KR101218366B1 - Manufacturing method of nano carbon shaped body, nano carbon shaped body using the same, nano carbon dispersed solution, manufacturing methof of nano carbon material - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제공된 나노카본 내의 회합된 나노카본 번들(bundle)을 평균입도 0.1㎛ 내지 5㎛로 절단하는 나노카본 절단단계; 절단된 상기 나노카본과, 상기 나노카본 100중량부에 대하여 0.01 내지 300중량부의 분산제, 및 용매를 혼합시켜 분산기로 상기 나노카본을 분산하는 나노카본 분산단계; 분산된 나노카본액에 응집제를 더 첨가하여 나노카본을 슬러지화하는 나노카본 응집단계; 상기 나노카본 슬러지에서 액상성분을 제거한 후 분쇄하거나 파쇄하여 나노카본 분말로 만드는 나노카본 분말화 단계; 및 상기 나노카본 분말을 일정한 형상으로 제작 후 건조하여 고형체를 제조하는 나노카본 고형화 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention is a nanocarbon cutting step of cutting the associated nanocarbon bundle in the provided nanocarbon to an average particle size of 0.1㎛ 5㎛; A nanocarbon dispersion step of dispersing the nanocarbon with a disperser by mixing the cut nanocarbon with 0.01 to 300 parts by weight of a dispersant and a solvent with respect to 100 parts by weight of the nanocarbon; Nanocarbon agglomeration step of further sludge nanocarbon by adding a flocculant to the dispersed nanocarbon solution; A nanocarbon powdering step of removing the liquid component from the nanocarbon sludge and then pulverizing or crushing the nanocarbon powder into nanocarbon powder; And a nanocarbon solidification step of preparing the solid by drying the nanocarbon powder in a predetermined shape and then drying the nanocarbon powder.
나노, 카본, CNT, 분산, 고형체 Nano, carbon, CNT, dispersion, solid
Description
본 발명은 나노카본에 관한 것으로, 보다 상세하게는 나노카본 고형체의 제조방법, 이를 이용한 나노카본 고형체, 이를 이용한 나노카본 분산액, 및 이를 이용한 나노카본 소재의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to nanocarbon, and more particularly, to a method for preparing a nanocarbon solid, a nanocarbon solid using the same, a nanocarbon dispersion using the same, and a method for preparing a nanocarbon material using the same.
본 명세서에서 나노카본은 단일겹의 SWNT와 2-수십겹의 MWNT로된 탄소나노튜브,탄소나노섬유, 탄소나노로프 등을 포함하는 의미로 사용한다. In the present specification, nanocarbon is used as a meaning including carbon nanotubes, carbon nanofibers, carbon nanoropes made of a single layer of SWNT and 2-several layers of MWNT.
나노카본은 동종의 카본동소체들보다 높은 전도성과 강도, 비표면적 등으로 많은 주목을 받고 있고 지금도 많은 연구와 제품적용이 시도되어 지고 있다. 나노카본을 제품에 적용하기 위해서는 분산기술의 고급화가 선행되어야 하나, 현재까지 알려진 분산기술인 기계적인 방법을 통한 분산, 용매와 분산제를 이용한 분산, 강산을 이용한 분산, 표면기능화를 통한 분산, 고분자를 이용한 분산등의 분산방법으 로는 분산에 높은 비용이 소요되고, 환경을 오염시키는 문제점이 있고, 고농도의 분산액을 제조할 수 없어서 제품에 본격적으로 적용하는 데 어려움이 있다. Nano carbon has attracted much attention because of its higher conductivity, strength, and specific surface area than other carbon allotropees, and many researches and products have been tried. In order to apply nanocarbon to products, advanced dispersing technology should be advanced, but dispersion through mechanical method, dispersion using solvent and dispersant, dispersion using strong acid, dispersion by surface functionalization, polymer using Dispersion methods, such as dispersion, require high cost to disperse, pollute the environment, and are difficult to apply to products in earnest because a high concentration of the dispersion cannot be prepared.
또한, 나노카본을 제품에 적용하기 위해서는 어떠한 나노카본을 채택할 것인지에 대한 평가가 이루어져야 하지만, 현재까지는 나노카본의 품질을 분석할 수 있는 규격화된 정량적 평가방법이 없다. In addition, in order to apply nanocarbon to a product, it is necessary to evaluate which nanocarbon to adopt, but until now, there is no standardized quantitative evaluation method for analyzing the quality of nanocarbon.
따라서, 각 나노카본의 분말특성를 배치(batch)별로 일관성있게 유지하는 데 어려움이 있을 뿐만 아니라, 시장에서는 서로 상이한 분석 방법과 분석 조건하에서 정확하지 않는 나노카본 분석 결과를 고객들에게 제시하고 있는 상황이다. Therefore, it is not only difficult to maintain consistent powder characteristics of each nanocarbon by batch, but the market presents customers with inaccurate nanocarbon analysis results under different analysis methods and analysis conditions.
이에 생산자와 소비자 간에 품질에 대한 불신이 이어지고 있어, 용도에 적합한 나노카본을 찾아 사용하고 싶어 하는 응용업체들의 상용화에 커다란 걸림돌로 작용하고 있으며, 나노카본 관련 산업의 시장 성장 속도를 저하시키고 있는 것이 현실이다.As a result of the distrust of quality between producers and consumers, it is a major obstacle to the commercialization of applications that want to find and use nanocarbons that are suitable for the purpose, and is slowing the market growth rate of the nanocarbon-related industry. to be.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 낮은 비용이 소모되고, 친환경적인 나노카본 고형체의 제조방법, 이를 이용한 나노카본 고형체, 나노카본 분산액을 제공하는 데 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, low cost, and to provide an environmentally friendly method for producing nanocarbon solids, nanocarbon solids, nanocarbon dispersion using the same.
또한, 전술한 나노카본 분산액의 제조방법을 이용한 나노카본의 평가방법 및 나노카본 분산액을 이용한 나노카본소재의 제조방법을 제공하는 데 있다. In addition, the present invention provides a method for evaluating nanocarbon using the method for preparing a nanocarbon dispersion and a method for preparing a nanocarbon material using the nanocarbon dispersion.
본 발명의 일측면에 따른 나노카본 고형체의 제조방법은, Method for producing a nanocarbon solid according to an aspect of the present invention,
제공된 나노카본 내의 회합된 나노카본 번들(bundle)을 평균입도 0.1㎛ 내지 5㎛로 절단하는 나노카본 절단단계; A nanocarbon cutting step of cutting the associated nanocarbon bundle in the provided nanocarbon to an average particle size of 0.1 μm to 5 μm;
절단된 상기 나노카본과, 상기 나노카본 100중량부에 대하여 0.01 내지 300중량부의 분산제, 및 용매를 혼합시켜 분산기로 상기 나노카본을 분산하는 나노카본 분산단계;A nanocarbon dispersion step of dispersing the nanocarbon with a disperser by mixing the cut nanocarbon with 0.01 to 300 parts by weight of a dispersant and a solvent with respect to 100 parts by weight of the nanocarbon;
분산된 나노카본액에 응집제를 더 첨가하여 나노카본 슬러지화하는 나노카본 응집단계;Nanocarbon agglomeration step of further adding a flocculant to the dispersed nanocarbon liquid nanocarbon sludge;
상기 나노카본 슬러지에서 액상성분을 제거한 후 분쇄하거나 파쇄하여 나노카본 분말로 만드는 나노카본 분말화 단계; 및 A nanocarbon powdering step of removing the liquid component from the nanocarbon sludge and then pulverizing or crushing the nanocarbon powder into nanocarbon powder; And
상기 나노카본 분말을 일정한 형상으로 제작 후 건조하여 고형체를 제조하는 나노카본 고형화 단계;를 포함한다.It includes; nanocarbon solidification step of producing a solid by drying the nanocarbon powder in a predetermined shape.
또한, 상기 분산제는 계면활성제가 사용된다. In addition, the dispersant is a surfactant.
또한, 상기 용매는 물, 알콜계, 셀루솔브계, 케톤계, 아미드계, 에스테르계, 에테르계, 아로마틱계, 하이드로카본계, 및 그 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나의 용매인 것이 바람직하다. In addition, the solvent is preferably one solvent selected from the group consisting of water, alcohol, cellulsolve, ketone, amide, ester, ether, aromatic, hydrocarbon, and mixtures thereof. .
또한, 상기 응집제는 키토산, 광물질 첨가제류, 고분자 전해질류, 폴리아크릴아미드계의 합성폴리머류, 무기 고분자류, 사용분산제의 반대전하분산제, 천연 유기계류 및 그 혼합물로 구성되는 군에서 선택되는 하나로 구성되는 것이 바람직하다. In addition, the flocculant is composed of one selected from the group consisting of chitosan, mineral additives, polymer electrolytes, polyacrylamide-based synthetic polymers, inorganic polymers, anti-dispersion of the dispersant used, natural organic streams and mixtures thereof. It is preferable to be.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 나노카본 고형체는 전술한 나노카본 고형체의 제조방법으로 제조된다. Nanocarbon solids according to another aspect of the present invention is prepared by the method for producing the nanocarbon solids described above.
이 때 상기 나노카본 고형체의 겉보기 밀도는 0.2 내지 0.5g/cc인 것이 바람직하다. At this time, the apparent density of the nanocarbon solids is preferably 0.2 to 0.5g / cc.
또한 상기 나노카본 고형체를 직경 3mm 내지 9mm로 하고, 직경 대 높이의 비율을 1 : 2로 하여 단일체 세라믹스의 상온 압축 강도 시험 방법(KS-L1601방법)에 따라 측정한 압축강도가 0.1 내지 3MPa인 것이 바람직하다. In addition, the nanocarbon solids were 3mm to 9mm in diameter, and the ratio of diameter to height was 1: 2, and the compressive strength measured according to the room temperature compressive strength test method (KS-L1601 method) of monolithic ceramics was 0.1 to 3 MPa. It is preferable.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 나노카본 소재는 전술한 나노카본 고형체를 이용하는 것이 바람직하다. Nanocarbon material according to another aspect of the present invention is preferably to use the above-described nanocarbon solids.
이 때 상기 나노카본 소재는 컴파운드, 마스터배치, 투명전극, ESD/EMI용 코팅제, 잉크, 도료, 섬유, 전자제품용 에미터, 백라이트, 압출품, 보강재, 폐수 및 폐공기 정화제, 사출품, 블로성형품, 압축성형품으로 구성된 군에서 선택된 하나일 수 있다. In this case, the nanocarbon material is a compound, a masterbatch, a transparent electrode, a coating agent for ESD / EMI, an ink, a paint, a fiber, an emitter for electronic products, a backlight, an extruded product, a reinforcing material, waste water and waste air purifier, an injection product, a blow It may be one selected from the group consisting of molded articles and compression molded articles.
본 발명의 또 다른 측면은 나노카본 고형체를 이용한 나노카본 소재의 제조방법으로서, Another aspect of the present invention is a method of manufacturing a nanocarbon material using a nanocarbon solid,
상기 나노카본 고형체를 매트릭스 수지의 압출시 사이더 피더로 피딩하면서 이루어질 수 있다. The nanocarbon solids may be made while feeding the sider feeder during extrusion of the matrix resin.
이 때, 상기 나노카본 소재의 압출시에 유리섬유, 카본섬유, 카본나노섬유, 금속분말(산화금속을 포함한다), 알루미나, SiC, 나노다이아몬드, ZnS, Boron Nitride, 자성체, 미네랄충진제로 이루어지는 군에서 선택되는 하나가 동시에 더 피딩되는 것이 바람직하다. At this time, the group consisting of glass fiber, carbon fiber, carbon nanofiber, metal powder (including metal oxide), alumina, SiC, nanodiamond, ZnS, Boron Nitride, magnetic material, mineral filler during extrusion of the nanocarbon material It is preferred that the one selected from be fed more simultaneously.
이 때 전술한 나노카본 고형체를 용매 또는 액상수지에 넣은 후 분산하여 제조되는 것이 바람직하다. At this time, the above-mentioned nanocarbon solids are preferably prepared by dispersing them in a solvent or a liquid resin.
이 때 상기 나노카본 분산액은 상기 나노카본 고형체 100중량부에 대해서 50내지 999900 중량부의 용매 또는 50 내지 9900 중량부의 액상 수지를 포함하는 것이 바람직하다. In this case, the nanocarbon dispersion preferably contains 50 to 999900 parts by weight of solvent or 50 to 9900 parts by weight of liquid resin based on 100 parts by weight of the nanocarbon solid.
본 발명의 또 다른 측면은 전술한 상기 나노카본 분산액을 섬유용 액상수지 또는 고상수지와 같이 피딩하여 섬유를 제조하는 방법이다. Another aspect of the present invention is a method for producing fibers by feeding the above-described nanocarbon dispersion liquid, such as a liquid resin or solid resin for the fiber.
또한, 상기 나노카본 분산액에 금속, 방열성 소재와 수지를 첨가하여 도료, 접착제, 점착제 중 어느 하나를 제조하는 방법이다.In addition, a metal, a heat-radiating material and a resin is added to the nanocarbon dispersion to produce any one of a paint, an adhesive, and an adhesive.
한편, 상기 나노카본의 함량을 높이기 위해 전술한 나노카본 고형화 단계 후 열처리단계를 더 포함할 수 있다. On the other hand, to increase the content of the nanocarbon may further comprise a heat treatment step after the above-described nanocarbon solidification step.
본 발명의 일측면에 따른 나노카본 고형체의 제조방법, 이를 이용한 나노카본 고형체, 나노카본 분산액, 나노카본 평가방법, 나노카본 소재의 제조방법등은 간단하지만 종래에 분산을 위해서 복잡한 단계를 거치던 방법을 벗어나 전혀 예측하지 못했던 방법, 즉 1단계로 나노카본 번들의 크기를 감소시키고, 용매와 분산제 를 이용한 분산을 2단계로 적용하여 액상화 하고, 이후 응집, 분말 및 고형화 단계를 거치면서 나노카본 고형체를 제조하는 방법을 제시한다. 이로써 산, 알칼리, 산화제, 환원제로 처리하지 않아서 친환경적이고, In site의 중합 방법과 유기용매의 파이-스택킹도 하지 않아서 저렴하게 대량의 나노카본을 분산 가능하게 하는 효과가 있다. Method for producing nanocarbon solids according to one aspect of the present invention, nanocarbon solids, nanocarbon dispersions, nanocarbon evaluation method, nanocarbon material manufacturing method, etc. are simple but conventionally complicated steps for dispersion It is a method that is unexpected at all, that is, the size of the nanocarbon bundle is reduced in one step, and the dispersion using the solvent and the dispersant is applied in two steps to liquefy, followed by the coagulation, powder, and solidification steps. Provided are methods for preparing solids. This is environmentally friendly by not treating with acid, alkali, oxidizing agent, or reducing agent, and does not perform the polymerization method of In site and pie-stacking of organic solvent, thereby making it possible to disperse large quantities of nanocarbon at low cost.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 나노카본 분산액을 이용한 나노카본의 평가방법은 나노카본 분산액을 필름에 코팅하여 나노카본 제조업체 별로 나노카본을 평가 할 수 있어 용도에 적합한 나노카본을 사용할 수 있다. In addition, the method of evaluating nanocarbon using the nanocarbon dispersion according to another aspect of the present invention can be applied to the nanocarbon dispersion on the film to evaluate the nanocarbon by nanocarbon manufacturers can use a nanocarbon suitable for the application.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 나노카본 고형체을 이용한 나노카본 소재의 제조방법에 따르면, 나노카본 고형체로 분산(농축)액을 용이하게 만들 수 있고, 만들어진 고농축액을 희석하여 투명 전극, ESD/EMI용 코팅제, 고전기ㅇ 고방열성 나노카본-고분자 점액형 중간재와 도료등을 만들어 반도체-IC팩키징, 디스플레이, 에너지 분야나 자동차, 건축용 유리와 정전기 방지 바닥재, 프린팅을 위한 나노카본 기반 코팅액 혹은 잉크, 연료 전지 등에 사용 할 수 있다.In addition, according to the manufacturing method of the nanocarbon material using the nanocarbon solids according to another aspect of the present invention, it is possible to easily make a dispersion (concentrate) to the nanocarbon solids, dilute the high concentrates made transparent electrode, ESD Coatings or inks for high-temperature, high-heat nanocarbon-polymer slime intermediates and paints for semiconductor-IC packaging, displays, energy and automotive, architectural glass and anti-static flooring, nanocarbon-based coatings or inks for printing, It can be used for fuel cells.
그리고 고농축액에 금속(산화 금속을 포함한다)과 고방열성 소재(CNF, 알루미나, SiC, 나노 다이아몬드, ZnS, Boron Nitride, 자성체,(팽창)흑연), 특수한 용도의 내열성, 내수성, 방염성, 방화성, 방열성, 내마모성, 고유전율성, 소수성을 발현하는 불소류, 실리콘류, 자성체류, 열전도성 필러류, 발포 단열제류 등이 함께 섞인 혼합물를 첨가하여 고전기-열전도성 및 다기능 점액형 중간재를 만들 수 있다. And metals (including metal oxides) and highly heat-resistant materials (CNF, alumina, SiC, nanodiamonds, ZnS, Boron Nitride, magnetic materials (expanded) graphite) in high concentrations, heat resistance, water resistance, flame resistance, fire resistance, A mixture of a mixture of fluorine, silicones, magnetics, thermally conductive fillers, and foamed insulations, which exhibit heat dissipation, wear resistance, high dielectric constant, and hydrophobicity, may be added to form a high-electromagnetic-thermally conductive and multifunctional slime type intermediate.
이하의 명세서에서 고형체란 고체로서 일정한 형상을 가진 물체를 뜻하며 단순히 분말인 것과 구분된다. 또한 나노카본 고형체는 나노카본이 포함된 고형체란 의미로서 나노카본의 함량이 다른 구성성분의 전체합인 함량보다 더 많아 이를 분말화할 경우 나노카본 분말대용으로 사용될 수 있는 것을 의미한다.In the following specification, a solid refers to an object having a certain shape as a solid and is simply distinguished from a powder. In addition, the nanocarbon solids means that the solids containing nanocarbon, the content of the nanocarbon is greater than the total content of the other components, which means that can be used as a substitute for nanocarbon powder when powdered.
본 발명의 일측면에 따른 나노카본 고형체의 제조방법은 나노카본 절단단계, 나노카본 분산단계, 나노카본 응집단계, 나노카본 분말화단계, 및 나노카본 고형화단계를 포함한다. The method for producing a nanocarbon solid according to one aspect of the present invention includes a nanocarbon cutting step, nanocarbon dispersion step, nanocarbon aggregation step, nanocarbon powdering step, and nanocarbon solidification step.
나노카본 절단단계는 제공된 나노카본을 절단하는 단계이다. 이 때, 나노카본을 절단한다는 의미는 예컨대, 나노카본의 한 종류인 탄소나노튜브의 길이를 절단한다는 의미가 아니라, 일반적으로 비공유성의 π-π결합과, 반데르 발스의 힘으로 인하여 번들(응집체) 상태로 회합되어 있는 나노카본 번들을 일정한 크기로 절단한다는 의미이다. Nanocarbon cutting step is to cut the provided nanocarbon. In this case, cutting the nanocarbon does not mean, for example, cutting the length of carbon nanotubes, which is a type of nanocarbon, but generally due to the noncovalent π-π bond and the force of van der Waals. This means that the nanocarbon bundles that are associated with each other are cut to a certain size.
이 때, 제공된 나노카본의 순도, 직경, 길이, BET, D/G비, 엉킴정도에 따라서 절단되는 나노카본 번들의 크기가 달라지며, 각 용매와 분산제에 대한 반응성도 다르게 나타나므로 일정한 크기로 절단하는 방법은 제공된 나노카본에 따라 달라질 수 있다. At this time, the size of the nanocarbon bundle to be cut varies according to the purity, diameter, length, BET, D / G ratio, and degree of entanglement of the provided nanocarbon, and the responsiveness to each solvent and dispersant also appears differently, thus cutting to a certain size. The way to do this may depend on the nanocarbon provided.
따라서, 본 발명에서는 종래 전혀 연구되거나 시도되지 않았던 나노카본의 분산에 적합한 나노카본의 번들의 크기를 규명하고 이를 나노카본 고형체 제조에 이용한다. 본 발명에서 나노카본의 분산에 용이한 나노카본 번들의 평균 입도는 0.1㎛ 내지 5㎛임을 확인하였다. 평균입도가 0.1미만인 경우 과도한 절단공정으로 나노카본의 특성을 파괴할 수 있으며 또한 장시간 절단공정은 비경제적이라는 문제점이 있고, 5 초과인 경우 고농축시 과도한 시간이 걸리거나, 분산되지 못하는 문제점이 있기 때문이다. Therefore, in the present invention, the size of a bundle of nanocarbons suitable for dispersion of nanocarbons, which has not been studied or attempted at all, is identified and used for preparing nanocarbon solids. In the present invention, the average particle size of the nanocarbon bundle to facilitate the dispersion of nanocarbon was confirmed to be 0.1㎛ to 5㎛. If the average particle size is less than 0.1, excessive cutting process may destroy the properties of nanocarbon, and long time cutting process is uneconomical, and if it is more than 5, it takes excessive time or high dispersion when concentrated. to be.
나노카본 번들은 회전수 10000-30000의 커터를 이용하거나 볼밀, 제트밀, 아트리션밀을 사용하여 건식방법으로 절단하거나, 초음파, 밀류, 플루다이저, 나노마이저를 이용하는 습식방법으로 전술한 평균 입도로 절단할 수 있다. The nanocarbon bundle can be cut by dry method using a cutter with a rotation speed of 10000-30000 or by using a ball mill, jet mill, or attrition mill, or by the wet method using ultrasonic wave, wheat, fluidizer, and nanomizer. Can be cut with
즉, 본 발명에서 사용된 나노카본의 절단은 제공된 나노카본의 분쇄 또는 불완전한 액체상에서의 분산을 통한 나노카본 번들의 평균입도를 줄이는 것을 의미한다. In other words, the cleavage of the nanocarbon used in the present invention means reducing the average particle size of the nanocarbon bundle through grinding of the provided nanocarbon or dispersion in an incomplete liquid phase.
건식방법으로 절단하는 경우에는 전술한 범위내의 나노카본 번들을 만들기 위해서 컷팅된 나노카본을 메쉬필터(200 내지 500mesh)를 통과 시켜 균일한 크기와 모양을 가지게 하는 것이 바람직하다. When cutting by the dry method, it is preferable to have a uniform size and shape by passing the cut nanocarbon through a mesh filter (200 to 500 mesh) in order to make the nanocarbon bundle within the above-described range.
한편, 습식방법으로 절단하는 경우에는 후술할 분산단계에서 사용될 분산제(제1분산제)를 나노카본 100중량부에 대해서 0.01 내지 300중량부로 용매와 함께 넣어서(제1나노카본 분산단계) 절단함으로써 보다 전술한 범위내의 크기와 모양을 가지도록 절단할 수 있다(제2나노카본 분산단계). On the other hand, in the case of cutting by the wet method, the dispersing agent (first dispersant) to be used in the dispersing step to be described later is added to 0.01 to 300 parts by weight with respect to 100 parts by weight of nanocarbon together with the solvent (first nanocarbon dispersing step) to cut more. It can be cut to have a size and shape within a range (second nanocarbon dispersion step).
또한 사용하는 나노카본에 맞추어 건식방법과 습식방법을 혼용하여 사용 할 수 있다.In addition, it can be used in combination with the dry method and wet method according to the nanocarbon to be used.
나노카본 분산단계(제3나노카본 분산단계)는 나노카본 번들 평균입도가 0.1㎛ 내지 5㎛로 절단된 나노카본과, 나노카본 100중량부에 대하여 0.01 내지 300중량부의 분산제(제2분산제), 그리고 만들고자 하는 나노카본 함량에 맞추어 결정된 양의 용매를 혼합시켜 분산기(초음파 분산기및 고분산용밀등)에 넣고 나노카본을 분산하는 단계이다. 분산제의 중량부가 0.01미만인 경우 너무 적은 분산제로 인하여 분산이 어려워지는 문제점이 있고, 300초과인 경우 과도한 분산제로 공정 중 발생하는 기포로 인해 분산이 어려우며, 다른 응용 제품과의 상용시 트러블 요인이 되는 문제점이 있다. The nanocarbon dispersion step (third nanocarbon dispersion step) is a nanocarbon bundle having an average carbon nanoparticle bundle particle size of 0.1 μm to 5 μm, 0.01 to 300 parts by weight of a dispersant (second dispersant), based on 100 parts by weight of nanocarbon, Then, the amount of solvent determined according to the nanocarbon content to be made is mixed, and the nanocarbon is dispersed in a disperser (ultrasound disperser and high dispersion molten metal, etc.). If the weight of the dispersant is less than 0.01, it is difficult to disperse due to too few dispersants. If the dispersant exceeds 300, it is difficult to disperse due to bubbles generated during the process due to excessive dispersant, and it becomes a trouble factor when using with other applications. There is this.
이 때, 제1분산제 및 제2분산제로는 계면활성제등의 분산제가 사용될 수 있다.In this case, a dispersant such as a surfactant may be used as the first dispersant and the second dispersant.
또한, 용매로는 물, 알콜계, 셀루솔브계, 케톤계, 아미드계, 에스테르계, 에테르계, 아로마틱계, 하이드로카본계, 및 그 혼합물이 사용될 수 있다. In addition, water, alcohols, cellulsolves, ketones, amides, esters, ethers, aromatics, hydrocarbons, and mixtures thereof may be used as the solvent.
전술한 분산제와 용매는 실제 시중에서 가장 적은 비용으로 쉽게 구입할 수 있는 나노카본 분산용의 모든 분산제와 용매를 비제한적으로 열거한 것으로서 고가의 다른 분산제도 포함한다.The foregoing dispersants and solvents include, without limitation, all dispersants and solvents for nanocarbon dispersions that are readily available at the lowest cost on the market and include other expensive dispersants.
나노카본 응집단계는 전술한 분산된 나노카본액에 응집제를 더 첨가하여 나노카본액을 슬러지화하는 단계이다. 이 때, 응집제로는 키토산, 광물질 첨가제류(lime, calcium salts), 고분자 전해질류, 폴리아크릴아미드계의 합성폴리머류, 폴리알루미늄클로라이드계 금속염류, 무기 고분자류(PFS(Polyferrocenylsilane), PFC(Polyferricchloride)), 사용분산제의 반대전하분산제, 천연 유기계류(녹말유도체, guar gums, tannins, alginates)가 사용될 수 있으며, 첨가되는 응집제의 양은 나노카본 100중량부에 대해서 0.01 내지 200중량부가 바람직하다. Nanocarbon flocculation step is a step of sludge the nanocarbon liquid by further adding a flocculant to the above-described dispersed nanocarbon liquid. At this time, as the flocculant, chitosan, mineral additives (lime, calcium salts), polymer electrolytes, polyacrylamide-based synthetic polymers, polyaluminum chloride-based metal salts, inorganic polymers (PFS (Polyferrocenylsilane), PFC (Polyferricchloride) )), The counter-charge dispersant of the dispersant used, natural organic streams (starch derivatives, guar gums, tannins, alginates) can be used, the amount of flocculant added is preferably 0.01 to 200 parts by weight based on 100 parts by weight of nanocarbon.
나노카본 분말화단계는 침전되어 슬러지화된 나노카본 슬러지에서 액상성분을 필터링, 원심분리 및 스프레이 건조로 제거하고, 분쇄하거나 파쇄하여 파우더로 만드는 단계이다. Nanocarbon powdering step is a step of removing the liquid components from the precipitated sludge-ized nanocarbon sludge by filtering, centrifugation and spray drying, and pulverizing or crushing into powder.
나노카본 고형화 단계는 나노카본 분말을 몰드 등에 넣어 소정 형체로 만들어 캐비넷 건조기, 로타리 퀼런 건조기, 열풍 건조기, 콘베어식 열풍 건조기, 진공 건조기와 원적외선 건조기등의 건조기에 넣어 80-350℃ 사이에서 건조하여 고형체를 제조하는 단계이다. The nanocarbon solidification step is to put the nanocarbon powder into a mold to form a predetermined shape, and put it in a dryer such as a cabinet dryer, a rotary quill dryer, a hot air dryer, a conveyor hot air dryer, a vacuum dryer and a far-infrared dryer, and then dry it between 80-350 ° C. It is a step of preparing a shape.
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. At this time, the mold for making the powder into a predetermined shape includes an intaglio molder, a crusher, a tablet press, a ceramic press, an extruder (screw, hydraulic, pneumatic) and the like. At this time, the shape of the solid to be produced can be produced in a wide variety of chips, pellets, eggs, pills, beads, necklaces, and the like is not limited to the shape.
한편, 나노카본의 순도를 높이기 위해 나노카본 고형화 단계 후 열처리단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 나노카본 고형체에 포함되어 있는 분산제 및 응집제를 열처리를 통하여 제거하여 고순도 나노카본 고형체를 제조할 수 있다. 이 때, 열처리는 위의 산소 존재 하에 건조기로 나노카본이 타기전의 350-400℃ 내에서 열처리하거나 산소없이(예를 들면, 질소 또는 아르곤 분위기) 600-700℃로 열처리(도면5 내지 8 참조)하는 방법으로 행해질 수 있다. On the other hand, in order to increase the purity of the nanocarbon may further comprise a heat treatment step after the nanocarbon solidification step. That is, high-purity nanocarbon solids can be prepared by removing the dispersing agent and the flocculant contained in the nanocarbon solids through heat treatment. At this time, the heat treatment may be carried out in the dryer in the presence of oxygen in the heat treatment at 350-400 ℃ before the nanocarbon is burned or 600-700 ℃ without oxygen (for example, nitrogen or argon atmosphere) (see Figures 5 to 8) It can be done in a way.
전술한 나노카본 고형체의 제조방법에 따르면, 압축강도가 0.1 내지 3MPa, 겉보기 밀도가 0.2 내지 0.5g/cc이며, 나노카본의 함량은 90 내지 99.9wt%인 나노카본 고형체를 제조할 수 있다. 압축강도가 0.1 미만시에는 낮은 강도로 인해 형체 유지가 어려워 핸들링시 고형체로서의 장점이 없으며, 3초과시에는 너무 단단하여 부셔지기가 어려워 액상 분산액을 만들거나 컴파운딩시 분산이 어려워지는 문제점이 생길 수 있다. 또한, 겉보기 밀도가 0.2 미만의 경우에는 낮은 밀도로 인해 너무 잘 부서져서 고형체유지가 어려운 문제점이 있고, 0.5를 초과하는 경우에는 높은 밀도로 인하여 너무 단단해서 풀어서 사용하기 어려운 문제점이 있다. According to the method for producing a nanocarbon solid, the compressive strength is 0.1 to 3 MPa, the apparent density is 0.2 to 0.5 g / cc, the nanocarbon content of 90 to 99.9 wt% can be prepared nanocarbon solids. . When the compressive strength is less than 0.1, it is difficult to maintain the mold due to the low strength, and there is no advantage as a solid body when handling, and when it is over 3, it is too hard to be broken, making liquid dispersion or compounding difficult to disperse. have. In addition, when the apparent density is less than 0.2, there is a problem that it is difficult to maintain the solid body because of being broken too well due to low density, and when it exceeds 0.5, there is a problem that it is difficult to solve because it is too hard due to the high density.
이 때 압축강도의 측정은 나노고형체에 대한 표준 시험방법이 없으므로, 시편을 직경 3mm 내지 9mm로 하고, 직경 대 높이의 비율을 1 : 2로 하며, KS-L1601방법에 의하여 한국요업기술원에 의뢰하여 실험하였다. Since there is no standard test method for nano-solids at this time, the compressive strength is measured in diameter of 3mm to 9mm, the ratio of diameter to height is 1: 2, and requested by KS-L1601 method. The experiment was carried out.
또한, 나노카본 함량 90wt%이하 시에는 과도한 첨가물로 인해 야기되는 첨가물의 휘발, 적용 매트릭스와의 비상용성등으로 최종 제품의 제조와 품질에 영향을 준다는 문제점이 있고, 99.9wt%이상을 제조시는 높은 열처리-유틸리티(비산소분위기) 비용, 매우 적은 분산제와 응집제의 사용으로 고형체 제조시 분산과 응집이 어려운 문제점이 있다.In addition, when the nanocarbon content is less than 90wt%, there is a problem that it affects the manufacture and quality of the final product due to volatilization of the additive caused by excessive additives, incompatibility with the application matrix, and when manufacturing more than 99.9wt% Due to the high heat treatment-utility (non-oxygen atmosphere) cost and the use of very little dispersant and flocculant, there is a problem in that dispersion and flocculation are difficult in preparing a solid.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전술한 나노카본 고형체로서 나노카본 분산액을 제조할 수 있다. 나노카본 분산액은 나노카본 고형체 100중량부에 대해서, 분산기 혹은 교반기(믹서류, 밀류, 초음파기기류, 롤류등과 압출기, 니더류, 롤류)에 50 내지 999900중량부의 용매 또는 50내지 9900 중량부의 액상 수지와 함께 넣어 온도, PH 와 회전수를 조정하면서 진공-탈포로 액상 분산액을 제조한다. According to another aspect of the present invention, nanocarbon dispersions may be prepared as the above-described nanocarbon solids. The nanocarbon dispersion is 50 to 999900 parts by weight of solvent or 50 to 9900 parts by weight in a disperser or stirrer (mixers, wheat, ultrasonic equipment, rolls, etc., extruders, kneaders, rolls) based on 100 parts by weight of nanocarbon solids. The liquid dispersion is prepared by vacuum-defoaming while adjusting together with the resin to adjust the temperature, PH and rotational speed.
용매를 50 중량부 미만으로 사용할 경우 나노카본 고형체의 높은 비표면적으로 인해 분산액을 만들기 어려운 문제점이 있고, 999900 중량부를 초과할 경우 나노카본 고형체의 고형분이 너무 적어서 열적-전기적성질의 구현이 어렵다는 문제점이 있다. If the solvent is used in less than 50 parts by weight, it is difficult to form a dispersion due to the high specific surface area of the nanocarbon solids, and when it exceeds 999900 parts by weight, the solid content of the nanocarbon solids is too small, making it difficult to implement thermal-electric properties. There is a problem.
또한, 액상수지를 50 중량부 미만으로 사용할 경우 나노카본의 높은 비표면적으로 사용에 어려운 문제점과 어렵게 만든 제품의 제물성도 맞추기 어려운 문제점이 있고, 9900중량부를 초과할 경우 나노카본 고형체의 고형분이 너무 적어서 열적-전기적성질의 구현이 어렵다는 문제점이 있다.In addition, when the liquid resin is used in less than 50 parts by weight of the high specific surface area of the nano-carbon is difficult to use and difficult to match the product properties of the product made difficult, if it exceeds 9900 parts by weight of the solid content of the nano-carbon solids too There is a problem in that it is difficult to implement the thermal-electrical properties.
이 때, 사용되는 용매는 제한이 없으며 물, 알콜, 및 각종 상용 용제들이 사용될 수 있고, 액상수지는 액상수지와 액상화한 열가소성, 열경화성의 수지를 사용할 수 있다. At this time, the solvent used is not limited, and water, alcohol, and various commercial solvents may be used, and the liquid resin may use a liquid resin and a liquefied thermoplastic, thermosetting resin.
본 발명의 다른 측면에 따른 나노카본 고형체를 이용한 나노카본의 평가방법은 믹싱단계, 성형단계, 및 측정단계를 포함한다. Evaluation method of nanocarbon using a nanocarbon solid according to another aspect of the present invention includes a mixing step, a molding step, and a measuring step.
믹싱단계는 나노카본과 매트릭스 수지를 혼합하는 단계이다. 간이믹서에 매트릭스 수지(예를 들면, 폴리 카보네이트)를 97 내지 99중량%와 본 발명에 따라 제조된 나노카본 고형체를 1 내지 3중량%를 혼합한 후 저속으로 믹싱하는 단계이다. The mixing step is a step of mixing the nanocarbon and the matrix resin. A simple mixer is mixed with 97 to 99% by weight of the matrix resin (for example, polycarbonate) and 1 to 3% by weight of the nanocarbon solid prepared according to the present invention, followed by mixing at low speed.
성형단계는 믹싱단계를 거친 매트릭스 수지와 나노카본 고형체의 혼합물을 압출기 또는 사출기로 성형하여 성형품을 제조하는 단계이다. The molding step is a step of forming a molded article by molding a mixture of the matrix resin and the nanocarbon solids after the mixing step by an extruder or an injection machine.
측정단계는 제조된 성형품 시편에 대해 전기저항, 인장강도, 신율, 모듈러스등을 측정하는 단계이다. The measuring step is to measure the electrical resistance, tensile strength, elongation, modulus, etc. for the manufactured molded product specimens.
예컨대, 압출기에 믹싱단계를 거친 혼합물을 넣어 컴파운딩 할 때에는 L/D가 40이상, 리딩블록이 3개 이상, 역회전 스크류 세그먼트(1/2-1D)를 2개 이상 가진 이축 압출기에서 전단력이 50%이상 걸리게 컴파운딩하면서 압출물의 전도성을 비교하거나, 시편 사출로 전기저항과 인장 강도, 신율, 모듈러스등을 측정할 수 있다.For example, when compounding the mixed mixture through the extruder, the shearing force is increased in a twin screw extruder having at least 40 L / D, at least 3 leading blocks, and at least 2 reverse screw segments (1 / 2-1D). You can compare the conductivity of the extrudate while compounding over 50%, or measure the electrical resistance, tensile strength, elongation, modulus, etc. by specimen injection.
단 컴파운딩시 스트랜드(압출선)의 굵기를 2mm, 4mm, 6mm 로 뽑을때 각 저항 차이가 10의 1승을 초과하면 사출 작업시 원하는 제품을 얻기 어려우므로 나노카본 고형체와 수지의 프리막싱, 압출 조건(스크류 조합, 압출속도, 공급량, 다이스압축비)등을 조정해야 한다. However, when the thickness of the strand (extrusion line) is 2mm, 4mm, or 6mm during compounding, if the resistance difference exceeds 10 powers, it is difficult to obtain the desired product during injection work. Extrusion conditions (screw combination, extrusion speed, feed rate, die compression ratio) should be adjusted.
종래 나노카본의 품질을 측정하기 위해서는 파우더를 압착하여 전기저항등의 성질을 평가한 것으로 이는 실제 나노카본의 분산 후의 정확한 품질을 측정하기 힘든 방법이었으나 본 발명에 따른 나노카본의 평가방법은 분산의 영향을 고려한 측정방법으로 매우 정확한 나노카본의 품질평가를 제공한다.In order to measure the quality of the conventional nanocarbon, powders were pressed to evaluate the properties of electrical resistance, etc. This was a difficult method of accurately measuring the actual quality after the dispersion of the nanocarbon, but the evaluation method of the nanocarbon according to the present invention had the effect of dispersion. The measurement method in consideration of this provides a very accurate quality assessment of nanocarbon.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 나노카본 고형체 및 분산액을 이용한 나노카본 소재의 제조방법은 전술한 나노카본 고형체 또는 분산액을 사용하여 나노카본 소재를 제조하는 것이다. 즉, 나노카본 고형체 또는 분산액에 포함된 나노카본의 함량을 조절하여 일반 소재와 혼합함으로써 종래보다 간단한 방법으로 나노카본 소재를 제조할 수 있다. 여기서 일반소재란 나노카본이 포함되지 않는 모든 소재를 의미한다.According to another aspect of the present invention, a method for producing a nanocarbon material using a nanocarbon solid and a dispersion is to prepare a nanocarbon material using the above-described nanocarbon solid or dispersion. That is, the nanocarbon material may be manufactured by a simpler method than the conventional method by controlling the content of the nanocarbon contained in the nanocarbon solids or dispersion and mixing it with a general material. Herein, the general material means all materials that do not contain nanocarbon.
이로서 제조될 수 있는 나노카본 소재로는 컴파운드, 마스터배치, 투명전극, ESD/EMI용 코팅제, 잉크/코팅제/도료, 고전도ㅇ고열 전도성 도료, 초고강도ㅇ초고탄성ㅇ 고전도의 섬유의 제조, 대면적 에미터, 백라이트, 압출품, 보강재, 폐수 및 폐공기 정화제, 각종 사출품, 블로성형품, 압축성형품(시트, 필름, 파이프, 건축, 토목재, 자동차 부품, 전기-전자부품)등이 비제한 적으로 열거될 수 있다.Nanocarbon materials that can be prepared include compounds, masterbatches, transparent electrodes, coatings for ESD / EMI, inks / coatings / paints, high-conductivity, high thermal conductivity paints, ultra-high strength, ultra-elastic, high-strength fibers, Large area emitters, backlights, extruded products, reinforcements, waste water and waste air purifiers, various injection products, blow molded products, compressed molded products (sheets, films, pipes, construction, civil engineering, automotive parts, electrical and electronic parts) May be enumerated.
특히, 본 발명에 따른 나노카본-고분자 복합재는 온라인 페인팅(On-line painting)을 위한 휀다(Fender), 문 손잡이(Door handles), 미러 하우징(Mirror housing)등의 차량용 프라스틱 외장재, 연료라인/탱크(Fuel line/tank), 퀵 커넥트(Quick connects), 오링(O-ring), 펌프모듈(Pump modules)등의 차량용 연료 시스템 등의 자동차 산업에 이용될 수 있으며, 컴퓨터 및 반도체 산업의 각종 제품에 적용될 수 있다. In particular, the nanocarbon-polymer composite according to the present invention is an automotive plastic exterior material such as Fender, Door handles, Mirror housing, Fuel line / tank for On-line painting. (Fuel line / tank), quick connects, O-rings, pump modules, etc. can be used in the automotive industry, such as automotive fuel systems, and a variety of products in the computer and semiconductor industry Can be applied.
[실시예][Example]
나노카본 고형체의 제조Preparation of Nanocarbon Solids
[실시예 1]Example 1
900중량부의 물(제1용매)과 탄소나노튜브 50중량부로 이루어진 혼합물을 초음파 분쇄기에 넣고, 48시간 절단하여 탄소나노튜브 번들의 평균입도가 약0.2㎛가 되도록 절단하였다. 절단된 탄소나노튜브 번들이 포함된 혼합물에 탄소나노튜브 100중량부에 대해100중량부의 분산제 NaDDBS 및 용매를 혼합한 뒤 초음파 분산기에 넣어 1시간 처리하여 5중량% 나노카본 분산액을 제조한다. 다음으로, 분산된 나노카본 분산액에 응집제로서 폴리아크릴아마이드을 탄소나노튜브 100중량부에 대해서 100중량부를 첨가하여 탄소나노튜브 슬러지를 만든 후 슬러지화된 탄소나노튜브 슬러지에서 액상성분을 제거하고, 분쇄하거나 파쇄하여 파우더로 만든다. 다음으로, 탄소나노튜브 파우더를 몰드등에 넣어 소정 형체로 만들어 캐비넷 건조기에 넣어 200℃로 건조하여 탄소나노튜브 고형체를 만든다. A mixture of 900 parts by weight of water (first solvent) and 50 parts by weight of carbon nanotubes was placed in an ultrasonic mill, and cut for 48 hours to cut an average particle size of the carbon nanotube bundles to about 0.2 μm. 100 parts by weight of the dispersant NaDDBS and the solvent are mixed with 100 parts by weight of the carbon nanotube bundle and the mixture containing the cut carbon nanotube bundle, followed by treatment for 1 hour to prepare a 5% by weight nanocarbon dispersion. Next, 100 parts by weight of polyacrylamide is added to 100 parts by weight of carbon nanotubes as a coagulant to the dispersed nanocarbon dispersion to form carbon nanotube sludge, and then the liquid component is removed from the sludged carbon nanotube sludge and pulverized. Crush to powder Next, the carbon nanotube powder is put in a mold or the like to form a predetermined body, and put in a cabinet dryer to dry at 200 ° C. to make a carbon nanotube solid.
[실시예 2][Example 2]
900중량부의 물과 탄소나노튜브 50중량부로 이루어진 혼합물을 플루다이저로 1시간 절단하여 탄소나노튜브 번들의 평균입도가 약2㎛가 되도록 절단하였다. 절단된 탄소나노튜브 번들이 포함된 혼합물에 탄소나노튜브 100중량부에 대해 200중량부의 분산제 블럭코폴리머 및 용매를 혼합한 뒤 초음파 분산기에 넣어 1시간 처리하여 5중량% 탄소나노튜브 분산액을 제조한다. 다음으로, 분산된 탄소나노튜브 분산액에 응집제로서 키토산을 탄소나노튜브 100중량부에 대해서 100중량부를 첨가하여 탄소나노튜브 슬러지를 만든 후 슬러지화된 탄소나노튜브 슬러지에서 액상성분을 제거하고, 분쇄하거나 파쇄하여 파우더로 만든다. 다음으로, 탄소나노튜브 파우더를 압출기를 통하여 소정 형체로 만들어 캐비넷 건조기에 넣어 200 ℃로 건조하여 탄소나노튜브 고형체를 만든다. The mixture consisting of 900 parts by weight of water and 50 parts by weight of carbon nanotubes was cut for 1 hour with a fluidizer to cut the average particle size of the carbon nanotube bundles to about 2 μm. A mixture containing the cut carbon nanotube bundles is mixed with 200 parts by weight of a dispersant block copolymer and a solvent with respect to 100 parts by weight of carbon nanotubes, and placed in an ultrasonic disperser for 1 hour to prepare a 5% by weight carbon nanotube dispersion. . Next, 100 parts by weight of chitosan is added to 100 parts by weight of carbon nanotubes as a coagulant to the dispersed carbon nanotube dispersions to form carbon nanotube sludge, and then the liquid component is removed from the sludged carbon nanotube sludge and pulverized. Crush to powder Next, the carbon nanotube powder is made into a predetermined body through an extruder, put in a cabinet drier, and dried at 200 ° C. to make a carbon nanotube solid.
[실시예 3][Example 3]
900중량부의 알콜과 탄소나노튜브 50중량부로 이루어진 혼합물을 볼밀로 80시간 절단하여 탄소나노튜브 번들의 평균입도가 약2㎛가 되도록 절단하였다. 절단된 탄소나노튜브 번들이 포함된 혼합물에 탄소나노튜브 100중량부에 대해 200중량부의 분산제 PVP 및 용매를 혼합한 뒤 초음파 분산기에 넣어 1시간 처리하여 5중량% 탄소나노튜브 분산액을 제조한다. 다음으로, 분산된 탄소나노튜브 분산액에 응집제로서 염화비닐수지를 탄소나노튜브 100중량부에 대해서 100중량부를 첨가하여 탄소나노튜브 슬러지를 만든 후 슬러지화된 탄소나노튜브 슬러지에서 액상성분을 제거하고, 분쇄하거나 파쇄하여 파우더로 만든다. 다음으로, 탄소나노튜브 파우더를 압출기를 통하여 소정 형체로 만들어 캐비넷 건조기에 넣어 200℃ 사이에서 건조하여 탄소나노튜브 고형체를 만든다. A mixture of 900 parts by weight of alcohol and 50 parts by weight of carbon nanotubes was cut by a ball mill for 80 hours to cut an average particle size of the carbon nanotube bundles to about 2 μm. 200 parts by weight of the dispersant PVP and the solvent are mixed with 100 parts by weight of the carbon nanotube bundle and the mixture containing the cut carbon nanotube bundle, and then placed in an ultrasonic disperser for 1 hour to prepare a 5% by weight carbon nanotube dispersion. Next, 100 parts by weight of vinyl chloride resin is added to 100 parts by weight of carbon nanotubes as a coagulant to the dispersed carbon nanotube dispersions to form carbon nanotube sludge, and the liquid components are removed from the sludged carbon nanotube sludge. Grind or crush to powder Next, the carbon nanotube powder is made into a predetermined body through an extruder, put in a cabinet drier, and dried between 200 ° C. to make a carbon nanotube solid.
[실시예 4]Example 4
900중량부의 물과 탄소나노튜브 50중량부로 이루어진 혼합물을 나노마이저로 1시간 절단하여 탄소나노튜브 번들의 평균입도가 약 2㎛가 되도록 절단하였다. 절단된 탄소나노튜브 번들이 포함된 혼합물에 탄소나노튜브 100중량부에 대해 200중량부의 분산제 Triton 및 용매를 혼합한 뒤 초음파 분산기에 넣어 1시간 처리하여 5중량% 탄소나노튜브 분산액을 제조한다. 다음으로, 분산된 탄소나노튜브 분산액에 응집제로서 금속염(FeCl3)을 탄소나노튜브 100중량부에 대해서 50중량부를 첨가하여 탄소나노튜브 슬러지를 만든 후 슬러지화된 탄소나노튜브 슬러지에서 액상성분을 제거하고, 분쇄하거나 파쇄하여 파우더로 만든다. 다음으로, 탄소나노튜브 파우더를 압출기를 통하여 소정 형체로 만들어 캐비넷 건조기에 넣어 200℃ 사이(분산제와 응집제 제거)에서 건조하여 첨가물이 1wt% 미만의 탄소나노튜브 고형체를 만든다.A mixture consisting of 900 parts by weight of water and 50 parts by weight of carbon nanotubes was cut for 1 hour with a nanomizer to cut the average particle size of the carbon nanotube bundles to about 2 μm. A mixture containing the cut carbon nanotube bundles was mixed with 200 parts by weight of dispersant Triton and a solvent based on 100 parts by weight of carbon nanotubes, and then placed in an ultrasonic disperser for 1 hour to prepare a 5% by weight carbon nanotube dispersion. Next, metal salt (FeCl3) was added to the dispersed carbon nanotube dispersion as a coagulant to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of carbon nanotube to form carbon nanotube sludge, and then the liquid component was removed from the sludged carbon nanotube sludge. , Ground or crushed to powder. Next, the carbon nanotube powder is made into a predetermined shape through an extruder, put into a cabinet drier, and dried at 200 ° C. (dispersant and flocculant is removed) to make an additive of less than 1 wt% carbon nanotube solid.
나노카본 분산액의 제조 Preparation of Nanocarbon Dispersion
[실시예 5] [Example 5]
실시예 1에서 만들어진 탄소나노튜브 고형체 300중량부를 용매 500000중량부에 넣은후 믹서기로 믹싱 후 나노 카본 분산액을 제조한다.300 parts by weight of the carbon nanotube solid prepared in Example 1 was added to 500000 parts by weight of a solvent, followed by mixing with a blender to prepare a nano carbon dispersion.
컴파운드 수지의 제조Preparation of Compound Resins
[실시예 6][Example 6]
이축압출기(TEK-45, L/D : 45, 전장 : 2040)를 사용하여 폴리카보네이트(PC)수지를 호퍼에 투입하고, 실시예 1과 같이 제조된 탄소나노튜브 고형체를 다이스부의 사이드 피더에서 25중량%로 투입하면서 컴파운딩하여 컴파운드 수지를 제조하였다. Polycarbonate (PC) resin was introduced into the hopper using a twin-screw extruder (TEK-45, L / D: 45, full length: 2040), and the carbon nanotube solids prepared in Example 1 were added to the die feed side feeder. Compounding was performed while compounding at 25 wt%.
[실시예 7][Example 7]
이축압출기(TEK-45, L/D : 45, 전장 : 2040)를 사용하여 ABS수지를 호퍼에 투입하고, 실시예 2과 같이 제조된 탄소나노튜브 고형체를 다이스부의 사이드 피더에서 25중량%로 투입하면서 컴파운딩하여 컴파운드 수지를 제조하였다. ABS resin was added to the hopper using a twin screw extruder (TEK-45, L / D: 45, full length: 2040), and the carbon nanotube solids prepared in Example 2 were 25% by weight in the side feeder of the die portion. Compounding was carried out to prepare a compound resin.
[실시예 8][Example 8]
이축압출기(TEK-45, L/D : 45, 전장 : 2040)를 사용하여 HDPE 수지를 호퍼에 투입하고, 실시예 3과 같이 제조된 탄소나노튜브 고형체를 다이스부의 사이드 피더에서 25중량%로 투입하면서 컴파운딩하여 컴파운드 수지를 제조하였다. HDPE resin was introduced into the hopper using a twin screw extruder (TEK-45, L / D: 45, full length: 2040), and the carbon nanotube solids prepared in Example 3 were 25% by weight in the side feeder of the die portion. Compounding was carried out to prepare a compound resin.
[실시예 9][Example 9]
이축압출기(TEK-45, L/D : 45, 전장 : 2040)를 사용하여 HDPE 수지를 호퍼에 투입하고, 실시예 1과 같이 제조된 탄소나노튜브 고형체와 유리섬유를 혼합하여 다이스부의 사이드 피더에서 25중량%로 투입하면서 컴파운딩하여 컴파운드 수지를 제조하였다. HDPE resin was added to the hopper using a twin screw extruder (TEK-45, L / D: 45, full length: 2040), and the carbon nanotube solid body and glass fiber prepared as in Example 1 were mixed to feed the side of the die. Compounding was prepared by compounding at 25% by weight at.
[실시예 10][Example 10]
이축압출기(TEK-45, L/D : 45, 전장 : 2040)를 사용하여 HDPE 수지를 호퍼에 투입하고, 실시예 4와 같이 제조된 5중량%의 탄소나노튜브 분산액과 카본섬유를 혼합하여 다이스부의 사이드 피더에서 15중량%로 투입하면서 컴파운딩하여 컴파운드 수지를 제조하였다. HDPE resin was added to the hopper using a twin screw extruder (TEK-45, L / D: 45, full length: 2040), and the carbon nanotube dispersion prepared in Example 4 was mixed with carbon fiber and diced. Compounding was carried out at 15% by weight in a negative side feeder to prepare a compound resin.
[실시예 11][Example 11]
이축압출기(TEK-45, L/D : 45, 전장 : 2040)를 사용하여 HDPE 수지를 호퍼에 투입하고, 실시예 1과 같이 제조된 탄소나노튜브 고형체와 실시예 4와 같이 제조된 탄소나노튜브 분산액를 각각 사이더 피더로 피딩하면서 컴파운드 수지를 제조하였다. HDPE resin was added to a hopper using a twin screw extruder (TEK-45, L / D: 45, full length: 2040), and carbon nanotube solids prepared as in Example 1 and carbon nanoparticles prepared as in Example 4. Compound resins were prepared while feeding the tube dispersions each with a sider feeder.
[실험예][Experimental Example]
나노카본 고형체의 특성Characteristics of Nanocarbon Solids
[실험예1]Experimental Example 1
실시예 1 내지 실시예 4의 나노카본 고형체의 라만 특성치를 조사하여 도 1 내지 도 4와 같은 결과를 얻었다. The Raman characteristic values of the nanocarbon solids of Examples 1 to 4 were investigated to obtain results as shown in FIGS. 1 to 4.
[실험예2] Experimental Example 2
실시예 1 내지 실시예 4의 나노카본 고형체의 TGA/DSC를 분석하여 도 5 내지 도 8과 같은 결과를 얻었다.TGA / DSC of the nanocarbon solids of Examples 1 to 4 were analyzed to obtain the results as shown in FIGS. 5 to 8.
[실험예3] Experimental Example 3
실시예 1 내지 실시예 4의 나노카본 고형체의 SEM사진을 촬영하여 도 9 내지 도 12와 같은 결과를 얻었다.SEM photographs of the nanocarbon solids of Examples 1 to 4 were taken to obtain the results as shown in FIGS. 9 to 12.
나노카본의 평가방법Evaluation method of nano carbon
[실험예4] Experimental Example 4
나노카본의 평가를 위해 실시예 5 내지 실시예 8에서 제조된 컴파운드 수지의 표면저항값을 측정하여 표 1과 같은 결과를 얻었다.In order to evaluate the nanocarbon, surface resistance values of the compound resins prepared in Examples 5 to 8 were measured to obtain results as shown in Table 1.
[실험예5]Experimental Example 5
실시예 1과 대비하기 위해, 이축압출기(TEK-45, L/D : 45, 전장 : 2040)를 사용하여 폴리카보네이트(PC)수지를 호퍼에 투입하고, 시중에 판매되고 있는 탄소나노튜브 분말을 다이스부의 사이드 피더에서 2중량%로 투입하면서 컴파운딩하여 압[사]출물을 제조하고, 표면 저항값을 측정하여 표 2와 같은 결과를 얻었다. In contrast to Example 1, a polycarbonate (PC) resin was introduced into a hopper using a twin screw extruder (TEK-45, L / D: 45, full length: 2040), and commercially available carbon nanotube powder was used. Compounding the compound by injection at 2% by weight in the side feeder of the die portion to prepare a extrusion product, the surface resistance value was measured to obtain the results shown in Table 2.
이상에서는 본 발명의 여러 측면에 나노카본 고형체의 제조방법, 이를 이용한 나노카본 고형체, 이를 이용한 나노카본의 평가방법, 및 이를 이용한 나노카본 소재의 제조방법에 대해 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 개념을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.In the above, various aspects of the present invention have been described a method for producing a nanocarbon solid, a nanocarbon solid using the same, an evaluation method of the nanocarbon using the same, and a method for producing a nanocarbon material using the same. The present invention is not limited to the embodiments, and those skilled in the art can make modifications without departing from the concept of the present invention, and such modifications are within the scope of the present invention.
전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 청구범위에서 정해지는 것으로서, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다. The scope of the present invention is defined by the following claims, and is not limited to the description of the specification, and all variations and modifications falling within the scope of the claims are included in the scope of the present invention.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4에 따른 나노카본 고형체의 라만 특성치를 조사한 그래프. 1 to 4 are graphs showing the Raman characteristic values of the nanocarbon solids according to Examples 1 to 4 of the present invention.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4에 따른 나노카본 고형체의 TGA/DSC를 분석한 그래프. 5 to 8 are graphs analyzing TGA / DSC of nanocarbon solids according to Examples 1 to 4 of the present invention.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 4에 따른 나노카본 고형체의 SEM 촬영 사진.9 to 12 are SEM photographs of the nanocarbon solids according to Examples 1 to 4 of the present invention.
Claims (16)
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