Study on Graft Polymerization of Acrylate and Methacrylate Monomers onto the Carbon Black Surface

Carbon Black 표면에의 아크릴레이트 및 메타크릴레이트의 그라프트 중합에 관한 연구

The various functional groups, such as hydroxyl(-OH), carboxyl(-COOH) and quinonic oxygen(OC<) on the carbon black(abbreviated to CB) surface were activated with n-butyl lithium solution in n-hexane and then acrylate and methacrylate monomers were graft polymerized onto these activated anionic sites and CB-grafted polymers were obtained. To separate homopolymers from reaction mixture, non-solvent precipitation method or centrifugal separating method were applied. Subsequently, conversion, grafting ratio and efficiency were determined at various reaction temperatures and times. In case of acrylates, the grafting ratio showed 20~30% but methacrylates showed 150~200%. Also the anion polymerizations between CB and monomers were nearly reached to equilibrium state within one or two hours under each reaction temperatures but conversion and grafting ratio were increased a little with reaction temperature increase. In colloidal dispersion stability test, before heat-drying, the all CB-grafted polymers showed good dispersed stability in good solvents for acrylic and methacrylic homopolymers. Futhermore, CB-polymethacrylates were found to show excellent collidal properties for good solvents of methacrylic homopolymer even after heat-drying. Identification of the grafted polyacrylates and polymethacrylates onto the CB surface was performed by FT-IR spectroscopy. In addition, electric resistance values of CB-grafted polymers were measured by Four-probe method, and the increase of the grafting ratio showed the increase of the surface resistance.

Carbon black(이하 CB로 약함) 표면에 존재하는 각종 작용기(-OH, OC,<-COOH)를 n-butyl lithium을 반응활성화제로 활성화시킨 후 아크릴레이트 및 메타크릴레이르 단량체들을 음이온 그라프트 중합하여 CB-그라프트 생성물을 얻었다. 이 CB-그라프트 생성물을 비용매를 이용한 침전법과 원심분리기를 사용하여 호모폴리머를 분리시켜 반응시간과 온도에 따른 그라프트 효율 등을 구한 결과, CB-polyacrylates의 경우 그라프트율이 20~30% 정도로 낮았지만 CB-polymethacrylate의 경우 150~200% 정도의 매우 높은 그라프트율의 CB- grafted polymer를 얻을 수 있었다. 또한, 각 반응온도에서 CB와 단량체들의 음이온 중합은 대체로 1~2시간 정도에서 평형상태를 이루었으며, 온도가 높아짐에 따라 전환율과 그라프트율은 약간의 증가를 보였다. 콜로이드 분산성 시험을 한 결과 열건조 전에는 각 호모폴리머의 양용매 중에서 매우 안정한 분산성을 나타냈으며, 열건조 후에도 CB-polymethacrylate의 경우에는 대부분의 polymethacrylate 양용매에 대해 매우 양호한 안정성을 보였다. CB 표면에서의 그라프트 중합체의 확인은 적외선 스펙트럼에 의해 행하였다. Four-probe 방법에 의한 CB-grafted polymer의 저항값 측정에서는 그라프트율이 높을수록 저항값이 증가함을 알 수 있었다.