/VTMS particles and Q⁴ unit for OTS/TEOS particles, respectively. XRD analysis showed that OTS based particles and OTS/VTMS particles have a layered lamellar structure, while OTS/TEOS particles have a random 3 dimensional structure. The morphological images by electron microscopy also confirmed that OTS and OTS/VTMS particles have an onion shell like structure, while OTS/TEOS particles show typical structure of highly condensed silica particles.