KR20170071678A - 그래핀 산화물의 분산성 향상 방법 및 이를 이용한 표면처리 강판 제조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그래핀 옥사이드가 무극성 용매나 약한 극성을 띄는 용매에서는 분산성이 현저히 떨어지는 것을 보완하고자 그래핀 옥사이드의 가장자리 부분에 길이가 다른 알킬기를 합성하여, 무극성 용매에서의 분산성을 향상시켜 용제형의 그래핀/고분자 코팅 용액을 제조하고 이를 코팅하여 표면처리된 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

그래핀 산화물의 분산성 향상 방법 및 이를 이용한 표면처리 강판 제조 {Graphene Oxide having enhanced dispersibility, and a method of making a surface-treated steel plate thereby}

본 발명은 그래핀 산화물에 길이가 다른 알킬기를 도입하여 용액에서의 분산성을 향상시키고, 이를 이용하여 표면처리된 강판 제조에 관한 것이다.

일반적으로 흑연(graphite)은 대표적인 층상 구조를 가지는 물질로서, 탄소 원자가 6각형 모양으로 연결된 판상의 2차원 그래핀(graphene)이 적층되어 있는 구조이다. 그래핀은 탄소 원자 3개가 SP2 혼성 오비탈 결합으로 결합되어 이루어진 대표적인 단일 평판 시트로, 6각형 결정 격자에 집적된 형태이다.

흑연에 있어서, 각 층을 이루는 그래핀 내의 탄소 원자 간 결합은 공유 결합으로 매우 강하지만, 그래핀과 그래핀 간의 결합은 반데르발스 결합으로서 상기한 공유 결합에 비하여 매우 미약하다.

그래핀은 흑연의 한 층, 즉 흑연의 면 단층을 말하는데, 흑연에 있어서 그래핀과 그래핀 간의 결합이 상기한 바와 같이 미약하므로 두께가 약 4 옹스트롱으로 매우 얇은 이차원 구조를 가지는 그래핀이 존재할 수 있다. 이러한 그래핀에서는 기존의 물질과 다른 매우 유용한 특성이 발견되었다.

가장 주목할 특징으로는 그래핀에서 전자가 이동할 경우 마치 전자의 질량이 제로인 것처럼 흐른다는 것이며, 이는 전자가 진공 중의 빛이 이동하는 속도, 즉 광속으로 흐른다는 것을 의미한다. 또한 이러한 그래핀은 전자와 정공에 대하여 비정상적인 반정수 양자 홀 효과(half-integer quantum hall effect)를 갖는 특징이 있다.

또한, 현재까지 알려진 상기 그래핀의 전자 이동도는 약 20,000 내지 50,000 ㎠/Vs의 높은 값을 가진다고 알려져 있다. 이와 같이, 그래핀의 우수한 특성으로 인하여 차세대 실리콘 또는 ITO(INDIUM TIN OXIDE) 등의 투명 전극 등을 대체할 물질로 주목을 받고 있다.

또한, 그래핀은 상대적으로 가벼운 원소인 탄소만으로 이루어져 1차원 또는 2차원 나노 패턴을 가공하기가 매우 용이하다는 장점이 있고, 이를 활용하면 반도체-도체 성질을 조절할 수 있을 뿐 아니라 탄소가 가지는 화학 결합의 다양성을 이용하여 센서, 메모리 등 광범위한 기능성 소자의 제작도 가능하기 때문에 현재 그래핀을 상용화하기 위하여 손쉽게 대면적의 질 좋은 그래핀 필름을 얻기 위해 많은 사람들이 노력하고 있다.

그래핀을 손쉽게 대면적으로 기재에 코팅하기 위해서 용액공정이 널리 이용되고 있다. 그러나 이러한 용액 공정을 이용하기 위해서는 그래핀/그래핀 옥사이드의 분산성이 매우 중요하다.

그래핀 옥사이드는 극성 용매에서는 우수한 분산성을 보이지만, 무극성 용매나 약한 극성을 띄는 용매에서는 분산성이 현저히 떨어진다. 또한, 분산성이 떨어지면 코팅 강판의 물성이 열위해진다.

강판 코팅을 위한 수성 또는 용제형 고분자 용액에 적용하기 위해서는 다양한 용제에 대한 분산성 확보가 필요하다.

한국 특허공개번호 제 2015-0076632 호 한국 특허등록번호 제 1535178 호

이에, 본 발명은 그래핀 그래핀 옥사이드의 가장자리 부분에 알킬기를 길이 별로 합성하여 무극성 용매에서의 분산성을 향상시키고자 하였다.

본 발명의 다른 측면은 환원율이 높은 알킬환원 그래핀 옥사이드를 제조하여 고품질의 그래핀 코팅 강판을 제조하기 위한 것이다.

본 발명은 상기 분산성을 개선하고자, 그래핀 옥사이드의 가장자리에 길이가 다른 알킬 작용기를 도입시켜 분산성을 향상시켰다.

그래핀 옥사이드를 알킬아민으로 개질시킨 알킬환원 그래핀 옥사이드는 알킬아민의 아민 그룹과 그래핀 옥사이드의 카르복실기와의 반응을 통해 아미드 결합이 형성되면서 그래핀의 가장자리 부분에 알킬기가 결합되게 된다.

알킬아민은 알킬기가 탄소수 C5~C19인 알킬아민 중 1종 이상이 가능하다. 알킬아민의 바람직한 구체예로서, 헥실아민, 데실아민, 옥타데실아민 등의 1종 이상이 가능하며 당업자에게 자명한 범위내에서 이에 제한되지 않는다. 탄소수가 C4이하의 경우 탄소 길이가 너무 짧아서 분산안정성 확보가 어려우며, C20 이상에서는 강판 코팅 시에 탄소길이가 길어 경화 분산 안정성 확보는 용이하나, 강판 코팅 시 미경화 되거나 강판과의 밀착성 저하로 가공성이 열화 될 수 있다.

나아가, 본 발명의 알킬환원 그래핀 옥사이드 및 용매로 구성된 코팅 조성물로 강판을 코팅하여 물성이 향상된 강판을 제공하였다. 본 발명의 알킬아민화 그래핀 옥사이드로 코팅되는 소지강판의 종류는 특별히 제한하지 않으나, 예를 들면, 냉연강판; 열연강판; 아연도금강판; 알루미늄도금강판; 또는 코발트, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈, 티탄, 알루미늄, 망간, 철, 마그네슘, 주석, 동 또는 이들의 혼합물을 함유하는 도금강판, 실리콘, 동, 마그네슘, 철, 망간, 티탄, 아연 또는 이들의 혼합물을 첨가한 알루미늄 합금판일 수 있다.

강판에 코팅하기 위해 알킬아민화 그래핀 옥사이드에 사용되는 용매는 극성 또는 무극성 용매가 모두 가능하며, 바람직하게는 톨루엔, 클로로포름, NMP, THF 또는 DCM이 가능하다.

본 발명의 바람직한 구체예로서, 본 발명의 알킬아민화 그래핀 옥사이드와 용매의 혼합물을 강판에 코팅하는 방법이 제공된다.

즉, 1) 그래핀 옥사이드를 DMF 안에서 48시간동안 90도로 가열하는 단계;

2) 상기 그래핀 옥사이드를 알킬아민으로 환원시켜 알킬아민화 그래핀 옥사이드를 얻는 단계;

3) 상기 알킬아민화 그래핀 옥사이드를 용매에 분산켜 코팅조성물을 얻는 단계; 및

4) 상기 코팅조성물을 강판에 코팅 후 건조시키는 단계를 포함하여 고품질의 그래핀 코팅 강판을 제조할 수 있다.

본 발명의 그래핀 코팅된 강판을 제조하는 방법에 있어서, 위에서 설명된 알킬아민화 그래핀 옥사이드, 용매 등이 적용될 수 있다.

본 발명에 따른 방법으로 분산성이 향상된 알킬아민화 그래핀 산화물은 강판 코팅용 고분자 용액과의 상용성 확보가 용이하여, 강판 코팅 후 내식성, 가공성, 밀착성 등의 물성이 보다 우수하였다.

또한, 극성 용매에서만 분산성을 갖던 그래핀 산화물을 무극성 용매에서도 쉽게 분산시킴으로써 다양한 코팅 고분자 용액에 적용할 수 있으며, 더불어 그래핀 코팅 강판의 물성 확보에 용이하다.

도 1은 그래핀 옥사이드(GO)의 XPS C1s 스펙트럼(a)과 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)의 O1s 스펙트럼(b), 그리고 (c) C1s 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 2는 그래핀 옥사이드(GO)와 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)의 라만 스펙트럼을 나타낸 것이다.
도 3은 그래핀 옥사이드(GO)와 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)의 분산성 테스트 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 각 용매에 따른 상층액의 흡광도 변화를 나타낸 것이다.
도 5는 NMP에서의 분산 상층액 그래핀의 SEM 이미지를 나타낸 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 의하면, 본 발명은 길이가 각기 다른 알킬기를 그래핀 옥사이드의 가장자리에 합성함으로써 무극성 용매에서 분산성을 향상시키고, 이를 코팅하여 표면처리된 강판을 제공할 수 있다.

먼저, 헥실아민, 데실아민, 옥타데실아민을 그래핀 옥사이드와 반응시켜 알킬기의 길이가 다른 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)를 합성하였다.

합성된 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)는 X-선 광전자 분광법(XPS)을 통해 반응이 잘 진행되었다는 것을 확인하였다. 먼저, 도 1(a)의 그래핀 옥사이드(GO)의 XPS C1s 그래프를 보면, 탄소와 산소의 결합 피크들이 크게 관찰되는 반면, 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)의 C1s 그래프에서는 탄소와 산소의 결합 피크들이 매우 급격히 감소한 것을 확인할 수 있다(도 1(c)). 이는 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)의 합성과정에서 그래핀 옥사이드를 DMF 안에서 48시간동안 90도로 가열해주었기 때문에 그래핀 옥사이드와 결합되어있던 많은 작용기들이 환원되었기 때문이다. 또한, 이 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)의 C1s 피크를 도 1(c)와 같이 여러 피크로 나누어 분석해보면, C-N 결합 피크가 새로 생긴 것을 알 수 있다. 이로서, 그래핀 옥사이드의 카르복실 그룹과 알킬아민의 아미드 그룹이 반응하여 C-N 결합, 즉, 아미드 결합이 형성되었다는 것을 확인하였다.

그리고, 알킬기의 길이가 다른 아민을 사용하여 서로 다른 세 가지의 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)가 합성되었다는 것을 확인하기 위해 XPS의 C1s와 O1s 피크를 비교해보았다. 같은 조건에서 합성을 진행하였기 때문에 각각의 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)들은 비슷한 정도로 환원이 일어났을 것이다. 그러므로, 원소 분석 측면에서 보면, 알킬기의 길이가 길어질수록 비슷한 산소의 양을 가지고 있으면서 탄소의 양은 증가해야 한다. 도 1(b) 및 도 1(c)에서 살펴보면, 탄소의 양이 거의 비슷함에 따라 산소의 양이 알킬기의 길이가 증가할수록 급격하게 줄어드는 것을 알 수 있다. 달리 말하면, 산소의 양이 같다면, 알킬기의 길이가 증가할수록 탄소의 양이 증가한다는 것이므로, 알킬기의 길이에 따라 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)의 합성이 성공적으로 이루어진 것을 확인할 수 있다.

또한, 라만분광법(Raman spectroscopy)을 이용하여 그래핀 옥사이드가 알킬 관능화 반응 중에 환원이 진행되었다는 것을 확인하였다(도 2). 그래핀 옥사이드에 비해 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)의 G 피크의 다운쉬프트(down shift)가 관찰되었는데, 이것은 그래핀 옥사이드가 반응 과정 중에서 환원되었다는 증거이다. 그리고 D/G 피크의 비율로서 그래핀의 퀄리티를 확인할 수 있는데, 그래핀 옥사이드가 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)로 반응이 진행되면서 D/G 비율이 증가한 것을 확인할 수 있다. 그 이유는, 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO) 합성 과정에서 환원 반응이 일어나면서 작용기들이 떨어져 나가고 그 자리에 결함이 생성되었기 때문이다.

이렇게 합성된 세 종류의 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)의 분산 안정성을 확인하기 위하여 5가지 종류의 용매(NMP, THF, DCM, Chloroform, Toluene)에 분산시켜 보았다. 초음파 분산 직후 분산도를 확인해보면, 세 가지 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)는 용매에 관계없이 잘 분산되어있는 반면에, 그래핀 옥사이드는 무극성인 톨루엔에서 분산되지 못하고 바로 가라앉는 것을 확인하였다. 그리고 2일 뒤, 그래핀 옥사이드는 NMP를 제외한 네 가지의 용매에서 대부분 가라앉았고, 2주일 뒤, 톨루엔에 분산되었던 헥실환원 그래핀 옥사이드(hexyl-rGO)를 제외한 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)들은 모든 용매에서 우수한 분산성을 보였다(도 3).

분산 2주 후, 각 용액의 상층액을 따로 취해 자외-가시광 분광법(UV-Vis spectroscopy)을 이용하여 각 그래핀 종류에 따른 분산 농도를 확인해 보았다(도 4). 그 결과, 알킬 길이가 길어질수록 소수성의 성질이 커져 극성 용매에 분산 안정성이 떨어지고 무극성 용매에서의 분산 안정성이 증가하는 것을 확인하였다. 그러나, 전반적으로 극성 용매에서도 친수성의 성질을 띄는 그래핀 옥사이드보다 소수성의 성질을 띄는 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)가 분산 안정성이 우수하였다.

NMP의 분산 상층액을 취해 스핀코팅을 한 SEM 이미지(도 5)와 자외-가시광 분광법(UV-Vis spectroscopy) 결과(도 4)를 종합해보면, 옥타데실환원 그래핀 옥사이드(octadecyl-rGO) 같은 경우 소수성의 성질을 가지고 있어 극성 용매인 NMP에서 박리성은 떨어지지만 가장자리에 긴 알킬기를 가지고 있기 때문에 분산성이 양호한 것으로 예측된다. 이러한 결과를 통해 적절한 알킬기를 그래핀 옥사이드에 도입함으로써 무극성 용매뿐만 아니라 극성 용매에서도 박리성은 조금 저하되지만 분산 안정성을 향상시킬 수 있다는 것을 밝혀내었다.

그래핀 코팅 용액의 제조

상기 그래핀 분산용액을 유기 수지와 혼합하여 그래핀 분산물 코팅 용액을 얻는다.

일 예에 따르면, 그래핀 산화물은 상기 그래핀 산화물 코팅 용액 100중량부에 대하여 5~80중량부, 바람직하게는 25~75중량부로 포함될 수 있다. 만약, 그래핀 분산물의 함량이 5중량부 미만일 경우 최종 제품 내 그래핀의 함량이 지나치게 적어 그래핀의 우수한 물성이 발현되기 어려울 수 있으며, 반면, 그래핀 산화물의 함량이 80중량부를 초과할 경우 그래핀 코팅층의 부착력이 저하되거나, 균일한 그래핀 코팅층의 확보가 어려울 수 있다.

유기 수지는 그래핀 산화물을 균일하게 분산시키고, 코팅시에는 바인더 역할을 한다. 상기 유기 수지의 예로서, 수분산 우레탄 수지, 수분산 아크릴 수지, 수용성 에폭시 수지, 수용성 폴리에스테르 수지 및 수용성 아미노 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 바람직하게는, 수분산 우레탄 수지를 들 수 있다. 보다 바람직하게는, 카복실기 또는 하이드록시기를 가지는 수분산 우레탄 수지, 아크릴계 단량체로 변성된 수분산 우레탄 수지, 비닐계 단량체로 변성된 수분산 우레탄 수지 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으며, 가장 바람직하게는 폴리카보네이트 폴리올을 사용한 수분산 우레탄 수지를 들 수 있다.

일 예에 따르면, 유기 수지는 그래핀 코팅용액 100 중량부에 대하여, 25~70 중량부, 바람직하게는 40~55 중량부로 포함될 수 있다. 상기 유기 수지의 함량이 25 중량부 미만이면, 소지강판의 표면에 대한 부착력이 저하될 수 있고, 균일한 그래핀 코팅층을 형성하기 어려울 수 있으며, 70 중량부를 초과하면, 그래핀 산화물 코팅 용액의 점도 상승으로 인해 작업성이 저하될 수 있다.

일 예에 따르면, 그래핀 분산물 코팅 용액은 무기금속 졸, 방청제, 유기금속 착화합물 및 가교제 중 1종 이상의 내식성 향상제를 더 포함할 수 있으며, 이러한 내식성 향상제는 그래핀 코팅용액 100 중량부에 대하여, 0.1~5 중량부, 바람직하게는 0.5~4 중량부, 보다 바람직하게는 1~4 중량부로 포함될 수 있다.

무기금속 졸은 내식성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 구체적인 예를 들면, 실리카 졸, 알루미나 졸, 티타니아 졸 및 지르코니아 졸 중 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

방청제 또한 내식성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 알루미늄 또는 중인산 알루미늄과 같은 금속 화합물; 헥사암모늄 헵타몰리브데이트 테트라하이드레이트의 인산 수용액; 아연; 몰리브덴; 불소; 붕산; 이들의 혼합물 또는 이들의 인산염 용액 등 일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

유기금속 착화합물은 소지강판, 특히 아연도금 강판과의 축합 반응 및 수소 결합 형성에 의하여 밀착성을 향상시키며, 이에 따라 소지강판의 내식성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 실란계 커플링제, 티타늄계 커플링제 및 지르코늄계 커플링제 중 1종 또는 2종 이상의 혼합물로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

가교제는 유기 수지에 포함되어 있는 카복실기 또는 하이드록시기와의 가교 결합을 통해 유기 수지를 가교시키는 역할을 하며 이를 통해 코팅층의 밀착력 및 내식성을 향상시키는 역할을 하는 것으로서, 카르보디이미드(carbodiimide)기를 가지는 화합물, 멜라민계 가교제, 이소시아네이트계 가교제, 아지리딘계 가교제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

일 예에 따르면, 그래핀 분산물 코팅 용액은 소포제, 평활제, 왁스 및 용제 중 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있으며, 이러한 첨가제는 그래핀 산화물 코팅 용액 100 중량부에 대하여 0.1~5중량부로 포함될 수 있다.

용제는 물, 에탄올 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있으며, 그래핀 코팅용액의 젖음성 및 분산성 등의 향상을 위해서는 물과 에탄올의 혼합물로써 에탄올이 0.1~10 중량%로 포함되어 있는 것이 바람직하다. 다만, 그래핀 분산물 코팅 용액 중 용제의 함량은 특별히 제한되지 않으며, 전술한 성분들의 함량에 따라 적절히 선택될 수 있다.

발명예와 비교예에 대하여 하기 표 1과 같이 코팅 조성물의 성분 함량을 달리하였다.

그래핀 분산물 코팅층 형성

다음으로, 그래핀 분산물 코팅 용액을 소지강판 상에 도포하여 그래핀 분산물 코팅층을 형성한다.

본 발명에서는 소지강판의 종류에 대해서는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, 냉연강판; 열연강판; 아연도금강판; 알루미늄도금강판; 또는 코발트, 몰리브덴, 텅스텐, 니켈, 티탄, 알루미늄, 망간, 철, 마그네슘, 주석, 동 또는 이들의 혼합물을 함유하는 도금강판, 실리콘, 동, 마그네슘, 철, 망간, 티탄, 아연 또는 이들의 혼합물을 첨가한 알루미늄 합금판 중 1종일 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 본 발명에서는 그래핀 분산물 코팅 용액을 소지강판 상에 도포하는 방법에 대해서도 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, 스프레이 코팅, 바코팅, 롤 코팅, 그라비아 코팅, 딥 코팅, 솔루션캐스팅 코팅 중 어느 하나의 방법에 의해 도포할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.

[비교예]

알킬아민의 탄소수 C0, C2, C4, C20, C22 (비교예 1~5)로 그래핀 개질 한 뒤 용매에 분산 시키고, 무극성 용매에서의 분산성을 향상시켜 용제형의 그래핀/고분자 코팅 용액을 제조하고 이를 코팅하여 표면처리된 강판을 제조

[실시예]

알킬아민의 탄소수 C6, C8, C10, C12, C14, C16, C18 (실시예 1~7)로 그래핀 개질 한 뒤 용매에 분산 시키고, 무극성 용매에서의 분산성을 향상시켜 용제형의 그래핀/고분자 코팅 용액을 제조하고 이를 코팅하여 표면처리된 강판을 제조

(1) 내스크래치성

내스크래치성을 평가하기 위해 연필경도를 측정하였는 바, 상기 연필경도는 JIS K5600-5-4KS에 따라 측정하였다. 여기서, 상기 연필경도는 9B~9H까지 순차적으로 측정하였으며, 9B에 근접할수록 경도고 약한 것이고 9H에 근접할수록 경도가 강한 것이다.

F: 내스크래치성 우수

B: 내스크래치성 열위

◎: HB 이상

○: B 이상 ~ F 이하

△: 4B 이상 ~ 2B 이하

×: 5B 이하

(2) 내식성

코팅된 시편을 35, 95%의 습도에서 5%의 식염수를 연속분무하여 초기 발청정도를 평가하였다. 평가결과는 하기와 같은 방법으로 평가하였다.

◎: 480시간 이상 없음.

○: 240시간 이후 초기 발청.

△: 120시간 이후 초기 발청.

×: 72시간 이전 초기 발청.

(3) 벤딩성

코팅된 시편의 표면을 180° 구부린 다음, 바이스에 넣어서 평면이 될 때까지 조였다. (0, 1, 2, 3T-Bending 실시). 구부러진 도막에 스카치테이프를 부착시킨 후 도막을 박리시켰을 때 테이프에 박리된 상태를 평가하였다.

◎: 0T, 1T, 2T, 3T 모두 박리 없음.

○: 1T, 2T, 3T 박리 없음.

△: 2T, 3T 박리 없음.

×: 3T 미세 크랙 발생.

(4) 부착성

코팅된 시편을 가로 및 세로 크기가 1mm가 되도록 커터로 커팅하여 100개를 제조하고, 3M 테이프를 붙인 뒤 떼어내어 도막의 부착성을 평가하였다. 평가결과는 하기와 같은 방법으로 평가하였다.

◎: 이상 없음.

○: 10개 이내 탈락.

△: 50개 이내 탈락.

×: 완전 탈락.

(5) 윤활성

윤활성은 드로비드 마찰시험기(하중 1,000kgf, 속도 1,000mm/min,거리 100mm)를 사용하여 마찰계수 측정을 행하였다.

○: 마찰계수 0.15 미만

△: 마찰계수 0.15 이상 0.30 미만

×: 마찰계수 0.30 이상

비고	내스크래치성	내식성	벤딩성	부착성	윤활성
비교예1	×	×	×	△	×
비교예2	×	×	△	△	×
비교예3	△	×	○	△	△
비교예4	△	△	×	×	○
비교예5	×	△	×	×	○
실시예1	○	◎	○	◎	△
실시예2	◎	◎	◎	◎	○
실시예3	◎	◎	◎	◎	○
실시예4	◎	◎	◎	◎	○
실시예5	◎	○	◎	◎	○
실시예6	○	○	○	◎	○
실시예7	○	○	△	○	○

그래핀 옥사이드(GO)와 세 종류의 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)를 각각 고분자 용액과 혼합한 뒤 강판에 코팅하여 표면 물성을 평가하였다(도 5).

우수한 분산 안정성을 갖는 알킬환원 그래핀 옥사이드(alkyl-rGO)가 강판 코팅용 고분자 용액내에서도 보다 안정한 분산성을 가져 강판 코팅 후 내식성, 가공성, 밀착성 등의 물성이 보다 우수하였다.

그래핀 옥사이드와 같이 분산성이 열위할 경우 코팅용액과의 상용성이 떨어져, 코팅 후 표면에 뭉치는 등의 현상이 발생되고 이는 결함으로 작용하여 내식성 등 물성을 저하시키는 단점이 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (8)

1. 알킬환원 그래핀 옥사이드, 바인더 및 용매를 포함하는 코팅 조성물로 코팅된 강판으로서,
   상기 알킬환원 그래핀 옥사이드는 그래핀 옥사이드와 알킬아민의 환원 반응물이며,
   상기 알킬아민은 탄소수 C5~C19인 알킬아민 중 1종 이상임을 특징으로 하는 그래핀 코팅 강판.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 알킬아민이 헥실아민, 데실아민, 옥타데실아민 중 하나 이상임을 특징으로 하는 그래핀 코팅 강판.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 용매가 톨루엔, 클로로포름, NMP, THF 또는 DCM임을 특징으로 하는 그래핀 코팅 강판.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 코팅 조성물 100중량부에 대하여 그래핀 산화물이 5~80중량부로 포함됨을 특징으로 하는 그래핀 코팅 강판.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 코팅 조성물 100 중량부에 대해, 바인더로서 25~70 중량부의 유기수지를 포함함을 특징으로 하는 그래핀 코팅 강판.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 코팅 조성물이 무기금속 졸, 방청제, 유기금속 착화합물 및 가교제 중 1종 이상의 내식성 향상제를 추가로 포함함을 특징으로 하는 그래핀 코팅 강판.
   
7. 제6항에 있어서, 상기 가교제는 카르보디이미드(carbodiimide)기를 가지는 화합물, 멜라민계 가교제, 이소시아네이트계 가교제, 아지리딘계 가교제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상임을 특징으로 하는 그래핀 코팅 강판.
   
8. 그래핀 옥사이드를 DMF 안에서 48시간동안 90도로 가열하는 단계;
   상기 그래핀 옥사이드를 알킬아민으로 환원시켜 알킬환원 그래핀 옥사이드를 얻는 단계;
   상기 알킬환원 그래핀 옥사이드를 바인더 및 용매에 분산시켜 코팅조성물을 얻는 단계; 및
   상기 코팅조성물을 강판에 코팅 후 건조시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 그래핀 코팅 강판의 제조방법.
   

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