KR20190108734A - Composition for carbon nanotube nanocomposite conductive fiber and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄소나노튜브가 저함량이지만 전도성이 우수하며, 탄소나노튜브가 저함량으로 포함되어 뭉침이 적기 때문에 다섬유로 습식방사가 가능한 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a composition for a carbon nanotube nanocomposite conductive fiber and a method for manufacturing the same, and more particularly, carbon nanotubes are low in content but excellent in conductivity, and carbon nanotubes are contained in low amounts, and thus are multi-fiber. The present invention relates to a composition for carbon nanotube nanocomposite conductive fibers capable of wet spinning, and a method of manufacturing the same.
육각형 고리형태로 연결된 탄소들이 나노크기의 직경으로 둥글게 말려 긴 튜브 형상을 이루는 탄소나노튜브(Carbon NanoTube, CNT)는 인장강도가 강철보다 100배 강하고, 전류밀도는 구리보다 1000배 높으며, 다이아몬드와 열전도도가 유사한 아주 우수한 특성을 지닌 물질이다. 이러한 탄소나노튜브는 탄소나노튜브를 구성하는 육각형 고리의 배치 및 벽의 수에 따라 기계적, 전기적 성질이 다양하며, 이로 인하여 에너지 저장 재료, 분자 전자 재료, 센서 재료, 구조 재료 등 다양한 분야에서 응용이 가능하다. 특히 탄소나노튜브를 이용하여 섬유를 제조할 경우 탄소나노튜브의 구조적 특징과 우수한 기계적 물성 때문에 기존의 아라미드 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유, 탄소 섬유 등과 같은 슈퍼 섬유에 비해 훨씬 높은 고강도 및 고탄성을 가질 것으로 기대된다.Carbon nanotubes (CNTs), in which carbons connected in hexagonal rings are rolled round to a nano size, form a long tube shape. The tensile strength is 100 times stronger than steel, and the current density is 1000 times higher than copper. It is a material with very good properties similar in degree. These carbon nanotubes vary in mechanical and electrical properties depending on the arrangement of hexagonal rings and the number of walls that make up the carbon nanotubes. Therefore, the carbon nanotubes have various applications such as energy storage materials, molecular electronic materials, sensor materials, and structural materials. It is possible. In particular, when manufacturing fibers using carbon nanotubes, due to the structural characteristics and excellent mechanical properties of carbon nanotubes, they are expected to have much higher strength and higher elasticity than super fibers such as aramid fibers, ultra high molecular weight polyethylene fibers, and carbon fibers. do.
탄소나노튜브 섬유(carbon nanotube fiber)를 제조하는 방법으로는 건식 공정(dry process)과 습식 공정(wet process)으로 구분할 수 있다. 그 중 건식 공정은 순수 탄소나노튜브 섬유를 제조하는 것으로써 실리콘 기판 위에 탄소나노튜브를 성장시켜 얻은 탄소나노튜브 집합체로부터 섬유를 인출하는 방법으로, 전통적인 방적 공정과 유사하다. 하지만 건식 공정은 탄소나노튜브 집합체의 제조와 대량 생산이 어렵고, 탄소나노튜브 섬유의 기계적 물성 및 생산성이 탄소나노튜브 집합체에 크게 영향을 받는다는 단점이 있다.Carbon nanotube fibers may be classified into a dry process and a wet process. Among them, the dry process is a method of manufacturing pure carbon nanotube fibers and extracting fibers from a carbon nanotube aggregate obtained by growing carbon nanotubes on a silicon substrate, which is similar to a conventional spinning process. However, the dry process is difficult to manufacture and mass-produce carbon nanotube aggregates, and the mechanical properties and productivity of carbon nanotube fibers are greatly affected by the carbon nanotube aggregates.
습식 공정은 탄소나노튜브 분산체를 이용해 나노복합체를 제조한 후 이를 응고욕에 방사하여 최종 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유를 제조하는 방법이다. 이러한 습식 공정은 다양한 종류의 탄소나노튜브를 전도성 필러로 사용할 수 있으며, 섬유의 기계적 물성이나 생산성이 탄소나노튜브 분산체 및 후공정에 의해 좌우되므로 상업적 측면에서 건식 공정보다 유리하다는 장점이 있다. 이때 전도성을 가지는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유를 습식 공정으로 제조할 경우, 전도성을 위해 탄소나노튜브가 10wt% 이상으로 이루어진 방사 도프(dope)를 사용하여야 한다. 하지만 탄소나노튜브가 10wt% 이상으로 첨가될 경우 방사 도프 내에서 탄소나노튜브의 뭉침으로 인해 도프가 불균일해 진다는 문제점이 있다.The wet process is a method for preparing a nanocomposite using a carbon nanotube dispersion and spinning it in a coagulation bath to produce a final carbon nanotube nanocomposite conductive fiber. Such a wet process may use various types of carbon nanotubes as conductive fillers, and the mechanical properties and productivity of the fibers are dependent on the carbon nanotube dispersion and the post process, which may be advantageous in terms of commerciality. In this case, when the conductive carbon nanotube nanocomposite conductive fiber is manufactured by a wet process, a spinning dope consisting of 10 wt% or more of carbon nanotubes should be used for conductivity. However, when the carbon nanotubes are added in more than 10wt% there is a problem that the dope becomes uneven due to the agglomeration of the carbon nanotubes in the spinning dope.
이러한 도프의 불균일한 영역은 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유 제조공정의 연속성을 저해하는 불순물로써 습식 방사를 통해 섬유 방사시 섬유의 끊어짐을 유발하여 공정성을 저하시킨다는 단점이 있다. 따라서 종래에는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유를 단일 가닥으로 방사하여 방사 도프 내 전도성 필러의 뭉침이 다소 있어도 수 미터 정도의 방사는 가능하였다. 하지만 종래의 도프를 이용하여 다섬유의 제조를 위해 여러 가닥으로 섬유를 방사하는 경우 방사되는 노즐 홀의 개수가 증가하면서 전도성 필러의 뭉침에 의해 섬유 방사 중 섬유 가닥이 끊어질 확률이 크게 증가하게 된다. 또한 방사 단계 및 응고 단계를 거치더라도 강도 향상을 위해 필수적으로 행하게 되는 연신 단계에서 지속적인 끊어짐을 유발하여 최종 단계인 와인딩(winding) 단계에 이르지 못하게 된다.The non-uniform region of the dope is an impurity that inhibits the continuity of the carbon nanotube nanocomposite conductive fiber manufacturing process has a disadvantage in that the fiber is broken through wet spinning to reduce the processability. Therefore, in the related art, carbon nanotube nanocomposite conductive fibers were spun into a single strand, so that even if there were some aggregates of conductive fillers in the spinning dope, spinning of several meters was possible. However, when the fiber is spun into multiple strands for the production of multi-fibers using the conventional dope, the number of nozzle holes to be radiated increases and the probability of breaking the fiber strands during fiber spinning is increased by the aggregation of conductive fillers. In addition, even after the spinning step and the solidification step, the drawing step, which is essential for improving the strength, causes a continuous break, and thus does not reach the final step, the winding step.
따라서 본 발명의 목적은, 탄소나노튜브가 저함량이지만 전도성이 우수하며, 탄소나노튜브가 저함량으로 포함되어 뭉침이 적기 때문에 다섬유로 습식방사가 가능한 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.Accordingly, an object of the present invention is a carbon nanotube nano composite conductive fiber composition capable of wet spinning with multi-fiber because the carbon nanotubes are low content but excellent in conductivity, and the carbon nanotubes are contained in a low content so that there is little aggregation. It is about.
또한 탄소나노튜브에 비해 고분자의 함량이 높아 연신 단계에서 섬유의 끊어짐이 발생하지 않으며 강도가 향상될 수 있는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a composition for a carbon nanotube nanocomposite conductive fiber and a method of manufacturing the same, wherein the content of the polymer is higher than that of the carbon nanotube, and thus the breakage of the fiber does not occur in the stretching step and the strength can be improved.
상기한 목적은, 탄소나노튜브를 산처리하여 디번들링(debundling)하는 단계와; 디번들링된 상기 탄소나노튜브를 유기용매와 혼합하여 혼합액을 형성하는 단계와; 상기 혼합액에 고분자를 혼합하여 섬유용 조성물을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 탄소나노튜브와 상기 고분자는 탄소나노튜브 : 고분자 = 1 내지 10 : 90 내지 99 중량비로 혼합되어 상기 탄소나노튜브에 의해 전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 제조방법에 의해서 달성된다.The above object is to debundling by acid treatment of carbon nanotubes; Mixing the debundled carbon nanotubes with an organic solvent to form a mixed solution; Forming a fiber composition by mixing a polymer in the mixture, wherein the carbon nanotubes and the polymer is carbon nanotubes: polymer = 1 to 10: 90 to 99 by weight ratio is mixed by the carbon nanotubes It is achieved by a method for producing a composition for carbon nanotube nanocomposite conductive fibers, characterized in that it has a.
여기서, 상기 디번들링하는 단계는, 상기 탄소나노튜브가 산화되거나 표면에 카본결합이 끊어지지 않도록 산과 질산염을 혼합하여 산처리하며, 상기 산의 양에 따른 상기 탄소나노튜브의 양은 5 내지 100g/L인 것이 바람직하다.Here, in the debundling step, acid treatment is performed by mixing acid and nitrate so that the carbon nanotubes are not oxidized or the carbon bond is broken on the surface, and the amount of the carbon nanotubes is 5 to 100 g / L according to the amount of the acid. Is preferably.
이때, 상기 산은 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 과산화수소(H2O2), 염산(HCl) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며, 상기 질산염은 질산나트륨(NaNO3), 질산칼륨(KNO3), 질산칼슘(Ca(NO3)2) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.At this time, the acid is selected from the group consisting of sulfuric acid (H 2 SO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), hydrochloric acid (HCl) and a mixture thereof, the nitrate is sodium nitrate (NaNO 3 ), It is preferably selected from the group consisting of potassium nitrate (KNO 3 ), calcium nitrate (Ca (NO 3 ) 2 ) and mixtures thereof.
상기 디번들링하는 단계 이후에, 상기 산 및 상기 질산염을 제거하기 위해 중화 및 세척 과정을 거치며, 상기 디번들링하는 단계는, 임펠러를 이용하여 교반하면서 상기 탄소나노튜브를 디번들링하는 것이 바람직하다.After the debundling step, the acid and the nitrate are neutralized and washed to remove the debundling step, and the debundling step is preferably performed by debundling the carbon nanotubes while stirring using an impeller.
상기 유기용매는, 상기 고분자가 용해될 수 있는 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAc) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.The organic solvent, dimethyl sulfoxide (DMSO), ethylene carbonate (ethylene carbonate, EC), propylene carbonate (PC), dimethylformamide (dimethylformamide, DMF), dimethyl which can dissolve the polymer It is preferably selected from the group consisting of acetamide (dimethylacetamide, DMAc) and mixtures thereof.
또한, 상기 혼합액을 형성하는 단계 이후에, 고압균질 처리를 통해 상기 탄소나노튜브가 풀린상태로 존재하도록 하며, 상기 고분자와 균일하게 혼합되도록 상기 탄소나노튜브가 10 내지 100㎛로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.In addition, after the step of forming the mixed solution, the carbon nanotubes to be present in a loose state through a high pressure homogeneous treatment, it is preferable that the carbon nanotubes are made of 10 to 100㎛ to be uniformly mixed with the polymer. Do.
최종 상기 섬유용 조성물 내에 상기 탄소나노튜브와 상기 고분자가 혼합된 고형분 함량은 10 내지 20wt%이고, 상기 유기용매는 80 내지 90wt%로 이루어지는 것이 바람직하다.The solids content of the carbon nanotubes and the polymer mixed in the final fiber composition is preferably 10 to 20 wt%, and the organic solvent is 80 to 90 wt%.
상기 고분자는, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate, PVA), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone, PVP), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 셀룰로오스(cellulose), 셀룰로오스아세테이트(cellulose acetate) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다.The polymer, polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl acetate (polyvinyl acetate, PVA), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polycarbonate (PC), polyvinyl chloride , PVC), cellulose (cellulose), cellulose acetate (cellulose acetate) and is preferably selected from the group consisting of a mixture thereof.
상기한 목적은 또한, 고분자와; 산처리를 통해 디번들링되며 상기 고분자 내에 균일하게 분산된 탄소나노튜브와; 습식방사가 가능하도록 상기 고분자 및 상기 탄소나노튜브와 혼합된 유기용매를 포함하며, 상기 탄소나노튜브와 상기 고분자는 탄소나노튜브 : 고분자 = 1 내지 10 : 90 내지 99 중량비로 이루어지며, 상기 탄소나노튜브와 상기 고분자의 혼합량은 10 내지 25wt%이고, 상기 유기용매는 75 내지 90wt%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물에 의해서도 달성된다.The above object is also a polymer; Carbon nanotubes debundled through acid treatment and uniformly dispersed in the polymer; It comprises a polymer and the organic solvent mixed with the carbon nanotubes to enable wet spinning, wherein the carbon nanotubes and the polymer is made of carbon nanotubes: polymer = 1 to 10: 90 to 99 weight ratio, the carbon nano The mixing amount of the tube and the polymer is 10 to 25wt%, the organic solvent is also achieved by the composition for carbon nanotube nanocomposite conductive fibers, characterized in that consisting of 75 to 90wt%.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브가 저함량이지만 전도성이 우수하며, 탄소나노튜브가 저함량으로 포함되어 뭉침이 적기 때문에 다섬유로 습식방사가 가능한 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, the carbon nanotubes are low in content but excellent in conductivity, and the carbon nanotubes are contained in low amounts so that the aggregation is small, so that the wet spinning effect can be obtained with multiple fibers.
또한 탄소나노튜브에 비해 고분자의 함량이 높아 연신 단계에서 섬유의 끊어짐이 발생하지 않으며 섬유의 강도가 향상될 수 있다.In addition, since the content of the polymer is higher than that of carbon nanotubes, breakage of the fiber does not occur in the stretching step and the strength of the fiber may be improved.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 제조방법의 순서도이고,
도 2는 실시예에 따른 탄소나노튜브 산처리 후 제조한 버키페이퍼의 표면 SEM 사진이고,
도 3은 탄소나노튜브 산처리 전, 후 Raman spectra를 나타낸 것이고,
도 4는 고압균질 처리 후 탄소나노튜브와 유기용매 혼합액의 광학현미경 사진이다.1 is a flow chart of a method for producing a composition for carbon nanotube nanocomposite conductive fibers according to an embodiment of the present invention,
2 is a SEM image of the surface of the bucky paper prepared after the carbon nanotube acid treatment according to the embodiment,
Figure 3 shows the Raman spectra before and after carbon nanotube acid treatment,
4 is an optical micrograph of a mixture of carbon nanotubes and an organic solvent after high pressure homogeneous treatment.
이하 본 발명의 실시예에 따른 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 및 그 제조방법을 도면을 통해 상세히 설명한다.Hereinafter, a composition for a carbon nanotube nanocomposite conductive fiber and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described in detail.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성은, 고분자와; 산처리를 통해 디번들링되며 상기 고분자 내에 균일하게 분산된 탄소나노튜브와; 습식방사가 가능하도록 상기 고분자 및 상기 탄소나노튜브와 혼합된 유기용매를 포함하며, 상기 탄소나노튜브와 상기 고분자는 탄소나노튜브 : 고분자 = 1 내지 10 : 90 내지 99 중량비로 이루어지며, 최종 섬유용 조성물 내에 상기 탄소나노튜브와 상기 고분자가 혼합된 고형분 함량은 10 내지 25wt%이고, 상기 유기용매는 75 내지 90wt%로 이루어지는 것이 바람직하다.Carbon nanotube nanocomposite conductive fiber composition according to the present invention, the polymer; Carbon nanotubes debundled through acid treatment and uniformly dispersed in the polymer; The polymer and the organic solvent mixed with the carbon nanotubes to enable wet spinning, wherein the carbon nanotubes and the polymer is composed of carbon nanotubes: polymer = 1 to 10: 90 to 99 weight ratio, for the final fiber The solid content of the carbon nanotubes and the polymer mixed in the composition is 10 to 25wt%, the organic solvent is preferably made of 75 to 90wt%.
이와 같은 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 제조방법은 먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 탄소나노튜브를 산처리하여 디번들링(debundling) 시킨다(S1).In the carbon nanotube nanocomposite conductive fiber composition manufacturing method, first, as shown in FIG. 1, the carbon nanotubes are subjected to acid treatment for debundling (S1).
수mm 급 플레이크(flake)로 뭉쳐있는 탄소나노튜브에 인터컬레이션 에이전트(intercalation agent)를 이용한 산처리를 통해 탄소나노튜브를 디번들링(debundling) 시킨다. 이때 산처리를 수행하더라도 탄소나노튜브는 산화되거나 표면에 카본결합이 끊어지지 않는 조건에서 진행한다. 통상 탄소나노튜브는 직경 대비 길이가 길어 서로 뭉친 번들(bundle) 상태로 존재하는데, 번들 상태의 탄소나노튜브는 섬유용 조성물을 제조하는 데 있어 고분자 내에 고르게 분산이 되지 않으며 서로 뭉침으로 인해 방사가 용이하지 못하다는 단점이 있다. 탄소나노튜브가 번들링 된 상태에서 방사를 진행할 경우 단일 노즐을 이용해 수미터급 비교적 짧은 단일 섬유의 제조는 가능하나 연신 과정에서 끊어지는 문제가 발생할 수 있다. 또한 복수 개의 노즐을 이용하여 다섬유를 제조할 경우에는 탄소나노튜브가 서로 뭉쳐 제대로 방사되지 못하기 때문에 다섬유를 얻을 수 없다. 따라서 탄소나노튜브를 산처리하여 디번들링 시키는 본 단계를 수행해야 한다.Debundling of carbon nanotubes through acid treatment using an intercalation agent on carbon nanotubes agglomerated with several millimeters of flakes. At this time, even if the acid treatment is performed, the carbon nanotubes are oxidized or the carbon nanotubes do not break on the surface. In general, carbon nanotubes are present in a bundle state in which bundles of carbon nanotubes have a long length to diameter, and bundles of carbon nanotubes are not evenly dispersed in a polymer to prepare a fiber composition. The disadvantage is that you can't. When spinning is bundled with carbon nanotubes, it is possible to produce a single meter of relatively short single fiber using a single nozzle, but it may cause a problem of breaking during stretching. In addition, when manufacturing a plurality of fibers using a plurality of nozzles can not obtain a multi-fiber because the carbon nanotubes are not agglomerated properly to each other. Therefore, this step of debundling the carbon nanotubes by acid treatment should be performed.
탄소나노튜브의 산처리는 탄소나노튜브에 산(acid)과 질산염(nitrate)을 혼합하여 교반하는 방법으로 진행되며, 이때 임펠러를 이용하여 교반한다. 이때 산처리를 위한 산의 양에 따른 탄소나노튜브의 양은 5 내지 100g/L인 것이 바람직한데, 탄소나노튜브의 양이 5g/L보다 적은 양으로 산처리가 이루어질 경우 산의 양이 많아 산 폐수 양이 증가되는 단점이 있으며 100g/L를 초과할 경우 혼합용액의 농도가 높아 균일한 임펠러 교반이 어려워 일부 탄소나노튜브가 디번들링되지 않고 뭉쳐진 상태로 존재할 수 있다. Acid treatment of the carbon nanotubes proceeds by mixing and stirring the acid (nitrate) and nitrate (nitrate) on the carbon nanotubes, in which case it is stirred using an impeller. At this time, the amount of carbon nanotubes according to the amount of acid for acid treatment is preferably from 5 to 100g / L. If the amount of carbon nanotubes is treated in an amount less than 5g / L, the amount of acid is high acid wastewater There is a disadvantage in that the amount is increased and the concentration of the mixed solution is higher than 100g / L, it is difficult to uniformly impeller stirring, some carbon nanotubes may be present in a state of aggregation without debundling.
이러한 산은 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 과산화수소(H2O2), 염산(HCl) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것 바람직하며, 질산염은 질산나트륨(NaNO3), 질산칼륨(KNO3), 질산칼슘(Ca(NO3)2) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택 가능하나 이에 한정되지는 않는다.The acid is preferably selected from the group consisting of sulfuric acid (H 2 SO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), hydrochloric acid (HCl) and mixtures thereof, the nitrate is sodium nitrate (NaNO 3 ), Potassium nitrate (KNO 3 ), calcium nitrate (Ca (NO 3 ) 2 ) It can be selected from the group consisting of, but not limited to.
산처리는 탄소나노튜브, 질산염 및 산이 혼합된 혼합용액 상태에서 임펠러를 이용하여 교반하면서 처리 하는 것이 바람직하다. 임펠러 교반은 다수의 날개를 가진 임펠러를 고토크 오버헤드 교반기에 장착하여 임펠러가 혼합용액 내부에서 지속적으로 회전하여 탄소나노튜브가 질산염 및 산과 접촉이 용이하도록 한다. 이에 의해 탄소나노튜브가 산처리를 통해 디번들링 되어 혼합용액 내에 고르게 분산된 상태가 된다. 이와 같은 고농도의 탄소나노튜브를 산처리 시 교반 과정은 임펠러 교반이 필수적이다. 탄소나노튜브의 경우 넓은 비표면적에 의해 산과의 혼합용액 농도가 높을수록 그 점도가 증가하게 되는데, 자석(magnetic bar) 교반은 산 혼합용액의 점도가 낮은 경우에만 가능하다.Acid treatment is preferably performed while stirring using an impeller in a mixed solution of carbon nanotubes, nitrates and acids. Impeller agitation is equipped with a multi-winged impeller in a high torque overhead stirrer to allow the impeller to rotate continuously inside the mixed solution so that the carbon nanotubes are easily contacted with nitrates and acids. As a result, the carbon nanotubes are debundled through the acid treatment to be evenly dispersed in the mixed solution. In the acid treatment of such a high concentration of carbon nanotubes, impeller stirring is essential. In the case of carbon nanotubes, the viscosity increases as the concentration of the mixed solution with acid increases due to the large specific surface area. Magnetic bar stirring is possible only when the viscosity of the acid mixed solution is low.
탄소나노튜브를 산처리하는 종래기술의 경우에는 자석 교반을 이용하며, 고농도의 혼합산(황산 : 질산 = 6 : 4 부피비, 황산 순도 99%, 질산 순도 60%) 1L에 수mm급 플레이크를 포함한 탄소나노튜브를 최대 2g까지 처리할 수 있고, 자석 교반의 한계에 의해 스케일업에 제한이 있었다. 하지만 본 발명의 경우에는 탄소나노튜브의 고농도 산처리가 용이하게 이루어진다.In the prior art of acid-treating carbon nanotubes, magnetic stirring is used, and a high concentration of mixed acid (sulfuric acid: nitric acid = 6: 4 volume ratio, sulfuric acid purity 99%, nitric acid purity 60%) includes several millimeters of flakes in 1L. Up to 2g of carbon nanotubes could be processed, and the scale-up was limited by the limitation of magnetic stirring. However, in the case of the present invention, high concentration acid treatment of carbon nanotubes is easily performed.
이때 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브를 적용 가능하나 본 발명에 가장 바람직한 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브이다.The carbon nanotubes may be applied to single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, and multi-walled carbon nanotubes, but the most preferable carbon nanotubes in the present invention are single-walled carbon nanotubes.
산처리를 통해 디번들링된 탄소나노튜브는 이후에 질산염 및 산을 제거하기 위해 중화 및 세척 과정을 거쳐 순수한 탄소나노튜브 만을 얻는다.Carbon nanotubes debundled through acid treatment are then neutralized and washed to remove nitrate and acid to obtain pure carbon nanotubes only.
탄소나노튜브를 유기용매와 혼합하여 혼합액을 형성한다(S2).Carbon nanotubes are mixed with an organic solvent to form a mixed solution (S2).
산처리를 통해 디번들링된 탄소나노튜브를 습식방사가 가능하도록 유기용매와 혼합한 후 수분을 제거하여 탄소나노튜브가 고르게 분산된 혼합액을 형성한다. 탄소나노튜브를 포함하는 섬유를 다섬유로 제조하기 위해서는 습식방사가 이루어져야 하는데, 습식방사를 위해 다섬유용 조성물에 유기용매가 존재하도록 탄소나노튜브를 유기용매와 혼합하는 과정을 거친다. 이때 유기용매는 탄소나노튜브의 분산이 가능한 용매로, 고체인 고분자의 용해 또한 가능해야 한다. After the acid treatment, the debundled carbon nanotubes are mixed with an organic solvent to enable wet spinning, and then water is removed to form a mixed solution in which the carbon nanotubes are evenly dispersed. In order to manufacture the fibers including carbon nanotubes into multi-fibers, wet spinning must be performed, and the carbon nanotubes are mixed with the organic solvent so that the organic solvent is present in the multifiber composition for wet spinning. At this time, the organic solvent is a solvent capable of dispersing carbon nanotubes, it should also be possible to dissolve a solid polymer.
이와 같은 조성물에 사용될 수 있는 유기용매는 다양한 섬유 고분자에 용해도를 갖는 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAc) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택 가능하나 전기전도도 및 용해도를 고려하여 가장 바람직한 유기용매는 디메틸아세트아마이드이다.Organic solvents that can be used in such compositions are dimethyl sulfoxide (DMSO), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethylformamide (dimethylformamide) having solubility in various fiber polymers. , DMF), dimethylacetamide (dimethylacetamide, DMAc) and mixtures thereof, but the most preferred organic solvent in consideration of electrical conductivity and solubility is dimethylacetamide.
이와 같이 탄소나노튜브와 유기용매가 혼합된 혼합물에 고분자를 첨가하기 전 고압균질 처리 단계를 더 수행할 수도 있다. 고압균질 처리는 탄소나노튜브가 유기용매와 혼합을 위해 교반되는 과정에서 뭉침이 일어나지 않고 탄소나노튜브가 풀린상태로 존재하도록 하며, 이후에 고분자와 균일하게 혼합되도록 처리하는 단계에 해당한다. 이러한 고압균질 처리를 통해 탄소나노튜브는 10 내지 100㎛ 수준의 길이를 가지는 것이 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.Thus, the high pressure homogeneous treatment step may be further performed before adding the polymer to the mixture of carbon nanotubes and the organic solvent. The high pressure homogeneous treatment is such that the carbon nanotubes are present in a loose state without agglomeration in the process of stirring the carbon nanotubes for mixing with the organic solvent, and thereafter, the carbon nanotubes are treated to be uniformly mixed with the polymer. Through such high pressure homogeneous treatment, carbon nanotubes preferably have a length of about 10 to 100 μm, but is not limited thereto.
혼합액에 고분자를 혼합하여 섬유용 조성물을 형성한다(S3).The polymer is mixed with the mixed solution to form a fiber composition (S3).
탄소나노튜브와 유기용매로 이루어진 혼합액에 고분자를 혼합하여 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물을 형성한다. 조성물을 통하여 제조되는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유는 탄소나노튜브를 1 내지 10wt%를 포함하고, 잔부는 고분자로 이루어지도록 중량비를 조절하여 혼합액과 혼합되도록 한다. 더 바람직하게 탄소나노튜브는 1 내지 5wt%가 포함되도록 고분자가 혼합될 수도 있다. 즉 탄소나노튜브 : 고분자 = 1 내지 10 : 90 내지 99 중량비로 혼합되며, 바람직하게는 탄소나노튜브 : 고분자 = 1 내지 5 : 95 내지 99 중량비로 혼합될 수 있다.The polymer is mixed with a mixture of carbon nanotubes and an organic solvent to form a composition for carbon nanotube nanocomposite conductive fibers. The carbon nanotube nanocomposite conductive fiber prepared through the composition contains 1 to 10 wt% of carbon nanotubes, and the balance is controlled to be mixed with the mixed solution by adjusting the weight ratio to be made of a polymer. More preferably, the carbon nanotubes may be mixed with the polymer so as to include 1 to 5 wt%. That is, carbon nanotubes: polymer = 1 to 10: 90 to 99 by weight ratio may be mixed, preferably carbon nanotubes: polymer = 1 to 5: 95 to 99 weight ratio may be mixed.
또한 섬유용 조성물에서 고형분에 해당하는 탄소나노튜브와 고분자의 혼합량은 섬유용 조성물 전체 100wt% 중 10 내지 25wt%로 이루어지고, 이에 맞춰 유기용매는 75 내지 90wt%로 이루어지는 것이 바람직하다. 이때 고분자는 순수한 고분자 용액을 만들어 탄소나노튜브 혼합액과 혼합하게 된다. 일부 섬유 고분자의 경우 고분자의 화학적 구조에 의해 유기용매에 용해시 고분자의 분자들끼리 서로 코일링(coiling)되면서 피지컬젤(physical gel)이 형성되기도 한다. 피지컬젤은 한번 형성되면 다시 풀리지 않고 섬유용 조성물 내에서 점도를 증가시켜 섬유 방사단계 및 연신단계에서 분자의 정렬(alignment)를 방해하여 섬유의 기계적 강도를 저하시키고, 방사 공정성에 악영향을 주게 된다. 또한 피지컬젤이 형성된 조성물은 탄소나노튜브의 분산이 용이하지 않아 탄소나노튜브의 재응집이 일어나게 된다. 최종 섬유용 조성물인 방사 도프에서 유기용매의 양이 90wt%를 초과할 경우 방사 도프 1kg으로 제조할 수 있는 섬유의 양이 0.1kg임을 의미하는 것으로 생산성이 줄어드는 문제가 있고, 그만큼 탄소나노튜브 및 고분자의 양이 적어 섬유 응고 단계에서 빠져나와야 하는 용매량이 증가하여 다공성 섬유가 형성되기 쉬워 강도가 높은 섬유를 제조하지 못한다는 단점이 있다.In addition, the mixed amount of the carbon nanotube and the polymer corresponding to the solid content in the fiber composition is composed of 10 to 25wt% of 100wt% of the total fiber composition, and accordingly the organic solvent is preferably made of 75 to 90wt%. At this time, the polymer is made of a pure polymer solution and mixed with the carbon nanotube mixture. Some of the fibrous polymers may form physical gels as they are coiled with each other when dissolved in an organic solvent due to the chemical structure of the polymer. Once formed, the physical gel increases viscosity in the composition for the fiber without being released again, thereby preventing the alignment of molecules in the fiber spinning step and the stretching step, thereby lowering the mechanical strength of the fiber and adversely affecting the spinning processability. In addition, the composition in which the physical gel is formed is not easy to disperse the carbon nanotubes, which causes reaggregation of the carbon nanotubes. When the amount of the organic solvent in the spinning dope, the final fiber composition, exceeds 90wt%, it means that the amount of the fiber that can be produced with 1kg of spinning dope is 0.1kg, which leads to a decrease in productivity. Since the amount of solvent is small, the amount of solvent to be taken out of the fiber coagulation step is increased, so that porous fibers are easily formed, and thus a high strength fiber cannot be manufactured.
이러한 섬유용 조성물에 혼합되는 고분자의 종류는 의류용 섬유 고분자인 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate, PVA), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone, PVP), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 셀룰로오스(cellulose), 셀룰로오스아세테이트(cellulose acetate) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택 가능하나 가장 바람직한 고분자는 폴리아크릴로니트릴이다.The kinds of polymers mixed in such a fiber composition are polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl acetate (PVA), polyvinyl pyrrolidone (PVP), and polycarbonate which are fiber fibers for clothing. (polycarbonate, PC), polyvinyl chloride (polyvinyl chloride, PVC), cellulose (cellulose), cellulose acetate (cellulose acetate) and a mixture thereof may be selected from the group but the most preferred polymer is polyacrylonitrile.
이하에서는 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
<실시예><Example>
순도 60% 질산(HNO3) 400ml에 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT, OCSiAl, Tuball) 10g을 넣고, 오버헤드 교반기에 테플론 소재의 블레이드를 이용해 70rpm으로 임펠러 교반하면서 20분 동안 초음파 처리한다. 여기에 질산칼륨(KNO3) 100g을 녹인 황산(H2SO4) 600ml를 얼음수조 환경에서 혼합한다. 황산 투입이 끝나면 60℃의 오일배스(oil bath)에서 15시간 동안 80rpm으로 교반한다. 이와 같이 탄소나노튜브에 산처리를 하면 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 상태의 탄소나노튜브를 얻을 수 있다. 도 2는 탄소나노튜브의 산처리 후 제조한 버키페이퍼 표면 SEM 사진이고, 이때 전도성 필러의 전기전도도는 2,000S/cm에 이른다. 도 3은 탄소나노튜브 산처리 전, 후 Raman spectra를 나타낸 것으로 산처리 전, 후에 탄소나노튜브가 손상되거나 형태가 변하지 않고 디번들링 된 것을 확인할 수 있다.10 g of single-walled carbon nanotubes (SWCNT, OCSiAl, Tuball) were added to 400 ml of 60% purity nitric acid (HNO 3 ), and ultrasonicated for 20 minutes with impeller stirring at 70 rpm using a blade made of Teflon in an overhead stirrer. Here, 600 ml of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) in which 100 g of potassium nitrate (KNO 3 ) is dissolved is mixed in an ice bath environment. After the addition of sulfuric acid, the mixture was stirred at 80 rpm for 15 hours in an oil bath at 60 ° C. In this way, the acid treatment of the carbon nanotubes can provide the carbon nanotubes as shown in FIGS. 2 and 3. Figure 2 is a SEM image of the surface of the bucky paper prepared after the acid treatment of carbon nanotubes, wherein the electrical conductivity of the conductive filler reaches 2,000S / cm. Figure 3 shows the Raman spectra before and after the carbon nanotube acid treatment, it can be seen that before and after the acid treatment, the carbon nanotubes are debundled without damage or change in shape.
교반이 끝나면 SWCNT 혼합산 용액을 상온으로 식힌 후 증류수 8L에 천천히 넣어 중화시킨다. 이후 8,000rpm에서 30분간 원심분리 후 상등액의 pH가 3.0 이상이 될 때까지 증류수를 이용해 산을 세척해준다. 원심분리 후 침전물을 수거해 전도성 필러로 사용하게 된다.After stirring, the SWCNT mixed acid solution is cooled to room temperature, and neutralized by slowly putting it in 8 L of distilled water. After centrifugation at 8,000 rpm for 30 minutes, the acid is washed with distilled water until the pH of the supernatant reaches 3.0 or more. After centrifugation, the precipitate is collected and used as a conductive filler.
수계 SWCNT 침전물을 방사도프에 사용할 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAc) 유기용매와 섞은 후 회전증발기(rotary evaporator)를 이용해 물을 제거해준다. 유기용매로 용매를 전환 후 1 내지 10g/L의 농도를 갖는 SWCNT/DMAc 용액을 GEA Niro Soavi 고압균질기(high pressure homogenizer, PANDAPLUS 2000)를 이용해 300 내지 600bar에서 1회 처리해준다. 도 4는 고압균질 처리 후 탄소나노튜브와 유기용매 혼합액의 광학현미경 사진으로 탄소나노튜브가 유기용매 내에 분산된 것을 확인할 수 있다.Aqueous SWCNT precipitates are mixed with dimethylacetamide (DMAc) organic solvent to be used for spinning dope, and then water is removed using a rotary evaporator. After converting the solvent into an organic solvent, the SWCNT / DMAc solution having a concentration of 1 to 10 g / L is treated once at 300 to 600 bar using a GEA Niro Soavi high pressure homogenizer (PANDAPLUS 2000). 4 shows that the carbon nanotubes are dispersed in the organic solvent by optical micrographs of the carbon nanotubes and the organic solvent mixture after the high pressure homogeneous treatment.
고압균질 처리된 SWCNT/DMAc 용액을 미리 준비해둔 15wt%의 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN) 용액과 혼합해 준다. 이때 SWCNT/PAN 용액의 중량비는 SWCNT : PAN = 3 : 97이 되도록 한다. 이후 SWCNT/PAN/DMAc 혼합용액을 회전증발기를 이용해 고형분(=(SWCNT+PAN)/(SWCNT+PAN+DMAc)) 함량이 18.5wt%가 될 때까지 DMAc를 증발시킨다. 회전증발 완료 후 수거된 나노복합 전도성 방사도프는 페이스트 믹서를 이용해 혼합(mix) 및 탈포(deform) 후 사용한다.The high pressure homogenized SWCNT / DMAc solution is mixed with a 15 wt% polyacrylonitrile (PAN) solution. At this time, the weight ratio of SWCNT / PAN solution is set to SWCNT: PAN = 3: 97. Afterwards, DMAc is evaporated using a SWCNT / PAN / DMAc mixed solution until the solids content (= (SWCNT + PAN) / (SWCNT + PAN + DMAc)) is 18.5 wt%. The nanocomposite conductive spin dope collected after the completion of the rotary evaporation is used after mixing and deforming using a paste mixer.
<비교예>Comparative Example
실시예와 동일하나 고압균질기를 이용하여 고압균질 처리를 수행하지 않는다.Same as the embodiment, but does not perform a high pressure homogeneous treatment using a high pressure homogenizer.
이러한 실시예 및 비교예를 통해 제조된 나노복합 탄소나노튜브 전도성 섬유의 물성은 표 1을 통해 확인할 수 있다.The physical properties of the nanocomposite carbon nanotube conductive fibers prepared through these examples and comparative examples can be confirmed through Table 1.
표 1을 통해 알 수 있듯이 고압균질 처리를 할 경우 성능이 우수한 나노복합 탄소나노튜브 전도성 섬유를 얻을 수 있다.As can be seen from Table 1, when the high pressure homogeneous treatment is performed, excellent nanocomposite carbon nanotube conductive fibers can be obtained.
이와 같이 본 발명에 따른 전도성 탄소나노튜브 섬유용 조성물을 이용하여 섬유를 제조할 경우, 탄소나노튜브가 서로 뭉친 상태가 아닌 고르게 분산된 상태로 존재하기 때문에 습식방사를 이용하여 한 번에 다섬유로 방사 가능하다. 또한 탄소나노튜브가 저함량으로 포함되더라도 전도성이 우수하며, 탄소나노튜브에 비해 고분자의 함량이 높기 때문에 연신 단계에서도 섬유의 끊어짐이 발생하지 않으며 이를 통해 연속 다섬유를 제조할 수 있고 제조된 섬유의 강도가 매우 높다는 장점이 있다.As described above, when the fibers are manufactured by using the composition for the conductive carbon nanotube fibers according to the present invention, since the carbon nanotubes are present in a uniformly dispersed state instead of being agglomerated with each other, they are multi-fiber at once using wet spinning. It is possible to radiate. In addition, even when carbon nanotubes are contained in a low content, the conductivity is excellent, and since the content of the polymer is higher than that of carbon nanotubes, fiber breakage does not occur even in the stretching step, and thus it is possible to manufacture continuous multifibers and the strength of the manufactured fiber Has the advantage of being very high.
Claims (10)
탄소나노튜브를 산처리하여 디번들링(debundling)하는 단계와;
디번들링된 상기 탄소나노튜브를 유기용매와 혼합하여 혼합액을 형성하는 단계와;
상기 혼합액에 고분자를 혼합하여 섬유용 조성물을 형성하는 단계를 포함하며,
상기 탄소나노튜브와 상기 고분자는 탄소나노튜브 : 고분자 = 1 내지 10 : 90 내지 99 중량비로 혼합되어 상기 탄소나노튜브에 의해 전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 제조방법.In the method for producing a composition for carbon nanotube nanocomposite conductive fibers,
Debundling the carbon nanotubes by acid treatment;
Mixing the debundled carbon nanotubes with an organic solvent to form a mixed solution;
Mixing a polymer in the mixed solution to form a fiber composition,
The carbon nanotubes and the polymer is a carbon nanotube: polymer = 1 to 10: 90 to 99 by weight ratio is mixed, the carbon nanotube nanocomposite conductive fiber composition manufacturing method characterized in that it has conductivity by the carbon nanotube.
상기 디번들링하는 단계는,
상기 탄소나노튜브가 산화되거나 표면에 카본결합이 끊어지지 않도록 산과 질산염을 혼합하여 산처리하며, 상기 산의 양에 따른 상기 탄소나노튜브의 양은 5 내지 100g/L인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 제조방법.The method of claim 1,
The debundling step,
Acid treatment is performed by mixing acid and nitrate so that the carbon nanotubes are not oxidized or carbon bonds are broken on the surface, and the amount of the carbon nanotubes according to the amount of acid is 5 to 100 g / L. Method for producing a composition for composite conductive fibers.
상기 산은 황산(H2SO4), 질산(HNO3), 과산화수소(H2O2), 염산(HCl) 및 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되며,
상기 질산염은 질산나트륨(NaNO3), 질산칼륨(KNO3), 질산칼슘(Ca(NO3)2) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 제조방법.The method of claim 2,
The acid is selected from the group consisting of sulfuric acid (H 2 SO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), hydrochloric acid (HCl) and mixed,
The nitrate is prepared from a composition for carbon nanotube nanocomposite conductive fibers, characterized in that selected from the group consisting of sodium nitrate (NaNO 3 ), potassium nitrate (KNO 3 ), calcium nitrate (Ca (NO 3 ) 2 ) and mixtures thereof. Way.
상기 디번들링하는 단계 이후에,
상기 산 및 상기 질산염을 제거하기 위해 중화 및 세척 과정을 거치는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 제조방법.The method of claim 2,
After the debundling step,
Method for producing a composition for carbon nanotube nano-conductive conductive fiber, characterized in that the neutralization and washing process to remove the acid and the nitrate.
상기 디번들링하는 단계는,
임펠러를 이용하여 교반하면서 상기 탄소나노튜브를 디번들링하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 제조방법.The method of claim 1,
The debundling step,
Method for producing a composition for carbon nanotube nanocomposite conductive fibers, characterized in that debundling the carbon nanotubes while stirring using an impeller.
상기 유기용매는, 상기 고분자에 용해도를 갖는 디메틸설폭사이드(dimethyl sulfoxide, DMSO), 에틸렌카보네이트(ethylene carbonate, EC), 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 디메틸아세트아마이드(dimethylacetamide, DMAc) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 제조방법.The method of claim 1,
The organic solvent is dimethyl sulfoxide (DMSO), ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethylformamide (dimethylformamide, DMF), and dimethylacetate having solubility in the polymer. Amide (dimethylacetamide, DMAc) and a method for producing a composition for carbon nanotube nano-conductive conductive fiber, characterized in that selected from the group consisting of.
상기 혼합액을 형성하는 단계 이후에,
고압균질 처리를 통해 상기 탄소나노튜브가 풀린상태로 존재하도록 하며, 상기 고분자와 균일하게 혼합되도록 상기 탄소나노튜브가 10 내지 100㎛로 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 전도성 탄소나노튜브 섬유용 조성물 제조방법.The method of claim 1,
After the step of forming the mixed solution,
Method for producing a composition for conductive carbon nanotube fibers, characterized in that the carbon nanotubes are present in a loose state through a high pressure homogeneous treatment, the carbon nanotubes are made from 10 to 100㎛ to be uniformly mixed with the polymer. .
상기 섬유용 조성물에서 상기 탄소나노튜브와 상기 고분자가 혼합된 고형분의 함량은 10 내지 25wt%이고, 상기 유기용매는 75 내지 90wt%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 제조방법.The method of claim 1,
The content of the carbon nanotubes and the polymer in the composition of the mixed solid content of the fiber is 10 to 25wt%, the organic solvent is a carbon nanotube nanocomposite conductive fiber composition manufacturing method, characterized in that consisting of 75 to 90wt%. .
상기 고분자는, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate, PVA), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone, PVP), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리비닐클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 셀룰로오스(cellulose), 셀룰로오스아세테이트(cellulose acetate) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물 제조방법.The method of claim 1,
The polymer, polyacrylonitrile (PAN), polyvinyl acetate (polyvinyl acetate, PVA), polyvinyl pyrrolidone (PVP), polycarbonate (PC), polyvinyl chloride , PVC), cellulose (cellulose), cellulose acetate (cellulose acetate) and a method for producing a composition for carbon nanotube nanocomposite conductive fibers, characterized in that selected from the group consisting of.
고분자와;
산처리를 통해 디번들링되며 상기 고분자 내에 균일하게 분산된 탄소나노튜브와;
습식방사가 가능하도록 상기 고분자 및 상기 탄소나노튜브와 혼합된 유기용매를 포함하며,
상기 탄소나노튜브와 상기 고분자는 탄소나노튜브 : 고분자 = 1 내지 10 : 90 내지 99 중량비로 이루어지며, 상기 탄소나노튜브와 상기 고분자의 혼합량은 10 내지 25wt%이고, 상기 유기용매는 75 내지 90wt%로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 나노복합 전도성 섬유용 조성물.In the composition for carbon nanotube nanocomposite conductive fibers,
A polymer;
Carbon nanotubes debundled through acid treatment and uniformly dispersed in the polymer;
It includes an organic solvent mixed with the polymer and the carbon nanotubes to enable wet spinning,
The carbon nanotubes and the polymer is a carbon nanotube: polymer = 1 to 10: 90 to 99 weight ratio, the mixed amount of the carbon nanotubes and the polymer is 10 to 25wt%, the organic solvent is 75 to 90wt% Carbon nanotube nanocomposite conductive composition, characterized in that consisting of.
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102102686B1 (en) * | 2019-11-19 | 2020-04-21 | 군산대학교산학협력단 | Wet spinning method for manufacturing meta-nano fibers with high tensile strength and high conductivity using carbon nanotubes and PVDF materials |
| KR20220003813A (en) | 2020-07-02 | 2022-01-11 | 한국전기연구원 | Method for producing single-walled carbon nanotube dispersion with controlled bundle size, and single-walled carbon nanotube dispersion produced therefrom |
| KR20220110136A (en) | 2021-01-29 | 2022-08-05 | 한국전기연구원 | Manufacturing method of pretreated carbon nanotube, carbon nanotube manufactured therefrom |
| KR20230055818A (en) | 2021-10-19 | 2023-04-26 | 한국전기연구원 | Low-defect carbon nanotube sludge and method for manufacturing the same |
| KR20230067940A (en) * | 2021-11-10 | 2023-05-17 | 한국생산기술연구원 | Method for dispersing composition of high content carbon material and polymer composition prepared from the method |
| KR20230164434A (en) | 2022-05-25 | 2023-12-04 | 한국전기연구원 | Pretreatment method for carbon nanotubes with improved process stability |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004059326A (en) * | 2002-07-24 | 2004-02-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Process for manufacturing carbon nanotube |
| CN101250770A (en) * | 2008-03-11 | 2008-08-27 | 东华大学 | Method for manufacturing polyacrylonitrile-based carbon fiber with enganced carbon nano-tube |
| US20150118142A1 (en) * | 2011-10-06 | 2015-04-30 | Christopher Allen Dyke | Formation of carbon nanotube-enhanced fibers and carbon nanotube-enahnced hybrid structures |
| KR101788634B1 (en) | 2016-05-20 | 2017-11-15 | 부산대학교 산학협력단 | Method for Producing Carbon NanoTube Fiber |
| KR101804577B1 (en) | 2011-05-18 | 2018-01-11 | 충남대학교산학협력단 | Carbon nanotube fibers and method of preparing the same |
-
2018
- 2018-03-15 KR KR1020180030134A patent/KR102596719B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004059326A (en) * | 2002-07-24 | 2004-02-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Process for manufacturing carbon nanotube |
| CN101250770A (en) * | 2008-03-11 | 2008-08-27 | 东华大学 | Method for manufacturing polyacrylonitrile-based carbon fiber with enganced carbon nano-tube |
| KR101804577B1 (en) | 2011-05-18 | 2018-01-11 | 충남대학교산학협력단 | Carbon nanotube fibers and method of preparing the same |
| US20150118142A1 (en) * | 2011-10-06 | 2015-04-30 | Christopher Allen Dyke | Formation of carbon nanotube-enhanced fibers and carbon nanotube-enahnced hybrid structures |
| KR101788634B1 (en) | 2016-05-20 | 2017-11-15 | 부산대학교 산학협력단 | Method for Producing Carbon NanoTube Fiber |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102102686B1 (en) * | 2019-11-19 | 2020-04-21 | 군산대학교산학협력단 | Wet spinning method for manufacturing meta-nano fibers with high tensile strength and high conductivity using carbon nanotubes and PVDF materials |
| KR20220003813A (en) | 2020-07-02 | 2022-01-11 | 한국전기연구원 | Method for producing single-walled carbon nanotube dispersion with controlled bundle size, and single-walled carbon nanotube dispersion produced therefrom |
| KR20220110136A (en) | 2021-01-29 | 2022-08-05 | 한국전기연구원 | Manufacturing method of pretreated carbon nanotube, carbon nanotube manufactured therefrom |
| KR20220109761A (en) | 2021-01-29 | 2022-08-05 | 한국전기연구원 | Manufacturing method of pretreated carbon nanotube, carbon nanotube manufactured therefrom |
| KR20230055818A (en) | 2021-10-19 | 2023-04-26 | 한국전기연구원 | Low-defect carbon nanotube sludge and method for manufacturing the same |
| KR20230067940A (en) * | 2021-11-10 | 2023-05-17 | 한국생산기술연구원 | Method for dispersing composition of high content carbon material and polymer composition prepared from the method |
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