KR20210106184A - Manufacturing method of highly dispersed polyurethane foam composites with carbon nanotubes and polyurethane foam composites manufactured by the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법 및 이로부터 제조되는 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a polyurethane foam composite in which carbon nanotubes are highly dispersed and to a polyurethane foam composite in which carbon nanotubes are highly dispersed.
폴리우레탄은 자동차 분야, 전자재료 분야, 의류 분야 및 도료 분야 등 다양한 산업 분야에 적용되는 고분자로, 적용 분야에 따라 인장강도, 마모도 및 신율 등 여러 물성의 조절이 요구되고 있다. 폴리우레탄의 물성 조절은 원료의 배합 비율을 달리하거나, 기능성 첨가제를 혼합하는 방법으로 이루어지고 있는데, 최근에는 그래핀, 카본블랙 및 탄소나노튜브 등의 탄소계 소재를 폴리우레탄과 복합화하는 방법이 있다.Polyurethane is a polymer applied to various industrial fields such as automobiles, electronic materials, clothing, and paints, and it is required to control various physical properties such as tensile strength, abrasion and elongation depending on the application field. The physical properties of polyurethane are controlled by varying the mixing ratio of raw materials or mixing functional additives. Recently, there is a method of compounding carbon-based materials such as graphene, carbon black and carbon nanotubes with polyurethane. .
탄소계 소재 중에서도, 특히 탄소나노튜브는 다른 물질보다 강한 전기장을 갖는 전계방출(field emission) 효과와 금속에 준하는 높은 전기전도도를 가지므로, 반도체 및 디스플레이 등의 부품으로 응용되고 있고, 전기전자 공업, 정밀기계 공업 및 정밀화학 공업 등의 생산현장에서 정전기로 인한 화재, 정밀기계의 오작동에 의한 생산효율 저하 및 불량률 발생 방지를 위하여 활발히 이용되고 있다. 또한 생활용품, 의복 등에서 발생하는 정전기에 의한 불쾌감 해소를 위하여 탄소나노튜브 기술이 이용되고 있으며, 이처럼 최근까지 폭 넓고 다양한 분야에서 적극적인 개발이 이루어지고 있다.Among carbon-based materials, carbon nanotubes, in particular, have a field emission effect with a stronger electric field than other materials and high electrical conductivity comparable to metals, so they are applied to parts such as semiconductors and displays, and in the electrical and electronic industry, It is actively used in production sites such as precision machinery industry and fine chemical industry to prevent fire caused by static electricity, decrease in production efficiency due to malfunction of precision machinery, and occurrence of defective rate. In addition, carbon nanotube technology is being used to relieve discomfort caused by static electricity generated in household goods and clothes, and thus, active development has been made in a wide variety of fields until recently.
이처럼 탄소나노튜브는 상당한 주목받고 있음에도 불구하고, 탄소나노튜브들 끼리 서로 달라붙는 강한 반데르발스 힘(van der Waals force)에 의해 서로 엉켜있기 때문에, 복합화하고자 하는 폴리우레탄 내에 고르게 분산되기 어려워 상업화 제품 적용이 매우 힘들다. 따라서 탄소나노튜브의 표면에 관능기를 도입하여 개질하거나, 다단계의 물리적 공정을 적용하는 방법 등이 시도되고 있으나, 오히려 복잡한 전처리 공정이 요구되어 생산성의 저하를 초래하며, 인체 또는 환경에 유해한 유기용매가 사용될 뿐만 아니라, 탄소나노튜브에 대한 전처리 공정에서 탄소나노튜브가 손상되어 물성 저하가 발생하고 있다.Although carbon nanotubes are receiving considerable attention, they are entangled with each other by a strong van der Waals force. It is very difficult to apply. Therefore, reforming by introducing a functional group to the surface of the carbon nanotube or applying a multi-step physical process has been tried, but rather a complicated pretreatment process is required, resulting in a decrease in productivity, and organic solvents harmful to the human body or the environment. In addition to being used, the carbon nanotubes are damaged in the pretreatment process for the carbon nanotubes, resulting in deterioration of physical properties.
이 때문에 폴리우레탄 내 탄소나노튜브의 균일한 분산을 위하여 분산제를 사용하기도 하나, 예를 들어 '탄소나노튜브를 갖는 폴리우레탄 화합물(공개번호: 10-2011-0134910)'에서처럼 분산제를 사용하게 되면 최종 제품의 물성을 저하시키는 요인이 될 수 있고, 또한 최종 제품에서 분산제가 표면으로 노출되어 내구성이 좋지 못한 문제점이 있다.For this reason, although a dispersing agent is used for uniform dispersion of carbon nanotubes in polyurethane, for example, when a dispersing agent is used as in 'Polyurethane compound having carbon nanotubes (Publication No.: 10-2011-0134910)', the final It can be a factor to degrade the physical properties of the product, and also the dispersant is exposed to the surface in the final product, there is a problem that the durability is poor.
이런 문제점을 해소하기 위하여 '탄소나노튜브가 균일하게 분산된 전도성 폴리우레탄 수지 복합체의 제조방법(등록번호: 10-1182723)'에서는 분산제를 사용하지 않고 화학적 전처리에 의해 탄소 이외의 관능기가 형성되지 않은 탄소나노튜브를 볼 밀링으로 폴리올 내에 분산시키고자 한바 있다.In order to solve this problem, in the 'Method for producing a conductive polyurethane resin composite in which carbon nanotubes are uniformly dispersed (registration number: 10-1182723)', a functional group other than carbon is not formed by chemical pretreatment without using a dispersant. It has been attempted to disperse carbon nanotubes in a polyol by ball milling.
그러나 볼 밀링은 세라믹을 다룰 때 적절할 뿐, 탄소나노튜브를 파괴적인 물리적 방법으로 폴리올 내에 분산시키게 되면 탄소나노튜브 표면에 결함이 증가하여 전기전도도가 급격히 저하되기 때문에 보다 많은 양의 탄소나노튜브를 사용하여야만 원하는 전기전도도를 구현할 수 있는 문제점이 있다. 특히 60 내지 120분 동안 볼 밀링한 후에 60 내지 120분 동안 초음파 처리를 하고 롤 밀링을 1 내지 5회 거쳐야 하기 때문에 시간이 굉장히 많이 소요되어 생산효율이 좋지 못한 문제점이 있다.However, ball milling is only appropriate when dealing with ceramics, and when carbon nanotubes are dispersed in polyol by a destructive physical method, defects on the surface of carbon nanotubes increase and electrical conductivity rapidly decreases, so a larger amount of carbon nanotubes is used. There is a problem in that the desired electrical conductivity can only be realized. In particular, after ball milling for 60 to 120 minutes, ultrasonic treatment for 60 to 120 minutes and roll milling must be performed 1 to 5 times, so it takes a lot of time, so there is a problem in that the production efficiency is not good.
따라서 탄소나노튜브를 적게 사용하면서 폴리올 내에 손상되지 않는 상태로 안정적으로 분산될 수 있게 하여 원하는 전기전도도를 가져 정전기를 방지할 수 있도록 하는 새로운 기술개발 연구가 절실히 요구되고 있는 시점이다.Therefore, research on new technology development is urgently required to prevent static electricity by providing desired electrical conductivity by using less carbon nanotubes while stably dispersed in a polyol in an undamaged state.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 폴리올 내에 탄소나노튜브가 손상되지 않게 안정적으로 고분산시킬 수 있도록 하는 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.The present invention was invented to solve the above problems, and it is technical to provide a method for producing a polyurethane foam composite in which carbon nanotubes are highly dispersed so that carbon nanotubes can be stably and highly dispersed in a polyol not to be damaged. make it a solution
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체를 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.In addition, the present invention makes it a technical solution to provide a polyurethane foam composite in which carbon nanotubes produced by the above method are highly dispersed.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 폴리올과 탄소나노튜브를 용기에 투입하고, 상기 용기를 자전 및 공전시켜 상기 탄소나노튜브가 상기 폴리올에 분산되도록 하는, 분산액 제조단계; 및 상기 분산액에 이소시아네이트 화합물을 첨가하여 중합 반응시켜 폴리우레탄 폼을 제조하는, 탄소나노튜브가 분산된 폴리우레탄 폼 제조단계;를 포함하여 이루어지고, 상기 분산액 제조단계에서는, 상기 용기를 자전축을 중심으로 자전시키면서 동시에 공전축을 중심으로 공전시켜 교반력을 향상시킴으로써 상기 탄소나노튜브가 상기 폴리올 내에 분산되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention provides a dispersion liquid preparation step in which a polyol and carbon nanotubes are put into a container, and the container is rotated and revolved so that the carbon nanotubes are dispersed in the polyol; and a polyurethane foam production step in which carbon nanotubes are dispersed, in which a polyurethane foam is prepared by adding an isocyanate compound to the dispersion to perform a polymerization reaction. It provides a method for producing a polyurethane foam composite in which carbon nanotubes are highly dispersed, characterized in that the carbon nanotubes are dispersed in the polyol by improving the stirring force by rotating and simultaneously revolving around the orbital axis.
본 발명에 있어서, 상기 자전과 상기 공전은, 서로 반대방향으로 회전되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the rotation and the revolution, characterized in that the rotation in opposite directions to each other.
본 발명에 있어서, 상기 자전과 상기 공전은, 30 내지 300초 동안 실시되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the rotation and the revolution, characterized in that carried out for 30 to 300 seconds.
본 발명에 있어서, 상기 자전속도와 상기 공전속도는, 0.1 : 1 내지 10 : 1 비율로 이루어지는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the rotation speed and the orbital speed are 0.1: 1 to 10: characterized in that it consists of a ratio.
본 발명에 있어서, 상기 탄소나노튜브는, 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(multi-wall carbon nanotube, MWCNT) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the carbon nanotube is selected from the group consisting of single-walled carbon nanotube (SWCNT), multi-wall carbon nanotube (MWCNT), and mixtures thereof. characterized.
상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 상기 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체를 제공한다.In order to solve the above other technical problems, the present invention provides a polyurethane foam composite in which carbon nanotubes are highly dispersed, characterized in that produced by the above method.
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명의 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법 및 이로부터 제조되는 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체는, 다음과 같은 효과가 있다.The method for producing a polyurethane foam composite in which carbon nanotubes are highly dispersed and a polyurethane foam composite in which carbon nanotubes are highly dispersed produced therefrom according to the means for solving the above problems have the following effects.
첫째, 폴리올과 탄소나노튜브가 용기에 투입된 후, 볼 밀링과 같은 물리적인 파괴력이 가해지지 않아도 용기의 자전축을 중심으로 자전됨과 동시에 공전축을 중심으로 공전됨에 따라 폴리올 내에 탄소나노튜브가 균일하게 고분산될 수 있으므로, 탄소나노튜브의 손상을 방지하여 탄소나노튜브의 양을 적게 사용하더라도 폴리우레탄 폼 복합체의 전기전도도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.First, after the polyol and carbon nanotubes are put into the container, even if a physical destructive force such as ball milling is not applied, the carbon nanotubes are uniformly and highly dispersed in the polyol as they rotate around the axis of rotation of the container and at the same time revolve around the axis of revolution. Therefore, there is an effect of improving the electrical conductivity of the polyurethane foam composite even when using a small amount of carbon nanotubes to prevent damage to the carbon nanotubes.
둘째, 본 발명의 제조방법에 따라 제조되는 폴리우레탄 폼 복합체는 105 내지 106Ω/㎡의 표면저항을 가지므로 전자제품, 건축내장재, 우주항공 및 수송기계 등과 같이 정전기 방지 기능을 필요로 하는 부품 분야에 폭넓게 활용할 수 있는 효과가 있다.Second, since the polyurethane foam composite manufactured according to the manufacturing method of the present invention has a surface resistance of 10 5 to 10 6 Ω/
도 1은 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 자전과 공전을 나타낸 모식도.
도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 나타낸 FE-SEM 사진.
도 4는 본 발명에 따른 폴리올에 탄소나노튜브가 분산된 분산액을 나타낸 사진.
도 5는 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼 복합체의 발포구조를 나타낸 광학현미경 사진.
도 6은 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼 복합체의 파단면을 나타낸 SEM 사진.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 라만 분광법 그래프.
도 8은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 표면저항 측정 과정을 나타낸 사진.
도 9는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 전압-전류 그래프.1 is a flowchart showing a method of manufacturing a polyurethane foam composite according to the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram showing the rotation and revolution according to the present invention.
3 is a FE-SEM photograph showing a carbon nanotube according to the present invention.
4 is a photograph showing a dispersion in which carbon nanotubes are dispersed in a polyol according to the present invention.
5 is an optical micrograph showing the foamed structure of the polyurethane foam composite according to the present invention.
Figure 6 is a SEM photograph showing the cross-section of the polyurethane foam composite according to the present invention.
7 is a Raman spectroscopy graph according to Example 1 and Comparative Example 1.
8 is a photograph showing a surface resistance measurement process according to Example 1 and Comparative Example 1.
9 is a voltage-current graph according to Example 1 and Comparative Example 1. FIG.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법을 순서도로 나타낸 것으로, 이를 참고하면 본 발명의 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법은 폴리올과 탄소나노튜브를 용기에 투입하고, 용기를 자전 및 공전시켜 탄소나노튜브가 폴리올에 분산되도록 하는, 분산액 제조단계(S10)와, 분산액에 이소시아네이트 화합물을 첨가하여 중합 반응시켜 폴리우레탄 폼을 제조하는, 탄소나노튜브가 분산된 폴리우레탄 폼 제조단계(S20)를 포함하여 이루어지며, 각각의 단계에 대한 특징은 다음과 같다.1 is a flowchart showing a method of manufacturing a polyurethane foam composite according to the present invention. Referring to this, the manufacturing method of the polyurethane foam composite of the present invention is to put a polyol and carbon nanotubes into a container, and rotate and revolve the container. A dispersion solution preparation step (S10), in which the carbon nanotubes are dispersed in the polyol, and a polymerization reaction by adding an isocyanate compound to the dispersion solution to prepare a polyurethane foam, carbon nanotubes dispersed polyurethane foam production step (S20) It is made including, and the characteristics of each step are as follows.
상술된 제조방법에 따르면 먼저, 폴리올과 탄소나노튜브를 용기에 투입하고, 용기를 자전 및 공전시켜 탄소나노튜브가 상기 폴리올에 분산되도록 한다(S10).According to the above-described manufacturing method, first, a polyol and carbon nanotubes are put into a container, and the container is rotated and revolved so that the carbon nanotubes are dispersed in the polyol (S10).
우선 기존의 볼 밀링으로 폴리올에 탄소나노튜브를 분산시키는 경우에는 탄소나노튜브가 폴리올 내에 분산된다기 보다는 물리적인 파괴력에 의해 오히려 파쇄되고, 특히 볼 밀링 시 용기 내부에 수용된 볼이 용기의 내부 벽을 따라 회전하면서 마찰작용을 일으키게 되면 볼이 용기 내부 벽의 반대방향으로 충돌하면서 심한 충격작용을 하는데, 통상 이때 발생하는 볼의 충격에너지가 중력가속도의 10 내지 40배 정도 높기 때문에 탄소나노튜브의 파괴는 불가피하였다.First, in the case of dispersing carbon nanotubes in polyol by conventional ball milling, the carbon nanotubes are rather crushed by physical destructive force rather than dispersed in the polyol. When it rotates and causes friction, the ball collides in the opposite direction of the inner wall of the container and causes a severe impact. Since the impact energy of the ball is usually 10 to 40 times higher than the gravitational acceleration, the destruction of carbon nanotubes is difficult. It was inevitable.
이런 이유로, 본 단계에서는 탄소나노튜브에 강한 물리적인 힘을 가하지 않고 분산제를 사용하지 않을 뿐만 아니라 탄소나노튜브에 기능화도 부여하지 않고도, 자전(rotation)과 공전(revolution)만으로 2중 회전에 의해 교반을 수행하여 폴리올 내에 탄소나노튜브를 고분산시킨다.For this reason, in this step, no strong physical force is applied to the carbon nanotubes, no dispersing agent is used, and no functionalization is given to the carbon nanotubes, and only rotation and revolution are performed by double rotation. to highly disperse the carbon nanotubes in the polyol.
관련하여, 도 2는 본 발명에 따른 자전과 공전을 나타낸 모식도로, 적어도 하나 이상의 용기(100)에 폴리올과 탄소나노튜브가 혼합된 혼합물을 투입한 후, 용기(100)를 자전축(R1)을 중심으로 기 설정된 각도의 기울기로 자전시킴과 동시에 공전축(R2)을 중심으로 공전시켜 원심력과 전단응력이 생성되면서 탄소나노튜브가 폴리올 내에 분산이 이루어진다.In relation to this, Figure 2 is a schematic view showing the rotation and revolution according to the present invention, after introducing a mixture of polyol and carbon nanotubes into at least one
즉 중심회전축이 될 수 있는 공전축(R2)을 중심으로 공전축(R2)에 방사상으로 연결된 다수 용기(100)의 공전과, 각각의 용기(100) 중심의 자전축(R1)에 의한 자전이 동시에 진행됨으로써 교반력을 향상시켜 폴리올에 탄소나노튜브가 원활하게 고분산된다.That is, the revolution of the plurality of
자전 및 공전 시간은 폴리올 내에 분산되어야 하는 탄소나노튜브의 양에 상관없이 30 내지 300초 범위에서 충분히 분산이 이루어지는데, 다만 30초 미만으로 자전과 공전이 이루어지면 너무 짧은 시간으로 인해 폴리올에 분산되지 못하고 탄소나노튜브가 입자 형태로 남아있을 수 있으며, 300초를 초과하여 자전과 공전이 이루어지면 그 이하의 시간으로 실시한 경우와 비교하여 더 탁월한 효과가 나타나지 않아 굳이 300초를 지나서까지 분산시킬 필요성이 없다. 생산효율 측면에서 60초 또는 경우에 따라 90초 동안 자전 및 공전이 실시되는 것이 가장 바람직하다.The rotation and revolution times are sufficiently dispersed in the range of 30 to 300 seconds regardless of the amount of carbon nanotubes to be dispersed in the polyol. carbon nanotubes may remain in the form of particles, and if rotation and revolution are made for more than 300 seconds, a more excellent effect is not observed compared to the case where it is carried out for less than 300 seconds, so there is no need to disperse until after 300 seconds. none. In terms of production efficiency, it is most preferable that rotation and revolution are performed for 60 seconds or, in some cases, 90 seconds.
용기(100)의 자전축(R1)에 의한 자전속도와 중심회전축인 공전축(R2)에 의한 공전속도는 0.1 : 1 내지 10 : 1 비율일 수 있는데, 0.1 : 1 비율 미만이면 공전속도에 비해 자전속도가 너무 느려 폴리올에 탄소나노튜브가 분산될 만큼의 원심력과 전단응력이 생성되지 않아 탄소나노튜브의 분산효과가 미미하고, 10 : 1 비율을 초과하면 자전속도가 공전속도보다 너무 빨라 이 역시 탄소나노튜브의 분산효과에 적절하지 못하다.The rotation speed by the rotation axis (R1) of the
이때 자전축(R1)은 공전축(R2)의 회전운동에 기반하여 공전축(R2)과 동일 방향으로 회전될 수도 있으나, 폴리올 내 탄소나노튜브의 분산력 향상을 위해 자전축(R1)과 공전축(R2)이 서로 반대방향으로 회전될 수 있도록 할 수도 있다. 자전축(R1)과 공전축(R2)이 서로 반대방향으로 돌게 되면 자전축(R1)과 공전축(R2)을 동일한 속도로 회전되도록 하여 동력을 분할할 수 있는 장점이 있다.At this time, the rotational axis (R1) may be rotated in the same direction as the orbital axis (R2) based on the rotational motion of the orbital axis (R2), but in order to improve the dispersion force of the carbon nanotubes in the polyol, the rotational axis (R1) and the orbital axis (R2) ) can be rotated in opposite directions. When the rotation shaft (R1) and the orbital shaft (R2) rotate in opposite directions to each other, the rotation shaft (R1) and the orbital shaft (R2) are rotated at the same speed to split the power.
특히 탄소나노튜브를 추후 폴리올과 이소시아네이트 화합물과 중합 반응시키는 단계에서 분산시키지 않는 이유는, 폴리올과 이소시아네이트 화합물이 중합되면서 발포구조가 생성되어 탄소나노튜브의 분산력을 어렵게 하기 때문이다. 이에 따라 폴리올과 이소시아네이트 화합물을 중합 반응 시키기 전에 폴리올에 먼저 탄소나노튜브를 분산시키는 것은 중요한 의미가 있다.In particular, the reason why the carbon nanotubes are not dispersed in the subsequent polymerization reaction of the polyol and the isocyanate compound is because a foamed structure is generated while the polyol and the isocyanate compound are polymerized, thereby making it difficult to disperse the carbon nanotubes. Accordingly, it is important to first disperse the carbon nanotubes in the polyol prior to the polymerization reaction of the polyol and the isocyanate compound.
폴리올은 분자당 하이드록시기의 당량이 2 이상인 화합물로, 이소시아네이트 화합물과의 중합 반응에 의해 폴리우레탄 결합을 형성한다. 폴리올은 이소시아네이트 화합물과 반응하여 폴리우레탄 폼을 형성할 수 있는 것이라면 제한없이 사용 가능하며, 예컨대 폴리프로필렌글리콜(polypropylene glycol), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 에틸렌글리콜(ethylene glycol), 디에틸렌글리콜(diethylene glycol), 1,4-부탄디올(1,4-butanediol), 폴리카보네이트디올(polycarbonatediol) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된다.A polyol is a compound in which the equivalent of a hydroxyl group per molecule is 2 or more, and a polyurethane bond is formed by polymerization with an isocyanate compound. The polyol may be used without limitation as long as it can react with an isocyanate compound to form a polyurethane foam, for example, polypropylene glycol, polyethylene glycol, ethylene glycol, diethylene glycol (diethylene). glycol), 1,4-butanediol, polycarbonateddiol, and mixtures thereof.
이러한 폴리올은 분산액 총 중량 중에서 95 내지 99.9wt%로 이루어질 수 있는데, 폴리올이 95wt% 미만으로 포함되면 탄소나노튜브가 분산될 수 있는 충분한 면적을 만들어주지 못하며, 또한 이소시아네이트 화합물과의 완전한 반응이 이루어지지 않아 폴리우레탄 폼 형상으로 만들어줄 수 없게 된다. 이와 달리 폴리올이 99.9wt%를 초과하여 포함되면 이소시아네이트 화합물과 중합 반응되고 남아 부산물로 존재하기 때문에 적절하지 못하다. 탄소나노튜브가 균일하게 분산될 수 있는 공간을 마련하면서 이소시아네이트 화합물간의 원활한 중합 반응을 위해서는 99wt%로 첨가되는 것이 가장 바람직하다.Such a polyol may consist of 95 to 99.9 wt% of the total weight of the dispersion, but if the polyol is contained in less than 95 wt%, it does not make a sufficient area in which carbon nanotubes can be dispersed, and also complete reaction with the isocyanate compound is not made. Therefore, it cannot be made into a polyurethane foam shape. On the other hand, if the polyol is contained in an amount exceeding 99.9 wt%, it is not suitable because it is polymerized with the isocyanate compound and remains as a by-product. It is most preferable to add 99 wt% for a smooth polymerization reaction between isocyanate compounds while providing a space in which carbon nanotubes can be uniformly dispersed.
탄소나노튜브는 그 자체로 전기전도성을 띄지 않는 폴리우레탄 폼에 전기전도도를 부여하기 위한 것으로, 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube, MWCNT) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.Carbon nanotubes are for imparting electrical conductivity to polyurethane foam, which does not have electrical conductivity per se, single-walled carbon nanotube (SWCNT), multi-walled carbon nanotube (multi-walled carbon nanotube) , MWCNT) and mixtures thereof.
분산과정에서 서로 붙어 응집되어버리는 현상을 방지하기 위해서는 다중벽 탄소나노튜브를 사용하는 것이 바람직하며, 다중벽 탄소나노튜브의 사용으로 자체 전기전도성을 띄지 않는 폴리우레탄 폼을 105 내지 106Ω/㎡ 수준의 표면저항을 갖도록 만들어 줌으로써 대전방지 기능을 구현할 수 있게 된다.In order to prevent the discard are each attached aggregation in a distributed process, the multi-walled carbon nanotube that is preferred to use, the multi-walled polyurethane foam by the use of carbon nanotubes discreet self
도 3은 본 발명에 따른 탄소나노튜브를 FE-SEM 사진으로 나타낸 것으로, 탄소나노튜브 중 다중벽 탄소나노튜브의 형상이 확인된다. 즉 도 3(a)는 다중벽 탄소나노튜브를 30,000배율로 확대하여 나타낸 것이고, 도 3(b)는 50,000배율로 확대하여 나타낸 것으로, 폴리올과 분산되기 전의 다중벽 탄소나노튜브임을 알 수 있다.3 is a FE-SEM photograph of the carbon nanotube according to the present invention, and the shape of the multi-walled carbon nanotube among the carbon nanotubes is confirmed. That is, FIG. 3(a) is an enlarged view of the multi-walled carbon nanotube at a magnification of 30,000, and FIG. 3(b) is an enlarged view of the multi-walled carbon nanotube before being dispersed with a polyol.
이러한 탄소나노튜브는 분산액 총 중량 중에서 0.1 내지 5wt%로 이루어질 수 있는데, 탄소나노튜브가 0.1wt% 미만으로 혼합되면 폴리우레탄 폼에 대전방지 성능 달성을 위해 원하는 전기전도도를 충분히 부여하지 못하게 된다. 반면, 5wt%를 초과하면 너무 많은 양의 첨가로 폴리우레탄 폼의 전기전도도 향상에는 도움을 줄지는 모르나, 탄소나노튜브의 분산이 균일하게 이루어지기 어려워 파티클이 많이 발생하여 오히려 응집되는 현상으로 인해 폴리우레판 폼으로 포밍되지 못해 전기전도도가 저하될 수 있고, 또한 폴리우레탄 폼 내부에 원하는 발포구조가 만들어지지 않는 단점이 있다. 탄소나노튜브가 굳이 5wt%를 초과하여 혼합하지 않더라도 본 발명은 자전과 공전을 통해 물리적인 파괴력이 발생하지 않아 폴리올 내에 탄소나노튜브가 균일하게 고분산될 수 있기 때문에 탄소나노튜브를 적게 사용하더라도 원하는 대전방지 성능을 충분히 확보할 수 있게 된다. 탄소나노튜브의 적은 양에도 대전방지 성능의 확보가 가능하기 위해서는 1wt%면 충분하다.These carbon nanotubes may be composed of 0.1 to 5 wt% of the total weight of the dispersion, and when the carbon nanotubes are mixed in less than 0.1 wt%, it is not possible to sufficiently impart desired electrical conductivity to the polyurethane foam to achieve antistatic performance. On the other hand, if it exceeds 5wt%, it may help to improve the electrical conductivity of the polyurethane foam by adding too much, but it is difficult to uniformly disperse the carbon nanotubes. It cannot be foamed with urethane foam, so electrical conductivity may be lowered, and there is a disadvantage in that a desired foaming structure is not made inside the polyurethane foam. Even if the carbon nanotubes do not mix in excess of 5 wt%, the present invention does not generate a physical destructive force through rotation and revolution, so that the carbon nanotubes can be uniformly and highly dispersed in the polyol. The antistatic performance can be sufficiently secured. In order to secure the antistatic performance even with a small amount of carbon nanotubes, 1 wt% is sufficient.
도 4는 본 발명에 따른 폴리올에 탄소나노튜브가 분산된 분산액을 나타낸 사진으로, 본 단계에서 자전과 공전을 통해 폴리올에 탄소나노튜브가 분산된 실제 분산액을 사진으로 나타낸 것임을 알 수 있다. 이러한 도 4를 통해 탄소나노튜브들끼리 응집되지 않고 폴리올 내에 균일하게 분산된 분산액의 확인이 가능하다.4 is a photograph showing a dispersion in which carbon nanotubes are dispersed in a polyol according to the present invention, and it can be seen that the photograph shows an actual dispersion in which carbon nanotubes are dispersed in a polyol through rotation and revolution in this step. 4, it is possible to confirm a dispersion uniformly dispersed in the polyol without agglomeration between carbon nanotubes.
다음으로, 분산액에 이소시아네이트 화합물을 첨가하여 중합 반응시켜 폴리우레탄 폼을 제조한다(S20).Next, by adding an isocyanate compound to the dispersion, a polymerization reaction is performed to prepare a polyurethane foam (S20).
앞서 탄소나노튜브가 폴리올에 분산된 분산액 100중량부에 대하여 이소시아네이트 화합물 35 내지 45중량부 및 촉매 0.1 내지 0.5중량부를 첨가한 후, 몰드에 투입하여 100 내지 140℃에서 1 내지 3시간 동안 경화시켜 탄소나노튜브가 분산되어 105 내지 106Ω/㎡의 표면저항을 갖는 폴리우레탄 폼을 만든다.After adding 35 to 45 parts by weight of an isocyanate compound and 0.1 to 0.5 parts by weight of a catalyst with respect to 100 parts by weight of a dispersion in which carbon nanotubes are dispersed in a polyol, it is put into a mold and cured at 100 to 140° C. for 1 to 3 hours. The nanotubes are dispersed to make a polyurethane foam having a surface resistance of 10 5 to 10 6 Ω/m 2 .
몰드에 투입 후 100℃ 미만이거나 1시간 미만으로 열처리하면 적절한 발포가 이루어지지 않아 폴리우레탄 폼 내부에 발포구조가 불규칙하게 생성되어 제품성이 없게 되며, 140℃를 초과하거나 3시간을 초과하여 열처리하면 너무 높은 온도 또는 지나친 공정시간으로 인해 발포구조가 무너져 내릴 수 있으므로 주의할 필요성이 있다.If heat treatment is performed at less than 100°C or less than 1 hour after being put into the mold, proper foaming is not achieved and the foaming structure is irregularly generated inside the polyurethane foam, resulting in no productability. It is necessary to be careful because the foam structure may collapse due to too high a temperature or excessive processing time.
특히 폴리올 내에 탄소나노튜브가 충분히 고분산되었기 때문에, 본 단계에서는 용매를 사용하지 않고 분산액, 이소시아네이트 화합물 및 촉매의 혼합만으로 몰드에 투입한 후 경화과정을 거쳐 폴리우레탄 폼이 형성된다. 즉 분산액을 이소시아네이트 화합물과 중합 반응시킬 때 용매를 필요로 하지 않게 된 이유는, 자전과 공전을 통해 탄소나노튜브가 폴리올 내에 고분산이 되었기 때문이며, 이처럼 용매를 사용하지 않고도 폴리우레탄 폼의 제조가 가능하게 된다.In particular, since the carbon nanotubes are sufficiently highly dispersed in the polyol, in this step, a polyurethane foam is formed through a curing process after being put into a mold without using a solvent and only by mixing a dispersion, an isocyanate compound and a catalyst. That is, the reason that a solvent is not required when polymerizing the dispersion with the isocyanate compound is because carbon nanotubes are highly dispersed in the polyol through rotation and revolution, and thus, polyurethane foam can be produced without using a solvent. will do
이소시아네이트 화합물은 폴리우레탄 폼의 물성 등을 고려하여 그 양을 적절하게 조절할 수 있으며, 분산액 100중량부에 대해 35중량부 미만으로 혼합되면 분산액에 함유된 폴리올과 중합 반응이 완전히 이루어지지 않아 폴리우레탄 폼의 발포구조를 안정적으로 만들어줄 수 없으며, 45중량부를 초과하면 폴리올과 중합 반응되지 못하고 잔여물 형태로 남게 되어 폴리우레탄 폼의 물성 개선에 도움을 주지 못한다.The amount of the isocyanate compound can be appropriately adjusted in consideration of the physical properties of the polyurethane foam, etc., and when less than 35 parts by weight is mixed with respect to 100 parts by weight of the dispersion, the polymerization reaction with the polyol contained in the dispersion does not occur completely, so that the polyurethane foam It cannot make the foam structure of the foam stable, and when it exceeds 45 parts by weight, it cannot be polymerized with the polyol and remains in the form of a residue, which does not help improve the physical properties of the polyurethane foam.
여기서 이소시아네이트 화합물은 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(1,6-hexamethylene diisocyanate), 4,4'-메틸렌디페닐 디이소시아네이트(4,4'-methylenediphenyl diisocyanate), 이소포론 디이소시아네이트(isophorone diisocyanate), 4,4'-디이소시아네이토 디사이클로헥실메탄(4,4'-diisocyanato dicyclohexylmethane), 테트라메틸렌 디이소시아네이트(tetramethylene diisocyanante), 메틸펜타메틸렌 디이소시아네이트(methylpentamethylene diisocyanate), 도데카메틸렌 디이소시아네이트(dodecamethylene diisocyanate), 1,4-디이소시아네이토 시클로헥산(1,4-diisocyanato cyclohexane), 4,4'-디이소시아네이토 디시클로헥실프로판-(2,2)(4,4'-diisocyanato dicyclohexylpropane-(2,2)), 1,4-디이소시아네이토 벤젠(1,4-diisocyanato benzene), 2,4-디이소시아네이토 톨루엔(2,4-diisocyanato toluene), 2,6-디이소시아네이토 톨루엔(2,6-diisocyanato toluene), 디이소시아네이토 디페닐메탄(diisocyanato diphenylmethane), 테트라메틸자일렌 디이소시아네이트(tetramethylxylene diisocyanate), p-자일렌 디이소시아네이트(p-xylene diisocyanate), p-이소프로필리덴 디이소시아네이트(p-isopropylidene diisocyanate) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.Here, the isocyanate compound is 1,6-hexamethylene diisocyanate, 4,4'-methylenediphenyl diisocyanate, isophorone diisocyanate, 4,4'-diisocyanato dicyclohexylmethane (4,4'-diisocyanato dicyclohexylmethane), tetramethylene diisocyanate, methylpentamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate ), 1,4-diisocyanato cyclohexane (1,4-diisocyanato cyclohexane), 4,4'-diisocyanato dicyclohexylpropane-(2,2)(4,4'-diisocyanato dicyclohexylpropane-( 2,2)), 1,4-diisocyanato benzene (1,4-diisocyanato benzene), 2,4-diisocyanato toluene (2,4-diisocyanato toluene), 2,6-diisocyanato Toluene (2,6-diisocyanato toluene), diisocyanato diphenylmethane, tetramethylxylene diisocyanate, p-xylene diisocyanate, p-isopropyl It may be selected from the group consisting of p-isopropylidene diisocyanate and mixtures thereof.
촉매의 경우, 분산액에 포함된 폴리올과 이소시아네이트 화합물의 중합 반응 속도를 촉진시키기 위하여 추가로 첨가될 수 있는 것으로, 분산액 100중량부에 대해 0.1 내지 0.5중량부로 혼합될 수 있다. 분산액 100중량부에 대해 촉매가 0.1중량부 미만이면 폴리올과 이소시아네이트 화합물 간의 중합 반응을 신속히 진행시킬 수 없으며, 0.5중량부를 초과하면 폴리우레탄의 물성 변형을 초래할 수 있기 때문에 적절하지 못하므로, 촉매는 분산액 100중량부에 대하여 0.1 내지 0.5중량부 범위에서 적절하게 조절하여 사용하는 것이 바람직하다. 촉매의 예로는 디부틸주석 디라우레이트가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것만은 아니고 폴리올과 이소시아네이트 화합물 간의 중합 반응을 촉진시킬 수 있는 촉매라면 다양하게 사용 가능하다.In the case of the catalyst, it may be additionally added to accelerate the polymerization reaction rate of the polyol and the isocyanate compound included in the dispersion, and may be mixed in an amount of 0.1 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight of the dispersion. If the amount of the catalyst is less than 0.1 parts by weight based on 100 parts by weight of the dispersion, the polymerization reaction between the polyol and the isocyanate compound cannot proceed quickly, and if it exceeds 0.5 parts by weight, it is not appropriate because it may cause physical property modification of the polyurethane. It is preferable to properly adjust and use in the range of 0.1 to 0.5 parts by weight based on 100 parts by weight. Examples of the catalyst may be dibutyltin dilaurate, but is not limited thereto, and any catalyst capable of accelerating the polymerization reaction between the polyol and the isocyanate compound may be used in various ways.
도 5는 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼 복합체의 발포구조를 나타낸 광학현미경 사진으로, 도 5(a)는 탄소나노튜브가 폴리올에 균일하게 분산된 후 이소시아네이트 화합물과의 중합 반응으로 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼의 단면에 발생된 발포구조를 광학현미경 사진으로 나타낸 것임을 알 수 있으며, 도 5(b)는 도5(a)를 50배율로 확대하여 나타낸 것으로 탄소나노튜브가 적게 함유되어 있더라도 폴리우레탄 폼의 발포가 안정적으로 이루어짐을 알 수 있다.5 is an optical micrograph showing the foamed structure of the polyurethane foam composite according to the present invention, and FIG. It can be seen that the foaming structure generated in the cross section of the dispersed polyurethane foam is shown by an optical microscope photograph, and FIG. 5 (b) is an enlarged view of FIG. It can be seen that the foaming of the polyurethane foam is made stably.
도 6은 본 발명에 따른 폴리우레탄 폼 복합체의 파단면을 SEM 사진으로 나타낸 것으로, 도 5의 광학현미경 사진과는 별도로 본 단계를 통해 제조되는 폴리우레탄 폼 복합체를 굽힌 후 잘랐을 때의 단면인 파단면을 도 6(a)에서는 10,000배율로, 도 6(b)에서는 20,000배율로, 도 6(c)에서는 40,000배율로 나타낸 것임을 알 수 있다. 특히 도 6(c)를 살펴보면, 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼을 굽히거나 잡아당기게 되더라도 발포구조가 깨지지 않고 안정적으로 유지됨을 알 수 있다.6 is a SEM photograph showing the fracture surface of the polyurethane foam composite according to the present invention, which is a cross-section when cut after bending the polyurethane foam composite prepared through this step separately from the optical microscope photograph of FIG. 5. It can be seen that FIG. 6(a) is shown at 10,000 magnification, in FIG. 6(b) at 20,000 magnification, and in FIG. 6(c) at 40,000 magnification. In particular, referring to FIG. 6(c) , it can be seen that the foam structure is not broken and is stably maintained even when the polyurethane foam in which the carbon nanotubes are highly dispersed is bent or pulled.
정리하자면, 자전과 공전의 비파괴적인 방법으로 폴리올에 탄소나노튜브를 고분산시킨 분산액과 이소시아네이트 화합물과의 중합 반응으로 안정적인 발포구조를 갖는 스펀지 형태의 폴리우레탄 폼 복합체를 제조할 수 있으므로, 폴리올 내에 분산되는 탄소나노튜브의 손상을 방지하여 탄소나노튜브의 적은 사용량으로도 자체 전기전도성을 갖는 않는 폴리우레탄 폼이 105 내지 106Ω/㎡의 표면저항을 가지도록 전기전도도를 고르게 부여할 수 있기 때문에 대전방지 용도로 활용될 수 있다.In summary, it is possible to prepare a sponge-type polyurethane foam composite having a stable foaming structure by a polymerization reaction between a dispersion in which carbon nanotubes are highly dispersed in a polyol and an isocyanate compound by a non-destructive method of rotation and revolution, so it is dispersed in the polyol Because it is possible to prevent damage to the carbon nanotubes, and even with a small amount of carbon nanotubes, the polyurethane foam, which does not have its own electrical conductivity, can uniformly impart electrical conductivity to have a surface resistance of 10 5 to 10 6 Ω/m2. It can be used for antistatic purposes.
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단, 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in more detail as follows. However, the following examples are merely illustrative to aid the understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby.
<실시예 1><Example 1>
폴리프로필렌글리콜 99wt%에 다중벽 탄소나노튜브 1wt%를 첨가한 혼합물을 페이스트 믹서의 용기에 투입하고, 자전과 공전 각각 2,000rpm 회전속도로 90초 동안 교반 혼합하고, 2,200rpm의 회전속도로 90초 동안 기포를 제거하였다. 이렇게 만들어진 분산액 100g에 4,4'-메틸렌디페닐 디이소시아네이트 38g 및 디부틸주석 디라우레이트 0.2g을 혼합한 후 몰드에 부어 120℃의 환경에서 2시간 동안 경화하여 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체를 제조하였다.A mixture of 99wt% of polypropylene glycol and 1wt% of multi-walled carbon nanotubes was added to the container of the paste mixer, and stirred and mixed for 90 seconds at a rotation speed of 2,000 rpm each for rotation and revolution, and 90 seconds at a rotation speed of 2,200 rpm. while removing air bubbles. After mixing 38 g of 4,4'-methylenediphenyl diisocyanate and 0.2 g of dibutyltin dilaurate to 100 g of the dispersion thus prepared, pour it into a mold and cure it in an environment of 120° C. for 2 hours. A urethane foam composite was prepared.
<비교예 1><Comparative Example 1>
폴리프로필렌글리콜 99wt%에 다중벽 탄소나노튜브 1wt%를 첨가한 혼합물을 실시예 1에서와 같은 자전과 공전이 아닌, 볼 밀링으로 60 내지 120분 동안 다중벽 탄소나노튜브를 분산시킨 후, 60 내지 120분 동안 초음파 처리한 다음 롤 밀링으로 3회 가공하였다. 이렇게 다중벽 탄소나노튜브를 포함한 폴리프로필렌글리콜 100g에 4,4'-메틸렌디페닐 디이소시아네이트 38g 및 디부틸주석 디라우레이트 0.2g을 혼합한 후 몰드에 부어 120℃의 환경에서 2시간 동안 경화하여 폴리우레탄 폼을 제조하였다.After dispersing the multi-walled carbon nanotubes for 60 to 120 minutes by ball milling a mixture in which 1 wt% of multi-walled carbon nanotubes were added to 99 wt% of polypropylene glycol, instead of rotating and revolving as in Example 1, 60 to It was sonicated for 120 minutes and then machined three times by roll milling. In this way, 38 g of 4,4'-methylenediphenyl diisocyanate and 0.2 g of dibutyltin dilaurate were mixed with 100 g of polypropylene glycol including multi-walled carbon nanotubes, poured into a mold, and cured at 120 ° C. for 2 hours. Polyurethane foam was prepared.
도 7은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 라만 분광법 그래프를 나타낸 것으로, 라만 분광법 측정을 통해 실시예 1의 폴리우레탄 폼 복합체와, 비교예 1의 폴리우레탄 폼의 특성을 알아보았다. 단, 도 7의 A는 실시예 1을, B는 비교예 1을 의미한다.7 shows a Raman spectroscopy graph according to Example 1 and Comparative Example 1, and the characteristics of the polyurethane foam composite of Example 1 and the polyurethane foam of Comparative Example 1 were investigated through Raman spectroscopy measurement. However, A in FIG. 7 means Example 1, and B means Comparative Example 1.
특히 비교예 1의 볼 밀링, 초음파 처리 및 롤 밀링을 거쳐 폴리올 내 탄소나노튜브의 분산이 이루어진 경우, 제조된 폴리우레탄 폼 내의 탄소나노튜브에 강력한 물리적인 힘이 가해지기 때문에 탄소나노튜브가 파괴됨을 실시예 1의 경우 보다 D 밴드 크기가 증가한 현상을 통해 확인할 수 있다. 이와 같이 비교예 1의 볼 밀링, 초음파 처리 및 롤 밀링과 같이 물리적인 파괴력을 가하면 폴리올 내 탄소나노튜브가 파괴되어버려 탄소나노튜브 고유의 전기전도도를 폴리우레탄 폼에 적절하게 부여하지 못하게 된다.In particular, when the dispersion of the carbon nanotubes in the polyol is made through the ball milling, ultrasonic treatment and roll milling of Comparative Example 1, the carbon nanotubes are destroyed because a strong physical force is applied to the carbon nanotubes in the polyurethane foam. In the case of Example 1, it can be confirmed through the phenomenon that the size of the D band is increased. As described above, when a physical destructive force is applied, such as ball milling, ultrasonic treatment, and roll milling of Comparative Example 1, the carbon nanotubes in the polyol are destroyed, so that the intrinsic electrical conductivity of the carbon nanotubes cannot be properly imparted to the polyurethane foam.
도 8은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 표면저항 측정 과정을 사진으로 나타낸 것으로, 실시예 1에 따라 제조된 폴리우레탄 폼 복합체 및 비교예 1에 따라 제조된 폴리우레탄 폼의 표면저항을 측정하기 위해 표면저항 측정기를 사용하는 사진임을 알 수 있다.8 is a photograph showing the surface resistance measurement process according to Example 1 and Comparative Example 1, to measure the surface resistance of the polyurethane foam composite prepared according to Example 1 and the polyurethane foam prepared according to Comparative Example 1 It can be seen that this is a photograph using a surface resistance meter for
보통 폴리우레탄 폼은 그 자체로 전기전도성을 띄지 않기 때문에 통상적인 표면저항이 1013Ω/㎡ 정도 되는데, 도 8(a)를 참조하면 자전과 공전을 통해 폴리올 내에 탄소나노튜브가 고분산된 실시예 1의 폴리우레탄 폼 복합체의 표면저항이 105 내지 106Ω/㎡ 범위가 되는 반면, 도 8(b)를 참조하면 표면저항이 ∞임이 확인된다. 이에 따라, 실시예 1에서와 같이 폴리올 내 탄소나노튜브의 고분산을 통해 105 내지 106Ω/㎡ 범위의 표면저항 값을 가져 정전기 방지 수준의 전기전도도를 갖는 폴리우레탄 폼 복합체를 제조할 수 있음을 알 수 있다.Since polyurethane foam itself does not have electrical conductivity, a typical surface resistance is about 10 13 Ω/m2. Referring to FIG. 8(a), carbon nanotubes are highly dispersed in polyol through rotation and revolution. While the surface resistance of the polyurethane foam composite of Example 1 is in the range of 10 5 to 10 6 Ω/
도 9는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 전압-전류 그래프를 나타낸 것으로, 도 9의 A는 실시예 1을, B는 비교예 1을 의미한다. 특히 비교예 1을 통한 폴리우레탄 폼의 경우 표면저항이 구현되지 않음을 알 수 있는 반면, 실시예 1을 통한 폴리우레탄 폼 복합체의 경우 대전방지용 폼으로 사용하기 적합한 범위의 표면저항값을 가지게 됨을 알 수 있다.9 is a voltage-current graph according to Example 1 and Comparative Example 1. In FIG. 9, A indicates Example 1 and B indicates Comparative Example 1. FIG. In particular, it can be seen that in the case of the polyurethane foam according to Comparative Example 1, the surface resistance is not implemented, whereas in the case of the polyurethane foam composite according to Example 1, it has a surface resistance value in a range suitable for use as an antistatic foam. can
이러한 실시예 및 실험예로부터, 본 발명은 볼 밀링과 같은 물리적인 파괴력이 가해지지 않아도 용기(100)의 자전축(R1)을 중심으로 자전시키면서 동시에 공전축(R2)을 중심으로 공전시켜 교반력을 향상시킴으로써 폴리올에 탄소나노튜브가 고분산될 수 있으므로, 탄소나노튜브의 손상을 방지하여 탄소나노튜브의 양을 적게 사용하더라도 105 내지 106Ω/㎡의 표면저항을 가질 수 있도록 하여 폴리우레탄 폼 복합체의 전기전도도를 향상시켜 정전기 발생을 미연에 방지할 수 있는데 특징이 있다.From these Examples and Experimental Examples, the present invention rotates around the rotation axis (R1) of the
따라서 본 발명에 따르면, 탄소나노튜브가 균일하게 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체는 전자제품, 건축내장재, 우주항공 및 수송기계 등 정전기 방지 기능을 갖는 부품에 적용하여 다양한 용도로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.Therefore, according to the present invention, the polyurethane foam composite in which carbon nanotubes are uniformly and highly dispersed is expected to be used for various purposes by applying it to parts having an antistatic function such as electronic products, building interior materials, aerospace and transportation machinery. do.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations will be possible without departing from the essential characteristics of the present invention by those skilled in the art to which the present invention pertains.
따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다.Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to illustrate, and the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments.
본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The protection scope of the present invention should be construed by the claims, and all technical ideas within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 용기
R1: 자전축
R2: 공전축100: courage
R1: rotation axis
R2: orbital shaft
Claims (6)
상기 분산액에 이소시아네이트 화합물을 첨가하여 중합 반응시켜 폴리우레탄 폼을 제조하는, 탄소나노튜브가 분산된 폴리우레탄 폼 제조단계;를 포함하여 이루어지고,
상기 분산액 제조단계에서는,
상기 용기를 자전축을 중심으로 자전시키면서 동시에 공전축을 중심으로 공전시켜 교반력을 향상시킴으로써 상기 탄소나노튜브가 상기 폴리올 내에 분산되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.A dispersion liquid preparation step of putting a polyol and carbon nanotubes into a container, and rotating and revolving the container so that the carbon nanotubes are dispersed in the polyol; and
A polyurethane foam production step in which carbon nanotubes are dispersed;
In the dispersion preparation step,
The carbon nanotubes are highly dispersed in the polyurethane foam composite, characterized in that the carbon nanotubes are dispersed in the polyol by improving the stirring force by rotating the container around the axis of rotation and at the same time revolving around the axis of revolution.
상기 자전과 상기 공전은,
서로 반대방향으로 회전되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.According to claim 1,
The rotation and the revolution are
A method for producing a polyurethane foam composite in which carbon nanotubes are highly dispersed, characterized in that they are rotated in opposite directions.
상기 자전과 상기 공전은,
30 내지 300초 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.According to claim 1,
The rotation and the revolution are
A method of producing a polyurethane foam composite in which carbon nanotubes are highly dispersed, characterized in that it is carried out for 30 to 300 seconds.
상기 자전속도와 상기 공전속도는,
0.1 : 1 내지 10 : 1 비율로 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.According to claim 1,
The rotational speed and the orbital speed are,
0.1: A method of producing a polyurethane foam composite in which carbon nanotubes are highly dispersed, characterized in that it consists of a ratio of 1 to 10: 1.
상기 탄소나노튜브는,
단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, SWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(multi-wall carbon nanotube, MWCNT) 및 이의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브가 고분산된 폴리우레탄 폼 복합체의 제조방법.According to claim 1,
The carbon nanotubes are
A carbon nanotube highly dispersed poly Method for producing a urethane foam composite.
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|---|---|---|---|---|
| CN116731377A (en) * | 2023-06-14 | 2023-09-12 | 广东省多普达高新科技材料有限公司 | Antistatic sponge prepared from single-walled carbon nanotubes and preparation method thereof |
Citations (2)
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| KR20110134910A (en) | 2009-03-13 | 2011-12-15 | 바이엘 머티리얼사이언스 아게 | Polyurethane compounds having carbon nanotubes |
| KR101182723B1 (en) | 2012-01-27 | 2012-09-13 | 한국신발피혁연구소 | Method for manufacturing conductive polyurethane resin composite in which carbon nano tube is uniformly dispersed |
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2020
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| CN116731377B (en) * | 2023-06-14 | 2024-02-13 | 广东省多普达高新科技材料有限公司 | Antistatic sponge prepared from single-walled carbon nanotubes and preparation method thereof |
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