KR20200144400A - Nanoporous carbon composite, method of manufacturing the same, and polymer composite comprising nanoporous carbon composite - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노기공성 탄소 복합체, 그의 제조 방법, 및 나노기공성 탄소 복합체를 포함하는 폴리머 복합체에 관한 것으로서, 첨가되었을 때 인장강도와 인장신율을 모두 함께 개선할 수 있는 나노기공성 탄소 복합체, 그의 제조 방법, 및 그러한 나노기공성 탄소 복합체를 포함하는 폴리머 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a nanoporous carbon composite, a method for producing the same, and a polymer composite including a nanoporous carbon composite, wherein when added, a nanoporous carbon composite capable of improving both tensile strength and tensile elongation, It relates to a manufacturing method, and a polymer composite including such a nanoporous carbon composite.
폴리머 물질의 물성을 개선하기 위한 다양한 방법들이 제안되었다. 특히, 무기 첨가제를 폴리머 물질에 첨가하여 폴리머 복합체를 형성하는 방법도 알려져 있다. 한편, 탄소계 무기 첨가제를 폴리머 물질에 첨가하여 인장 강도가 개선되면 인장 신율이 열화되는 문제점이 있었다.Various methods have been proposed to improve the physical properties of polymer materials. In particular, a method of forming a polymer composite by adding an inorganic additive to a polymer material is also known. On the other hand, when the tensile strength is improved by adding a carbon-based inorganic additive to a polymer material, there is a problem in that the tensile elongation is deteriorated.
본 발명이 이루고자 하는 첫 번째 기술적 과제는 폴리머에 첨가되었을 때 인장강도와 인장신율이 모두 함께 개선시킬 수 있는 나노기공성 탄소 복합체를 제공하는 것이다.The first technical task of the present invention is to provide a nanoporous carbon composite capable of improving both tensile strength and tensile elongation when added to a polymer.
본 발명이 이루고자 하는 두 번째 기술적 과제는 상기 나노기공성 탄소 복합체가 첨가된 폴리머 복합체를 제공하는 것이다.A second technical problem to be achieved by the present invention is to provide a polymer composite to which the nanoporous carbon composite is added.
본 발명이 이루고자 하는 세 번째 기술적 과제는 상기 나노기공성 탄소 복합체의 제조 방법을 제공하는 것이다.A third technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method of manufacturing the nanoporous carbon composite.
본 발명은 상기 첫 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 나노 다이아몬드와 그라파이트를 포함하는 나노기공성(nano-porous) 탄소 복합체로서, 상기 나노기공성 탄소 복합체 100 중량부에 대하여 나노 다이아몬드의 함량이 약 3 중량부 내지 약 30 중량부이고, 상기 그라파이트의 표면에 히드록시기(-OH), 카르복시기(-COOH), 아민기(-NH2), 암모늄기(-NH4), 및 인산기(-PO4) 중의 1종 이상이 부착되어 있는 나노기공성 탄소 복합체를 제공한다.In order to achieve the first technical problem, the present invention is a nano-porous carbon composite comprising nano-diamond and graphite, wherein the content of nano-diamond is about 3 weight per 100 parts by weight of the nano-porous carbon composite. Part to about 30 parts by weight, one of a hydroxy group (-OH), a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH 2 ), an ammonium group (-NH 4 ), and a phosphoric acid group (-PO 4 ) on the surface of the graphite It provides a nanoporous carbon composite to which the above is attached.
일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체는 약 40 nm 내지 약 90 nm의 평균 입경을 갖는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체는 30 m2/g 내지 100 m2/g의 BET 표면적을 가질 수 있다.In some embodiments, the nanoporous carbon composite has an average particle diameter of about 40 nm to about 90 nm. In some embodiments, the nanoporous carbon composite may have a BET surface area of 30 m 2 /g to 100 m 2 /g.
일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체는 상기 그라파이트 100 중량부에 대하여 카본 블랙 약 10 중량부 내지 약 500 중량부를 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 그라파이트는 복수의 탄소층들이 적층된 구조를 갖고, 상기 카본 블랙의 입자가 상기 복수의 탄소층들 사이에 삽입되어 있을 수 있다.In some embodiments, the nanoporous carbon composite may further include about 10 parts by weight to about 500 parts by weight of carbon black based on 100 parts by weight of the graphite. In this case, the graphite may have a structure in which a plurality of carbon layers are stacked, and particles of the carbon black may be interposed between the plurality of carbon layers.
일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체는 활성탄 약 5 중량부 내지 약 30 중량부를 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the nanoporous carbon composite may further include about 5 parts by weight to about 30 parts by weight of activated carbon.
본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 폴리머 매트릭스 90 중량% 내지 99 중량%; 및 상기 나노기공성 탄소 복합체 1 중량% 내지 10 중량%를 포함하는 폴리머 복합체(polymer composite)를 제공한다.The present invention is to achieve the second technical problem, the polymer matrix 90% to 99% by weight; And it provides a polymer composite (polymer composite) including 1% to 10% by weight of the nanoporous carbon composite.
일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE), 및 폴리스티렌(polystyrene, PS)으로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. In some embodiments, the polymer matrix is polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), and It may be one or more selected from the group consisting of polystyrene (PS).
일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 복합체의 인장강도는 상기 폴리머 매트릭스의 인장강도의 1.1배 내지 4.5배이고, 상기 폴리머 복합체의 인장신율은 상기 폴리머 매트릭스의 인장신율의 1.1배 내지 6배일 수 있다.In some embodiments, the tensile strength of the polymer composite may be 1.1 to 4.5 times the tensile strength of the polymer matrix, and the tensile elongation of the polymer composite may be 1.1 to 6 times the tensile elongation of the polymer matrix.
일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 복합체의 인장강도는 상기 폴리머 매트릭스의 인장강도의 1.2배 내지 2.8배이고, 상기 폴리머 복합체의 인장신율은 상기 폴리머 매트릭스의 인장신율의 1.7배 내지 5.5배일 수 있다.In some embodiments, the tensile strength of the polymer composite may be 1.2 to 2.8 times the tensile strength of the polymer matrix, and the tensile elongation of the polymer composite may be 1.7 to 5.5 times the tensile elongation of the polymer matrix.
상기 폴리머 복합체는 산화 방지제 0.05 중량% 내지 0.2 중량%를 더 포함할 수 있다.The polymer composite may further include 0.05% to 0.2% by weight of an antioxidant.
본 발명은 상기 세 번째 기술적 과제를 이루기 위하여, 기계적 밀링 머신(mechanical milling machine) 내에 그라파이트, 개질 화합물, 및 나노 다이아몬드의 혼합물을 도입하는 단계; 및 상기 혼합물을 가열하면서 기계적 밀링을 수행하는 단계를 포함하는 나노 기공성(nano-porous) 탄소 복합체의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the third technical problem, the present invention includes the steps of introducing a mixture of graphite, a modified compound, and a nanodiamond into a mechanical milling machine; And it provides a method of manufacturing a nano-porous (nano-porous) carbon composite comprising the step of performing mechanical milling while heating the mixture.
일부 실시예들에 있어서, 상기 기계적 밀링을 수행하는 단계가 약 50℃ 내지 약 400℃의 온도에서 수행될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 개질 화합물은 히드록시기(-OH), 카르복시기(-COOH), 아민기(-NH2), 암모늄기(-NH4), 및 인산기(-PO4) 중의 1종 이상을 포함하는 탄화수소 화합물일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 탄화수소 화합물은 포름산(HCOOH), 수산화암모늄(NH4OH), 인산(H3PO4), 에탄올(C2H5OH), 메탄올(CH3OH), 및 이소프로필알코올(C3H7OH)로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.In some embodiments, the step of performing the mechanical milling may be performed at a temperature of about 50°C to about 400°C. In some embodiments, the modified compound contains at least one of a hydroxy group (-OH), a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH 2 ), an ammonium group (-NH 4 ), and a phosphoric acid group (-PO 4 ). It may be a hydrocarbon compound containing. In some embodiments, the hydrocarbon compound is formic acid (HCOOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), ethanol (C 2 H 5 OH), methanol (CH 3 OH), and iso It may be one or more selected from propyl alcohol (C 3 H 7 OH).
본 발명의 나노기공성 탄소 복합체를 폴리머에 첨가하여 제조된 폴리머 복합체는 인장강도와 인장신율이 모두 함께 개선되는 효과를 보인다.The polymer composite prepared by adding the nanoporous carbon composite of the present invention to the polymer exhibits an effect of improving both tensile strength and tensile elongation.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노기공성 탄소 복합체의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 실시예 9의 폴리머 복합체를 압출할 때의 모습을 촬영한 이미지이다.
도 3은 비교예 3의 폴리머 복합체를 압출할 때의 모습을 촬영한 이미지이다.1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a nanoporous carbon composite according to an embodiment of the present invention.
2 is an image photographed when the polymer composite of Example 9 is extruded.
3 is an image photographed when the polymer composite of Comparative Example 3 is extruded.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명 개념의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명 개념의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명 개념의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명 개념의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명 개념을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것으로 해석되는 것이 바람직하다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명 개념은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the concept of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the concept of the present invention may be modified in various forms, and the scope of the concept of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. Embodiments of the inventive concept are preferably interpreted as being provided in order to more completely explain the inventive concept to those with average knowledge in the art. Identical symbols mean the same elements all the time. Furthermore, various elements and areas in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the inventive concept is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명 개념의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 반대로 제 2 구성 요소는 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms. These terms are only used for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, without departing from the scope of the present invention concept, a first component may be referred to as a second component, and conversely, a second component may be referred to as a first component.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명 개념을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "갖는다" 등의 표현은 명세서에 기재된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the concept of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, expressions such as "comprises" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or a combination thereof described in the specification, but one or more other features or It is to be understood that it does not preclude the possibility of the presence or addition of numbers, actions, components, parts, or combinations thereof.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical terms and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the inventive concept belongs. In addition, commonly used terms as defined in the dictionary should be construed as having a meaning consistent with what they mean in the context of the technology to which they are related, and in an excessively formal sense unless explicitly defined herein. It will be understood that it should not be interpreted.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.When a certain embodiment can be implemented differently, a specific process order may be performed differently from the described order. For example, two processes described in succession may be performed substantially simultaneously, or may be performed in an order opposite to the described order.
첨부 도면에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조 과정에서 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다. 여기에 사용되는 모든 용어 "및/또는"은 언급된 구성 요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. In the accompanying drawings, for example, depending on manufacturing techniques and/or tolerances, variations of the illustrated shape can be expected. Accordingly, the embodiments of the present invention should not be construed as being limited to the specific shape of the region shown in the present specification, but should include, for example, a change in shape resulting from the manufacturing process. All terms "and/or" as used herein include each and every combination of one or more of the recited elements.
[나노기공성 탄소 복합체][Nanoporous carbon composite]
본 발명의 일 실시예는 나노 다이아몬드와 그라파이트를 포함하는 나노기공성(nano-porous) 탄소 복합체로서, 상기 나노기공성 탄소 복합체 100 중량부에 대하여 나노 다이아몬드의 함량이 약 3 중량부 내지 약 30 중량부인 복합체를 포함하고, 상기 그라파이트의 표면에 히드록시기(-OH), 카르복시기(-COOH), 아민기(-NH2), 암모늄기(-NH4), 및 인산기(-PO4) 중의 1종 이상이 부착되어 있는 나노기공성 탄소 복합체를 제공한다. An embodiment of the present invention is a nano-porous carbon composite comprising nano-diamond and graphite, and the content of nano-diamond is about 3 parts by weight to about 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the nano-porous carbon composite. Including a gynecological complex, and at least one of a hydroxy group (-OH), a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH 2 ), an ammonium group (-NH 4 ), and a phosphoric acid group (-PO 4 ) on the surface of the graphite It provides an attached nanoporous carbon composite.
일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체 100 중량부에 대하여 나노 다이아몬드의 함량은 약 3 중량부 내지 약 30 중량부, 약 5 중량부 내지 약 28 중량부, 약 8 중량부 내지 약 25 중량부, 약 10 중량부 내지 약 22 중량부, 약 12 중량부 내지 약 20 중량부, 또는 약 12 중량부 내지 약 18 중량부의 범위에 있을 수 있다.In some embodiments, the content of nanodiamonds based on 100 parts by weight of the nanoporous carbon composite is about 3 parts by weight to about 30 parts by weight, about 5 parts by weight to about 28 parts by weight, about 8 parts by weight to about 25 parts by weight. Parts by weight, about 10 parts by weight to about 22 parts by weight, about 12 parts by weight to about 20 parts by weight, or about 12 parts by weight to about 18 parts by weight.
상기 나노기공성 탄소 복합체에 있어서, 상기 나노 다이아몬드의 함량이 3 중량부에 미달하면 나노 다이아몬드의 첨가에 따른 긍정적인 효과가 미흡할 수 있다. 반대로 상기 나노기공성 탄소 복합체에 있어서, 상기 나노 다이아몬드의 함량이 30 중량부를 초과하면 나노기공성 탄소 복합체를 폴리머에 첨가하였을 때 인장 강도가 미흡해질 수 있다.In the nanoporous carbon composite, if the content of the nanodiamond is less than 3 parts by weight, the positive effect of the addition of the nanodiamond may be insufficient. Conversely, in the nanoporous carbon composite, when the content of the nanodiamond exceeds 30 parts by weight, the tensile strength may be insufficient when the nanoporous carbon composite is added to the polymer.
상기 나노기공성 탄소 복합체는 미세한 파티클의 형상을 가질 수 있으며, 다양한 크기 분포를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체는 약 40 nm 내지 약 90 nm의 평균 입경을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체는 약 45 nm 내지 약 80 nm의 평균 입경을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체는 약 50 nm 내지 약 70 nm의 평균 입경을 가질 수 있다.The nanoporous carbon composite may have a shape of fine particles and may have various size distributions. In some embodiments, the nanoporous carbon composite may have an average particle diameter of about 40 nm to about 90 nm. In some embodiments, the nanoporous carbon composite may have an average particle diameter of about 45 nm to about 80 nm. In some embodiments, the nanoporous carbon composite may have an average particle diameter of about 50 nm to about 70 nm.
여기서 나노기공성 탄소 복합체의 평균 입경은 상기 나노기공성 탄소 복합체의 입자들이 갖는 입경의 산술 평균일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체의 입경은 동적 광산란법(dynamic light scattering, DLS) 또는 주사전자 현미경(scanning electron microscope, SEM)에 의하여 측정된 입경으로 대표될 수 있다.Here, the average particle diameter of the nanoporous carbon composite may be an arithmetic average of the particle diameters of the particles of the nanoporous carbon composite. In some embodiments, the particle diameter of the nanoporous carbon composite may be represented by a particle diameter measured by dynamic light scattering (DLS) or a scanning electron microscope (SEM).
상기 나노기공성 탄소 복합체의 평균 입경이 너무 작으면 비표면적이 과도하게 증가하여 가역용량의 손실이 발생하거나 및/또는 불필요한 부반응이 과도하게 발생할 수 있다. 반대로 상기 나노기공성 탄소 복합체의 평균 입경이 너무 크면 부피 팽창에 따른 응력으로 인해 나노기공성 탄소 복합체 입자 자체에 균열이 발생하기 쉬워질 수 있고, 그에 따라 입자의 기계적 강도가 약화될 수 있다.If the average particle diameter of the nanoporous carbon composite is too small, the specific surface area may be excessively increased, resulting in loss of reversible capacity and/or excessive side reactions. Conversely, if the average particle diameter of the nanoporous carbon composite is too large, cracks may easily occur in the nanoporous carbon composite particles themselves due to the stress caused by volume expansion, and accordingly, the mechanical strength of the particles may be weakened.
일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체는 약 30 m2/g 내지 약 100 m2/g의 BET 표면적을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체는 약 35 m2/g 내지 약 90 m2/g, 약 40 m2/g 내지 약 80 m2/g, 또는 약 45 m2/g 내지 약 70 m2/g의 BET 표면적을 가질 수 있다. 상기 나노기공성 탄소 복합체의 BET 표면적이 너무 크면 고온에서 급격하게 산화되어 폴리머에 혼입되었을 때 가공 특성이 저하될 수 있다. 반면, 상기 나노기공성 탄소 복합체의 BET 표면적이 너무 작으면, 나노기공성 탄소 복합체의 첨가에 따라 기대되는 인장 신율 개선의 효과가 미흡해질 수 있다.In some embodiments, the nanoporous carbon composite may have a BET surface area of about 30 m 2 /g to about 100 m 2 /g. In some embodiments, the nanoporous carbon composite is about 35 m 2 /g to about 90 m 2 /g, about 40 m 2 /g to about 80 m 2 /g, or about 45 m 2 /g to It may have a BET surface area of about 70 m 2 /g. If the BET surface area of the nanoporous carbon composite is too large, it is rapidly oxidized at a high temperature, and processing properties may be deteriorated when incorporated into a polymer. On the other hand, if the BET surface area of the nanoporous carbon composite is too small, the effect of improving the tensile elongation expected by the addition of the nanoporous carbon composite may be insufficient.
상기 나노기공성 탄소 복합체의 표면은 특정 작용기로 개질되어 있을 수 있다. 예를 들면, 상기 나노기공성 탄소 복합체의 표면에는 히드록시기(-OH), 카르복시기(-COOH), 아민기(-NH2), 암모늄기(-NH4), 및 인산기(-PO4) 중의 1종 이상이 부착되어 있을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체를 이루는 그라파이트의 탄소에 히드록시기(-OH), 카르복시기(-COOH), 아민기(-NH2), 암모늄기(-NH4), 및 인산기(-PO4) 중의 1종 이상이 직접 부착되어 있을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체에 포함된 나노 다이아몬드의 표면에 히드록시기(-OH), 카르복시기(-COOH), 아민기(-NH2), 암모늄기(-NH4), 및 인산기(-PO4) 중의 1종 이상이 직접 부착되어 있을 수 있다.The surface of the nanoporous carbon composite may be modified with a specific functional group. For example, on the surface of the nanoporous carbon composite, one of a hydroxy group (-OH), a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH 2 ), an ammonium group (-NH 4 ), and a phosphoric acid group (-PO 4 ) The abnormality may be attached. In some embodiments, a hydroxy group (-OH), a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH 2 ), an ammonium group (-NH 4 ), and a phosphoric acid group (-) in the carbon of the graphite forming the nanoporous carbon composite At least one of PO 4 ) may be directly attached. In some embodiments, a hydroxy group (-OH), a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH 2 ), an ammonium group (-NH 4 ), and a phosphoric acid group on the surface of the nanodiamond included in the nanoporous carbon composite One or more of (-PO 4 ) may be directly attached.
일부 실시예들에 있어서, 상기 작용기들은, 예를 들면, 공유 결합에 의하여 상기 나노기공성 탄소 복합체를 이루는 그라파이트의 탄소에 결합되어 있을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 작용기들은, 예를 들면, 공유 결합에 의하여 상기 나노 다이아몬드의 탄소에 결합되어 있을 수 있다. In some embodiments, the functional groups may be bonded to carbon of graphite forming the nanoporous carbon composite by, for example, a covalent bond. In some embodiments, the functional groups may be bonded to carbon of the nanodiamond by, for example, a covalent bond.
일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체는 카본 블랙을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 나노기공성 탄소 복합체는 상기 그라파이트 100 중량부에 대하여 약 10 중량부 내지 약 500 중량부의 카본 블랙을 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the nanoporous carbon composite may further include carbon black. For example, the nanoporous carbon composite may further include about 10 parts by weight to about 500 parts by weight of carbon black based on 100 parts by weight of the graphite.
알려진 바와 같이 그라파이트는 탄소 원자들이 벌집 모양으로 연속 배열된 판상의 원자 배열 구조를 갖는다. 또한 카본 블랙은 수 nm 내지 수백 nm의 크기를 갖는 비결정질의 탄소 입자이다.As is known, graphite has a plate-like atomic arrangement structure in which carbon atoms are continuously arranged in a honeycomb shape. In addition, carbon black is amorphous carbon particles having a size of several nm to several hundred nm.
상기 나노기공성 탄소 복합체에 있어서, 그라파이트를 이루는 판상 구조의 각 원자층 사이에 카본 블랙 입자들이 삽입되어(intercalated) 있을 수 있다. 또한 상기 그라파이트의 육각 구조를 이루는 각 원자층의 일부 탄소 원자들 사이의 공유 결합은 결손되어 있을 수 있다.In the nanoporous carbon composite, carbon black particles may be intercalated between each atomic layer of a plate-like structure constituting graphite. In addition, covalent bonds between some carbon atoms of each atomic layer constituting the hexagonal structure of graphite may be missing.
일부 실시예들에 있어서, 상기 카본 블랙은 상기 그라파이트의 원자층 사이에 단순 삽입되어 있을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 카본 블랙은 상기 그라파이트와 적어도 부분적으로 소결된(sintered) 상태에 있을 수 있다.In some embodiments, the carbon black may be simply inserted between the atomic layers of the graphite. In some embodiments, the carbon black may be at least partially sintered with the graphite.
일부 실시예들에 있어서, 상기 나노기공성 탄소 복합체는 활성탄을 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 나노기공성 탄소 복합체는 상기 그라파이트 100 중량부에 대하여 약 5 중량부 내지 약 30 중량부, 또는 약 10 중량부 내지 약 20 중량부의 활성탄을 더 포함할 수 있다.In some embodiments, the nanoporous carbon composite may further include activated carbon. For example, the nanoporous carbon composite may further include about 5 parts by weight to about 30 parts by weight, or about 10 parts by weight to about 20 parts by weight of activated carbon based on 100 parts by weight of the graphite.
상기 활성탄은 높은 비표면적을 갖기 때문에 전체 나노기공성 탄소 복합체의 활성 면적을 증대시키는 데 기여할 수 있다. 또한, 화학적 처리 방법을 이용하여 특정 원소를 포집할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.Since the activated carbon has a high specific surface area, it may contribute to increase the active area of the entire nanoporous carbon composite. In addition, the effect of trapping specific elements can be expected by using a chemical treatment method.
[폴리머 복합체][Polymer composite]
본 발명의 다른 실시예는 폴리머 매트릭스 약 90 중량% 내지 약 99 중량%; 및 나노기공성 탄소 복합체 1 중량% 내지 10 중량%를 포함하는 폴리머 복합체(polymer composite)를 제공한다.Another embodiment of the present invention comprises from about 90% to about 99% by weight of the polymer matrix; And it provides a polymer composite (polymer composite) including 1% by weight to 10% by weight of the nanoporous carbon composite.
상기 폴리머 복합체에는 상기 탄소 복합체가 상기 폴리머 매트릭스 내에 실질적으로 균일하게 혼합되어 있을 수 있다. 상기 폴리머 매트릭스 내에 분포하는 나노기공성 탄소 복합체는 위에서 설명한 나노기공성 탄소 복합체일 수 있다.In the polymer composite, the carbon composite may be substantially uniformly mixed in the polymer matrix. The nanoporous carbon composite distributed in the polymer matrix may be the nanoporous carbon composite described above.
상기 폴리머 매트릭스는 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE), 및 폴리스티렌(polystyrene, PS)으로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있지만 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.The polymer matrix is, for example, polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), and polystyrene. , PS) may be one or more selected from the group consisting of, but the present invention is not limited thereto.
일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스는 상기 PET, PP, LDPE, HDPE, PS 중 2종 이상이 블렌딩(blending)된 블렌딩 혼합물일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스는 상기 PET, PP, LDPE, HDPE, PS 중 2종 이상이 공중합된 랜덤 공중합체 또는 블록 공중합체일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스는 상기 PET, PP, LDPE, HDPE, PS 중 2종 이상이 가교제에 의하여 가교된 공중합체일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스는 상기 PET, PP, LDPE, HDPE, PS 중 1종의 주쇄에 다른 1종이 그래프트된 공중합체일 수 있다.In some embodiments, the polymer matrix may be a blending mixture obtained by blending two or more of PET, PP, LDPE, HDPE, and PS. In some embodiments, the polymer matrix may be a random copolymer or a block copolymer in which two or more of PET, PP, LDPE, HDPE, and PS are copolymerized. In some embodiments, the polymer matrix may be a copolymer in which two or more of PET, PP, LDPE, HDPE, and PS are crosslinked by a crosslinking agent. In some embodiments, the polymer matrix may be a copolymer in which one of the PET, PP, LDPE, HDPE, and PS is grafted onto one main chain.
일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스는 약 20,000 내지 약 300,000의 중량평균분자량을 가질 수 있다. 상기 중량평균분자량은, 예를 들면, 폴리스티렌을 스탠다드로 사용한 겔 침투 크로마토그래피(gel permeation chromatography, GPC)로 측정한 중량평균분자량일 수 있다.In some embodiments, the polymer matrix may have a weight average molecular weight of about 20,000 to about 300,000. The weight average molecular weight may be, for example, a weight average molecular weight measured by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a standard.
일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스는 약 1.0 내지 약 30의 다분산도(polydispersity index, PI)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스는 약 1.0 내지 약 15의 다분산도를 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스는 약 1.0 내지 10의 다분산도를 가질 수 있다.In some embodiments, the polymer matrix may have a polydispersity index (PI) of about 1.0 to about 30. In some embodiments, the polymer matrix may have a polydispersity of about 1.0 to about 15. In some embodiments, the polymer matrix may have a polydispersity of about 1.0 to 10.
일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 복합체 중 상기 나노기공성 탄소 복합체의 함량은 약 1 중량% 내지 약 10 중량%일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 복합체 중 상기 나노기공성 탄소 복합체의 함량은 약 1.5 중량% 내지 약 8 중량%일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 복합체 중 상기 나노기공성 탄소 복합체의 함량은 약 2 중량% 내지 약 6 중량%일 수 있다.In some embodiments, the content of the nanoporous carbon composite in the polymer composite may be about 1% by weight to about 10% by weight. In some embodiments, the content of the nanoporous carbon composite in the polymer composite may be about 1.5% by weight to about 8% by weight. In some embodiments, the content of the nanoporous carbon composite in the polymer composite may be about 2% by weight to about 6% by weight.
본 발명의 발명자는 상기 나노기공성 탄소 복합체에 의하여 상기 폴리머 복합체의 인장강도와 인장신율이 동시에 증가하는 놀라운 결과를 확인하였다. 일반적으로 폴리머의 인장 강도와 인장 신율은 하나가 증가하면 다른 하나가 감소하는 트레이드 오프 (trade-off) 관계에 있다. 바꾸어 말하면, 폴리머의 인장 강도가 증가하면 인장 신율이 감소하고, 또는 폴리머의 인장 신율이 증가하면 인장 강도가 감소한다. 그러나 상기 나노기공성 탄소 복합체를 첨가하면 폴리머 복합체의 인장 강도와 인장 신율이 동시에 증가하는 것이 확인되었다. The inventors of the present invention confirmed the surprising result of simultaneously increasing the tensile strength and tensile elongation of the polymer composite by the nanoporous carbon composite. In general, the tensile strength and tensile elongation of a polymer have a trade-off relationship in which one increases as the other decreases. In other words, when the tensile strength of the polymer increases, the tensile elongation decreases, or when the tensile elongation of the polymer increases, the tensile strength decreases. However, it was confirmed that when the nanoporous carbon composite was added, the tensile strength and tensile elongation of the polymer composite were simultaneously increased.
일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 복합체의 인장강도는 상기 폴리머 매트릭스의 인장강도의 약 1.1배 내지 약 4.5배이고, 상기 폴리머 복합체의 인장신율은 상기 폴리머 매트릭스의 인장신율의 약 1.1배 내지 약 6배일 수 있다.In some embodiments, the tensile strength of the polymer composite is about 1.1 to about 4.5 times the tensile strength of the polymer matrix, and the tensile elongation of the polymer composite is about 1.1 to about 6 times the tensile elongation of the polymer matrix. I can.
일부 실시예들에 있어서, 상기 폴리머 복합체의 인장강도는 상기 폴리머 매트릭스의 인장강도의 약 1.2배 내지 약 2.8배이고, 상기 폴리머 복합체의 인장신율은 상기 폴리머 매트릭스의 인장신율의 약 1.7배 내지 약 5.5배일 수 있다.In some embodiments, the tensile strength of the polymer composite is about 1.2 to about 2.8 times the tensile strength of the polymer matrix, and the tensile elongation of the polymer composite is about 1.7 to about 5.5 times the tensile elongation of the polymer matrix. I can.
상기 폴리머 복합체는 산화 방지제를 더 포함할 수 있다. 상기 산화 방지제의 함량은 상기 폴리머 복합체의 전체 중량의 약 0.05 중량% 내지 약 0.2 중량%일 수 있다.The polymer composite may further include an antioxidant. The content of the antioxidant may be about 0.05% to about 0.2% by weight of the total weight of the polymer composite.
상기 산화 방지제는, 예를 들면, 페놀계 산화 방지제, 황계 산화 방지제, 인계 산화 방지제 등일 수 있으며 특별히 한정되지 않는다.The antioxidant may be, for example, a phenol-based antioxidant, a sulfur-based antioxidant, or a phosphorus-based antioxidant, and is not particularly limited.
상기 페놀계 산화 방지제는, 예를 들면, 옥타데실-3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트, 에틸렌비스(옥시에틸렌)비스-[3-(5-tert-부틸-4-히드록시-m-톨릴)프로피오네이트], 4,6-비스(옥틸티오메틸)-o-크레졸, 4,6-비스[(도데실티오)메틸]-o-크레졸, 2,4-디메틸-6-(1-메틸펜타데실)페놀, 테트라키스[메틸렌-3-(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄, DL-α-토코페롤, 2-tert-부틸-6-(3-tert-부틸-2-히드록시-5-메틸벤질)-4-메틸페닐아크릴레이트, 2-[1-(2-히드록시-3,5-디-tert-펜틸페닐)에틸]-4,6-디-tert-펜틸페닐아크릴레이트, 4,4'-티오비스(6-tert-부틸-3-메틸페놀), 1,1,3-트리스(2-메틸-4-히드록시-5-tert-부틸페닐)부탄, 4,4'-부틸리덴비스(3-메틸-6-tert-부틸페놀), 펜타에리트리톨-테트라키스[3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트], 1,6-헥산디올-비스[3-(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트], 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-tert-부틸-4-하이드록시벤질)벤젠, 2,6-디부틸-4-메틸페놀(2,6-di-tert-butyl-4-methylphenol) 등일 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다.The phenolic antioxidant is, for example, octadecyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate, ethylenebis(oxyethylene)bis-[3-(5 -tert-butyl-4-hydroxy-m-tolyl)propionate], 4,6-bis(octylthiomethyl)-o-cresol, 4,6-bis[(dodecylthio)methyl]-o- Cresol, 2,4-dimethyl-6-(1-methylpentadecyl)phenol, tetrakis[methylene-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane, DL -α-tocopherol, 2-tert-butyl-6-(3-tert-butyl-2-hydroxy-5-methylbenzyl)-4-methylphenylacrylate, 2-[1-(2-hydroxy-3, 5-di-tert-pentylphenyl)ethyl]-4,6-di-tert-pentylphenylacrylate, 4,4'-thiobis(6-tert-butyl-3-methylphenol), 1,1,3 -Tris(2-methyl-4-hydroxy-5-tert-butylphenyl)butane, 4,4'-butylidenebis(3-methyl-6-tert-butylphenol), pentaerythritol-tetrakis[ 3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate], 1,6-hexanediol-bis[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy Phenyl) propionate], 1,3,5-trimethyl-2,4,6-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)benzene, 2,6-dibutyl-4- It may be methylphenol (2,6-di- tert- butyl-4-methylphenol) or the like, but is not limited thereto.
상기 황계 산화 방지제는, 예를 들면, 펜타에리트리톨테트라키스(3-라우릴티오프로피오네이트), 테트라키스[메틸렌-3-(도데실티오)프로피오네이트]메탄, 디스테아릴 디설파이드(distearyl disulfide), 디스테아릴 3,3-티오디프로피오네이트(distearyl 3,3-thiodipropionate) 등일 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다.The sulfur-based antioxidant is, for example, pentaerythritol tetrakis (3-laurylthiopropionate), tetrakis [methylene-3- (dodecylthio) propionate] methane, distearyl disulfide (distearyl disulfide), distearyl 3,3-thiodipropionate, and the like, but are not limited thereto.
상기 인계 산화 방지제는, 예를 들면, 트리스(노닐페닐)포스파이트, 2-에틸헥실디페닐포스파이트, 트리알킬포스파이트, 트리시클로알킬포스파이트, 트리아릴포스파이트, 트리알킬포스페이트, 트리시클로알킬포스페이트, 트리아릴포스페이트, 디메틸에틸포스페이트, 트리-(2,4-디터셔리부틸페닐)포스파이트(tris-(2,4-di-tert- butylphenyl) phosphite), 디-2,4-디부틸페닐펜타에리트리톨 디포스파이트(di-(2,4-di-t-butylphenyl)pentaerythritol phosphite) 등일 수 있지만 여기에 한정되는 것은 아니다.The phosphorus antioxidant is, for example, tris (nonylphenyl) phosphite, 2-ethylhexyldiphenyl phosphite, trialkyl phosphite, tricycloalkyl phosphite, triaryl phosphite, trialkyl phosphate, tricycloalkyl Phosphate, triaryl phosphate, dimethylethyl phosphate, tri-(2,4-dibutylphenyl)phosphite (tris-(2,4-di- tert -butylphenyl) phosphite), di-2,4-dibutylphenyl It may be pentaerythritol diphosphite (di-(2,4-di- t- butylphenyl)pentaerythritol phosphite), but is not limited thereto.
[탄소 복합체의 제조 방법][Method of manufacturing carbon composite]
본 발명의 다른 실시예는 볼 밀링 머신(ball milling machine) 내에 그라파이트, 개질 화합물, 및 나노 다이아몬드의 혼합물을 도입하는 단계; 및 상기 혼합물을 가열하면서 볼 밀링을 수행하는 단계를 포함하는 나노기공성(nano-porous) 탄소 복합체의 제조 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention includes the steps of introducing a mixture of graphite, a modified compound, and nanodiamond into a ball milling machine; And it provides a method of manufacturing a nano-porous (nano-porous) carbon composite comprising the step of performing ball milling while heating the mixture.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 기공성 탄소 복합체의 제조 방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a flow chart showing a method of manufacturing a nanoporous carbon composite according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 기계적 밀링 머신(mechanical milling machine) 내에 그라파이트, 개질 화합물, 및 나노 다이아몬드의 혼합물을 도입한다(S110).Referring to FIG. 1, a mixture of graphite, a modified compound, and a nanodiamond is introduced into a mechanical milling machine (S110).
상기 그라파이트와 나노 다이아몬드는 상용으로 입수 가능한 임의의 제품일 수 있다.The graphite and nano diamond may be any commercially available product.
상기 개질 화합물은 히드록시기(-OH), 카르복시기(-COOH), 아민기(-NH2), 암모늄기(-NH4), 및 인산기(-PO4) 중의 1종 이상의 작용기를 제공할 수 있는 임의의 화합물일 수 있으며, 예를 들면 포름산(HCOOH), 수산화암모늄(NH4OH), 인산(H3PO4), 에탄올(C2H5OH), 메탄올(CH3OH), 이소프로필알코올(C3H7OH) 등일 수 있다. 그러나 본 발명이 이들에 한정되는 것은 아니다.The modified compound is any one or more functional groups of a hydroxy group (-OH), a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH 2 ), an ammonium group (-NH 4 ), and a phosphoric acid group (-PO 4 ). It may be a compound, for example, formic acid (HCOOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), ethanol (C 2 H 5 OH), methanol (CH 3 OH), isopropyl alcohol (C 3 H 7 OH) and the like. However, the present invention is not limited to these.
이후 상기 혼합물을 가열하면서 기계적 밀링을 수행할 수 있다(S120). 상기 기계적 밀링을 수행하는 단계는 밀링(milling) 공정, 볼밀링(ball milling) 공정, 제트 밀링(jet milling) 공정 등 합금을 분말 합금으로 분쇄하기 위한 공지의 방법들을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 볼밀링 공정 시간을 조절함에 따라 그라파이트 및/또는 나노 다이아몬드의 분쇄된 분말의 사이즈를 조절할 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 상기 그라파이트 및 나노 다이아몬드를 약 20 시간 내지 약 50시간 동안 볼 밀링함으로써 이들을 원하는 입자 크기를 갖는 분말로 형성할 수 있다. 상기 볼 밀링에 있어서, 볼 밀링 머신은 약 150 rpm 내지 약 600 rpm의 속도로 회전될 수 있다.Subsequently, while heating the mixture, mechanical milling may be performed (S120). The step of performing the mechanical milling may be performed using known methods for pulverizing an alloy into a powder alloy such as a milling process, a ball milling process, and a jet milling process. For example, the size of the pulverized powder of graphite and/or nanodiamond may be adjusted by adjusting the time of the ball milling process. According to exemplary embodiments, the graphite and nanodiamonds may be ball-milled for about 20 hours to about 50 hours to form a powder having a desired particle size. In the ball milling, the ball milling machine may be rotated at a speed of about 150 rpm to about 600 rpm.
또 상기 혼합물은 예를 들면 그라파이트의 발화점 이상의 온도로 가열될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 혼합물은 약 50℃ 내지 약 400℃의 온도로 가열될 수 있다.In addition, the mixture may be heated to a temperature equal to or higher than the ignition point of graphite, for example. In some embodiments, the mixture may be heated to a temperature of about 50°C to about 400°C.
이하, 구체적인 실시예 및 비교예를 가지고 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with specific examples and comparative examples, but these examples are only intended to more clearly understand the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
<나노기공성 탄소 복합체의 제조 - 실시예 1><Preparation of nanoporous carbon composite-Example 1>
볼 밀링 머신 내에 그라파이트 8g, 나노다이아몬드 1g, 및 포름산(HCOOH) 0.5 ml를 혼합하여 장입한 후, 250℃에서 26 시간 동안 200 rpm의 회전 속도로 볼 밀링을 수행하여 나노기공성 탄소 복합체를 수득하였다.In a ball milling machine, 8 g of graphite, 1 g of nanodiamond, and 0.5 ml of formic acid (HCOOH) were mixed and charged, and then ball milling was performed at 250° C. for 26 hours at a rotation speed of 200 rpm to obtain a nanoporous carbon composite. .
<실시예 2 내지 8><Examples 2 to 8>
볼 밀링 머신 내에 장입된 각 성분들의 함량을 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시킨 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 나노기공성 탄소 복합체를 제조하였다.A nanoporous carbon composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that the contents of each component charged in the ball milling machine were changed as shown in Table 1.
<BET 표면적 및 평균 입경 측정><Measurement of BET surface area and average particle diameter>
제조된 실시예 1 내지 8의 나노기공성 탄소 복합체 분말에 대하여 BET 표면적 및 평균 입경을 측정하였다. BET 표면적은 ISO 9277에 따라 측정하였고, 평균 입경은 DLS 법으로 측정하였다.BET surface area and average particle diameter were measured for the prepared nanoporous carbon composite powders of Examples 1 to 8. The BET surface area was measured according to ISO 9277, and the average particle diameter was measured by the DLS method.
[표 1][Table 1]
<폴리머 복합체의 제조 - 실시예 9><Preparation of polymer composite-Example 9>
폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)를 폴리머 매트릭스로 하여 실시예 1의 나노기공성 탄소 복합체를 포함하는 폴리머 복합체를 제조하였다. 구체적으로, PET, 실시예 1의 나노기공성 탄소 복합체, 및 산화방지제를 93:5:2의 중량비로 블렌딩하여 이축압출기를 통해 시편을 제작하였다. 산화방지제로는 테트라키스[메틸렌-3-(3,5-디-터셔리-4-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄(tetrakis[methylene-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate] methane)을 사용하였다. 상기 이축압출기는 입구 온도 270℃, 중간온도 280℃, 및 출구 온도 265℃로 설정하였다.A polymer composite including the nanoporous carbon composite of Example 1 was prepared using polyethylene terephthalate (PET) as a polymer matrix. Specifically, PET, the nanoporous carbon composite of Example 1, and the antioxidant were blended at a weight ratio of 93:5:2 to prepare a specimen through a twin screw extruder. Antioxidants include tetrakis[methylene-3-(3,5-di-tert-hydroxyphenyl)propionate]methane (tetrakis[methylene-3-(3,5-di-tert-butyl- 4-hydroxyphenyl)propionate] methane) was used. The twin-screw extruder was set to an inlet temperature of 270°C, an intermediate temperature of 280°C, and an outlet temperature of 265°C.
<실시예 10 내지 16><Examples 10 to 16>
각각 실시예 2 내지 8의 나노기공성 탄소 복합체를 사용한 점을 제외하면 실시예 9와 동일한 방법으로 시편을 제작하였다.Specimens were prepared in the same manner as in Example 9, except that the nanoporous carbon composites of Examples 2 to 8 were used, respectively.
<비교예 1><Comparative Example 1>
나노기공성 탄소 복합체를 첨가하지 않은 점을 제외하면 실시예 9와 동일한 방법으로 시편을 제작하였다.A specimen was prepared in the same manner as in Example 9, except that the nanoporous carbon composite was not added.
<비교예 2><Comparative Example 2>
나노기공성 탄소 복합체 대신 그라파이트를 첨가한 점을 제외하면 실시예 9와 동일한 방법으로 시편을 제작하였다. A specimen was prepared in the same manner as in Example 9, except that graphite was added instead of the nanoporous carbon composite.
<인장강도 및 인장신율 측정><Tensile strength and tensile elongation measurement>
실시예 9 내지 16, 및 비교예 1 및 2의 시편들에 대하여 인장강도 및 인장신율을 측정하였다. 각 시편 크기는 70mm x 13mm x 3 mm (길이 x 폭 x 두께)로 하고 100 mm/분의 인장 속도를 적용하여 ASTM D638에 따라 인장 강도 및 신율을 측정하여 하기 표 2에 정리하였다.Tensile strength and tensile elongation were measured for the specimens of Examples 9 to 16 and Comparative Examples 1 and 2. Each specimen size was 70 mm x 13 mm x 3 mm (length x width x thickness) and a tensile strength and elongation of 100 mm/min was applied to measure the tensile strength and elongation according to ASTM D638, and are summarized in Table 2 below.
[표 2][Table 2]
비교예 1 및 2의 결과를 비교하면, 순수한 PET(비교예 1)에 비하여 순수한 PET에 그라파이트를 첨가하면 인장신율이 개선되나 인장강도가 열화되는 것을 알 수 있다. 한편, 실시예 9 내지 실시예 16의 결과들을 비교예 1의 결과와 대조하면, 인장강도와 인장신율이 모두 함께 개선된 것을 알 수 있다.Comparing the results of Comparative Examples 1 and 2, it can be seen that when graphite is added to pure PET, the tensile elongation is improved but the tensile strength is deteriorated compared to pure PET (Comparative Example 1). On the other hand, when comparing the results of Examples 9 to 16 with the results of Comparative Example 1, it can be seen that both tensile strength and tensile elongation were improved.
<실시예 17><Example 17>
실시예 9의 폴리머 복합체에 경화제로서 메타페닐렌디아민을 더 첨가하여 폴리머 복합체를 제조하였다. 구체적으로, 실시예 9의 복합체 97.5 중량부에 경화제 2.5 중량부를 혼합하여 실시예 17의 폴리머 복합체를 제조하였다.A polymer composite was prepared by further adding metaphenylenediamine as a curing agent to the polymer composite of Example 9. Specifically, a polymer composite of Example 17 was prepared by mixing 2.5 parts by weight of a curing agent to 97.5 parts by weight of the composite of Example 9.
<실시예 18 내지 24><Examples 18 to 24>
각각 실시예 9의 폴리머 복합체 대신 실시예 10 내지 16의 폴리머 복합체를 사용한 점을 제외하면 실시예 9와 동일한 방법으로 시편을 제작하였다.Specimens were prepared in the same manner as in Example 9, except that the polymer composites of Examples 10 to 16 were used instead of the polymer composites of Example 9, respectively.
실시예 9 내지 16, 및 비교예 1 및 2의 시편들에 대하여 인장강도 및 인장신율을 측정하여 표 3에 정리하였다.The tensile strength and tensile elongation of the specimens of Examples 9 to 16 and Comparative Examples 1 and 2 were measured and summarized in Table 3.
[표 3][Table 3]
표 3을 참조하면, 경화제를 첨가하면 인장강도는 대체로 증가함을 알 수 있다.Referring to Table 3, it can be seen that the tensile strength generally increases when the hardener is added.
<비교예 3><Comparative Example 3>
구성 성분을 하기 표 4와 같이 조정한 점을 제외하면 실시예 1과 동일한 방법으로 나노기공성 탄소 복합체를 제조하고, 이를 이용하여 실시예 9와 동일한 방법으로 폴리머 복합체를 제조하였다.A nanoporous carbon composite was prepared in the same manner as in Example 1, except that the constituent components were adjusted as shown in Table 4 below, and a polymer composite was prepared in the same manner as in Example 9 using this.
[표 4][Table 4]
도 2는 실시예 9의 폴리머 복합체를 압출할 때의 모습을 촬영한 이미지이고, 도 3은 비교예 3의 폴리머 복합체를 압출할 때의 모습을 촬영한 이미지이다. 도 2를 참조하면, 압출시 폴리머 복합체가 냉각수 내부로 적절히 잠겨서 공정이 진행되는 모습을 확인할 수 있다. 한편, 도 3을 참조하면, 압출시 PET의 물성이 과도하게 변성되어 압출 장치의 표면을 따라 흘러내려 부적절하게 유출되는 모습을 확인할 수 있다. 특정 이론에 한정되는 것은 아니나, 비교예 3의 이러한 가공 특성은 첨가된 나노기공성 탄소 복합체의 BET 표면적이 과도하게 커서 산화방지제의 첨가에도 불구하고 산화가 급속도로 진행된 결과에 따른 것으로 추정된다.FIG. 2 is an image photographed when the polymer composite of Example 9 is extruded, and FIG. 3 is an image photographed when the polymer composite of Comparative Example 3 is extruded. Referring to FIG. 2, it can be seen that the polymer composite is properly immersed in the cooling water during extrusion and the process proceeds. On the other hand, referring to FIG. 3, it can be seen that the physical properties of PET are excessively denatured during extrusion, flow down along the surface of the extrusion device, and outflow inappropriately. Although not limited to a specific theory, this processing characteristic of Comparative Example 3 is presumed to be due to the result of rapid oxidation despite the addition of an antioxidant because the BET surface area of the added nanoporous carbon composite was excessive.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.Although described in detail with respect to the embodiments of the present invention as described above, those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, without departing from the spirit and scope of the present invention defined in the appended claims It will be possible to practice the present invention by various modifications. Therefore, changes to the embodiments of the present invention will not be able to depart from the technology of the present invention.
Claims (14)
상기 나노기공성 탄소 복합체 100 중량부에 대하여 나노 다이아몬드의 함량이 약 3 중량부 내지 약 30 중량부이고,
상기 그라파이트의 표면에 히드록시기(-OH), 카르복시기(-COOH), 아민기(-NH2), 암모늄기(-NH4), 및 인산기(-PO4) 중의 1종 이상이 부착되어 있는 나노기공성 탄소 복합체.As a nano-porous carbon composite comprising nano diamond and graphite,
The content of nanodiamonds is about 3 parts by weight to about 30 parts by weight based on 100 parts by weight of the nanoporous carbon composite,
Nanoporosity in which at least one of a hydroxy group (-OH), a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH 2 ), an ammonium group (-NH 4 ), and a phosphoric acid group (-PO 4 ) is attached to the surface of the graphite. Carbon composite.
약 40 nm 내지 약 90 nm의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 나노기공성 탄소 복합체.The method of claim 1,
Nanoporous carbon composite, characterized in that it has an average particle diameter of about 40 nm to about 90 nm.
BET 표면적이 30 m2/g 내지 100 m2/g인 것을 특징으로 하는 나노기공성 탄소 복합체.The method of claim 1,
Nanoporous carbon composite, characterized in that the BET surface area is 30 m 2 /g to 100 m 2 /g.
상기 그라파이트 100 중량부에 대하여 카본 블랙 약 10 중량부 내지 약 500 중량부를 더 포함하고,
상기 그라파이트는 복수의 탄소층들이 적층된 구조를 갖고,
상기 카본 블랙의 입자가 상기 복수의 탄소층들 사이에 삽입된 것을 특징으로 하는 나노기공성 탄소 복합체.The method of claim 1,
Further comprising about 10 parts by weight to about 500 parts by weight of carbon black based on 100 parts by weight of the graphite,
The graphite has a structure in which a plurality of carbon layers are stacked,
Nanoporous carbon composite, characterized in that the carbon black particles are inserted between the plurality of carbon layers.
상기 나노기공성 탄소 복합체 100 중량부에 대하여 활성탄 약 5 중량부 내지 약 30 중량부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 나노기공성 탄소 복합체.The method of claim 1,
Nanoporous carbon composite, characterized in that it further comprises about 5 parts by weight to about 30 parts by weight of activated carbon based on 100 parts by weight of the nanoporous carbon composite.
제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 따른 나노기공성 탄소 복합체 1 중량% 내지 10 중량%;
를 포함하는 폴리머 복합체(polymer composite).90% to 99% by weight of the polymer matrix; And
1 to 10% by weight of the nanoporous carbon composite according to any one of claims 1 to 5;
Polymer composite comprising a.
상기 폴리머 매트릭스는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE), 고밀도 폴리에틸렌(high density polyethylene, HDPE), 및 폴리스티렌(polystyrene, PS)으로 구성되는 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 폴리머 복합체.The method of claim 6,
The polymer matrix is polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), low density polyethylene (LDPE), high density polyethylene (HDPE), and polystyrene (PS). A polymer composite, characterized in that at least one selected from the group consisting of.
상기 폴리머 복합체의 인장강도는 상기 폴리머 매트릭스의 인장강도의 1.1배 내지 4.5배이고, 상기 폴리머 복합체의 인장신율은 상기 폴리머 매트릭스의 인장신율의 1.1배 내지 6배인 것을 특징으로 하는 폴리머 복합체.The method of claim 7,
The polymer composite, characterized in that the tensile strength of the polymer composite is 1.1 to 4.5 times the tensile strength of the polymer matrix, and the tensile elongation of the polymer composite is 1.1 to 6 times the tensile elongation of the polymer matrix.
상기 폴리머 복합체의 인장강도는 상기 폴리머 매트릭스의 인장강도의 1.2배 내지 2.8배이고, 상기 폴리머 복합체의 인장신율은 상기 폴리머 매트릭스의 인장신율의 1.7배 내지 5.5배인 것을 특징으로 하는 폴리머 복합체.The method of claim 7,
The polymer composite, characterized in that the tensile strength of the polymer composite is 1.2 to 2.8 times the tensile strength of the polymer matrix, and the tensile elongation of the polymer composite is 1.7 to 5.5 times the tensile elongation of the polymer matrix.
산화 방지제 0.05 중량% 내지 0.2 중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리머 복합체.The method of claim 6,
Polymer composite, characterized in that it further comprises 0.05% to 0.2% by weight of an antioxidant.
상기 혼합물을 가열하면서 기계적 밀링을 수행하는 단계;
를 포함하는 나노 기공성(nano-porous) 탄소 복합체의 제조 방법.Introducing a mixture of graphite, modifying compound, and nanodiamond into a mechanical milling machine; And
Performing mechanical milling while heating the mixture;
Method for producing a nano-porous (nano-porous) carbon composite comprising a.
상기 기계적 밀링을 수행하는 단계가 50℃ 내지 400℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 나노 기공성 탄소 복합체의 제조 방법.The method of claim 11,
The method of manufacturing a nanoporous carbon composite, characterized in that the step of performing the mechanical milling is performed at a temperature of 50°C to 400°C.
상기 개질 화합물은 히드록시기(-OH), 카르복시기(-COOH), 아민기(-NH2), 암모늄기(-NH4), 및 인산기(-PO4) 중의 1종 이상을 포함하는 탄화수소 화합물인 것을 특징으로 하는 나노 기공성 탄소 복합체의 제조 방법.The method of claim 11,
The modified compound is a hydrocarbon compound containing at least one of a hydroxy group (-OH), a carboxyl group (-COOH), an amine group (-NH 2 ), an ammonium group (-NH 4 ), and a phosphoric acid group (-PO 4 ). Method for producing a nanoporous carbon composite as described above.
상기 탄화수소 화합물은 포름산(HCOOH), 수산화암모늄(NH4OH), 인산(H3PO4), 에탄올(C2H5OH), 메탄올(CH3OH), 및 이소프로필알코올(C3H7OH)로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 나노 기공성 탄소 복합체의 제조 방법.
The method of claim 13,
The hydrocarbon compound is formic acid (HCOOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), ethanol (C 2 H 5 OH), methanol (CH 3 OH), and isopropyl alcohol (C 3 H 7 OH) method for producing a nanoporous carbon composite, characterized in that at least one selected from.
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