KR100955295B1 - 나노카본을 포함한 고형체의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노카본 고형체에 관한 것으로서, 나노카본, 금속, 수지를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 나노카본 고형체는 취급이 쉽고, 잘 날리지 않으며, 여러 메트릭스 수지와 자유로운 믹싱이 가능하며, 성형기 투입시 메트릭스 수지와 상분리가 일어나지 않는 효과가 있다.

나노카본, CNT, 고형체, 펠렛, 칩

Description

나노카본을 포함한 고형체의 제조방법{Manufacturing method of shaped solid comprising nanocarbon}

본 발명은 나노카본 고형체, 나노카본 고형체의 제조방법 및 나노카본 고형체의 성형품에 관한 것이다.

나노카본은 단일겹의 SWNT, 2-십수겹으로 구성되어 있는 MWNT등의 탄소나노튜브, 고깔형태가 꼽혀있는 탄소나노 혼, 탄소나노섬유(CNF), 흑연 나노 섬유, 탄소나노로드, SWNT가 펼쳐진 형태인 그라판등을 포함한다.

기존의 소재들과 비교하여보면 나노카본은 매우 우수한 전기적 성질과 기계적 성질, 열적성질을 가지고 있어 전자, 전기제품, 고기능 복합체등에 많은 연구가 이루어져 일부는 상용화되어지고 있다.

그러나 많은 연구와 개발이 실행되고 있으나 낮은 겉보기밀도로 인한 인체유해성 문제와 분산의 어려움 때문에 아직까지 대량사용은 장벽으로 남아있는 실정이다.

특히 낮은 겉보기밀도 때문에 날리는 것을 방지하기 위해 수처리, 계면활성제처리로 보완하고 있으나, 나노카본의 주용도인 우수한 전기적 성질을 발현하는 제품에 적용은 어려운 실정이다.

예컨데, 한국공개특허 제10-2008-0021002호에는 컴퍼지트의 매트릭스 수지와 분산성이 우수한 탄소나노튜브의 분산방법이 기재되어 있고, 한국공개특허 제2003-0016055호 및 한국등록특허 제10-0610888호에는 탄소나노튜브를 정제 및 액상 코팅물로 제조하여 매트릭스 수지에 분산시키는 방법이 기재되어 있으며, 한국등록특허 제10-0839173호에는 보강재(카본파이브,유리섬유,카본,흑연)를 넣어 분산하는 방법이 기재되어 있으며, 한국공개특허 제10-2006-0006002호에는 계면활성제와 수성라텍스(수용성전구체)를 처리하여 분산을 하는 방법등이 기재되어 있다.

그러나 대다수의 방법들이 공정이 복잡하고 강산(질산, 황산,염산)과 강 환원제(과산화수소)처리로 비환경적·비경제적이며, 대부분 탄소나노튜브를 직접 공정에 이용하는 것이어서, 손쉽게 분산성과 용해성이 좋은 제품을 원하는 고객의 니즈를 충족시키지 못하고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 보관 및 취급이 용이하고, 분산성 및 전도성이 우수하며, 제조가 간단한 나노카본 고형체의 제조방법, 나노카본 고형체, 나노카본 고형체의 성형물의 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 일측면에 따른 나노카본을 포함한 고형체는,
약산에 금속(산화물, 이온을 포함한다)을 넣어 교반하여 침전물을 제거하고 상등액을 얻는 제1조성물 제조단계;
상기 제1조성물에 수지 및 나노카본을 넣어 교반한 후 액체성분를 제거하고 분쇄 또는 파쇄하여 파우더로 만드는 공정을 포함하는 제2조성물 제조단계; 및
상기 제2조성물을 소정의 형상으로 성형한 후 건조하는 고형체 제조단계를 포함한다.
이 때, 상기 제1조성물 제조단계 및 상기 제2조성물 제조단계에서 상기 교반은 0.5 내지 4시간동안 이루어지는 것이 바람직하다.
이 때, 상기 제2조성물 제조단계에서 상기 교반 후 1 내지 24시간동안의 숙성과정을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고형체 제조단계에서 건조는 80 내지 250℃ 사이에서 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 고형체 제조단계 후에 메트릭스 수지와 혼합하는 혼합단계를 더 포함할 수 있다.
이 때, 상기 메트릭스 수지는pps(polyphenylenesulfide), peek(polyetheretherketone), psf(polysulfone), pc(polycarbonate), pp(polypropylene), tpo(thermoplasticolefine), pe(polyethylene), ps(polystyrene), pi(polyimide), pa11(polyamide based on 11-aminoundecanoic acid), pa12(polyamide based on ω-aminododecanoic acid or on laurolactam), pa6(polyamide based on ε-caprolactam), pa6t(polyamide based on hexamethylenediamine, and terephthalic acid), pa9t(polyamide 9t), pmma(poly methyl methacrylate), tpu(thermoplasticurethane), abs(acrylonitrile butadiene styrene), pom(poly acetal), ppo(polyphenyloxide), pes(polyethersulfone), pet(poly ethylene terephthalate), pbt(polybutylene terephthalate), mppe(modified polyphenylene ether), pa66(polyamide based on hexamethylenediamine and adipic acid), pei(polyetherimide), pai(polyamideimide), lcp(liquid crystal polymer), par(polyacrylate), pvc(polyvinyl chloride), 열경화성 수지, 엘라스토머 및 고무류로 구성되는 군에서 선택되는 하나 이상이 포함되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제2조성물 제조단계에서 상기 제1조성물에 탄소섬유, 탄소나노섬유, 금속코팅섬유, 금속섬유, 금속분말, 팽창흑연, 및 열전도성 탄소로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상을 더 첨가될 수 있다.
이 때, 상기 제2조성물 제조단계에서 상기 파우더에 상용화제, 안정제, 킬레이트, 및 커플링제로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나를 더 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 나노카본을 포함한 성형품의 제조방법은,
약산에 금속(산화물, 이온을 포함한다)을 넣어 교반하여 침전물을 제거하고 상등액을 얻는 제1조성물 제조단계;
상기 제1조성물에 수지 및 나노카본을 넣어 교반한 후 액체성분를 제거하고 분쇄 또는 파쇄하여 파우더로 만드는 공정을 포함하는 제2조성물 제조단계;
상기 제2조성물을 소정의 형상으로 성형한 후 건조하는 고형체 제조단계;
상기 고형체를 메트릭스 수지와 혼합하는 혼합단계; 및
상기 고형체를 성형기에 넣어 성형품을 제조하는 성형단계를 포함한다.
이 때, 상기 성형품은 자동차의 정전도장용 범퍼, 펜다, 연료필터, 연료탱크, 연료배관, 전자파차폐 대쉬 보드, 휴대폰, 노트북 케이스, 연료전지 바이폴라 플레이트, 환경기계 전극, 산-알칼리 전해액 전극, 반도체 칩 캐리어 필름, 운반용 트레이, 파레트, 대전방지 필름, 투명 ESD 필름, 투명 ESD 판, 포장용 발포재를 포함한다.
또한, 본 발명은 전술한 방법에 따라 제조된 나노카본을 포함한 고형체, 성형품 및 전술한 방법으로 제조된 나노카본 고형체가 분산된 액상혼합물을 포함한다.

본 발명에 따른 나노카본 고형체는 취급이 쉽고, 잘 날리지 않으며, 여러 메트릭스 수지와 자유로운 믹싱이 가능하며, 성형기 투입시 메트릭스 수지와 상분리가 일어 나지 않는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따른 나노카본 고형체의 제조방법에 따르면 전술한 나노카본의 고형체를 효율적으로 제조하는 방법을 제공한다.

또한 본 발명에 따른 나노카본 고형체를 이용한 성형품은 성형품의 용도에 맞게 다양한 형태로 제작될 수 있다.

본 발명의 일측면에 따른 나노카본 고형체의 제조방법은 제1조성물 제조단계, 제2조성물 제조단계, 고형체 제조단계를 포함한다.

제1조성물 제조단계는 약산에 금속 또는 금속산화물을 넣어 물리적방법으로 0.5-4 시간 정도 처리 후 교반기로 서서히 저어 주면 상등액과 침전물로 분리되므로 상등액을 필터링으로 분리하는 단계이다.

이 때 사용되는 금속(산화물)의 형태는 분말, 조각 또는 용액일 수 있고, 분말일 경우 30-325메쉬의 크기인 것이 바람직하며, 금속은 후술할 약산과 반응한 후에는 통상 이온상태로 존재하는 것으로 예상된다.

이 때 사용될 수 있는 약산은 사과산, 구연산, 타닌산, 살릭산, 식초산, 말릭산, 무수말레익산, 젖산, 빙초산, 수산, 엽산, 호박산, 옥살산, 개미산이 포함된다. 또한, 물리적 방법은 고분산 믹서, 비드밀, 바스켓밀, 초음파 조사가 바람직하게 사용된다.

이 때, 물리적 방법으로 처리한 후 첨가제를 넣을 수 있으며, 이 때의 첨가제로는 촉매나 안정제, 환원제가 사용될 수 있다.

제2조성물 제조단계는 전술한 제1조성물에 수지를 넣어 물리적 방법으로 완전히 분 산한 후 나노카본을 넣고, 0.5 내지 4시간동안 교반하고, 1 내지 24시간 숙성 후 액상을 필터링한 다음 필터프레스, 고액분리기, 원심분리기, 탈수기등을 사용하여 액체를 제거하여 제2조성물을 제조하고, 제2조성물을 분쇄하거나 파쇄하여 파우더로 만드는 단계이다.

이 때, 수지는 개질한 수지가 바람직한데, 개질한 수지란 수지에 필러(filler)를 분산제와 같이 넣어 믹싱한 수지로서, 아크릴, 우레탄, 비닐, 불소화, 실리콘화, 염소불소화, 에폭시, 페놀, 셀롤로우스, 스티렌, 올레핀, 엘라스토머, 파라핀 수지가 사용될 수 있다.

필러는 나노 클레이, 탄산 칼슘등이 사용될 수 있으며, 분산제로는 DEG(Diethylene Glycol), MEG(monoethylene Glycol), 계면활성제, 가소제가 사용될 수 있다.

한편, 고형체가 나노카본 복합체의 충진제로 사용될 경우에는 메트릭스 수지와의 상용성을 극대화하기 위해서 제2조성물 파우더에 상용화제 및 캐리어 수지를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상용화제 및 캐리어 수지는 1 내지 300㎛의 크기로 만들어 믹싱한다. 믹싱할 경우, 슈퍼 믹서, 헨셀 믹서, 리본 브랜다, 반죽기, 또는 더블 혼합기를 사용할 수 있다.

상용화제로는 SEBS(스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌), PP-G-MA(폴리프로필렌 그라프트 무수말레익산), PE-G-MA(폴리에틸렌 그라프트 무수말레익산), PVDF(폴리비닐리덴 플로라이드 : Polyvinylidene fluoride)가 사용될 수 있으며, 메트릭스 수지와의 분산을 안정화하기 위한 안정제(케리어 수지)로서 메트릭스 수지의 파우더와 에틸렌 또는 아마이드 류의 파우더가 사용될 수 있다.

이 경우, 제2조성물 파우더과 상용화제 및 안정제의 혼합비율에는 제한이 없으며, 킬레이트제, 커플링제가 용도에 맞게 추가 믹싱하여 고형체의 제조를 보다 용이하게 할 수 있다.

한편, 연료전지, 환경기계나 산-알카리 전해액용 전극이나 발열체, 금속대체 부품, 고열전도성 부품 등 고형체가 사용될 용도에 따라 제2조성물 제조시에 탄소섬유, 탄소나노섬유, 금속코팅섬유, 금속섬유, 금속분말, 팽창흑연, 열전도성 카본등을 나노카본과 함께 첨가할 수 있다.

고형체 제조단계는 제2조성물 파우더를 몰드등에 넣어 소정 형체로 만들어 캐비넷 건조기, 로타리 퀼런 건조기, 열풍 건조기, 콘베어식 열풍 건조기, 진공 건조기와 원적외선 건조기등의 건조기에 넣어 80-250℃ 사이에서 건조하여 고형체를 제조하는 단계이다.

이 때, 파우더를 소정형상으로 만드는 몰드는 음각형 몰더, 제환기, 타정기, 세라믹 프레스기, 압출기(스크류식, 유압식, 공압식)등을 포함한다. 이 때, 만들어 지는 고형체의 형상은 칩, 펠렛, 알, 환약형태, 염주, 목걸이 형태등 매우 다양하게 제조될 수 있으며 그 형상에 제한되지 않는다. 도 1은 다양한 나노카본 고형체의 사진을 도시하고 있고, 도 2는 다양한 나노카본 고형체의 직경과 길이를 도시하는 설명도이다.

본 발명의 다른 측면에 따른 나노카본 고형체를 이용한 성형품의 제조방법은 성형단계를 포함한다.

성형단계는 성형기에 혼합된 고형체를 넣어 성형품을 제조하는 단계이다. 성형기로는 사출기, 압출기, 압축기등이 사용될 수 있으며, 사출품으로는 전극, 바이폴라 플레이트, 발열체, 트레이등이 제조될 수 있고, 압출품으로는 발포 PE, PS 폼, 성형용 시트, 필름등이 제조된다.

이러한 방법으로 제조되는 성형품은 나노카본의 최대 단점인 성형작업시 생기는 스킨현상을 없앨 수 있으므로 소량으로 제품 작업이 가능하다.

한편, 고형체는 메트릭스 수지와 혼합하여 성형품으로 제조될 수 있다. 이 경우, 성형단계 전에 혼합단계가 더 포함된다.

혼합단계는 전술한 고형체는 메트릭스 수지와 혼합하는 단계이다. 메트릭스 수지로는 pps(polyphenylenesulfide), peek(polyetheretherketone), psf(polysulfone), pc(polycarbonate), pp(polypropylene), tpo(thermoplasticolefine), pe(polyethylene), ps(polystyrene), pi(polyimide), pa11(polyamide based on 11-aminoundecanoic acid), pa12(polyamide based on ω-aminododecanoic acid or on laurolactam), pa6(polyamide based on ε-caprolactam), pa6t(polyamide based on hexamethylenediamine, and terephthalic acid), pa9t(polyamide 9t), pmma(poly methyl methacrylate), tpu(thermoplasticurethane), abs(acrylonitrile butadiene styrene), pom(poly acetal), ppo(polyphenyloxide), pes(polyethersulfone), pet(poly ethylene terephthalate), pbt(polybutylene terephthalate) , mppe(modified polyphenylene ether), pa66(polyamide based on hexamethylenediamine and adipic acid), pei(polyetherimide), pai(polyamideimide), lcp(liquid crystal polymer), par(polyacrylate), pvc(polyvinyl chloride), 열경화성 수지, 엘라스토머 및 고무류가 사용될 수 있다. 이 때, 고형체는 매트릭스 수지 100중량부에 대해서 0.1 내지 100중량부로 포함시킨다.

고형체와 메트릭스 수지는 믹서, 브랜다, 덤블러 등의 혼합기로 상분리가 일어나지 않을 정도로 충분히 혼합하고, 이 후 전술한 성형단계와 동일하게 성형품으로 제조될 수 있다. 혼합단계에서 고형체는 매트릭스 수지에 컴파운딩 되거나 단순히 혼합될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면인 나노카본 고형체는 금속(산화물), 수지, 나노카본을 포함한다. 본 명세서에서 나노카본 고형체는 나노카본으로 일정한 고체성 형상을 갖춘 것을 말하는 것으로서, 그 형상에는 제한되지 않으며 펠렛, 칩등 다양한 이름으로 불려질 수 있다.

금속은 Ag, Cu, Mn, Fe, Ni, Cr, Co, Mo, W, Te, Pt, Li, Na, K, Ba, Mg, Zn, Al, Ga, Sn, Ti, V, Ge, Bi, 그 합금, 및 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나가 사용된다. 또한, 금속산화물은 전술한 금속들 및 그 합금, 혼합물의 산화물이 사용된다.

수지는 아크릴, 우레탄, 비닐, 불소화, 실리콘화, 염소불소화, 에폭시, 페놀, 셀롤로우스, 스티렌, 올레핀, 파라핀 수지, 및 그 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나의 수지가 사용될 수 있다.

나노카본은 Single-walled nanotube, Doubled-walled nanotube, Multi-walled nanotube, Rope carbon nanotube, nano carbon horn, nano carbonfiber, 그라펜등 모든 종류의 사용이 가능하며 제한되지 않는다.

또한, 본 발명에 따른 고형체 조성물은 상용화제, 케리어수지, 또는 첨가제를 더 포함할 수 있다.

상용화제 및 케리어 수지는 메트릭스 수지와의 상용성을 높이기 위해 포함된다.

상용화제는 SEBS(스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌), PP-G-MA(폴리프로필렌 그라프트 무수말레익산), PE-G-MA(폴리에틸렌 그라프트 무수말레익산), PVDF(폴리비닐리덴 플로라이드 : Polyvinylidene fluoride)로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나가 선택될 수 있다.

케리어 수지는 매트릭스수지의 파우더 또는 에틸렌 또는 아마이드류의 파우더를 사용할 수 있으며, 용도에 맞추어 킬레이트제 또는 커플링제등을 더 포함할 수 있다.

또한, 첨가제는 고형체 조성물의 용도에 따라 그 특성을 향상시키기 위해 포함되는 것으로서, 탄소섬유, 탄소나노섬유, 금속코팅 섬유, 금속섬유, 금속 분말, 팽창흑연, 열전도성 탄소, 및 그 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상이 포함될 수 있다.

전술한 나노카본은 나노카본 고형체 전체중량의 0.1중량% 내지 98중량%로 포함되는 것이 바람직하다. 0.1중량%미만인 경우 나노카본의 성질을 발현하기 어렵고, 98중량%를 초과하는 경우 고형체로의 제조가 어렵기 때문이다.

본 발명의 또 다른 측면인 나노카본 고형체가 분산된 액상 혼합물이다. 전술한 나노카본 고형체는 통상적인 나노카본 분말과 마찬가지로 다른 액상물질에 분산되어 액상으로 존재할 수 있다.

[실시예1]

금속(Ag, Cu, Mn, Fe, Ni, Cr, Co, Mo, W, Te, Pt, Li, Na, K, Ba, Mg, Zn, Al, Ga, Sn, Ti, V, Ge, Bi)과 전술한 금속의 산화물류 100중량부에 대해서 약산(빙초산, 젖산, 사과산, 구연산, 살릭산, 무수말레익산, 개미산, 식초산, 타닌산, 호박산, 옥살산, 수산, 엽산)을 20-100중량부, 알콜 및 물을 1-500중량부, 촉매 1-20중량부에 넣어 물리적방법(고분산믹서, 비드밀, 초음파)으로 온도 50-200℃를 유지하며 0.5 내지 4시간 처리한 후 1 내지 24시간 정도 숙성시킨 후 진공 필터링하여 제1조성물의 활성액을 분리한다.

제1조성물을 넣은 용기에 개질한 수지를 넣어 물리적방법으로 완전히 분산 후 나노카본을 넣어 제2조성물을 만든다. 혼합물을 초음파 베쓰(Bath)에 넣어 교반한다. 교반 후 액상을 필터링으로 제거한 후, 다져저 있는 제2조성물을 분쇄나 파쇄하여 파우더로 만든다.

파우더를 칩 형태가 음각된 몰더에 다져 넣어 120℃로 30분 건조 후 틀에서 털어낸 후 다시 100-250℃에서 완전히 건조 시키면 칩이 제조된다. 이 때, 소정 형태의 칩형상이 음각된 몰더 대신 제환기, 타정기, 세라믹 프레스, 압출기,압축기등을 사용하여 고형체를 제조할 수 있으며, 80 내지 250℃로 건조기에서 1 내지 24시간 건조시키면 여러 형상의 펠렛, 알약등이 제조된다.

[실시예 2]

실시예 2는 제2조성물 제조시에 고형체가 사용될 용도에 따라 금속입자, 금속섬유, 탄소 또는 흑연입자, 유리 또는 탄소섬유등의 첨가제를 나노카본 100중량부를 기준으로 1-100중량부 더 포함한다는 점에서 실시예 1과 구별된다.

[실시예3]

실시예 3은 제2조성물 파우더 제조시에 상용화제, 캐리어 수지를 1-300um크기의 입자를 나노카본 100중량부를 기준으로 1-100중량부 더 포함한다는 점에서 실시예 1과 구별된다.

[실시예4]

실시예 4는 제2조성물 제조시에 고형체가 사용될 용도에 따라 금속입자, 금속섬유, 탄소 또는 흑연입자, 유리 또는 탄소섬유등의 첨가제를 카본나노튜브 100 중량부를 기준으로 1-100중량부 더 포함하고, 제2조성물 파우더 제조시에 상용화제, 캐리어 수지를 1-300um크기의 입자크기로 1-100중량부를 더 포함한다는 점에서 실시예 1과 구별된다.

[실험예 1]

본 발명에 따른 나노카본 고형체를 도 3와 같이 여러가지 치수별로 제조하여, 치수별 겉보기 밀도, 파괴하중, 파괴강도를 실험하여 표 1과 같이 정리하였다.

	1번 시편	2번 시편	3번 시편	4번 시편	5번 시편	6번 시편	7번 시편
높이(cm)	0.39	1.66	2.70	3.11	1.98	2.70	1.06
직경(cm)	0.35	0.39	0.41	0.46	0.36	0.38	0.435
부피(cm)	0.038	0.198	0.356	0.516	0.274	0.274	0.157
질량(g)	0.007	0.10	0.19	0.32	0.06	0.09	0.05
밀도(g/cm)	0.184	0.505	0.533	0.620	0.219	0.328	0.318
파괴하중(kgf)	0.27	2.30	2.50	3.20	0.45	0.40	0.20
파괴강도(Mpa)	0.30	1.92	1.82	1.94	0.44	0.34	0.15

이에 따르면 본 발명의 실시예에 따른 나노카본 고형체는 매우 다양한 크기 및 강도로 제조될 수 있고, 파괴하중이 매우 낮아 고형체를 쉽게 분산시켜 사용할 수 있음을 확인할 수 있다. 이에 고형체의 겉보기 밀도는 0.1 내지 1.5g/cm3로 구성되고, 고형체의 파괴하중은 0.05 내지 5 kgf로 구성되며, 파괴강도는 0.05 내지 3 MPa로 구성될 수 있다. 한편, 파괴하중 및 파괴강도는 전술한 범위 외에서는 고형체로 제조되지 않거나, 너무 단단해져서 다시 파쇄하는 단계를 거쳐야 사용할 수 있기 때문이다.

[실험예 2]

본 발명의 일실시예에 따른 나노카본 고형체를 만들기 위한 제1조성물의 활성도를 측정하기 위해 FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)을 조사하였다. 도 4에 따르면 제1조성물에는 -OH, C=O, C-H등의 활성기가 포함되어 분산이 쉽고 좋은 나노카본 고형체를 만들 수 있음을 확인할 수 있다. 한편, 도 4의 (a) KBr법에 의한 측정결과이고, 도 4의 (b)는 액상상태에서의 측정결과이다.

[실험예 3]

본 발명의 일실시예에 따른 나노카본 고형체의 칩 제조 후 분산하기 쉬운 상태 인지를 측정하기 위해 RAMAN spectrum을 측정하였고, 결과는 도 5와 같다.

도 5는 본 발명에 따른 나노카본 고형체는 결점(defect)과 흑연피크를 가지는 것이 확인되었으며 이로써 높은 분산도를 가지고 있음을 알 수 있다. 즉, 이러한 결점과 흑연피크를 가짐에도 본 발명에 따른 고형체는 종래에 산처리를 통하여 결점을 생성하는 방법이 나노카본의 손상(즉, 종횡비가 낮아짐)을 가져오는 것과 비교할 때 나노카본의 손상없이 결점을 만든다는 점에서 매우 유리하다.

[실험예 4]

본 발명의 일실시예에 따른 나노카본 고형체의 표면상태를 측정하기 위해 SEM을 측정하였고, 결과는 도 6와 같다.

도 6은 본 발명의 나노카본은 고형체로 제조되었음에도 종래에 나노카본의 분산향상을 위한 방법으로 사용되었던 화학개질법, 물리흡착법(파이-파이결합으로 비공유래핑), 혼산(강산)처리 방법, 또는 중합공정을 거친 나노카본과 거의 동일한 표면 상태를 보여준다.

[실험예 5]

본 발명의 일실시예에 따른 나노카본 고형체의 나노카본의 양을 측정하기 위해 TGA(Thermogravimetric analysis)을 수행하였고, 결과는 도 7과 같다.

도 7에 따르면 나노카본이 거의 98%로서 약 2%의 수지 및 금속(산화물, 이온)등이 포함되어 있음을 알 수 있다.

도 7(a)는 폴리카보네이트에 컴파운딩한 결과이고, 도 7(b)는 폴리에틸렌(PE)에 컴파운딩한 결과이다.

[실험예 6]

본 발명의 일실시예에 따른 나노카본 고형체와 폴리카보네이트(PC)를 컴파운딩한 후 RAMAN spectrum을 측정하였고, 결과는 도 8와 같다.

도 8에 따르면 본 발명의 나노카본 고형체는 분산이 쉽게 처리되어 결점이 사라지고, 폴리카보네이트 수지와 완전히 계면접착한 상태를 확인할 수 있다.

[실험예 7]

본 발명의 일실시예에 따른 나노카본 고형체와 폴리카보네이트(PC)를 컴파운딩한 후 SEM을 촬영하였고, 결과는 도 9와 같다.

통상적으로 나노카본은 매우 높은 소수성으로 인하여 나노카본 주위로 구멍이 발생하나 도 9의 본발명에 따른 나노카본 고형체에서는 폴리카보네이트와 완전결합으로서 나노카본 주위로 구멍이 발생하지 않음을 확인할 수 있다.

[실험예 8]

본 발명의 일실시예에 따른 나노카본 고형체를 PPS(polyphenylenesulfide), TPU(thermoplasticurethane), PEEK(polyetheretherketone), PC(polycarbonate)/ABS(acrylonitrile butadiene styrene)에 믹싱 후 컴파운딩 없이 제조된 사출제품의 저항치를 측정하였고, 결과는 도 10과 같다.

도 10의 결과는 PPS(poly phenylene sulfide), TPU(thermoplasticurethane), PEEK(polyetheretherketone), PC(polycarbonate)/ABS(acrylonitrile butadiene styrene)별와 같이 높은 성형온도를 가져 컴파운딩이 어려운 매트릭스 수지에서도 도의 컴파운딩 없이 단순히 혼합만으로 사출성형하여 사출품의 제조가 가능함을 보여준다.

[실험예 9]

본 발명의 일실시예에 따른 나노카본 고형체를 PC(polycarbonate), PC(polycarbonate)/ABS(acrylonitrile butadiene styrene), PET(poly ethylene terephthalate), PE(polyethylene), PP(polypropylene), PA66(polyamide based on hexamethylenediamine and adipic acid)에 믹싱 후 컴파운딩 없이 제조된 압출제품의 저항치를 측정하였고, 결과는 도 11과 같다.

도 11의 결과는 PPS(polyphenylenesulfide), TPU(thermoplasticurethane), PEEK(polyetheretherketone), PC(polycarbonate)/ABS(acrylonitrile butadiene styrene)와 같이 높은 성형온도를 가져 컴파운딩이 어려운 매트릭스 수지에서도 별도의 컴파운딩 없이 단순히 혼합만으로 압출성형하여 압출품의 제조가 가능함을 보여준다.

전술한 바와 같이 발명은 상기 실시예들을 기준으로 주로 설명되어졌으나, 발명의 요지와 범위를 벗어나지 않고 많은 다른 가능한 수정과 변형이 이루어질 수 있다. 전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 청구범위에서 정해지는 것으로서, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노카본 고형체의 사진.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 여러 가지 직경과 길이의 나노카본 고형체 도면.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 여러 가지 치수의 나노카본 고형체의 사진.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 나노카본 고형체의 FT-IR을 도시한도면.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 나노카본 고형체의 RAMAN spectrum을 도시한 도면.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 나노카본 고형체의 SEM 사진.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 나노카본 고형체의 TGA 도면.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 나노카본 고형체를 폴리카보네이트에 컴파운딩한 후 측정한 RAMAN spectrum을 도시한 도면.

도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 나노카본 고형체를 폴리카보네이트에 컴파운딩한 후의 SEM 사진을 도시한 도면.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 나노카본 고형체와 PPS(polyphenylenesulfide), TPU(thermoplasticurethane), PEEK(polycarbonate), PC(polycarbonate)/ABS(acrylonitrile butadiene stylene)에 컴파운딩 없이 믹싱 후 사출 제품의 저항치을 도시한 도면.

도 11은 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 나노카본 고형체와 PC(polycarbonate), PC(polycarbonate)/ABS(acrylonitrile butadiene stylene), PET(poly ethylene terephthalate), PE(poly ethylene), PP(poly propylene), PA66(poly amide based on hexamethylene diamine)의 압출 제품 저항치을 도시한 도면.

Claims (23)

1. 나노카본;

   금속(산화물 및 이온을 포함한다); 및

   수지를 포함하는 나노카본 고형체로서,

   상기 고형체의 겉보기 밀도는 0.1 내지 0.7g/cm3로 구성되는 나노카본 고형체.
2. 제1항에 있어서,

   상기 금속은 Ag, Cu, Mn, Fe, Ni, Cr, Co, Mo, W, Te, Pt, Li, Na, K, Ba, Mg, Zn, Al, Ga, Sn, Ti, V, Ge, Bi, 그 합금, 및 그 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 금속을 포함하는 나노카본 고형체.
3. 제1항에 있어서,

   상기 수지는 아크릴, 우레탄, 비닐, 불소화, 실리콘화, 염소불소화, 에폭시, 페놀, 셀롤로우스, 스티렌, 올레핀, 엘라스토머, 파라핀 수지 및 그 혼합물로 구성된 군에서 선택되는 적어도 하나의 수지로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나 이상의 수지를 포함하는 나노카본 고형체.
4. 제1항에 있어서,

   상기 수지는 필러(filler)를 분산제와 같이 넣어 상기 수지와 믹싱한 개질수지인 나노카본 고형체.
5. 제1항에 있어서,

   상기 나노카본은 상기 고형체의 전체중량의 95 내지 98중량%인 나노카본 고형체.
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