In this study, we modified silica nanoparticles with bis[3-(trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine (BTPED) silane coupling agent, which has two secondary amino groups in a molecule, to introduce amino groups on the silica surface. After modification of silica, we used acrylate group containing 3-(acryloyloxy)-2-hydroxypropyl methacrylate (AHM) to introduce polymerizable methacrylate groups by Michael addition reaction. We used Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), elemental analysis (EA) and liquid and solid state cross polarization magic angle spinning (CP/MAS) nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) to understand the reactions between N-H groups of BTPED modified silica surface and acrylate groups of AHM monomer. We confirmed Michael addition reaction between BTPED modified silica and AHM completed in 2 hr reaction time. We also found increased methacrylate group introduction with increase of mol ratio of the acrylate group of AHM to N-H group of BTPED modified silica by increase of C=O peak area of measured FTIR spectra. These results were also supported by EA and solid state 13C and 29Si NMR results.

본 연구에서는 나노크기의 실리카 입자를 2차 아미노기를 가지는 dipodal 형태의 실란커플링제인 bis[3-(trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine(BTPED)으로 표면 개질한 후, 실리카에 도입되는 2차 아미노기인 N-H기와 마이클 부가 반응이 가능한 acrylate기를 가지는 3-(acryloyloxy)-2-hydroxypropyl methacrylate(AHM)로 표면 처리를 하여 중합 반응성 methacrylate기를 도입하는 연구를 수행하였다. 1 분자에 2차 아미노기를 2개 가지는 BTPED와 마이클 부가 반응성이 있는 acrylate기와 부가 반응성이 없는 methacrylate기를 각각 1개씩 가지는 AHM을 사용하여 BTPED와 AHM의 투입량 및 개질 반응 시간의 변화가 실리카 표면의 methacrylate기 도입에 미치는 영향을 Fourier transform infrared spectroscopy(FTIR), elemental analysis(EA)와 액체 및 고체 상태 cross polarization magic angle spinning(CP/MAS) nuclear magnetic resonance spectroscopy(NMR)법을 사용하여 분석하였다. 실리카 표면에 BTPED를 도입하는 반응은 1시간 내에, BTPED로 개질된 실리카의 N-H기에 대한 AHM의 acrylate기와의 마이클 부가 반응에 따른 methacrylate기 도입은 2시간 내에 반응이 각각 완결됨을 확인하였다. 또한 BTPED로 개질된 실리카에 대하여 투입되는 AHM의 몰 비가 증가할수록 N-H기와 acrylate기의 마이클 부가 반응으로 인한 methacrylate기의 도입이 증가하였으며 이는 AHM을 도입했을 때 나타나는 FTIR 스펙트럼의 C=O 피크 면적 변화로 확인하였다. 위의 결과를 EA 및 고체 상태 13C 및 29Si NMR 분석으로도 확인하였다.

Keywords: silica; Micheal addition reaction; bis[3-(trimethoxysilyl)propyl]ethylenediamine; silanization; 3-(acryloyloxy)-2-hydroxypropyl methacrylate.