KR20230066951A - Non-oxidized carbon nanotube dispersion using alkylamine, manufacturing method thereof, and conductive fiber using same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액, 그 제조방법 및 이를 이용한 전도성 섬유에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 탄소나노튜브와, 알킬 아민에 금속이 결합되어 형성되는 금속-알킬 아민 착화합물을 포함하고, 금속-알킬 아민 착화합물이 탄소나노튜브의 사이에 인터칼레이션(intercalation)되어 분산성을 갖는 것을 기술적 요지로 한다.
The present invention relates to a non-oxidized carbon nanotube dispersion using an alkyl amine, a method for preparing the same, and a conductive fiber using the same.
The present invention includes carbon nanotubes and a metal-alkyl amine complex compound formed by binding a metal to an alkyl amine, and the metal-alkyl amine complex compound is intercalated between the carbon nanotubes to improve dispersibility. to have as a technical point.

Description

알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액, 그 제조방법 및 이를 이용한 전도성 섬유{NON-OXIDIZED CARBON NANOTUBE DISPERSION USING ALKYLAMINE, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND CONDUCTIVE FIBER USING SAME}Non-oxidized carbon nanotube dispersion using alkyl amine, manufacturing method thereof, and conductive fiber using the same

본 발명은 알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액, 그 제조방법 및 이를 이용한 전도성 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to a non-oxidized carbon nanotube dispersion using an alkyl amine, a method for preparing the same, and a conductive fiber using the same.

탄소나노튜브는 6각형 고리로 연결된 탄소들이 긴 대롱 모양을 이루는 미세한 분자로, 전도성, 반사율 등의 전기적 특성과 접착력, 내구성, 내마모성 및 굴곡성 등의 물리적 특성이 우수하여 평면표시소자, 고집적 메모리소자, 이차전지, 초고용량 커패시터, 수소저장 소재, 전기화학 센서, 전자파 차폐 및 케이블 등 전기화학 장치의 부품재료로 널리 이용되고 있다.Carbon nanotubes are microscopic molecules in which carbons connected by hexagonal rings form a long tube shape. They have excellent electrical properties such as conductivity and reflectance, as well as physical properties such as adhesion, durability, wear resistance, and flexibility. It is widely used as a component material for electrochemical devices such as secondary batteries, supercapacitors, hydrogen storage materials, electrochemical sensors, electromagnetic shielding and cables.

하지만 탄소나노튜브는 원자가 수십 개의 탄소 원자로 이루어진 반면, 길이는 수 ㎛에 달해 종횡비(aspect ratio)가 매우 크며, 탄소나노튜브 사이의 인력으로 인해 응집되는 현상이 발생되어 분산 안정성이 낮기 때문에, 탄소나노튜브가 용매 또는 고분자 내에 균일하게 분산된 탄소나노튜브 분산액의 제조가 어려운 문제점이 있다.However, while carbon nanotubes are composed of dozens of carbon atoms, their length reaches several μm, and their aspect ratio is very large. There is a problem in that it is difficult to prepare a carbon nanotube dispersion in which the tubes are uniformly dispersed in a solvent or polymer.

탄소나노튜브의 분산성 향상을 위하여 '고전도성 페이스트 조성물 및 이의 제조방법(특허문헌 1: KR 10-1123351 B1)'과 '고순도 및 고밀도의 탄소나노튜브 필름을 이용한 투명전극의 제조방법(특허문헌 2: KR 10-0685796 B1)'에서는 탄소나노튜브를 산처리하여 표면에 공유 결합된 관능기를 도입하여 분산성을 향상시키고자 하였으나, 탄소나노튜브에 관능기가 도입되면 탄소나노튜브의 결정성이 손상되어 전기전도도 및 기계적 강도가 저하되는 문제점이 있다.In order to improve the dispersibility of carbon nanotubes, 'highly conductive paste composition and method for producing the same (Patent Document 1: KR 10-1123351 B1)' and 'method for producing a transparent electrode using a high-purity and high-density carbon nanotube film (patent document 2: KR 10-0685796 B1)' tried to improve the dispersibility by introducing a covalently bonded functional group to the surface of the carbon nanotube by acid treatment, but the crystallinity of the carbon nanotube was damaged when the functional group was introduced into the carbon nanotube. As a result, there is a problem in that electrical conductivity and mechanical strength are lowered.

'비공유 결합 개질된 탄소 구조체 및 이를 포함하는 탄소 구조체/고분자 복합체(특허문헌 3: KR 10-1624389 B1)'와 '개질화된 탄소나노튜브를 포함하는 기계적 물성과 전기전도성이 우수한 고분자 나노복합재 및 이의 제조방법(특허문헌 4: KR 10-1436016 B1)'에서와 같이 비공유 결합을 이용한 표면 개질법의 경우, 탄소나노튜브 자체의 결정성은 유지되지만 방사 공정을 통한 섬유 형태로 형성 시 비공유 결합한 분자가 내부에서 구조적 결함으로 작용하여 기계적 물성이 저하되거나, 탄소나노튜브 간 저항을 일부 높이게 될 수 있으며, 상대적으로 고농도화가 어려워 고밀도 섬유로 제조하기 힘든 문제점이 있다.'Non-covalent bond modified carbon structure and carbon structure/polymer composite containing the same (Patent Document 3: KR 10-1624389 B1)' and 'polymer nanocomposite with excellent mechanical properties and electrical conductivity including modified carbon nanotubes, and In the case of the surface modification method using non-covalent bonding, as in the manufacturing method thereof (Patent Document 4: KR 10-1436016 B1), the crystallinity of the carbon nanotube itself is maintained, but when formed in the form of a fiber through a spinning process, the non-covalently bonded molecules are inside It acts as a structural defect in the mechanical properties or may partially increase the resistance between carbon nanotubes, and it is difficult to produce high-density fibers due to relatively high concentration.

'고분산성 탄소나노구조체와 그 제조방법 및 고분산성 탄소나노구조체를 포함하는 고분자 복합체(특허문헌 5: KR 10-1627016 B1)'에서는 친수성 고분자로 탄소나노튜브의 표면을 개질함을 개시하고 있으나, 섬유로 적용 시 탄소나노튜브의 부피비가 감소할 뿐만 아니라, 탄소나노튜브 간의 직접 접합이 이루어지지 못하기 때문에 섬유 형성 시 전기전도성이 저하되는 문제점이 있다.'Highly dispersible carbon nanostructures, manufacturing methods thereof, and polymer composites containing highly dispersible carbon nanostructures (Patent Document 5: KR 10-1627016 B1)' discloses that the surface of carbon nanotubes is modified with a hydrophilic polymer, When applied as fibers, not only does the volume ratio of carbon nanotubes decrease, but there is a problem in that electrical conductivity decreases during fiber formation because direct bonding between carbon nanotubes is not achieved.

용액화된 전자(solvated electron)를 이용하여 탄소나노튜브를 하전(charging)시켜 전기적 반발력을 유도하고 이를 통해 분산성을 구현하기 위한 'Liquid crystals from single-walled carbon nanotube polyelectrolytes and their use for making various materials(특허문헌 6: US 9249023 B2)'에서는 비양자성 용매와 크라운에테르가 혼합된 용매에 단일벽 탄소나노튜브와 알칼리 금속을 용해하여 하전 현상을 유도하고 이에 비양자성 용매를 추가적으로 혼합하여 단일벽 탄소나노튜브의 개별 분산이 가능함을 개시하고 있다. 하지만 크라운에테르가 표면에서 하전 현상을 유도하는 중간체로 활용됨에 따라 탄소나노튜브 표면에 비공유 결합을 통해 흡착된다. 'Method for dispersing and separating nanotubes(특허문헌 7: WO 2010/001128 A1)'에서는 알칼리 금속과 암모니아 용매 이외에 다른 물질을 사용하지 않지만, 암모니아의 경우 액상 형태 유지를 위해 -50℃의 저온에서 공정이 진행되어야 하는 문제점이 있다.'Liquid crystals from single-walled carbon nanotube polyelectrolytes and their use for making various materials' to induce electrical repulsion by charging carbon nanotubes using solvated electrons and realize dispersibility through this (Patent Document 6: US 9249023 B2)', a charge phenomenon is induced by dissolving single-walled carbon nanotubes and an alkali metal in a solvent in which an aprotic solvent and a crown ether are mixed, and an aprotic solvent is additionally mixed thereto to produce single-walled carbon nanotubes. It is disclosed that individual dispersion of the tubes is possible. However, as crown ether is used as an intermediate to induce charging on the surface, it is adsorbed on the surface of the carbon nanotube through a non-covalent bond. 'Method for dispersing and separating nanotubes (Patent Document 7: WO 2010/001128 A1)' does not use materials other than alkali metals and ammonia solvents, but in the case of ammonia, the process proceeds at a low temperature of -50 ° C to maintain the liquid form. There is a problem that should be.

알칼리 금속을 이용하지 않고 상온에서 진행 가능한 공정으로는, 초강산(superacid) 내에서 탄소나노튜브를 분산하는 방법이 있다. 이는 탄소나노튜브의 양성자화(protonation) 현상을 이용하는 방법으로, 'Fibers of aligned single-wall carbon nanotubes and process for making the same(특허문헌 8: US 7125502 B2)'에서 초강산 내에서 탄소나노튜브가 효율적으로 개별 분산되어 최대 10중량% 농도에 달하는 용액을 형성하고, 이를 용액 방사를 통해 섬유 형태로 제조함을 개시하고 있으나, 부식성이 강한 초강산을 이용하며 전 공정을 불활성 환경에서 진행해야 하므로, 공정상 어려움이 있다.As a process that can be performed at room temperature without using an alkali metal, there is a method of dispersing carbon nanotubes in superacid. This is a method using the protonation phenomenon of carbon nanotubes, and in 'Fibers of aligned single-wall carbon nanotubes and process for making the same (Patent Document 8: US 7125502 B2)', carbon nanotubes in super acid It is disclosed that it is efficiently individually dispersed to form a solution with a concentration of up to 10% by weight, and to manufacture it in the form of fibers through solution spinning, but since the entire process must be carried out in an inert environment using highly corrosive super acid, There are difficulties in the process.

한편, 전도성 섬유로 널리 사용되고 있는 구리 와이어는 낮은 생산 단가와 높은 전기전도도를 가지고 있어 모터, 변압기 권선이나 전기차, 선박, 비행체 등의 케이블로 주로 사용되고 있다. 하지만 구리의 비중이 9g/cc로 매우 높기 때문에 에너지 효율을 고려한 경량화가 이슈되고 있으며, 또한 구리 와이어는 AC의 높은 주파수 영역에서 표피 효과(skin effect)에 의한 저항 상승과 높은 저항 온도 계수(resistivity temperature coefficient)를 가지고 있어 200℃ 이상의 온도에서 전기전도도가 급격히 감소하여 전류 용량이 감소하는 경향을 보인다. 이에 경량화, 고효율화 및 고안정성이 요구되는 경량 고효율 전기기기에 적합한 경량 고전도성 와이어가 요구되고 있으므로, 경량 및 저비중을 갖는 탄소나노소재를 이용한 와이어에 대한 원천기술 확보가 필요하다.On the other hand, copper wire, which is widely used as a conductive fiber, has a low production cost and high electrical conductivity, so it is mainly used as a cable for motors, transformer windings, electric vehicles, ships, and aircraft. However, since the specific gravity of copper is very high at 9 g/cc, weight reduction in consideration of energy efficiency is an issue. In addition, copper wire has a resistance increase due to the skin effect and a high resistivity temperature in the high frequency range of AC. coefficient), the electrical conductivity rapidly decreases at temperatures above 200 ° C, and the current capacity tends to decrease. Accordingly, since a lightweight, high-conductivity wire suitable for light-weight, high-efficiency electrical equipment requiring light weight, high efficiency, and high stability is required, it is necessary to secure original technology for a wire using carbon nanomaterials having light weight and low specific gravity.

따라서 탄소나노튜브를 산화시키지 않고 결정성을 유지한 상태로 고농도 분산이 가능한 분산액과, 이를 이용한 고전기전도성 섬유에 대한 새로운 기술 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, there is an urgent need to develop new technologies for a dispersion capable of high concentration dispersion in a state in which crystallinity is maintained without oxidation of carbon nanotubes and high electrically conductive fibers using the same.

KRKR 10-1123351 10-1123351 B1B1 KRKR 10-0685796 10-0685796 B1B1 KRKR 10-1624389 10-1624389 B1B1 KRKR 10-1436016 10-1436016 B1B1 KRKR 10-1627016 10-1627016 B1B1 USUS 9249023 9249023 B2B2 WO 2010/001128 A1WO 2010/001128 A1 USUS 7125502 7125502 B2B2

본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 탄소나노튜브를 산화시키지 않고 결정성을 유지한 상태로 고농도 분산이 가능하도록, 알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액, 그 제조방법 및 이를 이용한 전도성 섬유를 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.The present invention was invented to solve the above problems, a non-oxidized carbon nanotube dispersion using an alkyl amine, a method for preparing the same, and a method for producing the same It is a technical challenge to provide a used conductive fiber.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 탄소나노튜브; 및 알킬 아민에 금속이 결합되어 형성되는 금속-알킬 아민 착화합물;을 포함하고, 상기 금속-알킬 아민 착화합물이 상기 탄소나노튜브의 사이에 인터칼레이션(intercalation)되어 분산성을 갖는 것을 특징으로 하는, 알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액을 제공한다.In order to solve the above technical problem, the present invention, carbon nanotube; and a metal-alkyl amine complex compound formed by binding a metal to an alkyl amine, wherein the metal-alkyl amine complex compound is intercalated between the carbon nanotubes to have dispersibility. A non-oxidized carbon nanotube dispersion using an alkyl amine is provided.

본 발명에 있어서, 상기 금속은, 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the metal is characterized in that at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal.

본 발명에 있어서, 상기 알킬 아민은, 모노에탄올 아민, 메틸에탄올 아민, 메틸디에탄올 아민, 에틸에탄올 아민, 디에탄올 아민, 디에틸에탄올 아민, 트리에탄올 아민, N-아미노-N-프로판올, 메틸 아민, 디메틸 아민, 트리메틸 아민, 에틸 아민, 디에틸 아민, 트리에틸 아민, 에틸렌 디아민, 모노에탄올 아민, N-(β아미노에틸)에탄올 아민, 헥사메틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라아민, 모노이소프로판올 아민, 디이소프로판올 아민, 트리이소프로판올 아민 및 테트라에틸렌 펜타민으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the alkyl amine is monoethanol amine, methylethanol amine, methyldiethanol amine, ethylethanol amine, diethanol amine, diethylethanol amine, triethanol amine, N-amino-N-propanol, methyl amine, Dimethyl amine, trimethyl amine, ethyl amine, diethyl amine, triethyl amine, ethylene diamine, monoethanol amine, N-(βaminoethyl)ethanol amine, hexamethylene diamine, diethylene triamine, triethylene tetraamine, monoisopropanol It is characterized in that at least one selected from the group consisting of amine, diisopropanol amine, triisopropanol amine and tetraethylene pentamine.

본 발명에 있어서, 상기 탄소나노튜브의 농도는, 상기 분산액의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 3중량%인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the concentration of the carbon nanotubes is characterized in that 0.1 to 3% by weight based on the total weight of the dispersion.

본 발명에 있어서, 상기 분산액은, 극성 비양자성 용매;를 더 포함하고, 상기 극성 비양자성 용매는, 디메틸술폭시드(dimethyl sulfoxide, DMSO), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 에틸아세테이트(ethyl acetate, EtOAc), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 디클로로메테인(dichloromethane, DCM) 및 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the dispersion further includes a polar aprotic solvent, and the polar aprotic solvent is dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methyl-2-pyrrolidone (N-methyl- 2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate (EtOAc), acetone, acetonitrile, dichloromethane , DCM) and propylene carbonate (propylene carbonate, PC) characterized in that at least one selected from the group consisting of.

상기의 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 탄소나노튜브, 금속 및 알킬 아민을 상온에서 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계; 및 상기 혼합액에 전단력을 가하여 탄소나노튜브 분산액을 제조하는 단계;를 포함하되, 상기 분산액은, 상기 알킬 아민에 상기 금속이 결합되어 금속-알킬 아민 착화합물을 형성하고, 상기 착화합물이 상기 탄소나노튜브의 사이에 인터칼레이션(intercalation)되어, 상기 전단력에 의하여 상기 탄소나노튜브가 디번들링되면서 분산성을 갖는 것을 특징으로 하는, 알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액의 제조방법을 제공한다.In order to solve the above other technical problems, the present invention comprises the steps of preparing a mixed solution by mixing carbon nanotubes, metals and alkyl amines at room temperature; and preparing a carbon nanotube dispersion by applying shear force to the mixture, wherein the metal is bonded to the alkyl amine to form a metal-alkyl amine complex, and the complex compound is Provided is a method for preparing a non-oxidized carbon nanotube dispersion using alkyl amine, characterized in that the carbon nanotubes are debundled by the shear force and have dispersibility by being intercalated therebetween.

본 발명에 있어서, 상기 혼합액을 제조하는 단계는, 상기 혼합액에 극성 비양자성 용매를 첨가하되, 상기 극성 비양자성 용매는, 디메틸술폭시드(dimethyl sulfoxide, DMSO), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 에틸아세테이트(ethyl acetate, EtOAc), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 디클로로메테인(dichloromethane, DCM) 및 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of preparing the mixed solution, a polar aprotic solvent is added to the mixed solution, and the polar aprotic solvent is dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methyl-2-pyrrolidone (N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), dimethylformamide (DMF), tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate (EtOAc), acetone, acetonitrile, It is characterized in that at least one selected from the group consisting of dichloromethane (DCM) and propylene carbonate (PC).

상기의 또 다른 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 상기 비산화 탄소나노튜브 분산액을 응고욕으로 방사하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 전도성 섬유를 제공한다.In order to solve the above another technical problem, the present invention provides a conductive fiber, characterized in that formed by spinning the non-oxidized carbon nanotube dispersion into a coagulation bath.

상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명에 따르면, 뭉쳐지는 성질을 갖는 탄소나노튜브 특히, 단일벽 탄소나노튜브에 산처리를 하지 않고, 알킬 아민에 금속이 결합된 금속-알킬 아민 착화합물을 탄소나노튜브의 사이나 층간에 인터칼레이션되도록 하여 결정성을 유지한 상태로 고농도 분산이 이루어진 분산액을 제조할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention by means of solving the above problems, a metal-alkyl amine complex compound in which a metal is bonded to an alkyl amine is obtained without acid treatment of carbon nanotubes having agglomeration properties, particularly single-walled carbon nanotubes. There is an effect of preparing a dispersion in which a high concentration dispersion is achieved while maintaining crystallinity by intercalating between or between layers.

또한, 탄소나노튜브를 산화 처리 하지 않아 분산액을 이루는 탄소나노튜브의 표면에 흡착되는 분자가 없어 탄소나노튜브의 결정성을 손상시키지 않을 뿐만 아니라, 탄소나노튜브 분산 시 액정 특성을 구현할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the carbon nanotubes are not oxidized, there are no molecules adsorbed on the surface of the carbon nanotubes forming the dispersion, so the crystallinity of the carbon nanotubes is not damaged, and the effect of realizing liquid crystal properties when dispersing the carbon nanotubes is realized. there is.

또한, 저온 또는 고온 환경이 아닌 상온에서 비산화 탄소나노튜브 분산액을 합성하고, 비산화 탄소나노튜브의 사이 사이에 금속-알킬 아민 착화합물이 인터칼레이션된 후 뭉쳐져 번들링되어 있던 탄소나노튜브를 용이하게 분산시킬 수 있으므로, 비산화 탄소나노튜브 분산액과, 이를 응고욕으로 방사하여 제조되는 전도성 섬유의 대량 생산이 가능한 효과가 있다.In addition, a non-oxidized carbon nanotube dispersion is synthesized at room temperature, not in a low or high temperature environment, and a metal-alkyl amine complex is intercalated between non-oxidized carbon nanotubes, and then agglomerated and bundled carbon nanotubes are easily obtained. Since it can be dispersed, there is an effect that enables mass production of a non-oxide carbon nanotube dispersion and conductive fibers produced by spinning the same into a coagulation bath.

도 1은 본 발명에 따른 비산화 탄소나노튜브의 분산을 나타낸 개념도.
도 2는 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 나타낸 사진.
도 3a는 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브를 나타낸 광학현미경 일반 이미지이고, 도 3b는 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브를 나타낸 광학현미경 편광 이미지.
도 4a는 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 원자힘 현미경 스캔 결과를 나타낸 이미지이고, 도 4b는 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 원자힘 현미경 스캔 결과를 나타낸 그래프.
도 5는 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 라만 분광 분석 결과를 나타낸 그래프.
도 6a는 실시예 2에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유(mono-filament)를 나타낸 사진이고, 도 6b는 실시예 2에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유(multi-filament)를 나타낸 사진.
도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d 및 도 7e는 실시예 2에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유를 나타낸 전자현미경 이미지.
1 is a conceptual diagram showing the dispersion of non-oxidized carbon nanotubes according to the present invention.
Figure 2 is a photograph showing a non-oxidized single-walled carbon nanotube dispersion according to Example 1.
3a is a general optical microscope image showing non-oxidized single-walled carbon nanotubes according to Example 1, and FIG. 3b is an optical microscope polarized image showing non-oxidized single-walled carbon nanotubes according to Example 1.
4A is an image showing an atomic force microscope scan result of non-oxidized single-wall carbon nanotubes according to Example 1, and FIG. 4B is a graph showing an atomic force microscope scan result of non-oxidized single-wall carbon nanotubes according to Example 1. .
5 is a graph showing the results of Raman spectroscopic analysis of non-oxidized single-walled carbon nanotubes according to Example 1;
6A is a photograph showing non-oxidized single-wall carbon nanotube fibers (mono-filament) according to Example 2, and FIG. 6B is a photograph showing non-oxidized single-wall carbon nanotube fibers (multi-filament) according to Example 2. .
7a, 7b, 7c, 7d and 7e are electron microscope images showing non-oxidized single-walled carbon nanotube fibers according to Example 2;

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명을 기술하기에 앞서, 전도성 섬유로 활용되고 있던 구리 와이어는 비중이 9g/cc로 매우 높고, AC의 높은 주파수 영역에서 표피 효과에 의한 저항 상승과 높은 저항 온도 계수를 가지고 있어 200℃ 이상의 높은 온도에서 전기전도도가 급격히 감소하여 전류 용량이 감소하는 경향이 있다. 이에 경량화, 고효율화, 고안정성이 요구되는 전기기기에 적합한 경량 고전도성 와이어가 요구되고 있어, 경량 및 저비중의 나노카본소재를 이용한 와이어가 필요하였다.Prior to the description of the present invention, the copper wire used as the conductive fiber has a very high specific gravity of 9 g/cc, and has a resistance increase due to the skin effect and a high temperature coefficient of resistance in the high frequency range of AC, so that a high temperature of 200 ℃ or more The electrical conductivity decreases rapidly at temperature, which tends to reduce the current capacity. Accordingly, a lightweight, high-conductivity wire suitable for electrical devices requiring light weight, high efficiency, and high stability is required, and a wire using a lightweight and low specific gravity nano-carbon material is required.

탄소나노튜브를 와이어로 제조할 경우 비중이 1.0g/cc 이하가 되고 구리와 나노복합화를 하더라도 2.0g/cc 정도의 비중을 가지게 되어 비중 대비 전기전도도 및 전기 용량에 대한 큰 장점이 있다. 또한 탄소나노튜브와 같은 나노카본소재는 매우 높은 전기용량(ampacity)(>109A/cm2)과 아주 작은 저항 온도 계수를 가지고 있어 높은 온도에서도 안정적인 전류 용량을 발현할 수 있는 소재라 할 수 있다.When carbon nanotubes are manufactured as wires, the specific gravity is 1.0 g/cc or less, and even when nanocomposite with copper, the specific gravity is about 2.0 g/cc, which has great advantages in terms of electrical conductivity and electric capacity compared to specific gravity. In addition, nanocarbon materials such as carbon nanotubes have a very high ampacity (>109 A/cm 2 ) and a very small temperature coefficient of resistance, so they can be said to be materials capable of exhibiting stable current capacity even at high temperatures.

따라서 저가의 공정으로 해외선진기술의 회피가 가능한 나노카본소재를 기반으로 하는 탄소나노튜브 분산액을 이용하여 경량 고전도성 와이어를 제조할 수 있음을 밝혀 내어 본 발명을 완성하였다.Therefore, the present invention was completed by finding that a lightweight high-conductivity wire can be manufactured using a carbon nanotube dispersion based on a nano-carbon material that can avoid advanced overseas technologies in a low-cost process.

일 양태로, 본 발명은 알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액에 관한 것이다. 관련하여, 도 1은 본 발명에 따른 비산화 탄소나노튜브의 분산을 개념도로 나타낸 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명은 탄소나노튜브를 산처리나 산화시켜 분산되도록 하지 않고도 결정성을 유지한 상태로 고농도로 분산된 분산액으로, 탄소나노튜브와, 알킬 아민에 금속이 결합되어 형성되는 금속-알킬 아민 착화합물을 포함하되, 특히 금속-알킬 아민 착화합물이 탄소나노튜브의 사이에 인터칼레이션(intercalation)되어 분산성을 갖는 것을 특징으로 한다.In one aspect, the present invention relates to a non-oxidized carbon nanotube dispersion using an alkyl amine. In relation to this, FIG. 1 is a conceptual diagram showing the dispersion of non-oxidized carbon nanotubes according to the present invention. As shown in FIG. 1, the present invention maintains crystallinity without acid treatment or oxidation of carbon nanotubes to disperse them. A dispersion in which a high concentration is dispersed in one state, including carbon nanotubes and a metal-alkyl amine complex compound formed by binding a metal to an alkyl amine, in particular, the metal-alkyl amine complex is intercalated between carbon nanotubes ( It is intercalated and characterized in that it has dispersibility.

기존에는 탄소나노튜브를 산처리해서 탄소나노튜브의 표면에 산소 함유 관능기를 도입하거나, 관능기 도입을 하지 않더라도 단분자를 도입하는 방식으로 분산이 이루어졌는데, 이 경우 결국 탄소나노튜브의 결정성이 저하되어 순수 탄소나노튜브로 회복 또는 복구하기 어려운 단점이 있다. 이외, 탄소나노튜브 분산을 위한 첨가제를 넣는 경우에도 결국 첨가제의 제거가 어려워져 탄소나노튜브 분산액에 첨가제가 잔류하게 되어 물성 저하를 초래할 수 밖에 없다. 경우에 따라 탄소나노튜브를 열처리하게 되면 비정질 탄소가 남아 있게 되어 이 역시 문제점이 될 수 있다.In the past, dispersion was achieved by acid-treating carbon nanotubes to introduce oxygen-containing functional groups on the surface of carbon nanotubes, or by introducing single molecules without introducing functional groups. In this case, the crystallinity of carbon nanotubes eventually deteriorates. There is a disadvantage in that it is difficult to recover or recover with pure carbon nanotubes. In addition, even when adding additives for dispersing carbon nanotubes, it is difficult to remove the additives, and the additives remain in the carbon nanotube dispersion, resulting in deterioration in physical properties. In some cases, when carbon nanotubes are heat-treated, amorphous carbon remains, which can also be a problem.

이에, 본 발명에서는 알킬 아민 용액을 금속 이온과 착화합물을 형성하도록 하여 별도의 첨가제가 추가되지 않은 전자 용액으로 형성하고, 이러한 전자 용액에서 탄소나노튜브가 분산될 수 있도록 한다.Therefore, in the present invention, an alkyl amine solution is formed as an electron solution without additional additives by forming a complex compound with metal ions, and carbon nanotubes can be dispersed in the electron solution.

탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, SWCNT), 이중벽 탄소나노튜브(double-walled carbon nanotube, DWCNT) 및 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube, MWCNT)로 이루어진 군에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 특히 길이와 직경에 따른 큰 종횡비를 가져 강한 반데르발스 인력에 의해 합성된 후 고집적 다발 형태의 파우더나 번들 형태로 존재하는 단일벽 탄소나노튜브를 사용하는 것이 바람직하다.Carbon nanotubes are a group consisting of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), double-walled carbon nanotubes (DWCNTs) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs). You can select and use one or more of them. In particular, it is preferable to use single-walled carbon nanotubes, which have a large aspect ratio according to their length and diameter, are synthesized by strong van der Waals forces, and exist in the form of powder or bundles with high density.

탄소나노튜브의 농도에 있어서, 분산액의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 3중량%로, 고농도로 분산된 상태인 것이 바람직하다. 탄소나노튜브의 농도가 0.1중량% 미만이면 탄소나노튜브가 고농도로 포함되어 있다 볼 수 없으며, 3중량%를 초과하면 점도가 너무 높아져서 전단력을 가하는 교반을 원활히 수행할 수 없으며, 용액상이 아닌 페이스트(paste)나 케익(cake) 형태로 변하게 되어 섬유 형태로 방사하기 어려워지는 문제점이 있다.Regarding the concentration of the carbon nanotubes, it is preferable that they are dispersed at a high concentration of 0.1 to 3% by weight based on the total weight of the dispersion. If the concentration of carbon nanotubes is less than 0.1% by weight, it cannot be seen that the carbon nanotubes are contained in a high concentration, and if it exceeds 3% by weight, the viscosity becomes too high to smoothly perform stirring by applying shear force, and it is not a solution phase paste ( There is a problem in that it is changed into a paste or cake form, making it difficult to spin in a fiber form.

금속-알킬 아민 착화합물을 구성하는 금속은 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중 어느 하나 이상일 수 있다. 알칼리 금속은 칼륨(K), 나트륨(Na) 및 리튬(Li) 중 하나 이상일 수 있으며, 알칼리 토금속은 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca) 및 바륨(Ba) 중 하나 이상일 수 있다. 다만, 알칼리 토금속의 경우 알칼리 금속보다 용해도가 낮아서 알칼리 금속을 이용하는 것이 더욱 바람직하다.The metal constituting the metal-alkyl amine complex may be any one or more of alkali metals and alkaline earth metals. The alkali metal may be one or more of potassium (K), sodium (Na), and lithium (Li), and the alkaline earth metal may be one or more of beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), and barium (Ba). . However, in the case of an alkaline earth metal, it is more preferable to use an alkali metal because its solubility is lower than that of an alkali metal.

금속-알킬 아민 착화합물을 구성하는 알킬 아민은 그 자체로 용액상을 이루는 것으로, 모노에탄올 아민, 메틸에탄올 아민, 메틸디에탄올 아민, 에틸에탄올 아민, 디에탄올 아민, 디에틸에탄올 아민, 트리에탄올 아민, N-아미노-N-프로판올, 메틸 아민, 디메틸 아민, 트리메틸 아민, 에틸 아민, 디에틸 아민, 트리에틸 아민, 에틸렌 디아민, 모노에탄올 아민, N-(β아미노에틸)에탄올 아민, 헥사메틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라아민, 모노이소프로판올 아민, 디이소프로판올 아민, 트리이소프로판올 아민 및 테트라에틸렌 펜타민으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.Alkyl amine constituting the metal-alkyl amine complex itself forms a solution phase, and monoethanol amine, methyl ethanol amine, methyl diethanol amine, ethyl ethanol amine, diethanol amine, diethyl ethanol amine, triethanol amine, N -amino-N-propanol, methyl amine, dimethyl amine, trimethyl amine, ethyl amine, diethyl amine, triethyl amine, ethylene diamine, monoethanol amine, N-(β aminoethyl) ethanol amine, hexamethylene diamine, diethylene It may be at least one selected from the group consisting of triamine, triethylene tetraamine, monoisopropanol amine, diisopropanol amine, triisopropanol amine, and tetraethylene pentamine.

금속-알킬 아민 착화합물의 예로, 도 1에서와 같이 알칼리 금속 중 칼륨(K)과 알킬 아민 중 에틸렌 디아민이 복합화되어 형성되는 칼륨-에틸렌 디아민 착화합물이 있으며, 상기 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속과 같은 금속과, 알킬 아민의 종류를 다양하게 조합하여 형성될 수 있다.As an example of the metal-alkyl amine complex compound, as shown in FIG. 1, there is a potassium-ethylene diamine complex formed by complexing potassium (K) of an alkali metal and ethylene diamine of an alkyl amine, and a metal such as the alkali metal or alkaline earth metal, It can be formed by various combinations of types of alkyl amines.

추가적으로 비산화 탄소나노튜브 분산액에는 극성 비양자성 용매를 더 포함할 수 있으며, 이는 농도 조절 및 추후 섬유 형성을 위한 방사 시 공정을 효율적으로 진행하기 위함이다. 극성 비양자성 용매로는 디메틸술폭시드(dimethyl sulfoxide, DMSO), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 디메틸아세트아미드(N,N-Dimethylacetamide, DMA), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 에틸아세테이트(ethyl acetate, EtOAc), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 디클로로메테인(dichloromethane, DCM) 및 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC)로 이루어진 군에서 1종 이상을 선택할 수 있다.Additionally, a polar aprotic solvent may be further included in the non-oxidized carbon nanotube dispersion, which is to efficiently perform a spinning process for concentration control and subsequent fiber formation. Polar aprotic solvents include dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide ( N,N-Dimethylacetamide (DMA), tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate (EtOAc), acetone, acetonitrile, dichloromethane (DCM) and propylene carbonate ( One or more types can be selected from the group consisting of propylene carbonate, PC).

다른 양태로, 본 발명은 알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액의 제조방법에 관한 것이다. 관련하여, 본 발명에 따른 비산화 탄소나노튜브 분산액의 제조방법은 탄소나노튜브, 금속 및 알킬 아민을 상온에서 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계(S10)와, 혼합액에 전단력을 가하여 탄소나노튜브 분산액을 제조하는 단계(S20)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention relates to a method for preparing a non-oxidized carbon nanotube dispersion using an alkyl amine. In this regard, the method for preparing a non-oxidized carbon nanotube dispersion according to the present invention includes preparing a mixed solution by mixing carbon nanotubes, a metal, and an alkyl amine at room temperature (S10), and applying a shear force to the mixed solution to obtain a carbon nanotube dispersion. It is characterized by comprising a manufacturing step (S20).

상술한 제조방법에 따르면 먼저, 탄소나노튜브, 금속 및 알킬 아민을 상온에서 혼합하여 혼합액을 제조한다(S10).According to the above-described manufacturing method, first, a mixed solution is prepared by mixing carbon nanotubes, a metal, and an alkyl amine at room temperature (S10).

알킬 아민의 경우 그 자체로 용액 형태를 갖고 있으며, 탄소나노튜브, 금속 및 알킬 아민을 상온에서 혼합하게 되면 금속과 알킬 아민이 결합되면서 금속-알킬 아민 착화합물을 형성하여 용액상으로 존재하게 되고, 이러한 용액상의 금속-알킬 아민 착화합물이 번들로 뭉쳐진 탄소나노튜브 특히, 단일벽 탄소나노튜브의 사이 사이나 층간에 인터칼레이션이 이루어진 전자 용액을 만들 수 있게 된다. 단, 전자 용액은 수분이나 산소와 반응을 잘 하기 때문에 공기 중이 아닌 글러브 박스 내부에서 상압 조건으로 진행하는 것이 바람직하다.Alkyl amine itself has a solution form, and when carbon nanotubes, metal and alkyl amine are mixed at room temperature, the metal and alkyl amine are combined to form a metal-alkyl amine complex to exist in solution. It is possible to create an electron solution in which a solution-phase metal-alkyl amine complex is intercalated between bundles of carbon nanotubes, particularly between single-walled carbon nanotubes or between layers. However, since the electronic solution reacts well with moisture or oxygen, it is preferable to proceed under normal pressure conditions inside the glove box rather than in the air.

탄소나노튜브, 금속 및 알킬 아민을 상온에서 500 내지 1,500rpm 속도로 혼합될 수 있다. 특히 탄소나노튜브를 산처리 하지 않고 상온에서 혼합이 가능하여 저온 또는 고온 환경을 필요로 하지 않는 장점이 있다. 이때 500rpm 미만의 속도로 혼합되면 금속과 알킬 아민이 착화합물을 형성하여 탄소나노튜브 번들 내로 인터칼레이션된 후 부분적으로 분산된 탄소나노튜브로 인한 점도 증가로 인해 반응물들의 혼합이 어려워지고 이후 지속적인 탄소나노튜브 분산에 유지하지 못하다. 1,500rpm을 초과하여 혼합될 경우 너무 빠른 혼합 속도에 의하여 조건에 따라 오히려 금속-알킬 아민 착화합물의 인터칼레이션이 용이하게 이루어지기 어려워지는 단점이 있다.Carbon nanotubes, metals and alkyl amines may be mixed at room temperature at a speed of 500 to 1,500 rpm. In particular, since the carbon nanotubes can be mixed at room temperature without acid treatment, there is an advantage of not requiring a low or high temperature environment. At this time, when mixing at a speed of less than 500 rpm, the metal and alkyl amine form a complex compound and are intercalated into the carbon nanotube bundle, and then mixing of the reactants becomes difficult due to the viscosity increase due to the partially dispersed carbon nanotubes, and then continuous carbon nanotubes Failure to keep in tube dispersion. When mixing exceeds 1,500 rpm, there is a disadvantage in that the intercalation of the metal-alkyl amine complex compound is not easily achieved depending on conditions due to a too fast mixing speed.

혼합액을 형성함에 있어서, 탄소나노튜브는 혼합액의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 3중량% 포함되어 분산액 총 중량 기준으로 0.1 내지 3중량%의 농도를 가질 수 있도록 하며, 이때 혼합액을 이루는 금속-알킬 아민 용액의 몰농도를 0.1 내지 1M가 되도록 조절할 수 있다.In forming the mixed solution, the carbon nanotubes are included in an amount of 0.1 to 3% by weight based on the total weight of the mixed solution to have a concentration of 0.1 to 3% by weight based on the total weight of the dispersion. At this time, the metal-alkyl amine constituting the mixed solution The molar concentration of the solution can be adjusted to be 0.1 to 1M.

탄소나노튜브는 앞서 탄소나노튜브의 농도 관련해서 언급한 바와 같이, 혼합액의 총 중량을 기준으로 0.1중량% 미만으로 혼합되면 탄소나노튜브가 고농도로 분산되었다고 볼 수 없으며, 추후 제조되는 전도성 섬유에 고전기전도성을 부여하기에 미미한 양이라 할 수 있다. 탄소나노튜브가 3중량%를 초과하면 혼합액의 점도가 높아질 수 있어 추후 전단력을 가하는 교반 과정이 원활하게 이루어질 수 없는 단점이 있으며, 이에 따라 뭉쳐져 번들링된 탄소나노튜브를 분산시키는데 많은 시간이 소모될 수 있을 뿐만 아니라, 특히 혼합액이 용액상이 아닌 페이스트 또는 케익 형태로 변하여 전도성 섬유로의 방사가 힘들어지는 문제점이 있다.As mentioned above in relation to the concentration of carbon nanotubes, when the amount of carbon nanotubes is less than 0.1% by weight based on the total weight of the mixed solution, it cannot be considered that the carbon nanotubes are dispersed at a high concentration, and the conductive fibers produced later have high electrical conductivity. It can be said that it is an insignificant amount to impart conductivity. If the content of the carbon nanotubes exceeds 3% by weight, the viscosity of the mixed solution may increase, so there is a disadvantage in that the agitation process of applying shear force later cannot be performed smoothly, and accordingly, a lot of time may be consumed to disperse the bundled carbon nanotubes. In addition, there is a problem in that the mixed solution is changed into a paste or cake form rather than a solution phase, making it difficult to spin into conductive fibers.

금속의 경우, 알칼리 금속 또는 알칼리 토금속이 사용될 수 있는 바, 알킬 아민과 혼합되어 용액상의 금속-알킬 아민 착화합물의 몰농도가 0.1 내지 1M가 되도록 하는 것이 바람직하다. 금속-알킬 아민 용액의 몰농도가 0.1M 미만이 되면 탄소나노튜브의 차징이 충분히 일어나지 않고 번들 내로의 인터칼레이션되는 금속-알킬 아민 착화합물의 양이 감소하여 탄소나노튜브 분산에 용이하지 못하다. 반면, 금속-알킬 아민 용액의 몰농도가 1M을 초과하면 금속과 알킬 아민의 착화합물이 탄소나노튜브 층간에 인터칼레이션되지 못하고 잔존하는 물질로 남아, 이물질로 작용할 수 있게 되므로 탄소나노튜브의 분산 효율을 저해한다.In the case of the metal, an alkali metal or an alkaline earth metal may be used, and it is preferably mixed with an alkyl amine so that the molar concentration of the metal-alkyl amine complex in solution is 0.1 to 1 M. When the molar concentration of the metal-alkyl amine solution is less than 0.1 M, charging of the carbon nanotubes does not sufficiently occur and the amount of the metal-alkyl amine complex intercalated into the bundle decreases, making it difficult to disperse the carbon nanotubes. On the other hand, if the molar concentration of the metal-alkyl amine solution exceeds 1M, the complex compound of the metal and alkyl amine cannot be intercalated between the carbon nanotube layers and remains as a remaining material, which can act as a foreign substance, thereby improving the dispersion efficiency of the carbon nanotubes. impede

경우에 따라 혼합액에 극성 비양자성 용매를 첨가할 수 있다. 극성 비양자성 용매가 혼합액에 더 첨가되면 탄소나노튜브의 사이 사이로 더 삽입이 이루어질 수 있으며, 혼합액의 농도 조절이 가능하고 추후 용액 방사 시 공정을 유리하게 할 수 있도록 하기 위함이다.In some cases, a polar aprotic solvent may be added to the mixed solution. When the polar aprotic solvent is further added to the mixed solution, it can be further inserted between the carbon nanotubes, and the concentration of the mixed solution can be adjusted, and the process can be advantageously performed during spinning of the solution later.

극성 비양자성 용매는 착화합물로 이루어진 금속-알킬 아민 용액에 첨가되어 전체 용액을 이루어 혼합액이 될 수 있으며, 액체로 존재하는 용액상 금속-알킬 아민 착화합물과 액체로 존재하는 극성 비양자성 용매를 혼합한 혼합액의 총 중량을 기준으로 탄소나노튜브가 0.1 내지 2중량% 범위로 포함될 수 있도록 할 수 있다.A polar aprotic solvent can be added to a metal-alkyl amine solution composed of a complex compound to form a mixed solution to form an entire solution. A mixed solution in which a liquid metal-alkyl amine complex compound and a liquid polar aprotic solvent are mixed. Based on the total weight of the carbon nanotubes can be included in the range of 0.1 to 2% by weight.

극성 비양자성 용매 첨가에 따라 탄소나노튜브가 0.1중량% 미만이 되게 하면 혼합액의 농도를 제어하기 어려워지고 탄소나노튜브의 층간으로 삽입되는 양이 적어 탄소나노튜브의 분산을 도와주는데 한계점이 있을 뿐만 아니라, 추후 분산액을 응고욕으로 방사하여 섬유로 제조하는 공정을 유리하게 하는 환경을 만들어 주기에 부족해 진다. 탄소나노튜브가 2중량%가 초과되게 극성 비양자성 용매를 첨가하면 응고 시간이 과도하게 필요하고 응고 후 섬유 내 극성 비양자성 용매가 일부 잔류하게 되어 기공 구조를 발달시키게 되므로, 섬유 형성 시 고전기전도성을 달성하기 어려워지는 단점이 있다.When the amount of carbon nanotubes is less than 0.1% by weight according to the addition of the polar aprotic solvent, it is difficult to control the concentration of the mixed solution and there is a limit in helping the dispersion of the carbon nanotubes due to the small amount intercalated between the layers of the carbon nanotubes. However, it becomes insufficient to create an environment favorable to the process of producing fibers by spinning the dispersion into a coagulation bath later. If the polar aprotic solvent is added in an amount exceeding 2% by weight of the carbon nanotubes, an excessive solidification time is required, and a portion of the polar aprotic solvent remains in the fiber after solidification, resulting in the development of a pore structure, resulting in high electrical conductivity during fiber formation. The downside is that it is difficult to achieve.

극성 비양자성 용매는 앞서 언급한 바와 같이 디메틸술폭시드(dimethyl sulfoxide, DMSO), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 디메틸아세트아미드(N,N-Dimethylacetamide, DMA), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 에틸아세테이트(ethyl acetate, EtOAc), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 디클로로메테인(dichloromethane, DCM) 및 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC) 중 하나 이상을 선택적으로 사용할 수 있다.As mentioned above, polar aprotic solvents include dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), Dimethylacetamide (N,N-Dimethylacetamide (DMA), tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate (EtOAc), acetone, acetonitrile, dichloromethane (DCM) And propylene carbonate (propylene carbonate, PC) may be optionally used at least one.

다음으로, 혼합액에 전단력을 가하여 탄소나노튜브 분산액을 제조한다(S20).Next, shear force is applied to the mixed solution to prepare a carbon nanotube dispersion (S20).

뭉쳐진 번들 형태의 탄소나노튜브가 전자 용액 상에서 혼합되는 과정에서 금속-알킬 아민 착화합물이 탄소나노튜브의 번들 내부로 인터칼레이션되고, 동시에 탄소나노튜브에 차징이 일어나서 탄소나노튜브가 (-) 전하를 갖게 된다. (-) 전하를 갖고 있는 탄소나노튜브의 사이에 금속-알킬 아민 착화합물이 인터칼레이션된 상태로 존재해야 하는데, 전단력(예컨대, 교반)을 가하게 되면 층간 삽입되어 있던 금속-알킬 아민 착화합물에 의해 번들 형태의 탄소나노튜브가 디번들링되면서 분산이 될 수 있는 것이다.In the process of mixing the aggregated bundled carbon nanotubes in the electron solution, the metal-alkyl amine complex is intercalated into the bundle of carbon nanotubes, and at the same time, the carbon nanotubes are charged and the carbon nanotubes acquire (-) charge. will have The metal-alkyl amine complex must exist in an intercalated state between carbon nanotubes having (-) charges. When shear force (eg, stirring) is applied, the intercalated metal-alkyl amine complex becomes As the carbon nanotubes in the form are debundled, they can be dispersed.

전단력을 가할 때 1,000 내지 10,000rpm의 속도로 교반될 수 있는데, 1,000rpm 미만이면 전단력이 충분히 생성되지 않아 탄소나노튜브의 사이에 금속-알킬 아민 착화합물이 인터칼레이션되어 있더라도 탄소나노튜브의 분산이 빠른 시간 내에 이루어지지 못하고, 10,000rpm을 초과하면 너무 빠른 속도에 의해 탄소나노튜브에 물리적 충격이 가해져 결정성 저하나 일부 탄소나노튜브의 절단을 야기시킬 수 있는 단점이 있다.When the shear force is applied, stirring can be performed at a speed of 1,000 to 10,000 rpm. If the speed is less than 1,000 rpm, the shear force is not sufficiently generated, so that even if the metal-alkyl amine complex is intercalated between the carbon nanotubes, the carbon nanotubes are rapidly dispersed. If this cannot be done within the time limit and exceeds 10,000 rpm, a physical impact is applied to the carbon nanotubes due to too high a speed, which may cause crystallinity deterioration or cutting of some carbon nanotubes.

상기와 같은 방법으로 제조되는 비산화 탄소나노튜브 분산액에 있어서, 비산화 탄소나노튜브는 1 내지 10의 가닥 정도로 분산이 이루어짐으로써, 비산화 탄소나노튜브의 디번들링이 잘 이루어지고, 용액 내에서 비산화 탄소나노튜브가 가닥 단위로 고분산이 이루어진다 할 것이다.In the non-oxidized carbon nanotube dispersion prepared by the above method, the non-oxidized carbon nanotubes are dispersed at about 1 to 10 strands, so that the debundling of the non-oxide carbon nanotubes is well performed, and the non-oxide carbon nanotubes are well debundled. Oxidation carbon nanotubes will be highly dispersed in strand units.

또 다른 양태로, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 비산화 탄소나노튜브 분산액을 응고욕으로 방사하여 제조되는 전도성 섬유에 관한 것이다. 즉 고농도의 비산화 탄소나노튜브 분산액을 응고욕으로 방사하여 전도성 섬유로 형성할 수 있는 바, 전도성 섬유의 경우 산화 처리되지 않은 탄소나노튜브의 층간에 금속-알킬 아민 착화합물이 삽입된 분산액을 주사기와 실린지 펌프와 같은 방사 도구를 이용하여 에테르 응고욕으로 방사하여 비산화 탄소나노튜브 섬유를 형성할 수 있게 되는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention relates to a conductive fiber prepared by spinning the non-oxidized carbon nanotube dispersion prepared by the above method into a coagulation bath. That is, a high-concentration non-oxidized carbon nanotube dispersion can be spun into a coagulation bath to form conductive fibers. In the case of conductive fibers, the dispersion in which a metal-alkyl amine complex is inserted between layers of unoxidized carbon nanotubes is injected with a syringe. It is characterized in that non-oxide carbon nanotube fibers can be formed by spinning in an ether coagulation bath using a spinning tool such as a syringe pump.

비산화 탄소나노튜브 분산액을 응고욕으로 방사하여 형성되는 전도성 섬유에 있어서, 면저항(surface resistivity, Rs)이 3.490×10-1Ω/□이고, 전기전도도(σ)는 7,163S/cm가 될 수 있으므로, 고전기전도성 섬유 형성이 가능하다 할 것이다. 즉 탄소나노튜브를 분산시키면 저항이 낮아져 전기전도성이 높아질 수 있게 되는 것이다.In the conductive fiber formed by spinning the non-oxidized carbon nanotube dispersion into a coagulation bath, the surface resistivity (R s ) is 3.490×10 -1 Ω/□ and the electrical conductivity (σ) is 7,163 S/cm. Therefore, it will be possible to form a highly conductive fiber. That is, when the carbon nanotubes are dispersed, the resistance is lowered and the electrical conductivity can be increased.

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. However, the following examples are merely illustrative to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby.

<실시예 1><Example 1> 비산화 단일벽 탄소나노튜브 분산액의 제조Preparation of non-oxidized single-walled carbon nanotube dispersion

100ml 바이알 안에 단일벽 탄소나노튜브 분말 400mg, 알칼리 금속(potassium, K) 780mg과 알킬 아민 용액(ehtylenediamine, EN) 20ml, 유리 마그네틱바를 넣고 상온에서 1,000rpm으로 3일 이상 혼합 후 혼합액에 DMSO 용액 15ml에 첨가한 후 가볍게 흔들어서 섞은 다음, bath sonication으로 5분 처리 후 vortex mixer를 이용하여 3,000rpm으로 3분 동안 처리하여, 칼륨-에틸렌 디아민 착화합물이 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 사이에 인터칼레이션되어 탄소나노튜브의 분산이 이루어진 비산화 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 제조하였다.In a 100ml vial, put 400mg of single-walled carbon nanotube powder, 780mg of alkali metal (potassium, K), 20ml of alkylamine solution (ehtylenediamine, EN), and a glass magnetic bar, mix at room temperature at 1,000rpm for more than 3 days, and mix with 15ml of DMSO solution in the mixed solution. After adding, shake lightly to mix, treat with bath sonication for 5 minutes, and then use a vortex mixer for 3 minutes at 3,000 rpm to intercalate the potassium-ethylene diamine complex between non-oxidized single-walled carbon nanotubes to form carbon nanotubes. A dispersion of non-oxidized single-walled carbon nanotubes in which nanotubes were dispersed was prepared.

<실시예 2><Example 2> 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유의 제조Manufacture of non-oxidized single-walled carbon nanotube fibers

2-1. 모노 필라멘트의 제조2-1. Manufacture of monofilament

실시예 1에서 제조된 비산화 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 주사기와 실린지 펌프를 이용하여 에테르 응고욕으로 방사하여 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유를 제조하였다. 제조된 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유를 응고욕에서 건져내어 과량의 증류수에 1일 동안 담가 놓은 후 꺼내어 건조하였다.The non-oxidized single-wall carbon nanotube dispersion prepared in Example 1 was spun into an ether coagulation bath using a syringe and a syringe pump to prepare non-oxidized single-wall carbon nanotube fibers. The prepared non-oxidized single-wall carbon nanotube fibers were taken out of the coagulation bath, soaked in an excess of distilled water for 1 day, and then taken out and dried.

2-2. 멀티 필라멘트의 제조2-2. Manufacture of multifilament

실시예 2-1에서 제조된 모노 필라멘트를 다수 가닥 꼬아 멀티 필라멘트 형태의 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유를 제조하였다.Multi-filament type non-oxidized single-walled carbon nanotube fibers were prepared by twisting multiple strands of the monofilaments prepared in Example 2-1.

<시험예 1><Test Example 1> 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 분산성 분석Dispersion analysis of non-oxidized single-walled carbon nanotubes

본 시험예에서는 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 분산성에 대한 특성을 분석해 보았다. 관련하여, 우선 실시예 1에서 제조되는 비산화 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 도 2에서 확인할 수 있다. 즉 도 2는 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브 분산액 사진을 나타낸 것으로, 비산화 단일벽 탄소나노튜브가 용액상과 층분리되지 않고 고농도로 분산됨이 확인된다.In this test example, the dispersibility characteristics of the non-oxidized single-walled carbon nanotubes according to Example 1 were analyzed. In relation to this, first, the non-oxidized single-walled carbon nanotube dispersion prepared in Example 1 can be seen in FIG. 2 . That is, FIG. 2 shows a photograph of the non-oxidized single-walled carbon nanotube dispersion according to Example 1, and it is confirmed that the non-oxidized single-walled carbon nanotubes are dispersed at high concentration without layer separation from the solution phase.

도 3a는 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브를 광학현미경 일반 이미지로 나타낸 것이고, 도 3b는 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브를 광학현미경 편광 이미지로 나타낸 것이다. 도 3에와 같이 광학현미경을 살펴보면 단일벽 탄소나노튜브의 사이에 칼륨-에틸렌 디아민 착화합물이 인터칼레이션된 상태에서 전단력을 가했을 때 얼라인 즉, 배열이 되는데, 이는 단일벽 탄소나노튜브 자체가 액정 특성을 갖게 되면 나타나는 것이라 할 수 있다. 특히 도 3a의 일반 이미지와는 달리, 도 3b의 편광 이미지를 살펴보면 까맣던 부분이 밝게 보임이 확인되는데, 이는 정렬되어 있는 단일벽 탄소나노튜브에 의해 편광 현상이 일어나면서 빛이 투과하면서 나타나는 현상이다.FIG. 3a shows a general image of non-oxidized single-walled carbon nanotubes according to Example 1 under an optical microscope, and FIG. 3b shows a polarized light image of non-oxidized single-walled carbon nanotubes according to Example 1 under an optical microscope. Looking at an optical microscope as shown in FIG. 3, when a shear force is applied in a state in which a potassium-ethylenediamine complex is intercalated between single-walled carbon nanotubes, they are aligned, that is, aligned. It can be said that if you have a characteristic, it will appear. In particular, unlike the general image of FIG. 3a, looking at the polarization image of FIG. 3b, it is confirmed that the black part looks bright. .

도 4a는 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 원자힘 현미경 스캔 결과를 이미지로 나타낸 것이고, 도 4b는 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 원자힘 현미경 스캔 결과를 그래프로 나타낸 것이다. 도 4a를 참조하면, 단일벽 탄소나노튜브가 디번들링되어 단일 가닥 내지 열 가닥 이내로 분산됨이 확인된다. 도 4b에 y축의 Height(nm)은 단일벽 탄소나노튜브 번들의 지름을 나타내는데, 대략 1nm에서부터 10nm까지의 지름을 갖는 것이 확인된다.4A is an image of an atomic force microscope scan result of non-oxidized single-wall carbon nanotubes according to Example 1, and FIG. 4B is a graph showing an atomic force microscope scan result of non-oxidized single-wall carbon nanotubes according to Example 1. is indicated by Referring to FIG. 4A , it is confirmed that the single-walled carbon nanotubes are debundled and dispersed within a single strand to ten strands. In FIG. 4B, the height (nm) of the y-axis represents the diameter of the single-walled carbon nanotube bundle, and it is confirmed that it has a diameter ranging from about 1 nm to 10 nm.

<시험예 2><Test Example 2> 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 결정성 분석Crystallinity analysis of non-oxidized single-walled carbon nanotubes

본 시험예에서는 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 결정성에 대한 특성을 분석해 보았다. 관련하여, 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 결정성은 라만 분광법(Raman spectroscopy)을 수행하여 수득된 라만 스펙트럼을 통하여 확인하였다. 라만 분광법은 비산화 단일벽 탄소나노튜브 표면에서 소정의 영역을 선택하고, 상기 영역에 대하여 라만 분광기와 라만 맵핑을 이용하여 수행하였다.In this test example, the crystallinity characteristics of the non-oxidized single-walled carbon nanotubes according to Example 1 were analyzed. In this regard, the crystallinity of the non-oxidized single-walled carbon nanotubes was confirmed through a Raman spectrum obtained by performing Raman spectroscopy. Raman spectroscopy was performed by selecting a predetermined area on the surface of the non-oxidized single-walled carbon nanotube and using Raman spectroscopy and Raman mapping for the area.

도 5는 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 라만 분광 분석 결과를 그래프로 나타낸 것으로, 도 5의 ID/IG는 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 결정화도를 나타내는 척도를 의미한다. 라만 스펙트럼의 파수 1,360 ± 30㎝-1 영역에 존재하는 피크를 D peak라 하고, D peak는 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 육각 sp2 결합에 구조적 결함이 발생했을 때 나타난다. 라만 스펙트럼의 파수 1,580 ± 30㎝-1 영역에 존재하는 피크를 G peak라 하고, G peak 역시 탄소나노튜브의 육각 sp2 결합을 나타내는 피크이긴 하나, 이는 구조적 결함이 없는 탄소 결정을 나타낸다.5 is a graph showing the results of Raman spectroscopic analysis of non-oxidized single-walled carbon nanotubes according to Example 1, and I D / I G in FIG. 5 means a scale representing the crystallinity of non-oxidized single-walled carbon nanotubes . A peak existing in the wavenumber 1,360 ± 30 cm -1 region of the Raman spectrum is called D peak, and the D peak appears when structural defects occur in the hexagonal sp 2 bond of non-oxidized single-walled carbon nanotubes. The peak present in the wave number 1,580 ± 30 cm -1 region of the Raman spectrum is called G peak, and the G peak is also a peak representing hexagonal sp 2 bonds of carbon nanotubes, but it represents a carbon crystal without structural defects.

이처럼 도 5의 D peak와 G peak 간의 비율로 단일벽 탄소나노튜브의 결정성을 나타내게 되는데, 결함을 나타내는 D peak가 굉장히 낮아 ID/IG의 비율이 0.02 미만으로써, 산처리를 하지 않은 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브의 결정성이 유지됨이 확인된다.As such, the crystallinity of the single-walled carbon nanotubes is indicated by the ratio between the D peak and the G peak in FIG. 5. The D peak representing the defect is very low, and the ratio of I D / I G is less than 0.02, so the acid treatment is not performed. It is confirmed that the crystallinity of the non-oxidized single-walled carbon nanotubes according to Example 1 is maintained.

<시험예 3><Test Example 3> 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유의 특성 분석Characterization of non-oxidized single-wall carbon nanotube fibers

본 시험예에서는 실시예 2에 따라 제조된 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유 즉, 실시예 2-1의 모노 필라멘트 형태와 실시예 2-2의 멀티 필라멘트 형태의 특성을 분석해 보았다.In this test example, the characteristics of the non-oxidized single-walled carbon nanotube fibers prepared according to Example 2, that is, the monofilament form of Example 2-1 and the multifilament form of Example 2-2, were analyzed.

도 6a는 실시예 2에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유(mono-filament)를 사진으로 나타낸 것이고, 도 6b는 실시예 2에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유(multi-filament)를 사진으로 나타낸 것이다. 도 6a는 실시예 2에서 모노 필라멘트 형태로 제조된 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유로, 비산화 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 응고욕으로 방사하면 모노 필라멘트로의 형성이 안정적으로 이루어짐을 확인할 수 있었다. 또한 도 6b의 경우 실시예 2에서 제조된 모노 필라멘트 다수 개를 꼬아서 제조한 멀티 필라멘트 형태의 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유로, 모노 필라멘트 대비 강도가 개선된 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유를 확인할 수 있다.6a is a photograph of non-oxidized single-wall carbon nanotube fibers (mono-filament) according to Example 2, and FIG. 6B is a photograph of non-oxidized single-wall carbon nanotube fibers (multi-filament) according to Example 2. is indicated by 6a is a non-oxidized single-wall carbon nanotube fiber prepared in the form of a monofilament in Example 2, and it was confirmed that the monofilament was stably formed when the non-oxidized single-wall carbon nanotube dispersion was spun into a coagulation bath. . In addition, in the case of FIG. 6B, non-oxidized single-wall carbon nanotube fibers in the form of multi-filaments prepared by twisting a plurality of monofilaments prepared in Example 2, and having improved strength compared to monofilaments, are non-oxidized single-wall carbon nanotube fibers. You can check.

도 7a, 도 7b, 도 7c, 도 7d 및 도 7e는 실시예 2에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유를 전자현미경 이미지로 나타낸 것으로, 섬유의 구성이 비산화 단일벽 탄소나노튜브로 이루어짐을 확인할 수 있다.7a, 7b, 7c, 7d, and 7e show electron microscope images of non-oxidized single-walled carbon nanotube fibers according to Example 2, showing that the fibers are composed of non-oxidized single-walled carbon nanotubes. You can check.

도 7b는 실시예 2에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유를 20.0kV에서 측정하여 천오백 배율로 확대하여 SEM 사진으로 나타낸 것이고, 도 7c는 실시예 2에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유를 20.0kV에서 측정하여 십만 배율로 확대하여 SEM 사진으로 나타낸 것이고, 도 7d는 실시예 2에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유를 10.0kV에서 측정하여 천오백 배율로 확대하여 SEM 사진으로 나타낸 것이며, 도 7e는 실시예 2에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브 섬유를 10.0kV에서 측정하여 십만 배율로 확대하여 SEM 사진으로 나타낸 것이다. 이러한 도 7을 참조하면 실시예 1에 따른 비산화 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 응고욕으로 방사하여 안정적인 섬유 형태로 제조될 수 있음을 확인할 수 있다.FIG. 7b is an SEM photograph of the non-oxidized single-walled carbon nanotube fibers according to Example 2 measured at 20.0 kV and enlarged at a magnification of 1,500, and FIG. 7c shows the non-oxidized single-walled carbon nanotube fibers according to Example 2 Figure 7d is a SEM picture of non-oxidized single-wall carbon nanotube fibers according to Example 2 measured at 10.0 kV and enlarged to 1,500 magnifications. 7e is an SEM photograph of the non-oxidized single-walled carbon nanotube fibers according to Example 2 measured at 10.0 kV and magnified at a magnification of 100,000. Referring to FIG. 7, it can be confirmed that the dispersion of non-oxidized single-walled carbon nanotubes according to Example 1 can be produced in a stable fiber form by spinning in a coagulation bath.

정리하면, 본 발명은 뭉쳐지는 성질을 갖는 탄소나노튜브 특히, 단일벽 탄소나노튜브에 산처리를 통한 관능기 도입 없이도 알킬 아민에 금속이 결합된 금속-알킬 아민 착화합물을 단일벽 탄소나노튜브의 사이나 층간에 인터칼레이션되도록 함으로써 결정성을 유지한 상태로 고농도 분산이 이루어진 분산액을 제공할 수 있는 특징이 있다.In summary, the present invention is a metal-alkyl amine complex compound in which a metal is bonded to an alkyl amine without introducing a functional group through acid treatment of carbon nanotubes having agglomeration properties, particularly single-walled carbon nanotubes, between or between single-walled carbon nanotubes. By intercalating between the layers, there is a feature that can provide a dispersion in which high concentration dispersion is achieved while maintaining crystallinity.

이러한 특징에 따르면, 탄소나노튜브를 산화시키기 않아 탄소나노튜브의 표면에 흡착되는 분자가 없기 때문에 탄소나노튜브 분산 시 액정 특성을 가질 수 있을 뿐만 아니라 탄소나노튜브 간 결합 면적이 넓어져 섬유화 시 별도의 후처리 없이 우수한 전기적 특성 및 기계적 특성을 구현할 수 있는데 의미가 있다.According to these characteristics, since there are no molecules adsorbed on the surface of the carbon nanotubes because the carbon nanotubes are not oxidized, not only can they have liquid crystal properties when dispersing the carbon nanotubes, but also the bonding area between the carbon nanotubes is widened, which makes it possible to separate them during fiberization. It is meaningful that excellent electrical and mechanical properties can be implemented without post-processing.

따라서 본 발명은 저온 또는 고온 환경을 요구하지 않고 상온에서 비산화 탄소나노튜브를 합성하고, 비산화 탄소나노튜브의 사이 사이에 금속-알킬 아민 착화합물이 인터칼레이션된 후 전단력을 통해 뭉쳐져 번들링되어 있던 탄소나노튜브를 용이하게 분산시킬 수 있으므로, 비산화 탄소나노튜브 분산액 및 전도성 섬유의 대량 생산이 가능할 것으로 기대된다.Therefore, the present invention synthesizes non-oxidized carbon nanotubes at room temperature without requiring a low or high temperature environment, intercalates a metal-alkyl amine complex between non-oxidized carbon nanotubes, and then aggregates and bundles through shear force. Since carbon nanotubes can be easily dispersed, mass production of non-oxidized carbon nanotube dispersions and conductive fibers is expected to be possible.

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. 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. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an example of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations can be made to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are intended to explain, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed according to the claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (8)

탄소나노튜브; 및
알킬 아민에 금속이 결합되어 형성되는 금속-알킬 아민 착화합물;을 포함하고,
상기 금속-알킬 아민 착화합물이 상기 탄소나노튜브의 사이에 인터칼레이션(intercalation)되어 분산성을 갖는 것을 특징으로 하는, 알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액.
carbon nanotubes; and
A metal-alkyl amine complex formed by binding a metal to an alkyl amine;
A non-oxidized carbon nanotube dispersion using alkyl amine, characterized in that the metal-alkyl amine complex compound is intercalated between the carbon nanotubes and has dispersibility.
제1항에 있어서,
상기 금속은, 알칼리 금속 및 알칼리 토금속 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액.
According to claim 1,
The metal is characterized in that at least one of an alkali metal and an alkaline earth metal, a non-oxide carbon nanotube dispersion using an alkyl amine.
제1항에 있어서,
상기 알킬 아민은, 모노에탄올 아민, 메틸에탄올 아민, 메틸디에탄올 아민, 에틸에탄올 아민, 디에탄올 아민, 디에틸에탄올 아민, 트리에탄올 아민, N-아미노-N-프로판올, 메틸 아민, 디메틸 아민, H트리메틸 아민, 에틸 아민, 디에틸 아민, 트리에틸 아민, 에틸렌 디아민, 모노에탄올 아민, N-(β아미노에틸)에탄올 아민, 헥사메틸렌 디아민, 디에틸렌 트리아민, 트리에틸렌 테트라아민, 모노이소프로판올 아민, 디이소프로판올 아민, 트리이소프로판올 아민 및 테트라에틸렌 펜타민으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액.
According to claim 1,
The alkyl amine is monoethanol amine, methylethanol amine, methyldiethanol amine, ethylethanol amine, diethanol amine, diethylethanol amine, triethanol amine, N-amino-N-propanol, methyl amine, dimethyl amine, H trimethyl Amine, ethyl amine, diethyl amine, triethyl amine, ethylene diamine, monoethanol amine, N-(βaminoethyl)ethanol amine, hexamethylene diamine, diethylene triamine, triethylene tetraamine, monoisopropanol amine, diisopropanol A non-oxidized carbon nanotube dispersion using an alkyl amine, characterized in that it is at least one selected from the group consisting of amine, triisopropanol amine and tetraethylene pentamine.
제1항에 있어서,
상기 탄소나노튜브의 농도는, 상기 분산액의 총 중량을 기준으로 0.1 내지 3중량%인 것을 특징으로 하는, 알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액.
According to claim 1,
The concentration of the carbon nanotubes is 0.1 to 3% by weight based on the total weight of the dispersion, characterized in that, a non-oxidized carbon nanotube dispersion using an alkyl amine.
제1항에 있어서,
상기 분산액은, 극성 비양자성 용매;를 더 포함하고,
상기 극성 비양자성 용매는, 디메틸술폭시드(dimethyl sulfoxide, DMSO), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 디메틸아세트아미드(N,N-Dimethylacetamide, DMA), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 에틸아세테이트(ethyl acetate, EtOAc), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 디클로로메테인(dichloromethane, DCM) 및 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액.
According to claim 1,
The dispersion further comprises a polar aprotic solvent;
The polar aprotic solvent is dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (N,N-Dimethylacetamide, DMA), tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate (EtOAc), acetone, acetonitrile, dichloromethane (DCM) and propylene carbonate Characterized in that at least one selected from the group consisting of (propylene carbonate, PC), a non-oxidized carbon nanotube dispersion using an alkyl amine.
탄소나노튜브, 금속 및 알킬 아민을 상온에서 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계; 및
상기 혼합액에 전단력을 가하여 탄소나노튜브 분산액을 제조하는 단계;를 포함하되,
상기 분산액은, 상기 알킬 아민에 상기 금속이 결합되어 금속-알킬 아민 착화합물을 형성하고, 상기 착화합물이 상기 탄소나노튜브의 사이에 인터칼레이션(intercalation)되어, 상기 전단력에 의하여 상기 탄소나노튜브가 디번들링되면서 분산성을 갖는 것을 특징으로 하는, 알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액의 제조방법.
preparing a mixed solution by mixing carbon nanotubes, a metal, and an alkyl amine at room temperature; and
Preparing a carbon nanotube dispersion by applying a shear force to the mixed solution; Including,
In the dispersion, the metal is bonded to the alkyl amine to form a metal-alkyl amine complex compound, and the complex compound is intercalated between the carbon nanotubes, so that the carbon nanotubes are formed by the shear force. A method for producing a non-oxidized carbon nanotube dispersion using an alkyl amine, characterized in that it has dispersibility while being bundled.
제6항에 있어서,
상기 혼합액을 제조하는 단계는, 상기 혼합액에 극성 비양자성 용매를 첨가하되,
상기 극성 비양자성 용매는, 디메틸술폭시드(dimethyl sulfoxide, DMSO), N-메틸-2-피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidone, NMP), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF), 디메틸아세트아미드(N,N-Dimethylacetamide, DMA), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran, THF), 에틸아세테이트(ethyl acetate, EtOAc), 아세톤(acetone), 아세토니트릴(acetonitrile), 디클로로메테인(dichloromethane, DCM) 및 프로필렌카보네이트(propylene carbonate, PC)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 알킬 아민을 이용한 비산화 탄소나노튜브 분산액의 제조방법.
According to claim 6,
In the step of preparing the mixed solution, a polar aprotic solvent is added to the mixed solution,
The polar aprotic solvent is dimethyl sulfoxide (DMSO), N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide (N,N-Dimethylacetamide, DMA), tetrahydrofuran (THF), ethyl acetate (EtOAc), acetone, acetonitrile, dichloromethane (DCM) and propylene carbonate A method for producing a non-oxidized carbon nanotube dispersion using an alkyl amine, characterized in that at least one selected from the group consisting of (propylene carbonate, PC).
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 비산화 탄소나노튜브 분산액을 응고욕으로 방사하여 형성되는 것을 특징으로 하는, 전도성 섬유.A conductive fiber characterized in that it is formed by spinning the non-oxidized carbon nanotube dispersion of any one of claims 1 to 5 into a coagulation bath.
KR1020210152512A 2021-11-08 2021-11-08 Non-oxidized carbon nanotube dispersion using alkylamine, manufacturing method thereof, and conductive fiber using same KR20230066951A (en)

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