KR100779124B1 - 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물 및 그 용도 - Google Patents

기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물 및 그 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 탄소섬유의 각각의 섬유 필라멘트의 구조가 그 축을 따라 연장하여 있는 중공구조이고, 직경이 0.001~1㎛이고 종횡비가 5~15,000인 기상성장 탄소섬유; 및 상기 탄소섬유의 표면에 부착되어 있는 입자크기 0.0001~5㎛의 무기 미립자로 이루어진 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물로서, 무기 미립자의 평균 입자크기에 대한 기상성장 탄소섬유의 평균 직경의 비가 1:0.01~1:5이고; 무기 미립자에 대한 기상성장 탄소섬유의 질량비가 1:0.005~1:50이고; 또한 탄소섬유의 탄소결정구조를 유지하고 있으며 표면특성이 개질되어 있는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물에 관한 것이다.

Description

기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물 및 그 용도{COMPOSITE OF VAPOR GROWN CARBON FIBER AND INORGANIC FINE PARTICLE AND USE THEREOF}
본 발명은 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자로 이루어진 복합물 및 그 용도에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 기상성장 탄소섬유의 표면에 무기 미립자를 부착하여 형성함으로써, 그 탄소섬유의 표면특성이 개질된 복합물; 및 기상성장 탄소섬유를 무기 미립자를 담지하는 담체로서 사용하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물(이하, 이 복합물을 "기상성장 탄소섬유/무기 미립자 복합물"이라 약칭하는 경우도 있음)에 관한 것이다.
탄소결정이 발전하여 있는 기상성장 탄소섬유를 수지 또는 다른 재료와 혼합하여 복합물을 형성하는 경우, 수지 등의 매트릭스에 대한 탄소섬유의 젖음성은 중요한 요인이다. 기상성장 탄소섬유가 매트릭스에 대한 젖음성이 나쁜 경우, 탄소섬유는 매트릭스 중으로 균일하게 분산되기 곤란하여, 탄소섬유 또는 기상성장 탄소섬유는 매트릭스 중에서 서로 고립된 응집체를 형성한다. 한편, 탄소결정이 발전된 기상성장 탄소섬유의 표면은 불활성이므로, 탄소섬유 표면은 커플링제 또는 첨가제에 영향을 받지 않는다.
탄소섬유 또는 기상성장 탄소섬유의 표면을 개질하려는 시도에 있어서, 각종 의 표면 산화법이 제안되어 있다. 그 방법의 대표적 예는 (1)질산 또는 황산을 사용한 산처리법, (2)공기 산화법, 및 (3)오존 산화법(일본특허공개 소61-12967호 공보, 일본특허공개 2000-96429호 공보 및 일본특허공개 소61-119767호 공보 참조)이다. 최근, 플라즈마 분위기 하에서 탄소섬유의 표면을 불소로 처리하는 등의 방법이 행해지고 있다(일본특허공개 평3-227325호 공보 참조).
산화처리 후, 탄소섬유의 표면 탄소층에 카르복실기, 카르보닐기, 히드록시기, 또는 유사기 등의 관능기를 도입함으로써, 탄소섬유 표면은 활성으로 된다. 그러므로, 탄소섬유 표면은, 커플링제 등을 그 표면의 이러한 관능기에 작용시킴으로써 더 개질화될 수 있다(Otani 저, Kindai Henshu Ltd. "탄소섬유" (1972)).
산화처리하여 기상성장 탄소섬유의 표면에 관능기를 도입하는 종래의 방법에 있어서, 탄소섬유 표면의 특성은 개선되었다. 그러나, 탄소섬유 표면의 산화는 탄소결정구조; 강도, 도전성 및 열전도성을 포함한 기상성장 탄소섬유 본래의 물리적 특성을 발휘하는 탄소결정구조를 붕괴시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 그 표면 특성이 탄소섬유의 탄소결정구조의 붕괴없이 개질된 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물을 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 다양한 특성을 나타내는 무기 미립자를 기상성장 탄소섬유의 표면에 부착하여 복합물을 형성한 경우, 탄소섬유의 표면이 소망한 특성을 나타내도록 개질할 수 있고, 또한 이러한 복합물을 물리적(기계적) 방법; 즉, 기계화학적 방법에 의해 형성한 경우, 그 복합물은 종래의 용제분산법을 사용한 경우에 비하여 용이하게 형성되고, 탄소섬유 표면의 결정구조가 붕괴되는 것이 억제되므로, 얻어진 복합물은 우수한 특성을 나타내는 것을 발견하였다. 또한, 본 발명자들은, 기상성장 탄소섬유와 촉매 등으로서 사용될 수 있는 무기 미립자로부터 기계화학적 방법에 의해 복합물을 형성하는 경우, 탄소섬유는 무기 미립자 촉매의 담체로서 사용될 수 있는 것도 발견하였다. 본 발명은 이들 발견에 기초하여 이루어진 것이다.
따라서, 후술하듯이, 본 발명은 기상성장 탄소섬유/무기 미립자 복합물 및 그 용도를 제공하는 것이다.
1. 탄소섬유의 각각의 섬유 필라멘트의 구조가 그 축을 따라 연장하여 있는 중공구조이고, 직경이 0.001~1㎛이고 종횡비가 5~15,000인 기상성장 탄소섬유; 및 상기 탄소섬유의 표면에 부착되어 있는 입자크기 0.0001~5㎛의 무기 미립자로 이루어진 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물로서, 무기 미립자의 평균 입자크기에 대한 기상성장 탄소섬유의 평균 직경의 비가 1:0.01~1:5인 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
2. 1에 있어서, 무기 미립자에 대한 기상성장 탄소섬유의 질량비가 1:0.005~1:50인 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
3. 1 또는 2에 있어서, 상기 무기 미립자가 주기율표 2~15족에 속하는 원소 또는 그 원소를 함유하는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
4. 3에 있어서, 상기 주기율표 2~15족에 속하는 원소가 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 지르코늄, 바나듐, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 철, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 로듐, 니켈, 팔라듐, 백금, 동, 은, 금, 아연, 카드뮴, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 실리콘, 게르마늄, 주석, 인 또는 비스무트인 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
5. 3에 있어서, 상기 주기율표 2~15족에 속하는 원소를 함유하는 화합물이 산화물, 탄산염, 황산염, 질산염, 착체 또는 할라이드의 형태인 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
6. 3에 있어서, 상기 주기율표 2~15족에 속하는 원소를 함유하는 화합물이 산화물의 형태인 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
7. 1 또는 2에 있어서, 상기 무기 미립자는 실리카, 탄산칼슘, 알루미나, 산화티타늄 및 산화철로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
8. 1에 있어서, 상기 기상성장 탄소섬유는 붕소를 0.01~5질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
9. 1~8 중 어느 하나에 기재된 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 수지 복합재.
10. 1~8 중 어느 하나에 기재된 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 페이스트.
11. 1~8 중 어느 하나에 기재된 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 촉매.
본 발명의 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물에 대해서 이하에 상세하게 설명한다.
본 발명에 사용되는 기상성장 탄소섬유(이하, "VGCF"(등록상표)로 약칭하는 경우도 있음)의 각각의 섬유 필라멘트는 그 축을 따라 연장하여 있는 중공을 갖고, 직경은 0.001~1㎛이고 종횡비는 5~15,000이다. 바람직하게는, 섬유 필라멘트의 직경은 0.002~0.5㎛이고 종횡비는 10~10,000이다.
기상성장 탄소섬유는 금속성 촉매의 존재 하에서 탄화수소 등의 가스의 기상 열분해를 통해 제조될 수 있다.
예컨대, 하기의 VGCF 제조방법이 개시되어 있다: 원료로서의 벤젠 등의 유기화합물 및 촉매로서의 페로센 등의 유기전이금속성 화합물을 고온 반응로에 캐리어 가스와 함께 도입하여, 기재 상에 VGCF를 생성하는 방법(일본특허공개 소60-27700호 공보); 분산상태에서 VGCF(등록상표)를 생성하는 방법(일본특허공개 소60-54998호 공보); 및 VGCF를 반응로벽에 발전시키는 방법(일본특허 제2778434호 공보). 상기 방법 중 어느 하나에 의해 생성된 VGCF를 불활성 분위기(예컨대, 아르곤) 하에서 600~1,500℃에서 열처리하고, 2,000~3,300℃에서 더 열처리하여, VGCF를 흑연화한다.
상술한 방법에 의해서, 우수한 도전성 및 열전도성을 나타내고, 필러 재료로서 적합하게 사용되는, 비교적 직경이 작고 종횡비가 높은 탄소섬유를 제조할 수 있다.
VGCF는 그 형태 및 결정구조에 의해 특징지워진다. VGCF의 필라멘트는 그 중앙부에 매우 얇은 중공을 갖고, 그 중공 둘레를 따라 복수개의 탄소 육각망층이 성장하여 나이테 형상으로 원심원통을 형성하는 구조를 갖는다.
본 발명에 사용되는 VGCF는 이러한 중공을 갖는 구조의 일부가 서로 결합되어 있는, 일본특허공개 2002-266170호 공보에 기재된, 예컨대 분기상 기상성장 탄소섬유이어도 좋다.
본 발명에 사용되는 VGCF의 평균 섬유 필라멘트 직경은 80~500nm, 바람직하게는 80~140nm, 더욱 바람직하게는 80~110nm이고; 섬유 필라멘트 직경의 변동율은 적은데, 즉 전체 섬유(섬유수 기준)의 65% 이상, 바람직하게는 70% 이상, 더욱 바람직하게는 75% 이상이 평균 직경의 ±20%의 범위내이다. 또한, 본 발명에 사용되는 VGCF의 벌크밀도는 0.015g/㎤ 이하이고, 비저항은 0.015Ωcm 이하이다.
상술한 VGCF 또는 분기상 VGCF는 붕산, 붕산염, 산화붕소 또는 탄화붕소 등의 붕소 또는 붕소 화합물의 존재하 불활성 분위기(예컨대, 아르곤)에서 2,000~3,300℃에서 국제공개 팜플렛 WO00/58536에 기재된 방법(붕소처리 방법)에 따라; 또는 일본특허공개 2003-20527호 공보에 기재된 방법(가스 접촉법)에 따라 열처리함으로써 생성될 수 있고; 또한 붕소, 또는 붕소와 붕소 화합물을 함유하는 기상성장 탄소섬유를 본 발명에 사용해도 좋다.
본 발명에 사용되는 무기 미립자는 주기율표 2~15족에 속하는 원소의 단체 또는 그 원소를 함유하는 화합물로 이루어진다. 바람직하게는, 무기 미립자는 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 지르코늄, 바나듐, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 철, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 로듐, 니켈, 팔라듐, 백금, 동, 은, 금, 아연, 카드뮴, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 실리콘, 게르마늄, 주석, 인 또는 비스무트의 단체, 또는 이러한 원소를 함유하는 화합물로 이루어진다. 더욱 바람직하게는, 무기 미립자는 망간, 칼슘, 티타늄, 지르코늄, 바나듐, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 철, 루테늄, 오스뮴, 로듐, 팔라듐, 백금, 동, 은, 금, 아연, 카드뮴, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 실리콘, 게르마늄, 주석, 인 또는 비스무트의 단체, 또는 이러한 원소를 함유하는 화합물로 이루어진다.
이러한 화합물의 예로는 산화물, 탄산염, 황산염, 질산염, 착체 및 할라이드가 열거된다. 이들 중에서도, 산화물, 탄산염 및 할라이드가 바람직하고, 산화물이 특히 바람직하다. 여기서 사용된 "산화물"(즉, 산소와 산소 이외의 원소로 이루어진 화합물)은 과산화물, 초산화물, 산성 산화물, 염기성 산화물, 양성 산화물, 복산화물, 산소산염을 포함한다.
산화물의 구체예로는 실리카, 탄산칼슘, 알루미나, 산화티타늄, 산화철 및 티탄산바륨이 열거된다.
이러한 무기 화합물을 사용함으로써, 기상성장 탄소섬유의 표면이 친수성 또는 소수성 등의 특성을 나타내도록 개질할 수 있다.
본 발명에 있어서, 기상성장 탄소섬유의 평균 직경에 대한 무기 미립자의 평균 입자크기의 비는 바람직하게는 0.01:1~5:1이고, 보다 바람직하게는 0.01:1~3:1이고, 더욱 바람직하게는 0.1:1~1:1이다. 기상성장 탄소섬유의 평균 직경에 대한 무기 미립자의 평균 입자크기의 비가 0.01:1 미만인 경우, 무기 미립자의 입자크기를 조정하는 것이 곤란하게 되는 반면, 기상성장 탄소섬유의 평균 직경에 대한 무기 미립자의 평균 입자크기의 비가 5:1을 초과하는 경우, 기상성장 탄소섬유의 표면으로의 무기 미립자의 결합이 곤란하게 되어, 탄소섬유 표면의 개질효과가 저감된다.
본 발명에 있어서, 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자를 복합물로 형성하는 경우, 기상성장 탄소섬유에 대한 무기 미립자의 질량비는 바람직하게는 0.005:1~50:1이고, 보다 바람직하게는 0.01:1~40:1이고, 더욱 바람직하게는 0.05:1~30:1이다. 기상성장 탄소섬유에 대한 무기 미립자의 질량비가 0.005:1 미만인 경우, 탄소섬유 표면의 개질효과를 얻는 것이 곤란한 반면, 기상성장 탄소섬유에 대한 무기 미립자의 질량비가 50:1을 초과하는 경우, 탄소섬유 표면으로의 무기 미립자의 결합이 곤란하게 되어, 탄소섬유 표면의 개질효과가 저감된다.
본 발명의 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물은, 무기 미립자를 기상성장 탄소섬유의 표면에 물리적으로(기계적으로) 부착하는 기계화학적 방법에 의해 생성될 수 있다.
상기 기계화학적 방법에 있어서는, 원리적으로 무기 미립자와 기상성장 탄소섬유를 용제를 사용하지 않고 압력 및 전단력을 가하면서 함께 건식혼합하여, 상기 탄소섬유와 입자를 서로 결합시킨다. 상기 기계화학적 방법은 실질적으로 용제를 사용하지 않으므로, 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자를 용제에 분산시키고 용제를 제거할 필요가 없다는 이점이 있다. 이 기계화학적 방법을 사용함으로써, 탄소섬유와 기상성장 탄소섬유로 구성된 탄소결정의 붕괴없이, 무기 미립자를 기상성장 탄소섬유에 부착할 수 있으므로, 탄소섬유의 표면특성을 개선할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해서 실시예를 참조하여 설명한다. 실시예에 사용되는 기 상성장 탄소섬유와 무기 미립자에 대해서 이하에 설명한다.
기상성장 탄소섬유:
기상성장 탄소섬유(평균 직경: 150nm, 평균 길이: 20㎛)를 일본특허 제2778434호 공보에 기재된 방법으로 벤젠 및 페로센(촉매)을 사용하여 제조하였다. 이렇게 하여 제조된 탄소섬유를 아르곤 분위기 하에서 1,000℃에서 열처리한 후, 2,800℃에서 흑연화 처리를 행하였다. 얻어진 기상성장 탄소섬유의 층간거리 C0는 0.678nm이었고, 분기도, 즉 섬유 필라멘트간 결합정도를 나타내는 지표는 0.2포인트/㎛(SEM 화상분석에 의해 계산된 섬유 필라멘트의 ㎛ 당 분기포인트의 수)이었다.
무기 미립자:
(1) 탄산칼슘: 평균 1차 입자크기: 700nm(Shiraishi Calcium Kaisha, Ltd. 제품, SECTACARBHG)
(2) 알루미나: 평균 1차 입자크기: 30nm(Showa Denko K.K. 제품, UFA-40)
(3) 산화티타늄: 평균 1차 입자크기: 30nm(Showa Denko K.K. 제품, SUPERTITANIA(등록상표) F-4)
실시예 1~6: 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자로부터의 복합물 형성
기상성장 탄소섬유와 탄산칼슘을 98:2의 비율(질량비)로 혼합하고, 얻어진 혼합물을 후술하는 조건하에서 기계화학적 처리를 행하여, 기상성장 탄소섬유/탄산칼슘 복합물(2)(실시예 1)을 형성하였다.
실시예 1에서 사용한 탄산칼슘 대신에 알루미나 및 산화티타늄을 각각 사용하여, 기상성장 탄소섬유/알루미나 복합물(2)(실시예 2) 및 기상성장 탄소섬유/산화티타늄 복합물(2)(실시예 3)을 형성하였다.
기상성장 탄소섬유와 산화티타늄을 95:5의 비율(질량비)로 혼합하고, 얻어진 혼합물을 동일한 기계화학적 처리를 행하여, 기상성장 탄소섬유/산화티타늄 복합물(5)(실시예 4)을 형성하였다.
기상성장 탄소섬유와 산화티타늄을 90:10의 비율(질량비)로 혼합하고, 얻어진 혼합물을 동일한 기계화학적 처리를 행하여, 기상성장 탄소섬유/산화티타늄 복합물(10)(실시예 5)을 형성하였다.
벌크밀도 0.012g/㎤, 벌크밀도 0.8g/㎤로 압축했을 때의 비저항 0.007Ωcm, 섬유 필라멘트 직경 97nm, 섬유 필라멘트 직경의 표준편차 23.4nm 및 평균 섬유 필라멘트 길이 13㎛(평균 종횡비=130)이고, 그 전체 섬유(섬유수 기준)의 75%가 평균 직경의 ±20%의 범위내에 있는 기상성장 탄소섬유를 사용하여, 실시예 3의 복합물과 동일한 기상성장 탄소섬유/산화티타늄 복합물(2)(실시예 6)을 형성하였다.
기계화학적 처리 조건:
사용 기기: 모델 MICROS-O, Nara Machinery Co., Ltd. 제품
용적: 0.75L
유효 용적: 0.45L
처리량: 20g
주축 회전속도: 1,800rpm
처리시간: 90분
실시예 7~13 및 비교예 1~6: 기상성장 탄소섬유/무기 미립자 복합물을 함유하는 수지 복합재
후술하는 방법으로, 실시예 1~6에서 형성한 각각의 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물을 수지(나일론 66, 이하 "PA"라고 약칭함)와 혼합하여, 수지 복합재 중의 상기 얻어진 복합물의 분산성을 평가하였다. 상기 복합물의 분산성을 수지 복합재의 도전성을 측정하여 평가하였다. PA로서 CM3001(Toray Industries, Inc. 제품)을 사용하였다.
PA 복합재의 형성:
PA(실시예 7~11 및 13에서는 74g, 실시예 12에서는 70g) 및 기상성장 탄소섬유/무기 미립자 복합물(실시예 7~11 및 13에서는 4g, 실시예 12에서는 8g)을 라보 플라스토밀(Labo Plastomill)(Toyo Seiki)을 사용하여 270℃, 40rpm에서 10분간 용융혼합하였다. 얻어진 PA 복합재를 열압력(280℃, 20MPa(200kgf/㎠), 30초)을 가하여 크기 100mm×100mm×2mm의 플레이트로 형성하였다. 이렇게 하여 형성된 플레이트를 샘플로서 사용하였다. 비교하기 위해서, 이하의 샘플: 무기 미립자가 부착되어 있지 않은 PA와 기상성장 탄소섬유의 복합재로부터 제조한 샘플; PA(74g)와 기상성장 탄소섬유(3.9g)/탄산칼슘(0.08g)의 혼합물로부터 제조한 샘플; 및 PA만으로부터 제조한 샘플을 제조하였다.
상기 각각의 샘플의 도전성을 4-탐침 측정장치 및 절연저항계를 사용하여 측정하였다. 측정된 저항 및 강도(JIS K7194)의 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure 112006031411101-pct00001
표 1로부터 알 수 있듯이, 무기 미립자가 기상성장 탄소섬유의 표면에 부착되어 있는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물은 수지에 대한 젖음성이 개선되었다. 동일한 조건하에서 형성된, 상기 복합물로부터 형성한 수지 복합재 및 무기 미립자가 부착되어 있지 않은 기상성장 탄소섬유로부터 형성한 수지 복합재의 비교에 있어서, 전자의 복합재는 높은 도전성을 나타내는 것을 알 수 있다.
실시예 14 및 비교예 7: 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물을 함유하는 페이스트
기상성장 탄소섬유/알루미나 복합물(2)(실시예 14)(10질량%: 건조 페이스트 기준)을 3-롤 밀을 사용하여 크실렌 변성 페녹시 수지 및 용제로서의 글리콜에테르와 혼련하여, 도전성 페이스트를 제조하였다. 비교를 위해서, 복합물(2) 대신에 무기 미립자가 부착되어 있지 않은 기상성장 탄소섬유를 사용하여(비교예 7), 상술한 것과 동일한 방법으로 도전성 페이스트를 제조하였다.
이렇게 하여 제조한 각각의 페이스트를 사용하여, 패턴(n=5)을 에폭시 기판 상에 스크린 인쇄로 인쇄한 후, 200℃에서 건조경화시켰다. 건조경화 종료 후, 상기 패턴의 두께는 10㎛였다.
상기 페이스트로 이루어진 패턴의 표면저항은 각각 200Ω/□(실시예 14) 및 400Ω/□(비교예 7)이었다. 이 결과로부터, 동일한 조건하에서 페이스트(도막)에 사용한 경우에도, 기상성장 탄소섬유의 표면에 무기 미립자가 부착되어 있는 본 발명의 복합물은 무기 미립자가 부착되어 있지 않은 기상성장 탄소섬유에 비해서 수지에 대한 젖음성이 개선되었고, 또한 높은 도전성을 나타내는 것을 알 수 있다.
실시예 15: 기상성장 탄소섬유/무기 미립자 복합물을 함유하는 촉매
실시예 1과 동일한 방법으로, 기상성장 탄소섬유 및 산화철(Wako Pure Chemical Industries, Ltd. 제품, 평균 1차 입자크기: 300nm)을 95:5의 비율(질량비)로 혼합하여, 복합물을 형성하였다. 이렇게 하여 형성된 기상성장 탄소섬유/산화철(5) 복합물(1g)을 알루미나 보드에 위치시킨 다음, 그 알루미나 보드를 수평으로 배치된 석영관(내경: 20mm, 길이: 600mm)을 구비한 반응로의 중심부에 위치시킨 후, 수소 분위기 하에서 900℃에서 60분간 환원처리하였다. 그 기상성장 탄소섬유/산화철(5) 복합물을 X선 회절장치를 사용하여 분석하였더니 산화철에 상응하는 피크가 나타나지 않고, 철에 상응하는 피크가 나타났다. 얻어진 기상성장 탄소섬유/철 복합물(0.1g)을 알루미나 보드에 위치시키고, 그 알루미나 보드를 상기 반응로에 위치시켰다. 반응로의 온도를 1,150℃까지 승온시키고, 반응로에 수소(100mL/분) 및 벤젠(1mL/분)을 공급하여, 20분간 반응시켰다. 반응로를 냉각한 후, 대량의 망상 기상성장 탄소섬유물(섬유직경: 200nm, 종횡비: 50, 평균 층간거리 C0: 0.69nm)이 상기 기상성장 탄소섬유/철 복합물 주위에 생성되어 있는 것을 발견하였다.
이 결과로부터, 기상성장 탄소섬유/철 복합물은 벤젠으로부터 기상성장 탄소섬유의 제조에 있어서 촉매로서 작용하는 것을 알 수 있었다.
본 발명의 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물에 있어서, 기상성장 탄소섬유의 표면은 탄소섬유의 탄소결정구조의 붕괴없이 무기 미립자에 의해 개질된다. 그러므로, 기상성장 탄소섬유로부터 유래하는 강도, 도전성 및 열전도성을 나타내는 상기 복합물은 도전성 수지에 사용되는 것 등의 필러, 또는 납축전지 등에 사용되는 첨가제의 재료로서 유용하다. 또한, 기상성장 탄소섬유를 무기 미립자의 담체로 하는 경우, 그 담체는 본래의 탄소섬유의 특성(즉, 강도, 도전성 및 열전도성)을 손상시키기 않고 활용될 수 있다. 더욱이, 수지 복합재에 함유된 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물 중의 무기 미립자의 부착정도(양)를 조정함으로써, 상기 재료의 도전성을 조정할 수 있다.

Claims (11)

  1. 탄소섬유의 각각의 섬유 필라멘트의 구조가 그 축을 따라 연장하여 있는 중공구조이고, 직경이 0.001~1㎛이고 종횡비가 5~15,000인 기상성장 탄소섬유; 및 상기 탄소섬유의 표면에 부착되어 있는 입자크기 0.0001~5㎛의 무기 미립자로 이루어진 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물로서, 무기 미립자의 평균 입자크기에 대한 기상성장 탄소섬유의 평균 직경의 비가 1:0.01~1:5인 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
  2. 제1항에 있어서, 무기 미립자에 대한 기상성장 탄소섬유의 질량비가 1:0.005~1:50인 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무기 미립자가 주기율표 2~15족에 속하는 원소 또는 그 원소를 함유하는 화합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
  4. 제3항에 있어서, 상기 주기율표 2~15족에 속하는 원소가 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 지르코늄, 바나듐, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 철, 루테늄, 오스뮴, 코발트, 로듐, 니켈, 팔라듐, 백금, 동, 은, 금, 아연, 카드뮴, 알루미늄, 갈륨, 인듐, 실리콘, 게르마늄, 주석, 인 또는 비스무트인 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
  5. 제3항에 있어서, 상기 주기율표 2~15족에 속하는 원소를 함유하는 화합물이 산화물, 탄산염, 황산염, 질산염, 착체 또는 할라이드의 형태인 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
  6. 제3항에 있어서, 상기 주기율표 2~15족에 속하는 원소를 함유하는 화합물이 산화물의 형태인 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 무기 미립자는 실리카, 탄산칼슘, 알루미나, 산화티타늄 및 산화철로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
  8. 제1항에 있어서, 상기 기상성장 탄소섬유는 붕소를 0.01~5질량% 함유하는 것을 특징으로 하는 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물.
  9. 제1항 또는 제2항에 기재된 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 수지 복합재.
  10. 제1항 또는 제2항에 기재된 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 페이스트.
  11. 제1항 또는 제2항에 기재된 기상성장 탄소섬유와 무기 미립자의 복합물을 함유하는 것을 특징으로 하는 촉매.
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