KR100763981B1 - 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소나노튜브를 폴리에스터 매트릭스 상에서 효과적으로 분산시킬 수 있고 높은 분자량을 기대할 수 있으며, 탄소나노튜브의 일정방향으로의 배향을 이룰 수 있으며, 이를 통해 수지 자체의 기계적, 열적, 전기적 특성 및 전자파 차폐율이 향상될 수 있는 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명에 따른 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재는 탄소나노튜브를 폴리에스터에 분산시킨 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재에 있어서, 0.1~10 중량%의 탄소나노튜브를 90~99.9 중량%의 폴리에스터에 분산시킨 것을 특징으로 하고, 바람직하게는, 상기 탄소튜브는 단층 탄소나노튜브(Single Wall Nanotube)이고, 상기 폴리에스터는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트에서 해중합된 고리형 올리고머인 것을 특징으로 한다.
탄소나노튜브, 해중합, 고리형 올리고머

Description

폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재{POLYESTER/CARBON NANOTUBE NANOCOMPOSITE}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재의 제조공정도
본 발명은 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄소나노튜브를 폴리에스터 매트릭스 상에서 효과적으로 분산시키고 높은 분자량을 기대할 수 있으며, 탄소나노튜브의 일정방향으로의 배향을 이룰 수 있으며, 이를 통해 수지 자체의 기계적, 열적, 전기적 특성 및 전자파 차폐율이 향상될 수 있는 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재에 관한 것이다.
일반적으로 고분자 물질이 산업 분야와 일상 생활 속에 도입된 이후에 고분자 재료의 용도 확장을 위하여 성능 향상 측면에서 많은 노력이 이루어져 왔다. 새로운 고분자의 합성, 고분자 블랜딩, 그리고 고분자와 무기물질과의 복합화 등으로 인하여 고분자 재료의 성능은 지속적으로 향상되어가고 있다. 이 중 고분자 나노 복합재료는 나노 스케일 사이즈의 미세한 물질을 매트릭스 고분자에 나노 크기로 분산시켜 복합재료를 얻는 방법으로, 여태까지 복합재료를 단순히 블랜딩하여 얻는데 반하여, 나노 크기의 물질을 매트릭스 고분자에 고루 분산시킨 복합재료는 기존의 유사 재료보다 새롭고, 향상된 성질을 가질 수 있어서 사용처가 보다 확장된 다양한 용도의 기능성 고분자 물질로 발전하고 있다.
카본나노튜브와 플러렌과 같은 나노 스케일 사이즈의 미세한 물질은 벌크 물질에서는 볼 수 없는 새로운 성질과 기능을 발현한다. 이 때문에 신규 나노 스케일 물질의 제조기술은 나노 기술을 지원하는 중요한 기반기술로서 그 개발에 커다란 관심이 기울여지고 있다.
첨단재료와 신소재의 개발은 전자, 생명공학 등 넓은 분야의 과학기술과 산업을 지원하는 기반으로서 대단히 중요하다. 특히 나노 사이즈의 신물질의 제조와 평가기술인 나노 수준에서의 미세가공기술은 나노 기술의 주요한 기술과제로서 가장 주력하지 않으면 안 된다.
물질의 사이즈가 작아져 나노 스케일 사이즈의 초미립자로 되면 벌크 시와는 전혀 다른 새로운 성질이 나타나는 것은 오래 전부터 잘 알려져 왔다. 예를 들면, 금을 나노 사이즈의 초미립자화하여 글라스 속에 분산시키면 담색 내지는 적색을 나타낸다. 미세한 금 콜로이드는 공예 글라스의 발색제로서 오래 전부터 이용되어 왔다.
최근 들어 플러렌과 카본튜브와 같이 다수의 신규 나노 스케일 물질이 발견되고 이들이 특이한 구조와 우수한 성질을 보인다는 것이 밝혀지고 있다. 예를 들 면, 탄소원자로부터 구성된 흑연 물질(벌크)은 도전체이지만, 나노튜브로 되면 튜브의 사이즈와 구조의 차이에 따라서 금속 또는 반도체의 새로운 성질이 나타난다. 또한 나노튜브의 선단에 전계를 걸어주면 튜브 선단으로부터 전자가 용이하게 튀어나온다. 게다가 수소를 튜브 가운데 저장할 수도 있다. 이와 같은 우수한 특성을 갖는 탄소나노튜브는 전자원의 소재로서 평판 디스플레이 판넬과 수소저장소자 등으로의 응용이 현재 급속한 속도로 진행되고 있다.
이러한 나노 스케일 물질은 다양한 형태와 구조를 갖는다. 여기에서는 탄소의 예를 들어본다. 벌크의 탄소는 흑연과 다이아몬드로 알려져 있는데, 흑연은 탄소원자가 6 각형의 망목을 형성하여 이들이 층상으로 배열되어 있다. 한편, 다이아몬드는 탄소원자가 사면체를 이루어 강고하게 결합되어 있다. 이 때문에 다이아몬드는 물질 가운데 가장 단단한 재료이고 또한 보석으로서도 진귀하여 소중하다. 탄소나노튜브는 플러렌과 매우 유사한 구조를 갖지만 구상이 아니라 한 방향으로 늘려진 침상의 결정이다. 침상 결정이 중공으로 되어 있어 나노튜브라 부른다. 나노튜브는 직경은 약 1 ㎚로부터 수 ㎚이고 길이는 수 ㎛정도이다.
탄소나노튜브(carbon nanotube : CNT)를 이용한 나노 기술의 경우는 탄소나노튜브가 가지는 구조 및 물성의 이방성과 단일벽, 이중벽, 다중벽등의 다양한 구조를 가지는 구조적 다양성 및 감긴 형태에 따라 도체, 반도체의 성질을 가지고 높은 전기 전도도를 가지며, 전기장의 인가시 튜브 끝에서 전기장이 강하게 증폭되는 전기적 특성, 길이방향의 견고한 공유결합에 의한 높은 영률(Young's modulus) 및 기계적 강도에 의하여2차 전지, 연료전지, 디스플레이, 반도체 기술 분야 등 그 응 용분야는 다양하다 하겠다.
그러나 이러한 다양한 응용성에도 불구하고 탄소나노튜브는 그 제조과정에서 전기방전 등의 방법으로 제조되는 경우에는 수 나노미터의 직경과 이의 1000배 이상 되는 길이를 가지는 튜브상의 탄소나노튜브가 무질서하게 엉킨 형태로 제조되므로 탄소나노튜브의 이방성을 이용할 수 없고, 따라서 응용영역이 많은 일정방향으로 배향된 탄소나노튜브의 적용분야에 적용할 수 없고, 탄소나노튜브를 포함하는 나노 복합재의 제조에 있어서도 탄소나노튜브 간 엉킴을 최소화하고 적절히 분산시킬 수 없는 문제점이 있다.
또한 상기 탄소나노튜브는 구조상 길이방향과 반경방향으로 서로 다른 물리적 성질을 가지는 이방성을 가지는데, 이러한 이방성으로 인하여 전계방출분야 등을 포함하는 나노 복합재의 응용분야에서 특정방향으로 탄소나노튜브를 배치하는 배향성이 중요하게 된다. 그러나 기존의 탄소나노튜브의 제조방법에 있어서는 배향성을 확보하기 위해서는 특정한 조건상에서 기재에 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD) 등의 고가의 제조방법을 적용하여야 하는 문제점이 있고, 또한 나노 복합재의 경우에는 복합화 이후에 배향성을 확보할 수 있는 방안이 제시되지 못하고 있는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 탄소나노튜브를 폴리에스터 매트릭스 상에서 효과적으로 분산시키고 높은 분자량을 기대할 수 있으며, 탄소나노튜브의 일정방향으로의 배향을 이룰 수 있는 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재 를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탄소나노튜브가 첨가됨으로써 수지 자체의 기계적, 열적, 전기적 특성 및 전자파 차폐율이 향상될 수 있는 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 목적과 이점은 첨부 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 설명한 하기의 설명으로부터 보다 분명해 질 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재는 탄소나노튜브를 폴리에스터에 분산시킨 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재에 있어서, 0.1~10 중량%의 탄소나노튜브를 90~99.9 중량%의 폴리에스터에 분산시킨 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 탄소튜브는 단층 탄소나노튜브(Single Wall Nanotube)이고, 상기 폴리에스터는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 에서 해중합된 고리형 올리고머인 것을 특징으로 한다.
보다 바람직하게는 상기 고리형 에스터 올리고머의 중합도는 2~10이며, 상기 고리형 에스터 올리고머의 개환 중합 온도는 290 ~ 310℃ 인 것을 특징으로 한다.
더욱 바람직하게는, 상기 고리형 에스터 올리고머는 개환 중합 시간이 5~20분인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는 상기 폴리에스터의 분자량은 적어도 20,000(수평균)이고, 상기 탄소나노튜브는 그 크기 및 길이가 100 ㎚ - 100 ㎛이고, 그 직경은 0.5 ㎚ - 50 ㎚인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예와 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위해 예시적으로 제시한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가지는 자에 있어서 자명할 것이다.
본 발명에 따른 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재 제조시 매트릭스에 해당되는 폴리에스터 수지를 제조하는 방법은 크게 두 가지가 있다.
첫 번째 방법은 폴리에스터의 단량체, 즉 폴리에틸렌테레프탈레이트의 경우, 테레프탈산(terephthalic acid, TPA) 또는 디메틸테레프탈레이트(dimethyl terephthalate, DMT)와 에틸렌 글리콜(ethylene glycol, EG)을 축합 중합하는 방법이 있다.
두 번째 방법은 고리형 에스터 올리고머를 개환 중합하는 방법이 있다.
폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재 제조법에 있어서 첫 번째 중합 방법의 경우, 탄소나노튜브가 혼합된 상태에서 중합도가 높은 폴리에스터를 얻기 위해서 단량체의 화학양론적 비를 정확하게 맞추어야 하고, 축합 중합 시 생성되는 부산물을 완벽하게 제거하기 위해서 1 torr이하의 압력의 고진공이 필요로 하며, 높은 분자량에 이르는 데에 반응시간이 지나치게 오래 걸린다.
그러나 두 번째 중합 방법의 경우, 말단기가 없는 고리형 에스터 올리고머의 구조로 인하여 부산물의 생성이 없이 단 시간 내에 중합 생성물을 얻을 수 있다는 점과 고리형 에스터 올리고머의 낮은 점도로 나노 스케일의 충진제를 분산시키는데 유리한 장점이 있다.
따라서, 본 발명은 탄소나노튜브를 고리형 에스터 올리고머를 개환 중합하여 고분자화 시키면서 보다 효과적으로 분산시키고 부산물의 생성 없이 단 시간 내로 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재를 제공할 수 있다.
이러한 탄소나노튜브를 고분자 매트릭스 상에서 분산시킨 나노 복합재는 고분자 매트릭스의 종류에 따라 다소 차이는 있으나 체적비 0.04% 이상만을 분산시켜도 전도 네트워크가 형성되어 반도체에 가까운 낮은 체적 저항을 얻을 수 있다. 이러한 특성을 이용하여 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재를 섬유, 부직포 및 필름 등의 여러 형태인 전자파 차폐재에 응용을 할 수 있다.
탄소나노튜브는 현존하는 재료들 중에서 그 강도가 가장 뛰어난 물질로 인식되고 있는 바, 고분자 물질의 기계적 성능 향상에 매우 적합한 충진제이기도 하다. 또한 탄소나노튜브는 튜브의 조직과 구조에 따라서 물리적인 특성이 달라져 수많은 응용가능성이 있는 대표적인 나노 단위의 탄소재료이다. 이러한 뛰어난 물성과 구조 때문에, 전자정보통신, 환경, 에너지 및 의약분야에서 응용이 기대되고 있다. 카본 블랙이나 탄소 섬유가 고분자 지지체에 전도성 매체로 사용되고 있는 것처럼, 탄소나노튜브의 높은 전도성을 이용하여 광전자 분야에 적용되는 복합재에 대한 개발이 진행 중이며, 뿐만 아니라, 기계적 성질, 열적 성질, 전기적 성질이 우수한 다기능 나노 복합재의 생산과 적용의 실현이 가시화되고 있다. 특히, 탄소나노튜브가 보유하는 탁월한 강도를 활용하는 구조재료의 개발 측면에서 탄소나노튜브를 섬유나 고분자 복합 소재들의 강화제(reinforcer)로 이용하는 것에 대한 연구자들의 관심이 매우 높다. 현재까지 이러한 노력은 나노튜브와 특정한 단일 성분의 고분자와 용융 혼련하거나 또는 용액 상태에서 단량체와의 중합을 통하여 복합재를 형성하는 방식으로 이루어져 왔다.
본 발명에서 사용되는 탄소나노튜브는 높은 기계적 강도와 높은 영률(Young's modulus)과 높은 종횡비 등의 기계적 특성을 가지는 물질이다. 또한 탄소나노튜브는 높은 전기전도성과 높은 열안정성을 가지는 물질이다. 이러한 우수한 여러 가지 특성을 지닌 탄소나노튜브를 고분자 매트릭스에 효과적으로 분산시킨 나노 복합재의 경우, 기계적, 열적, 전기적 특성이 향상된 고분자/탄소나노튜브 복합재를 제조할 수 있다.
탄소나노튜브를 합성하는 방법은 전기 방전법(Arc-discharge), 열분해법(Pyrolysis), 레이저 증착법(Laser Vaporization), 플라즈마 화학기상증착법(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 열화학 기상증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition), 전기분해법, Flame 합성법 등이 있으나, 본 발명에서 사용된 탄소나노튜브는 대량의 탄소나노튜브를 합성할 수 있는 방법인 열화학 기상증착법을 이용하여 합성한 것이다.
탄소나노튜브의 분산성을 향상시키기 위해서 물리적인 전처리 방법으로, 볼 밀(ball mill)을 통하여 단일 가닥별로 분리되거나 엉킴 정도를 낮추도록 분쇄한다. 이 과정을 통해 대량생산의 용이성, 작업성, 경제성, 생산의 용이성, 복합재의 특성 등이 용이하게 100 ㎚ 내지 100 ㎛의 길이를 갖고, 0.5 ㎚ 내지 50 ㎚의 직경을 가지게 된다. 그리고 화학적 전처리 방법으로, 탄소나노튜브를 황산과 질산의 부피부 3:1의 혼합 용액 속에서 초음파 처리한 후 필터링의 과정을 통해 탄소나노튜브 합성시의 촉매 및 불순물 등을 제거한 상태의 탄소나노튜브를 사용한다. 진공상태가 가능하고 교반이 가능한 용기에 고리형 에스터 올리고머와 촉매를 디클로로메탄(dichloromethane)에 용해된 상태에서 탄소나노튜브를 첨가한 후, 초음파로 분산을 시킨 후, 진공상태를 유지하면서 290~310℃에서 5~20분 동안 유지하면 고리형 에스터 올리고머가 개환중합을 통해 고분자화되면서 탄소나노튜브를 효과적으로 분산시켜, 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재가 제조된다.
폴리에틸렌테레프탈레이트는 필름 및 섬유에 이용될 수 있는 분자량을 가지면 크게 제한되지 않으나 특히 적어도 20,000(수평균) 이상을 가지는 것이 바람직하다. 폴리에틸렌테레프탈레이트의 분자량이 26,000이상이면 가스 차단성을 요구하는 제품에 이용되기에 용이하며, 45,000이상이면 블로우 몰딩(blow molding)이나 각종 저장 용기에 이용되기에 바람직하다. 그리고 80,000이상이면 사출성형(injection molding)에 이용되기에 바람직하다.
나노 복합재를 형성시키는 공정은 바람직하기로는 공기의 부재, 예를 들면, 아르곤, 네온 또는 질소와 같은 불활성 기체의 존재 하 또는 진공 상태에서 수행된다.
종래 탄소나노튜브의 경우에 탄소나노튜브의 긴 종횡비(aspect ratio)로 인하여 엉김 현상이 심하므로 분산 입자로서 탄소나노튜브를 사용하는 것이 어려우나, 본 발명에서는 미세 입자의 분산이 용이하므로 보다 미세한 탄소나노튜브의 경우도 사용이 가능하다.
이하에서는 본 발명을 실시예를 들어 보다 상세히 설명한다.
[제조예 : 해중합을 통한 고리형 에스터 올리고머의 제조]
3몰%에 해당하는 주석계 촉매, 예를 들면 디부틸틴옥사이드(Dibutyl tin oxide, (n-C4H9)2SnO)를 촉매로 사용하여, 디클로로벤젠(dichlorobenzene)에 폴리에틸렌테레프탈레이트를 180℃의 온도에서 48시간 환류(refluxing)를 통해 반응을 진행시켰다. 그리고 선형 올리고머를 여과시킨 후, 디클로로벤젠(dichlorobenzene)에 용해되어있는 고리형 에스터 올리고머를 감압 증류하여 용매를 제거한 후 약 80%의 수율로 얻었다. 이렇게 제조된 고리형 에스터 올리고머의 조성은 단량체의 반복 단위가 2에서 10까지의 분포를 나타내었다.
고리형 에스터 올리고머는 그 종류에 따라, dimer 227.5℃, trimer 318.2℃, tetramer 324.1℃, pentamer 252.2℃ 등 녹는점이 다르다. 상기의 고리형 에스터 올리고머의 조성비에 따라 중합 온도가 결정이 되어지는데, 상기와 같이 해중합에서 촉매의 양에 따라 그 조성비는 조절이 가능하다. 즉 촉매의 양이 고정된 조건에서 해중합을 통한 고리형 에스터 올리고머의 조성비율은 큰 변화 없이 제조될 수 있어 중합 온도 조절이 용이해진다. 이는 겔크로마토그래피(Gel Permeation chromatography)를 통해 확인할 수 있으며, dimer 53.2%, trimer 28.1%, tetramer 7.9%, pentamer 6%, hexamer 이후의 기타 고리형 에스터 올리고머는 4.8%의 조성비를 나타냈다.
[실시예 1]
열화학 기상증착법으로 합성된 탄소나노튜브의 분산성을 향상시키기 위해서 물리적인 전처리 방법으로, 볼 밀(ball mill)을 통하여 단일 가닥 별로 분리되거나 엉킴 정도를 낮추도록 분쇄한다. 그리고 화학적 전처리 방법으로, 탄소나노튜브를 황산과 질산의 혼합 용액 속에서 48시간 동안 초음파 처리한 후 필터하여 사용한다. 진공 상태와 교반이 가능한 용기에, 제조예에서 설명한 방법에 따라 얻은 고리형 에스터 올리고머 99.5중량%와 단층 탄소 나노튜브(Single Wall Nanotube, 일진 나노텍사 제품) 0.5 중량%에, 디클로로메탄(dichloromethane)에 용해된 안티몬계 촉매, 예를 들어 삼산화안티몬(antimony trioxide)을 0.5몰%를 혼합한 후 초음파로 분산시키고 진공과 교반 상태를 유지하면서 310℃에서 20분간 중합시킨 후, 얼음물로 냉각시켜 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재를 얻었다. 이러한 제조공정을 도 1에 나타내었다.
[실시예 2]
고리형 에스터 올리고머 99.0 중량%와 탄소나노튜브 1 중량%를 혼합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 하여 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재를 얻었다.
[실시예 3]
고리형 에스터 올리고머 97.0 중량%와 탄소나노튜브 3 중량%를 혼합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 하여 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재를 얻었다.
[실시예 4]
고리형 에스터 올리고머 95.0 중량%와 탄소나노튜브 5 중량%를 혼합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 하여 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재를 얻었다.
[실험예 1]
상기 실시예에 따른 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재의 전자파 차폐 특성을 확인하기 위하여, 고온압축기(hot press)를 사용하여 필름형태로 만든 후, ASTM 규격(D-4935-89)에 의거한 시험을 행하였다. 중공(中空)형 동축 케이블내에 전자파 신호발생기, 시편 지지대 및 전자파 수신기가 장착된 장치에서, 상기 실시예에서 제조된 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재를 직경 13cm, 두께 0.1mm의 원형 로드 시편과, 이를 내경 7.5cm로 천공 처리한 비교 시편, 직경이 3.2cm 인 비교 시편 3 종을 재단하여, 직경이 13cm 인 두 시편의 가장자리 4 군데를 직경 5mm이하로 천공 처리하여 이를 시편 지지대에 고정시킨 후, 주파수 변환율을 측정하여, 각각의 주파수 대역에서의 전자파 차폐효율을 측정하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
[표 1]
구분 부피비 저항(10-3ohm·cm) 차폐효율(dB) 분자량 (Mv/103)
실시예 1 394 38.2 46
실시예 2 153.5 45.8 44
실시예 3 120.3 49.2 39
실시예 4 35.5 63.8 35
상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 전자파 차폐 충진제인 탄소나노튜브를 0.5 중량부 이상만을 고리형 에스터 올리고머가 개환중합함에 따라 분산시켜도 전도 네트워크가 형성이 되어 반도체에 가까운 낮은 체적 저항을 얻을 수 있음 을 알 수 있다.
따라서 상술한 본 발명의 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재는 높은 전자파 차폐 효율과 함께 방열 특성에 있어서도 우수한 특성을 가지는바, 열전달특성이 우수한 탄소 나노튜브를 포함하고 있으므로 열을 효과적으로 방출시킬 수 있게 되는 것이다.
[실험예 2]
상기 실시예에서 얻어진 폴리에스터/탄소나노튜브의 나노 복합재의 분자량을 페놀(phenol)과 테트라클로로에탄(tetrachloroethane)을 중량% 3:2로 혼합된 용매에 용해시켜 25℃의 항온기에서 모세관 점도계로 MHS(Mark Houwink - Sakaruda)식을 이용하여 점도평균분자량(Mv)을 측정하였다.
그 결과 상기 표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 점도 평균분자량이 적어도 20,000이었으며, 이는 섬유, 부직포 및 필름 등에 이용될 수 있는 수준이고, 45,000이상의 고분자량도 가능하여 더 높은 기계적 특성을 요구하는 성형체로의 이용이 가능함을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따르면, 나노 크기의 탄소나노튜브의 고분자 매트릭스 상에서 고른 분산이 가능하고 이를 통하여 복합재의 물성을 개선하거나 기능성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 상기 탄소나노튜브의 균일한 분산과 탄소나노튜브의 일정방향으로의 배향을 이룰 수 있는 등의 효과가 있다.
또한 본 발명에 따라 제조된 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재는 섬유, 부직포, 필름 등의 여러 성형 형태가 가능한 전자파 차폐재, 열전도도가 우수한 방열재 등으로 적용할 수 있다.
따라서 본 발명은 기존의 제조방법에서 어려움이 지적되고 있는 탄소나노튜브의 분산과 배향 및 탄소나노튜브를 포함하는 나노 복합재 내에서의 탄소나노튜브의 분산과 배향을 모두 해결하여 탄소나노튜브 및 그 복합체의 표시장치, 연료전지, 2차 전지, 축전지, 태양전지, 액정표시장치의 백라이트, 무선 증폭기, X선 방출원, 메모리소자, 화학센서, 고효율형광체, 전파차폐물질 등의 다양한 분야에의 응용이 가능하게 되는 것이다.

Claims (6)

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  4. 탄소나노튜브인 단층 탄소나노튜브(Single Wall Nanotube)를 폴리에스터에 분산시킨 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재에 있어서,
    상기 폴리에스터는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트에서 해중합된 고리형 올리고머로서, 중합도가 2~10인 고리형 에스터 올리고머를 사용하되,
    진공상태가 가능하고 교반이 가능한 용기에 0.1~10 중량%의 상기 단층 탄소나노튜브와 90~99.9 중량%의 상기 고리형 에스터 올리고머가 혼합된 상태에서 디클로로메탄(dichloromethane)에 용해된 촉매를 첨가한 다음, 초음파로 분산시킨 후, 진공상태에서 290~310℃에서 5~20분 동안 유지하면서 상기 고리형 에스터 올리고머가 개환중합을 통해 고분자화되면서 상기 단층 탄소나노튜브를 분산시킨 것을 특징으로 하는, 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고리형 에스터 올리고머의 분자량은 적어도 20,000(수평균)인 것을 특징으로 하는, 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 단층 탄소나노튜브는 그 크기 및 길이가 100 ㎚ - 100 ㎛이고, 그 직경은 0.5 ㎚ - 50 ㎚인 것을 특징으로 하는, 폴리에스터/탄소나노튜브 나노 복합재.
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