KR101620142B1 - 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자 및 이의 제조방법 - Google Patents

탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 기재는 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노물질 0.1 내지 15 중량%, 다환방향족탄화수소 유도체 0.025 내지 30 중량%, 및 열가소성 고분자 55 내지 99.875 중량%를 포함하되, 상기 탄소나노물질과 다환방향족탄화수소 유도체는 π-π 상호작용(interaction)으로 결합되어 있고, 상기 다환방향족탄화수소 유도체는 열가소성 고분자와 공유결합으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자에 관한 것이다.
본 기재에 따르면, 인장강도, 인장탄성율(tensile modulus), 전자기 차폐 효과 및 대전방지 효과 등이 뛰어난 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자 및 이의 제조방법을 제공하는 효과가 있다.

Description

탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자 및 이의 제조방법{THERMOPLASTIC POLYMER BONDED WITH CARBON-NANOMATERIAL AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 기재는 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 인장강도(tensile strength), 인장탄성율(tensile modulus), 전자기 차폐 효과 및 대전방지 효과 등이 뛰어난 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자 및 이의 대량생산이 가능한 제조방법에 관한 것이다.
탄소나노물질은 기계적 성질, 전기적 선택성 및 전계방출 특성 등이 매우 뛰어나기 때문에 나노 스케일의 전자 디바이스, 센서, 고기능성 복합재 등 다양한 분야에 응용될 수 있다.
특히, 상기 나노 복합재는 탄소나노물질의 입자크기가 나노 스케일이기 때문에 이를 고분자 매트릭스 상에 잘 분산시키면 매우 적은 투입량으로 고분자의 어떠한 물성 손실 없이 강도나 내마모성 등의 기계적 성능과 전기적 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
그러나, 예상되는 탄소나노물질 복합재의 우수한 성질에도 불구하고, 현재까지 제조된 탄소나노물질 복합재의 기계적 성능이나 전기적 성능은 기대하는 정도에 크게 미치지 못하고 있다. 이는 크게 '탄소나노물질의 분산'과 '탄소나노튜브와 고분자의 상용성(compatibility, adhesion 또는 wetting)'이라는 두 가지 원인에서 기인한다.
탄소나노물질은 물질간의 강한 정전기적 인력으로 인하여 고분자 매트릭스 상에 고르게 분산시키기가 어렵다. 최근 탄소나노물질의 효과적 분산을 위하여 초음파로 처리하는 방법 등이 개발되어 많이 사용하고는 있으나, 초음파의 세기와 시간에 따라 탄소나노물질에 손상을 입혀 우수한 성질과 특성을 유지하기 힘들고, 특히 대량 생산에 적용할 수 없다는 문제가 있다.
또한 탄소나노물질은 현재 사용되고 있는 표면처리 된 유리섬유(Glass fiber) 또는 탄소섬유(Carbon Fiber) 등과 비교할 때 범용 열가소성 고분자와의 상용성이 현저하게 떨어진다. 이는 탄소나노튜브의 표면에 열가소성 고분자와의 상호작용을 할 수 있는 부분이 없기 때문인데, 이를 해결하기 위해 산처리를 통한 표면 처리 혹은 π-π 상호작용을 이용한 비공유 결합 물질을 코팅(coating)하는 방법이 제안되었으나 복잡한 공정 과정 및 비싼 물질 가격으로 인해 역시 상용화가 어렵다는 단점이 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 기재는 인장강도, 인장탄성율(tensile modulus), 전자기 차폐 효과 및 대전방지 효과 등이 뛰어난 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자 및 이의 대량생산이 가능한 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 기재의 상기 목적 및 기타 목적들은 하기 설명된 본 기재에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 기재는 탄소나노물질 0.1 내지 15 중량%, 다환방향족탄화수소 유도체(polycyclic aromatic hydrocarbon derivative) 0.025 내지 30 중량% 및 열가소성 고분자 55 내지 99.875 중량%를 포함하되, 상기 탄소나노물질과 다환방향족탄화수소 유도체는 π-π 상호작용(interaction)으로 결합되어 있고, 상기 다환방향족탄화수소 유도체는 열가소성 고분자와 공유결합(covalent bond)으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자를 제공한다.
또한, 본 기재는 a) 탄소나노물질 1 내지 40 중량%, 다환방향족탄화수소 유도체 1 내지 40 중량%, 및 용매 20 내지 98 중량%를 기계식 교반기로 교반하여 탄소나노물질에 파이렌 유도체를 결합시키는 단계; 및 b) 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질을 고분자 펠릿에 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법을 제공한다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 기재에 따르면 인장강도, 인장탄성율(tensile modulus), 전자기 차폐 효과 및 대전방지 효과 등이 뛰어난 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자 및 이의 대량생산이 가능한 제조방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 pristine MWCNT, PBA가 π-π 상호작용으로 결합된 MWCNT(실시예 1), PBC가 π-π 상호작용으로 결합된 MWCNT(실시예 2), 및 나일론 6,6-g-파이렌이 π-π 상호작용으로 결합된 MWCNT(실시예 2)에 대한 ESCA(XPS) 스펙트럼이다.
상기 PBA가 π-π 상호작용으로 결합된 MWCNT는 pristine MWCNT에 비하여 O1s 피크가 높게 검출되고, PBC가 π-π 상호작용으로 결합된 MWCNT는 Cl2p 피크가 검출되는 것을 통해 MWCNT 표면에 비공유 결합(π-π 상호작용)에 의한 반응기의 도입이 성공적으로 진행된 것을 알 수 있다.
또한, 나일론 6,6-g-파이렌이 π-π 상호작용으로 결합된 MWCNT는 Cl2p 피크 없이 N1s 피크만 검출되는 것을 통해 MWCNT 표면에 비공유 결합(π-π 상호작용)에 의한 고분자의 도입이 성공적으로 진행된 것을 알 수 있다.
도 2는 나일론 6,6과 pristine MWCNT를 혼합 압출(비교예 2)한 다음 이를 포름산(formic acid)으로 처리한 후 촬영한 SEM 사진과, 나일론 6,6-g-파이렌이 π-π 상호작용으로 결합된 MWCNT를 압출한 다음(실시예 2) 이를 포름산으로 처리한 후 촬영한 SEM 사진이다.
상기 나일론 6,6과 pristine MWCNT를 혼합 압출(비교예 2)한 다음 이를 포름산(formic acid)으로 처리한 경우 MWCNT 표면에 붙어 있던 나일론 6,6이 모두 제거되어 pristine MWCNT 상태와 같은 얇은 실의 형태가 관찰되나, 나일론 6,6-g-파이렌이 π-π 상호작용으로 결합된 MWCNT를 압출한 다음 이를 포름산으로 처리한 경우에는 나일론 6,6-g-파이렌이 MWCNT 표면에 그대로 남아 직경이 굵고 표면이 매끄러운 바(bar)의 형태가 관찰된다. 이를 통해 나일론 6,6-g-파이렌과 MWCNT가 π-π 상호작용으로 강하게 결합되어 있음을 확인할 수 있다.
본 기재의 나일론 6,6-g-파이렌은 나일론 6,6과 파이렌 유도체가 반응하여 결합(공유결합)된 화합물을 의미한다(여기에서 g는 Covalent bond로 grafting 된 것을 의미함).
이하 본 기재를 상세하게 설명한다.
본 기재의 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자는 탄소나노물질 0.1 내지 15 중량%, 다환방향족탄화수소 유도체 0.025 내지 30 중량% 및 열가소성 고분자 55 내지 99.875 중량%를 포함하되, 상기 탄소나노물질과 다환방향족탄화수소 유도체는 π-π 상호작용(interaction)으로 결합되어 있고, 상기 다환방향족탄화수소 유도체는 열가소성 고분자와 공유결합(covalent bond)으로 결합되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 탄소나노물질은 일례로 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT), 이중벽 탄소나노튜브(DWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT), 그래핀(graphene) 및 탄소나노화이버로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 탄소나노물질은 일례로 0.1 내지 10 중량%, 혹은 0.1 내지 5 중량%일 수 있고, 이 범위 내에서 전기 전도도 및 기계적 물성의 증가 효과가 있다.
상기 다환방향족탄화수소 유도체는 일례로 융합된 벤젠 고리(fused benzene ring)가 2 내지 5개, 3 내지 5개, 혹은 3 내지 4 개이고, 이 범위 내에서 탄소나노물질과의 π-π 상호작용(interaction)이 큰 효과가 있다.
상기 다환방향족탄화수소 유도체는 일례로 상기 고분자와 반응할 수 있는 관능기를 함유한다.
상기 관능기는 일례로 트리알킬 아자니움 기(trialkyl azanium group), 카르복시산 기(carboxylic acid group) 및 아실 클로라이드 기(acylchloride group), 하이드록실 기(hydroxyl group), 아마이드 기(amide group), 에스터 기(ester group)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이고, 이 범위 내에서 고분자와 반응 및 공유결합 형성이 가능한 효과가 있다.
상기 다환방향족탄화수소 유도체는 일례로 0.1 내지 10 중량%, 혹은 0.1 내지 5 중량%일 수 있고, 이 범위 내에서 탄소나노물질과의 결합이 효과적이다.
상기 탄소나노물질과 다환방향족탄화수소 유도체의 중량비는 일례로 1:0.1 내지 1:1.5, 1:0.2 내지 1:0.9, 또는 1:0.3 내지 1:0.7이고, 이 범위 내에서 인장강도, 탄성율 및 전기 전도도가 우수한 효과가 있다.
상기 열가소성 고분자는 일례로 아미드계 중합체, 에스테르계 중합체, 아크릴레이트계 중합체, 폴리케톤계 중합체, 비닐계 중합체, 스티렌계 중합체, 폴리올레핀 및 폴리페닐렌에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 아미드계 중합체는 일례로 폴리아미드, 폴리이미드 및 폴리에테르에스테르아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 에스테르계 중합체는 일례로 폴리카보네이트, 폴리에스터, 폴리부틸렌 텔레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리(에스테르) 우레탄 및 폴리에테르에스테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 아크릴레이트계 중합체는 일례로 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트 또는 이들의 혼합일 수 있다.
상기 폴리케톤계 중합체는 일례로 폴리아릴에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤 또는 이들의 혼합일 수 있다.
상기 비닐계 중합체는 일례로 폴리비닐클로라이드, 폴리비닐리덴 플로라이드 또는 이들의 혼합일 수 있다.
상기 스티렌계 중합체는 일례로 폴리스티렌, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체, 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체, 스티렌-에틸렌-부타디엔- 스티렌 공중합체 및 스티렌-부타디엔 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
또한, 상기 열가소성 고분자는 일례로 40 내지 99.9 중량%, 70 내지 99.9 중량%, 혹은 90 내지 99.9 중량%이고, 이 범위 내에서 압출 및 사출 공정의 양산성이 뛰어난 효과가 있다.
본 기재의 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자는 일례로 압출물이고, 이 경우 마스터 배치 형태로 운반이 용이하며 다양한 응용이 가능하다.
본 기재의 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법은 a) 탄소나노물질 1 내지 40 중량%, 다환방향족탄화수소 유도체(polycyclic aromatic hydrocarbon derivative) 1 내지 40 중량%, 및 용매 20 내지 98 중량%를 기계식 교반기로 교반하여 탄소나노물질에 파이렌 유도체를 결합시키는 단계; 및 b) 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질을 고분자 펠릿에 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 경우 대량 생산이 용이한 효과가 있다.
상기 a) 단계는 일례로 탄소나노물질 10 내지 30 중량%, 다환방향족탄화수소 유도체(polycyclic aromatic hydrocarbon derivative) 10 내지 30 중량%, 및 용매 40 내지 80 중량%를 기계식 교반기로 교반하여 탄소나노물질에 파이렌 유도체를 결합시키는 단계일 수 있고, 이 범위 내에서 다환방향족탄화수소 유도체가 탄소나노물질에 일정하게 코팅되는 효과가 있다.
또한, 본 기재의 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법은 ⅰ) 탄소나노물질 0.1 내지 15 중량%, ⅱ) 다환방향족탄화수소 유도체(polycyclic aromatic hydrocarbon derivative) 0.025 내지 30 중량%, ⅲ) 고분자 펠릿 10 내지 99.775 중량%, 및 ⅳ) 용매 0.1 내지 45 중량%를 기계식 교반기(mechanical mixer)로 교반하여 다환방향족탄화수소 유도체와 탄소나노물질의 결합체가 코팅된 고분자 펠릿을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 경우 대량생산이 용이하고, 압출공정 시 탄소나노물질을 분진상태로 투입하는 것 보다 투입이 용이한 효과가 있다.
상기 ⅳ)의 용매는 일례로 0.1 내지 30 중량% 또는 0.1 내지 20 중량%이고, 이 범위 내에서 탄소나노물질의 결합체가 고분자 펠릿 위에 효과적으로 코팅된다. 이 경우 ⅰ)~ⅳ) 성분 총 100 중량%를 만족하기 위해 상기 ⅲ) 고분자 펠릿의 함량을 25 내지 99.775 중량% 또는 35 내지 99.775 중량%로 조절할 수 있다.
상기 ⅰ) 탄소나노물질과 ⅳ) 용매의 중량비는 일례로 1:0.1 내지 1:10, 1:0.5 내지 1:8, 또는 1:2 내지 1:5이고, 이 범위 내에서 탄소나노물질의 결합체가 고분자 펠릿 위에 효과적으로 코팅되는 효과가 있다.
본 기재의 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법은 일례로 다환방향족탄화수소 유도체와 탄소나노물질의 결합체가 코팅된 고분자 펠릿을 용융 및 압출하는 단계;를 더 포함할 수 있고, 이 경우 탄소나노물질이 고분산된 마스터배치 펠릿을 제조할 수 있어 탄소나노물질의 적용이 필요한 다양한 응용분야에 사용이 가능한 효과가 있다.
상기 탄소나노물질은 일례로 탄소나노튜브, 그래핀(graphene) 및 탄소나노화이버로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상이다.
상기 다환방향족탄화수소 유도체는 일례로 융합된 벤젠 고리(fused benzene ring)가 2 내지 5개, 3 내지 5개, 혹은 3 내지 4 개이고, 이 범위 내에서 탄소나노물질과의 π-π 상호작용(interaction)이 가장 잘 일어나는 효과가 있다.
상기 다환방향족탄화수소 유도체는 일례로 상기 고분자와 반응할 수 있는 관능기를 함유한다.
상기 관능기는 일례로 트리알킬 아자니움기(trialkyl azanium group), 카르복시산기(carboxylic acid group) 및 아실 클로라이드기(acylchloride group), 하이드록실 기(hydroxyl group), 아마이드 기(amide group), 에스터 기(ester group) 로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우 종류에 따라 다양한 열가소성 고분자와 특정 조건에서 공유결합을 형성할 수 있는 효과가 있다.
상기 다환방향족탄화수소 유도체는 일례로 1-파이렌-부티릴클로린 (1-pyrene-butyrylcholine; PBC), 1-파이렌-부티릭 애시드(1-pyrene-butyric acid; PBA) 및 기타 합성 가능한 파이렌 중합체 중에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우 종류에 따라 다양한 열가소성 고분자와 특정 조건에서 공유결합을 형성할 수 있는 효과가 있다.
상기 열가소성 고분자는 일례로 아미드계 중합체, 에스테르계 중합체, 아크릴레이트계 중합체, 폴리케톤계 중합체, 비닐계 중합체, 스티렌계 중합체, 폴리올레핀 및 폴리페닐렌에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이에 대한 구체적인 예는 앞서 기재된 바와 같다.
상기 폴리아미드는 일례로 나일론 4.6, 나일론 6, 나일론 6.6, 나일론 6.10, 나일론 7, 나일론 8, 나일론 9, 나일론 11, 나일론 12, 나일론 46, MXD 6, 무정형 폴리아미드 및 공중합 폴리아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 공중합 폴리아미드는 일례로 상기 나머지 폴리아미드 중 2 이상의 폴리아미드의 단량체를 포함하여 중합된 공중합체이다.
상기 용매는 일례로 상기 고분자 펠릿을 녹이지 않는 유기 용매 또는 무기 용매일 수 있다.
또 다른 예로, 상기 용매는 물, 에탄올, 메탄올 및 THF로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있고, 이 경우 아미드계 중합체를 용해시키지 않으면서도 탄소나노물질을 잘 분산시키는 효과가 있다.
또 다른 예로, 상기 용매는 클로로포름, 톨루엔 및 벤젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
본 기재의 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자는 본 기재의 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법에 따라 제조됨을 특징으로 한다.
이하, 본 기재의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 기재를 예시하는 것일 뿐 본 기재의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
[실시예]
하기의 실시예 및 비교실시예에서 사용된 각 성분 및 첨가제의 사양은 다음과 같다.
(A) 폴리아미드 수지
한국 LG화학사의 LUMID GP-1000B를 사용하였다.
(B) 탄소나노튜브
5 내지 30 ㎚의 평균 외경과 1 내지 25 ㎛의 평균 길이를 갖는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)인 Nanocyl사의 NC-7000 제품을 사용하였다.
[ 실시예 1∼2 및 비교예 1∼5]
하기 표 1에 기재된 대로 각각의 성분 및 중량을 각 mixing 방법에 따라 혼합한 후, 이를 이축 압출기(L/D=42, Φ=40 mm)에서 폴리아미드 수지와 함께 280℃의 조건으로 압출하여 펠릿을 제조하였다. 제조된 펠릿을 사출기에서 사출 온도 280℃의 조건으로 사출하여 시편을 제조하였다. 제조된 시편을 23℃, 상대 습도 50% 하에서 48 시간 동안 방치한 후, 미국의 표준 측정 방법인 ASTM 규격에 따라 물성 및 전기 전도성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.
제조된 파이렌 유도체와 열가소성 고분자의 공유결합은 ESCA(XPS)를 이용하여 확인하였다. 이때 파이렌 유도체와 폴리아미드와의 결합은 폴리아미드의 아민기 혹은 아마이드(amide) 결합으로 인한 N1s 피크를 통해 확인하였다.
[ 실시예 3]
상기 실시예 1에서 용매를 메탄올 대신 물을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 시편을 제조하고, 물성 및 전기 전도성을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
[시험예]
상기 실시예 1~3 및 비교예 1~6에서 제조된 시편의 특성을 하기의 방법으로 측정하였고, 그 결과를 하기 표 1 및 2에 나타내었다.
* 제조효율: 일반적인 Lab 스케일의 기계적 교반기(용량: 4 kg)와 초음파 처리 장비(용량: 500 g)를 이용하여 각각 하루에 처리하여 만들 수 있는 샘플의 양으로 측정하였다.
* 인장강도(Tensile strength), 인장탄성률(Tensile modulus): ASTM D638 규격에 따라 3.2mm 두께 시편의 인장강도 및 인장탄성률을 평가하였다.
* 표면고유저항(Ω/㎝): PINION사의 SRM-100을 사용하여 ASTM D257에 따라 시편의 표면 저항을 측정하였다.
* 전자파 차폐(dB): ASTM D4935에 따라 1GHz 영역에서 3mm 시편의 전자파 차폐 성능을 측정하였다.
실시예 비교예
1 2 1 2 3 4 5
성분 MWNT O O X O O O O
Pyrene 유도체 PBA PBC X X Pyrene PBA PBA
용매(메탄올) O O O O O 과량 O
Mixing 방법 교반기 기계식 기계식 초음파
교반시간(h) 12 12 12 12 12 12 12
물성 제조 효율 (kg/day) 50 50 50 50 50 50 0.001
인장강도 (MPa) 1898 1899 1606 1686 1786 1607 1890
인장탄성률 (GPa) 68 75 59 64 58 60 69
표면고유저항(Ω/㎝) 10^8 10^8 >10^13 10^10 10^9 10^10 10^8
전자파차폐 (dB) 8 8 0 4 6 5 8
(※ O: 본 기재의 함량 범위 내 사용, X: 사용하지 않음, 과량: 본 기재의 함량 범위를 초과하여 사용함)
실시예
3
성분 MWNT O
Pyrene 유도체 PBA
용매 물
Mixing 방법 교반기 기계식
교반시간(h) 12
물성 제조 효율 (kg/day) 50
인장강도 (MPa) 1899
인장탄성률 (GPa) 70
표면고유저항(Ω/㎝) 10^8
전자파차폐 (dB) 8
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 기재의 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자(실시예 1 내지 3)는 파이렌(pyrene) 유도체를 함유하지 않은 경우(비교예 1 내지 3) 및 용매를 과량 사용한 경우(비교예 4)와 비교하여 기계적 강도, 전기 전도성 및 전자파차폐 효과가 뛰어남을 확인할 수 있었다.
또한, 본 기재의 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자(실시예 1 내지 3)는 초음파 교반기를 사용한 경우(비교예 5)와 비교하여 제조효율이 5만 배 이상 큰 것을 확인할 수 있었다.
참고로, 초음파 처리 장비의 경우 기계적 교반기와는 달리, 그 규모(용량)를 증가시키는데 한계가 있고, 규모를 증가시킬 수 있다고 해도 초음파의 특성상 균일한 교반이 어려워지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 비교예 4와 같이 용매를 과량 넣게 되면 탄소나노물질끼리 뭉치는 경향이 나타나서 결과적으로 폴리머 펠릿과 균일한 반응을 이끌어 내기가 어려워 물성이 감소될 수 있고, 비교예 5와 같이 초음파가 사용되는 경우 초음파 처리 과정에서 탄소나노물질의 길이가 줄어들어 인장 강도가 다소 떨어질 수 있다.

Claims (18)

  1. 탄소나노물질 0.1 내지 15 중량%, 다환방향족탄화수소 유도체 0.025 내지 30 중량% 및 열가소성 고분자 55 내지 99.875 중량%를 포함하되,
    상기 다환방향족탄화수소 유도체는 상기 열가소성 고분자와의 반응 자리로서 트리알킬 아자니움 기(trialkyl azanium group), 카르복시산 기(carboxylic acid group) 및 아실 클로라이드 기(acylchloride group), 하이드록실 기(hydroxyl group), 아마이드 기(amide group), 에스터 기(ester group)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 관능기를 포함하고,
    상기 탄소나노물질과 다환방향족탄화수소 유도체는 π-π 상호작용으로 결합되어 있고, 상기 다환방향족탄화수소 유도체와 열가소성 고분자는 상기 다환방향족탄화수소 유도체에 포함된 관능기를 통하여 공유결합으로 결합되어 있는 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소나노물질은, 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브, 그래핀(graphene) 및 탄소나노화이버로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 다환방향족탄화수소 유도체는, 융합된 벤젠 고리(fused benzene ring)가 2 내지 5 개인 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 다환방향족탄화수소 유도체는, 1-파이렌-부티릴클로린 (1-pyrene-butyrylchlorine), 1-파이렌-부티릭 애시드(1-pyrene-butyric acid) 및 상기 관능기를 갖는 파이렌 중합체 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 열가소성 고분자는, 아미드계 중합체, 에스테르계 중합체, 아크릴레이트계 중합체, 폴리케톤계 중합체, 비닐계 중합체, 스티렌계 중합체, 폴리올레핀 및 폴리페닐렌에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자는, 압출물인 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자.
  8. a) 탄소나노물질 1 내지 40 중량%, 트리알킬 아자니움 기(trialkyl azanium group), 카르복시산 기(carboxylic acid group) 및 아실 클로라이드 기(acylchloride group), 하이드록실 기(hydroxyl group), 아마이드 기(amide group), 에스터 기(ester group)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 관능기를 갖는 다환방향족탄화수소 유도체(polycyclic aromatic hydrocarbon derivative) 1 내지 40 중량%, 및 용매 20 내지 98 중량%를 기계식 교반기로 교반하여 탄소나노물질에 파이렌 유도체를 결합시키는 단계; 및 b) 다환방향족탄화수소 유도체가 결합된 탄소나노물질을 고분자 펠릿에 코팅하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법.
  9. 탄소나노물질 0.1 내지 15 중량%, 트리알킬 아자니움 기(trialkyl azanium group), 카르복시산 기(carboxylic acid group) 및 아실 클로라이드 기(acylchloride group), 하이드록실 기(hydroxyl group), 아마이드 기(amide group), 에스터 기(ester group)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 관능기를 갖는 다환방향족탄화수소 유도체(polycyclic aromatic hydrocarbon derivative) 0.025 내지 30 중량%, 고분자 펠릿 10 내지 99.775 중량%, 및 용매 0.1 내지 45 중량%를 기계식 교반기로 교반하여 다환방향족탄화수소 유도체와 탄소나노물질의 결합체가 코팅된 고분자 펠릿을 제조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법은, 다환방향족탄화수소 유도체와 탄소나노물질의 결합체가 코팅된 고분자 펠릿을 용융 및 압출하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법.
  11. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 탄소나노물질은, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene) 및 탄소나노화이버로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법.
  12. 제 8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 다환방향족탄화수소 유도체는, 융합된 벤젠 고리(fused benzene ring)가 2 내지 5 개인 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법.
  13. 제 8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 다환방향족탄화수소 유도체는, 1-파이렌-부티릴클로린 (1-pyrene-butyrylchlorine), 1-파이렌-부티릭 애시드(1-pyrene-butyric acid) 및 상기 관능기를 갖는 파이렌 중합체 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법.
  14. 삭제
  15. 제 8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 열가소성 고분자는, 아미드계 중합체, 에스테르계 중합체, 아크릴레이트계 중합체, 폴리케톤계 중합체, 비닐계 중합체, 스티렌계 중합체, 폴리올레핀 및 폴리페닐렌에테르로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법.
  16. 제 8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 용매는, 물, 에탄올, 메탄올 및 THF으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법.
  17. 제 8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 용매는, 클로로포름, 톨루엔 및 벤젠으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는
    탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법.
  18. 제8항 또는 제9항의 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자의 제조방법에 따라 제조된 탄소나노물질이 결합된 열가소성 고분자.

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