KR20110120162A - 탄소나노튜브, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 부식 방지제 및 열교환기용 열전도 유체 - Google Patents

탄소나노튜브, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 부식 방지제 및 열교환기용 열전도 유체 Download PDF

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KR20110120162A
KR20110120162A KR1020100039713A KR20100039713A KR20110120162A KR 20110120162 A KR20110120162 A KR 20110120162A KR 1020100039713 A KR1020100039713 A KR 1020100039713A KR 20100039713 A KR20100039713 A KR 20100039713A KR 20110120162 A KR20110120162 A KR 20110120162A
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polyaspartic acid
acid copolymer
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polysuccinimide
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KR1020100039713A
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김훈식
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 탄소나노튜브, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 부식 방지제 및 열교환기용 열전도 유체에 관한 것으로, 구체적으로 본 발명의 탄소나노튜브는 폴리아스파르트산 공중합체가 표면에 도입된다.
본 발명의 탄소나노튜브는 열전도도가 우수하고 분산성 및 분산 안정성이 우수하여 열교환 성능이 우수할 뿐만 아니라 부식방지 효과를 갖는다.

Description

탄소나노튜브, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 부식 방지제 및 열교환기용 열전도 유체 {Carbon nano tube, preparing method thereof, anticorrosive agent and conductive fluid for heat exchanger comprising thereof}
본 발명은 탄소나노튜브, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 부식 방지제 및 열교환기용 열전도 유체에 관한 것으로, 구체적으로는 열전도도가 우수하고 분산성 및 분산 안정성이 우수하여 열교환 성능이 우수할 뿐만 아니라 부식방지 효과를 갖는 탄소나노튜브, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 부식 방지제 및 열교환기용 열전도 유체에 관한 것이다.
탄소나노튜브는 유체와 혼합되었을 때 넓은 표면적으로 인하여 적은 양으로도 높은 효과를 얻을 수 있으며 유체의 열전도도, 열용량, 열전달 계수 등을 증가시켜 열교환 성능을 향상시킬 수 있다. 그러나, 탄소나노튜브를 사용하는 경우 유체내 입자의 체적분율이 증가할수록 열전도도는 증가하나, 실제 시스템에 적용할 경우 유체의 점도가 크게 증가하는 문제점이 생길 수 있으며 분산제를 사용하여 탄소나노튜브를 나노 스케일로 분산시키는 것이 매우 어렵다는 단점이 있다.
물은 높은 열전도도, 비열을 가짐으로써 공정 중에 발생하는 열을 식혀주는 가장 대표적인 열 교환 물질이지만, 수많은 미생물과 미네랄을 포함하고 있는 전해질 물질로써 금속의 부식을 유발시킨다. 따라서 스케일 침적을 저해하기 위하여 스케일 방지 부가물을 첨가하여 사용한다. 대표적인 스케일 방지제로 크롬계, 인산염계, Azole계, Nitrite계, Molybdate계가 사용되고 있다. 크롬계의 경우, 효과가 우수하나 환경문제로 인하여 사용되지 않고 있으며, Azole계의 경우 동부식방지용으로 사용되고 있다. Nitrite계의 경우 미생물에 의하여 쉽게 분해되기 때문에 밀폐계 열교환기용으로 적합하다. Molybdate계의 경우 가격이 고가로 극히 한정된 용도로 사용하고 있다. 가장 보편적으로 사용되고 있는 인산염계의 경우, 최근 인 배출에 의한 하천의 부영양화로 녹조현상 등의 환경문제가 발생하고 있으며 정부의 인(Phosphorus)의 배출규제가 강화됨에 따라 저인산 혹은 비(非)인산 스케일 방지제가 필요하다.
상기의 문제점을 해결하고자 본 발명의 목적은 열교환 성능이 우수한 열전도 유체를 위하여 열전도도가 우수하고 분산성 및 분산 안정성이 우수하며 부식방지 효과를 갖는 탄소나노튜브, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 부식 방지제 및 열교환기용 열전도 유체를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하고자 본 발명은,
폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브를 제공한다.
상기 폴리아스파르트산 공중합체는 하기 화학식 1 의 형태로 상기 탄소나노튜브의 표면에 도입될 수 있다:
<화학식 1>
Figure pat00001
(화학식 1 에서,
CNT 는 탄소나노튜브를 의미하며,
a+b+c 는 10 내지 500의 정수이며,
a 는 1 이상의 정수이며,
b 및 c 는 0 이상의 정수이며,
d 는 1 내지 10 의 정수이다.)
상기 폴리아스파르트산 공중합체는 하기 화학식 2 로 표현되는 단위체를 더 포함할 수 있다:
<화학식 2>
(화학식 2 에서,
R 은 에틸렌글리콜 또는 폴리에틸렌글리콜이다.)
상기 폴리아스파르트산 공중합체는 상기 탄소나노튜브에 대하여 5 내지 50 중량부로 도입될 수 있다.
본 발명의 다른 목적을 달성하고자 본 발명은,
탄소나노튜브의 표면에 아민기를 도입하는 탄소나노튜브 개질 단계; 및
상기 아민기가 도입된 탄소나노튜브를 폴리숙신이미드 또는 이의 공중합체와 반응시켜 탄소나노튜브의 표면에 폴리아스파르트산 공중합체를 도입하는 폴리아스파르트산 공중합체 도입 단계를 포함하는 탄소나노튜브 제조 방법을 제공한다.
상기 탄소나노튜브 제조 방법은 상기 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브에 수산화물을 첨가하여 폴리숙신이미드를 폴리아스파르트산 염으로 전환하는 염 전환 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 탄소나노튜브 개질 단계는 탄소나노튜브를 산과 반응시켜 카르복실기를 도입하는 산처리 단계; 상기 산처리 단계에서 도입된 카르복실기를 아실기로 전환하는 아실기 도입 단계; 및 상기 아실기가 도입된 탄소나노튜브를 디아민 화합물과 반응시키는 아민기 도입 단계를 포함할 수 있다.
상기 폴리아스파프트산 도입 단계에서 사용되는 상기 폴리숙신이미드는 분자량이 1,000 내지 50,000일 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하고자 본 발명은,
본 발명의 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브를 포함하는 부식 방지제를 제공한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하고자 본 발명은,
본 발명의 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브; 및 용매를 포함하는 열교환기용 열전도 유체를 제공한다.
상기 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브는 상기 열전도 유체에 대하여 0.05 내지 10 중량부로 포함될 수 있다.
본 발명의 탄소나노튜브는 열전도도가 우수하며, 수용성 고분자가 도입되어 분산성 및 분산 안정성이 우수하다. 따라서, 본 발명의 탄소나노튜브는 열교환기용 유체에 사용될 수 있으며, 열교환 효율을 상승시킬 수 있다.
본 발명의 탄소나노튜브는 부식방지 효과가 우수하여 스케일 침적 억제용 등의 부식 방지제로 사용 가능하다.
도 1 은 탄소나노튜브에 폴리아스파르트산 공중합체가 도입되는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2 는 금속판을 비교예 및 실시예의 조성물에 상온에서 48시간 동안 침지시킨 후의 모습을 나타낸 것이다.
이하 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 표면에 폴리아스파르트산(polyaspartic acid, PAA) 공중합체가 도입된 탄소나노튜브를 제공한다.
탄소나노튜브는 그 자체로 열전도도가 우수하므로 상기 탄소나노튜브는 열전도도를 향상시키는 역할을 수행할 뿐만 아니라, 표면에 도입된 수용성 고분자인 폴리아스파르트산 공중합체로 인하여 분산성 및 분산 안정성이 우수하다. 또한, 폴리아스파르트산의 부식 방지 효과로 인해 부식 방지제 특성을 보인다. 상기 탄소나노튜브의 표면에 도입된 폴리아스파르트산은 하천 방류시 부영양화로 인한 하천오염을 유발하지 않으며, 생분해성을 가지기 때문에 환경친화적이다.
상기 탄소나노튜브는 단일벽 구조를 갖는 단일벽 탄소나노튜(single-walled carbon nano tube; SWCNT) 또는 다중벽 구조를 갖는 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nano tube; MWCNT)가 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상기 탄소나노튜브는 화학 증착법, 아크 방전법, 플라즈마 토치법 및 이온 충격법등 당업계에 공지된 방법으로 제조될 수 있으며, 당업계에 공지된 통상의 방법으로 전처리 단계를 거칠 수 있으나, 전처리 단계를 거치지 않아도 무방하다. 상기 탄소나노튜브는 바람직하게는 외경이 1 내지 100 nm 이고 길이가 0.5 내지 30 ㎛인 것을 사용할 수 있다. 상기 범위의 외경 및 길이를 갖는 탄소나노튜브의 경우 열전도도뿐만 아니라 분산 및 분산안정성이 우수하다. 상기 탄소나노튜브의 외경이 100 nm를 초과하거나 길이가 30 ㎛를 초과하는 경우 탄소나노튜브를 효과적으로 분산하는데 어려움이 있을 수 있으며 탄소나노튜브의 길이가 0.5 ㎛미만인 경우 탄소나노튜브 사이의 접촉점이 많아 열교환 성능에 효과적이지 못하다.
상기 폴리아스파르트산 공중합체는 하기 화학식 1 의 형태로 상기 탄소나노튜브의 표면에 도입될 수 있다:
<화학식 1>
Figure pat00003
상기 화학식 1 에서, 상기 CNT 는 탄소나노튜브를 의미하며, a+b+c는 10 내지 500의 정수이며, 이 때, a 는 1 이상의 정수이며, b 와 c 는 0 이상의 정수이다. 상기d는 1 내지 10 의 정수이다. 상기 폴리아스파르트산 공중합체는 폴리숙신이미드 공중합체와 아민기가 도입된 탄소나노튜브를 반응시킨 후에 수산화물과 가수분해시켜 폴리숙신이미드를 상기 화학식 1에 나타난 바와 같이 폴리아스파르트산 염의 형태로 전환시킬 수 있다.
또한, 상기 폴리아스파르트산 공중합체는 필요한 작용기를 아민과 결합시켜 폴리숙신이미드에 도입한 단위체를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 하기 화학식 2 으로 표현되는 단위체를 더 포함할 수 있다:
<화학식 2>
Figure pat00004
상기 화학식 2 에서 R 은 당업자의 필요에 따라 원하는 작용기가 될 수 있으며, 바람직하게는, 에틸렌글리콜 내지 폴리에틸렌글리콜(PEG)일 수 있다. 상기 에틸렌글리콜 또는 폴리에틸렌글리콜은 수용성 작용기로 탄소나노튜브의 분산성 및 분산 안정성을 향상시키는 역할을 하며, 이를 열교환기용 열전도 유체로 사용하는 경우 유체에 끓는점 오름 및 어는점 내림 효과도 부여할 수 있다.
상기 폴리아스파르트산 공중합체는 상기 탄소나노튜브에 대하여 5 내지 50 중량부로 도입될 수 있다. 상기 폴리아스파르트산 공중합체가 5 중량부 미만으로 도입되는 경우 부식 방지 효과가 미미하여 본 발명의 목적을 달성하기 어려울 수 있으며, 50 중량부를 초과하여 도입되는 경우 조성물의 점도가 상승될 수 있으며, 열전도도가 감소할 수 있다.
본 발명은 또한, 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브의 제조 방법을 제공한다. 도 1 은 탄소나노튜브의 표면에 폴리아스파르트산 공중합체를 도입하는 과정을 나타낸 모식도이다. 도 1 을 참조하면, 상기 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브의 제조 방법은 탄소나노튜브 개질 단계; 및 폴리아스파르트산 공중합체 도입 단계를 포함한다. 또한, 염 전환 단계 및 작용기 부가 단계를 더 포함할 수 있다. 상기와 같은 방법에 의해 폴리아스파르트산 공중합체가 탄소나노튜브의 표면에 도입되어 열교환 효율을 향상시킬 수 있고 부식 방지 효과를 갖는 탄소나노튜브를 제조할 수 있다.
상기 탄소나노튜브 개질 단계는 탄소나노튜브의 표면에 아민기를 도입하는 단계이다. 탄소나노튜브의 표면에 아민기를 도입함으로써 폴리아스파르트산 공중합체의 도입을 용이하게 할 수 있다.
상기 탄소나노튜브 개질 단계는 산처리 단계; 아실기 도입 단계; 및 아민기 도입 단계를 포함할 수 있다.
상기 산처리 단계는 탄소나노튜브를 산(acid)과 반응시켜 카르복실기를 도입하는 단계이다. 또한, 상기 산처리 단계에서 탄소나노튜브의 합성시 사용된 금속 촉매 또는 미반응 생성물인 무정형 카본이 제거되어 탄소나노튜브의 순도가 높아진다. 구체적으로, 탄소나노튜브를 100 내지 150 ℃의 온도에서 5 내지 10시간 동안 산과 반응시킨 후, 이를 다시 50 내지 100 ℃에서 산과 10 내지 15 시간 반응시켜 탄소나노튜브의 표면에 카르복실기를 도입할 수 있다. 상기 산은 당업계에 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 염산, 질산 및 황산으로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물인 강산 용액을 사용할 수 있다.
상기 아실기 도입 단계는 상기 탄소나노튜브에 도입된 카르복실기를 아실기로 전환하는 단계이다. 구체적으로, 상기 카르복실기가 도입된 탄소나노튜브를 과량의 티오닐클로라이드(thionyl chloride, SOCl2)와 50 내지 100 ℃에서 10 내지 30 시간 동안 반응시켜 카르복실기를 아실기로 전환시킬 수 있다.
상기 아민기 도입 단계는 상기 아실기가 도입된 탄소나노튜브를 디아민 화합물과 반응시켜 탄소나노튜브의 표면에 아민기를 도입하는 단계이다. 구체적으로, 상기 아실기가 도입된 탄소나노튜브를 과량의 디아민 화합물과 100 내지 150 ℃에서 1 내지 3 시간 동안 반응시킨 뒤 정제하고 진공상태에서 건조시켜 아민기가 도입된 탄소나노튜브를 얻을 수 있다. 상기 디아민 화합물은 적어도 2 개의 일차 또는 이차 아민기를 가지고 있는 것으로, 2 개의 아민기를 포함하고 있는 것이라면 당업계에 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 두 개의 일차 아민을 가지는 디아민 화합물을 사용할 수 있으며, 구체적으로 하기 화학식 3 로 표현되는 디아민 화합물을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 헥사메틸렌디아민을 사용할 수 있다:
<화학식 3>
Figure pat00005
상기 화학식 3 에서, m 은 1 내지 10 의 정수이다.
상기와 같은 방법으로 아민기가 탄소나노튜브의 표면에 도입되게 되며 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 아민기는 하기 화학식 4 의 형태로 탄소나노튜브의 표면에 도입되게 된다.
<화학식 4>
Figure pat00006
상기 화학식 4 에서 CNT는 탄소나노튜브를 의미하며, m 은 1 내지 10 의 정수이다.
상기 폴리아스파르트산 공중합체 도입 단계는 상기 아민기가 도입된 탄소나노튜브를 폴리숙신이미드 또는 이의 공중합체와 반응시켜 탄소나노튜브의 표면에 폴리아스파르트산 공중합체를 도입하는 단계이다.
구체적으로, 폴리숙신이미드 또는 이의 공중합체를 용매에 용해한 뒤 상기 아민기가 도입된 탄소나노튜브와 40 내지 70 ℃에서 10 내지 30 시간 동안 반응시켜 폴리아스파르트산 공중합체를 탄소나노튜브의 표면에 도입할 수 있다. 상기 용매는 당업계에 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 디메틸설폭사이드를 사용할 수 있다.
상기 폴리숙신이미드는 말레산과 암모니아 또는 폴리아민과의 중합 반응 생성물을 의미하는 것으로, 아미드, 이미드 및 아미딘 종류를 모두 포함하나, 주된 생성물은 폴리숙신이미드이다. 상기 폴리숙신이미드는 분자량이 1,000 내지 50,000인 것을 사용할 수 있다 더욱 바람직하게는 3,000 내지 15,000 인 것을 사용할 수 있다. 상기 폴리숙신이미드의 분자량이 50,000을 초과하는 경우 폴리아스파르트산으로 가수분해 된 뒤, 탄소나노튜브의 접촉을 방해할 수 있으며, 분자량이 1,000 내지 50,000인 경우 부식방지효과가 우수하다.
상기 염 전환 단계는 상기 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브에 수산화물을 첨가하여 폴리숙신이미드를 폴리아스파르트산 염으로 전환하는 단계이다.
상기 폴리아스파르트산 공중합체의 도입 단계에서 아민과 반응하여 탄소나노튜브의 표면에 직접 연결되지 않은 폴리숙신이미드는 수산화물과 반응하여 폴리아스파르트산 염으로 전환된다. 이 때, 폴리숙신이미드의 가수분해에 의해 형성된 폴리아스파르트산의 염은 α 및 β 아스파르트산 염일 수 있다.
상기 수산화물은 당업계에 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는, 알칼리 금속, 알칼리 토금속 또는 암모니아를 포함하는 수산화물을 사용할 수 있다.
상기 작용기 부가 단계는 상기 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브를, 아민과 연결된 작용기를 폴리숙신이미드에 도입한 화합물과 반응시켜 작용기를 도입하는 단계이다.
상기 아민과 연결된 작용기를 폴리숙신이미드에 도입한 화합물은 상기 화학식 2 로 표현되는 단위체를 갖는 공중합체일 수 있으며, 상기 화학식 2 에서 R 은 바람직하게는 에틸렌글리콜 또는 폴리에틸렌글리콜일 수 있다. 또한, 상기 화학식 2 의 단위체를 갖는 2 종 이상의 공중합체와 반응시켜 당업자의 필요에 따라 다양한 작용기를 도입할 수 있다.
본 발명은 전술한 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브를 포함하는 부식 방지제를 제공한다.
상기 탄소나노튜브에 폴리아스파르트산 공중합체가 도입됨으로 부식 방지 효과가 우수하고, 상기 폴리아스파르트산 공중합체는 생분해성인 바, 환경친화적인 부식 방지제를 제공할 수 있다.
상기 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브를 포함하는 부식 방지제는 수처리용, 구강 건강 치료용 또는 화장품 제형에서 스케일 침적을 억제하는데 유용하게 이용될 수 있다.
본 발명은 또한, 전술한 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브; 및 용매를 포함하는 열교환기용 열전도 유체를 제공한다.
상기 열교환기용 열전도 유체는 나노 사이즈의 탄소나노튜브를 포함함으로 표면적이 넓어 소량으로도 열교환 효율을 상승시킬 수 있으며, 분산성 및 분산 안정성이 우수하고 부식 방지 효과를 가져 별도의 부식 방지제를 사용하지 않아도 무방하다.
상기 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브는 상기 열전도 유체에 대하여 0.05 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 0.05 중량부 미만으로 포함되는 경우 부식 방지 효과가 미비하고 열전도도 또한 크게 증가하지 않는다. 10 중량부를 초과하여 포함되는 경우 탄소나노튜브로 인하여 열전도 유체의 점도가 상승될 수 있다.
상기 용매는 당업계에 공지된 것을 제한없이 사용할 수 있으며, 바람직하게는 물, 에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 본 발명의 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브는 용매에 분산되어 열교환기용 열전도 유체로 사용되게 된다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 이는 본 발명의 설명을 위한 것일 뿐, 이로 인해 본 발명의 범위가 제한되지 않는다.
< 합성예 1> 폴리숙신이미드의 제조
질소분위기 하에서 아스파르트산(ASP) 5 g과 인산 0.5 g을 증류수 30 ml에 섞은 후, 증류수를 오븐에서 증발하여 인산을 아스파르트산과 잘 혼합하였다. 위의 혼합물을 180 내지 200 ℃ 에서 2 내지 4시간 동안 반응을 진행하여 폴리숙신이미드(PSI)를 제조하였고 NMR를 통하여 폴리숙신이미드 생성된 것을 확인하였고 반응온도와 반응시간을 조절하여 분자량을 조절하였다. 제조된 PSI의 분자량은 폴리숙신이미드(PSI)를 폴리아스파르트산(PAA)으로 변환하여 수용성GPC에서 측정하였으며, 3000, 5000, 15000 g/mol 을 가지는 PSI를 제조하였다.
Figure pat00007

< 합성예 2> 아민기가 도입된 탄소나노튜브의 제조
다중벽 탄소나노튜브를 120 ℃의 염산으로 6시간 동안 반응시킨 후 60 ℃에서 질산/황산으로 12시간 동안 반응시켜 산처리하였다. 이를 과량의 싸이오닐 클로라이드와 70 ℃에서 24시간 동안 반응시켜 아실기가 도입된 탄소나노튜브를 제조하였다. 이를 과량의 헥사메틸렌디아민과 120 ℃에서 2시간 동안 반응시킨 다음 정제하고, 진공상태에서 24시간 동안 건조시켜 아민이 표면에 수식화된 탄소나노튜브를 얻었다.
Figure pat00008

< 실시예 1 내지 10> 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브
다음의 방법으로 하기 표 1 과 같은 조성으로 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브를 제조하였다. 질소분위기에서 상기 합성예 1에서 제조된 폴리숙신이미드 공중합체를 디메틸설폭사이드에 녹인다음, 합성예 2 에서 제조한 아민이 도입된 탄소나노튜브와 60 ℃에서 24시간 동안 교반하면서 반응을 시켰다. 이어서, 미반응한 폴리숙신이미드를 제거하기 위하여 탄소나노튜브를 필터를 사용하여 정제하고 건조하여 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브를 얻었다. 하기 표 1 에서 PAA함량은 탄소나노튜브에 대한 중량부이다.
Figure pat00009
< 실시예 11 내지 23> 열교환기용 유체 조성물의 제조
상기 실시예에서 제조된 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브를 이용하기 하기 표 2 와 같은 조성으로 열교환기용 유체 조성물을 제조하였다.
Figure pat00010
< 비교예 1 내지 4> 열교환기용 유체 조성물의 제조
하기 표 3 의 조성으로 폴리아스파르트산 중합체가 도입되지 않은 탄소나노튜브를 사용하여 상기 실시예 11 내지 23과 동일한 방법으로 열전도 유체 조성물을 제조하였다.
Figure pat00011
< 실험예 1> 분산 안정성의 측정
상기 실시예 1 내지 10 에서 제조한 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브와 폴리아스파르트산이 도입되지 않은 길이 10 μm의 탄소나노튜브 (control) 0.5 g을 100 g의 증류수에 넣고(0.5 중량부) 초음파 분산기를 사용하여 분산시켰다. 이 후, 한 달간 상온에서 방치한 뒤 다음과 같은 기준으로 분산 안정성을 육안으로 판단하여 그 결과를 하기 표 4 에 나타내었다.
×: CNT가 거의 대부분 침전되어 용매와 완전히 상분리가 일어남(불량)
△: CNT의 침전이 있으나 완전한 상분리가 일어나지는 않음(보통),
○: CNT의 침전이 약간 있음(양호)
◎: CNT의 침전이 거의 없으며 용매와 잘 혼합되어 있음(우수).
Figure pat00012
상기 표 4 에 나타난 바와 같이 폴리아스파르트산이 도입된 탄소나노튜브를 증류수에 넣고 분산시킨 결과 분산 안정성이 우수하였으며, 폴리아스파르트산이 도입되지 않은 탄소나노튜브를 분산시킨 control의 경우 탄소나노튜브가 침전되어 상분리가 일어났다.
< 실험예 2> 열전도도의 측정
상기 실시예 11 내지 23에서 제조한 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브를 포함하는 열전도 유체 및 비교예에서 제조한 열전도 유체에 대하여 Hot wire 측정 방식을 사용하여 25℃에서 열전도도를 3회 측정하여 평균값을 하기 표 5 에 나타내었다.
< 실험예 3> 부식방지 효과 측정
부식방지 효과는 상기 실시예 11 내지 23 에서 제조한 열전도 유체에 금속 시편을 담그고 상온에서 50 rpm으로 회전시키면서 100 시간 방치 후 다음과 같은 기준으로 부식방지 효과를 평가하여 그 결과를 하기 표 5 에 나타내었다.
×: MDD 30 이상
△: MDD 20 ~ 30
○: MDD 10 이하
◎: MDD 5 이하
부식속도(MDD) = 부식무게감량(mg)/시편표면적(dm2)×시험기간(Day)
Figure pat00013
상기 표 5 에 나타난 바와 같이, 폴리아스파르트산 공중합체의 도입 여부와 관계없이 탄소나노튜브의 함량이 증가함에 따라 열전도도는 증가하였으나 탄소나노튜브의 함량이 동일한 경우 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브가 도입되지 않은 탄소나노튜브보다 열전도도가 높은 것을 알 수 있다.
또한, 폴리아스파르트산 공중합체가 도입되지 않은 탄소나노튜브는 부식방지 효과를 나타내지 않았다. 도 2 는 실시예 13과 비교예 1 및 4의 조성물에 금속판을 침지시키고 상온에서 48시간 방치 후의 모습을 나타낸 것이다. 도 2 에 의하면, 비교예의 경우 탄소나노튜브의 함량이 증가할수록 부식도가 증가하는 것을 확인 하였다. 실시예 13의 경우 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브로 인하여 부식방지 효과가 나타났다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브는 열전도도, 분산성 및 분산 안정성이 우수하여 열교환 효율을 상승시킬 뿐만 아니라 부식방지 효과를 부여한다.

Claims (12)

  1. 폴리아스파르트산 공중합체가 표면에 도입된 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리아스파르트산 공중합체가 하기 화학식 1 의 형태로 상기 탄소나노튜브의 표면에 도입되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브:
    <화학식 1>
    Figure pat00014

    (화학식 1 에서,
    CNT 는 탄소나노튜브를 의미하며,
    a+b+c는 10 내지 500의 정수이며,
    a 는 1 이상의 정수이며,
    b 및 c 는 각각 독립적으로 0 이상의 정수이며,
    d 는 1 내지 10 의 정수이다.)
  3. 청구항 1 에 있어서,
    상기 폴리아스파르트산 공중합체가 하기 화학식 2 로 표현되는 단위체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브:
    <화학식 2>
    Figure pat00015

    (화학식 2 에서,
    R 은 에틸렌글리콜 또는 폴리에틸렌글리콜이다.)
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 폴리아스파르트산 공중합체가 상기 탄소나노튜브에 대하여 5 내지 50 중량부로 도입되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브.
  5. 탄소나노튜브의 표면에 아민기를 도입하는 탄소나노튜브 개질 단계; 및
    상기 아민기가 도입된 탄소나노튜브를 폴리숙신이미드 또는 이의 공중합체와 반응시켜 탄소나노튜브의 표면에 폴리아스파르트산 공중합체를 도입하는 폴리아스파르트산 공중합체 도입 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 폴리아스파르트산 공중합체가 도입된 탄소나노튜브에 수산화물을 첨가하여 폴리숙신이미드를 폴리아스파르트산 염으로 전환하는 염 전환 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
  7. 청구항 5 에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 개질 단계가 탄소나노튜브를 산과 반응시켜 카르복실기를 도입하는 산처리 단계; 상기 산처리 단계에서 도입된 카르복실기를 아실기로 전환하는 아실기 도입 단계; 및 상기 아실기가 도입된 탄소나노튜브를 디아민 화합물과 반응시키는 아민기 도입 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 폴리아스파르트산 공중합체 도입 단계에 사용되는 폴리숙신이미드의 분자량이 1,000 내지 50,000 인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 제조 방법.
  9. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항의 탄소나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 부식 방지제.
  10. 청구항 1 내지 4 중 어느 한 항의 탄소나노튜브; 및
    용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기용 열전도 유체.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 탄소나노튜브가 상기 열교환기용 열전도 유체에 대하여 0.05 내지 10 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 열교환기용 열전도 유체.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 용매가 물, 에틸렌글리콜 및 폴리에틸렌글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 열교환기용 열전도 유체
KR1020100039713A 2010-04-28 2010-04-28 탄소나노튜브, 이의 제조 방법, 이를 포함하는 부식 방지제 및 열교환기용 열전도 유체 KR20110120162A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016114467A1 (ko) * 2015-01-15 2016-07-21 계명대학교 산학협력단 메타크릴레이트로 개질된 다중벽탄소나노튜브 제조방법

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