KR100854967B1 - 탄소나노소재 분산액 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소나노소재 1 중량부에 대해 분산제 0.1∼10 중량부와 용매 5∼100 중량부를 첨가하여 제조된 탄소나노소재 분산액 1 중량부에 대해 기능성 고분자 0.01∼30 중량부를 첨가하여 얻어지는 탄소나노소재 분산용액제를 제공하는 것이다. 상기 고분자 탄소나노소재 분산용액은 용매를 제거하면 분산제에 잘 분산되어 있던 탄소나노소재가 고분자 사이에서 서로 네트워킹을 형성하여 결과적으로 고분자의 전기전도도를 향상시켜, 전도성 고분자 필름을 만들거나 표면의 전도성을 향상시키는 코팅재로 제공될 수 있다.
Figure 112006058039566-pat00001
탄소나노소재, 분산액, 고분자, 분산제, 전기전도도

Description

탄소나노소재 분산액 및 그의 제조방법{Carbon nanomaterial dispersion and its preparation method}
도 1은 본 발명의 실시예 1∼29에서 제조된 본 발명의 탄소나노소재 분산액의 분산상태를 나타내는 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 33과 실시예 35에서 생성된 탄소나노소재의 투과전자현미경(TEM) 사진이다.
본 발명은 용매에 탄소나노소재를 균질하게 분산시킨 분산액 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 탄소나노소재에 분산제와 용매를 첨가하여 제조된 탄소나노소재 분산액에 고분자를 첨가하여 만들어지는 고분자 탄소나노소재 분산액 및 그의 제조방법에 관한 것이다. 상기 분산액에서 용매를 제거하면 탄소나노소재와 고분자 혼합물이 수득되고 이를 이용하여 전도성 고분자 필름을 제조하거나 기재표면의 전도성을 향상시키는 코팅제를 제공할 수 있다.
탄소나노소재는 물리적 특성이 매우 우수하여 여러 산업 분야에 적용할 수 있는 물질로, 탄소나노소재의 뛰어난 전기전도도를 이용하여 전도성 필름, 전자파차폐재, 전계 방출용 팁 등으로 이용할 수 있으며, 강철보다도 강하고 가벼운 기계적 특성을 이용하여 복합재의 보강재료도 사용되며, 하전을 인가함에 따라 팽창 또는 수축하도록 할 수 있는 특성을 적용하여 전기공학 분야에도 적용되고 있다.
그러나 탄소나노소재의 이런 탁월한 물성을 산업 분야에 적용함에 있어서 해결해야 할 가장 큰 문제가 있는데, 그것은 기질로 사용되는 물질에서의 분산이다. 탄소나노소재는 탄소의 직경이 작은 반면 직경과 길이의 비인 아스펙트비가 매우 크기 때문에 벌크 상태에서는 다발이나 서로 얽혀있는 형태로 존재하게 된다. 이런 벌크 상태의 탄소나노소재들이 그 뛰어난 물성을 발휘하기 위해서는 기질 내에서 고르게 분산되어 탄소나노소재들 사이의 네트워크가 잘 형성되어야 한다.
일반적으로 탄소나노소재라 함은 탄소나노튜브, 탄소나노섬유 및 무정형탄소 등을 통칭하나 본 발명에서는 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 의미하는 것으로 사용된다.
1991년에 일본 전기회사(NEC)의 Sumio Iijima 박사가 고배율-투과전자현미경(HR-TEM)을 이용하여 탄소나노튜브(중공형 탄소나노섬유)를 처음으로 발견하였으며, 미국특허 제4,565,683호에서 일산화탄소 및 탄화수소류를 산화철, 철 또는 니켈 등의 촉매를 사용하여 섭씨 540도 내지 800도의 온도에서 열분해 처리함으로써 생성된 섬유의 길이가 1 마이크로미터 이상의 섬유상 탄소를 얻는 방법을 최초로 개시하였다. 그 후 탄소나노소재를 용매나 고분자에 분산시키려는 많은 연구들이 진행되어 왔다.
탄소나노소재를 분산시키는 일반적인 방법으로는 물이나 유기용매에 탄소나노소재를 넣어 초음파 처리(sonication)를 하거나 (J. Phys. Chem. B, 2000, 104, 8911-8915; Nano Lett., 2002, 2, 25-28; J. Phys. Chem. B, 2003, 107, 13357-13367), 반바리 타입 믹서(Banbury type mixer)나 사출기(Extruder)를 이용하여 고분자와 함께 용융혼합하는 방법이 있다(Composites: Part A, 2003, 34, 1207-1217; Carbon, 2003, 41, 2779-2785).
그러나 초음파 처리를 이용한 분산법이나 반바리 타입 믹서, 사출기와 같은 기계적인 혼합법은 탄소나노소재 자체가 파괴되어 탄소나노섬유의 길이를 짧아지게 만들어 탄소나노섬유 본래의 물성을 발휘하게 하기에는 문제가 있다.
대한민국 특허등록 제348,498호에서는 폴리비닐알코올, 물, 비이온 계면활성제, 실리콘 소포제를 혼합하여 폴리비닐알코올 수용액을 제조하여 1000∼1100℃에서 1∼20시간 동안 열처리한 탄소나노섬유를 넣어 전자파 차폐용 코팅제를 제조하는 방법을 제시하고 있으며, 대한민국 특허등록 제437,093호에서는 폴리비닐리덴플로라이드, 폴리비닐피롤리돈, N-메틸피롤리돈 및 탄소나노튜브로 이루어진 전자파 차폐용 코팅제와 그 제조방법을 제시하고 있다. 상기의 특허 문헌 등에서 제시한 방법은 분산용액의 용매가 물과 N-메틸피롤리돈, 분산제는 비이온 계면활성제, 폴리비닐알코올, 폴리비닐리덴플로라이드, 폴리비닐피롤리돈으로 제한됨으로써 코팅기질의 선택과 다른 응용분야에 적용함에 있어서 많은 제약이 따르게 된다.
대한민국 공개특허공보 제2005-97711호에서는 탄소나노튜브, 나노입자 및 물을 포함하는 고농도 탄소나노튜브 수 분산액을 제시하고 있으나, 상기 공개특허에서는 탄소나노튜브를 고농도로 분산시키기 위해서 카르복실기, 시안기, 아민기, 히드록시기, 질산기, 티오시안기, 티오황산기 및 비닐기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 작용기를 가지는 탄소나노튜브를 만들어 수 분산액을 제조하는 복잡한 방법을 이용하고 있다.
또한 대한민국 특허등록 제551,229호에서는 전도성 고분자 수지를 투명 기판 상에 코팅한 후 건조시키고 그 위에 극성 용매에 0.03∼0.5중량%의 양으로 계면활성제를 이용하여 탄소나노튜브를 분산시킨 용액을 코팅한 후, 건조하여 디스플레이 용 유기 투명 전극의 제조방법을 제시하고 있는데, 이 방법은 탄소나노튜브를 이용하여 유기 투명 전극을 만들기 위해서 유기물인 고분자 수지와 탄소나노튜브를 각각 따로 코팅하는 방법을 제시하고 있다.
이러한 분산용액 개발 노력에도 불구하고 장기간 보관하게 되면 탄소나노소재 용액은 용액 내에서 탄소나노소재간의 응집력에 의해 서로 뭉쳐 침전으로 분리되는 문제점을 가지고 있다. 탄소나노소재 용액은 전기전도도를 필요로 하는 전도성 필름과 전자파 차폐재, 기계적 성질이 요구되는 복합재의 보강재료에 중요하게 응용되기 때문에 이들을 제조하기 위한 분산액 개선 방법에 대한 필요성이 여전히 존재한다.
본 발명에서는 상기와 같은 용매의 제약, 복잡한 작용기의 도입, 고분자 수지와 탄소나노소재를 따로 이용하는 방법 등의 문제점을 해결하기 위하여 탄소나노소재에 분산제와 용매를 첨가하여 제조된 탄소나노소재 분산액에 고분자용액을 첨가하여 만들어지는 고분자 탄소나노소재 분산액 및 그의 제조방법을 개발한 것이다.
즉 본 발명에서는 분산제 및 고분자를 이용하여 장기간 보관 가능한 안정된 탄소나노소재 분산용액을 제조하는 기술적 방법과 분산액에서 용매를 제거시킨 탄소나노소재로 전도성 고분자 필름을 제조하거나 표면의 전도성을 향상시키는 코팅 제를 제공할 수 있는 특징을 지니고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 탄소나노소재의 표면을 처리하지 않고, 분산용매 내에 있는 탄소나노소재에 적절한 고분자 또는 단분자를 첨가시킴으로써 분산액 중에 탄소나노소재를 균일하게 분산시켜 탄소나노소재간의 응집을 용이하게 저지하고, 탄소나노소재가 고분자와 함침되어 있기 때문에 용매 제거 후, 가공이 용이한 탄소나노소재 분산액을 개발한 것이다. 즉, 본 발명은 탄소나노소재의 응집을 저지하고 탄소나노소재를 고분자에 함침시켜 용이하게 분산시킬 수 있으며 가공이 용이한 탄소나노소재의 분산용액과 그의 제조방법을 제공하는 데 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 탄소나노소재 분산용액제를 제조하는데 있어서, 기능성 단분자 및 고분자를 이용하여 안정된 분산효과를 발휘함으로써 탄소나노소재응집을 저지하고 다른 고분자와 혼합할 수 있는 탄소나노소재 분산용액제의 새로운 합성방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명은 탄소나노소재와 고분자가 결합된 하이브리드 소재를 제공함으로써 탄소나노소재의 특성을 나타낼 수 있고 가공성 및 다른 고분자와의 상용성 이 좋은 탄소나노소재 분산용액제를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 탄소나노소재 1 중량부에 대해 분산제 0.1∼10 중량부와 용매 5∼100 중량부를 첨가하여 제조된 탄소나노소재 분산액 1 중량부에 대해 기능성 고분자 0.01∼30 중량부를 첨가하여 얻어지는 탄소나노소재 분산용액제를 제공하는 것이다.
상기 탄소나노소재는 헤링본(Herringbone) 또는 플레이트릿(Platelet)구조를 가지는 탄소나노섬유와 중공형(Tubular) 구조를 가지는 탄소나노튜브를 전체 탄소나노소재 중량 대비 90 중량% 이상 함유하는 탄소나노소재임을 특징으로 한다.
또한 상기 분산제는 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드), 폴리(스티렌술폰산), 스타 폴리스티렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리(메틸메타크레이트), 폴리(스티렌-아크릴로니트릴), 폴리올-폴리(스티렌-아크릴로니트릴), 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌), 폴리(디머산-co-알킬폴리아민), 폴리(4-비닐피리딘), 폴리(2-비닐피리딘), 폴리(비닐 카바졸), 세틸트리메틸암모니움 브로마이드, 도데실트리메틸암모니움 브로마이드, 옥틸아민, 트리에틸아민, 검 아라빅, 브리(Brij) 97, 트리톤 X-100, 나트륨 도데실벤젠설폰네이트, 소비탄 모노팔미테이트, 나트륨 도데실 설페이트 중에 선택된 1종 이상의 분산제임을 특징으로 하고 상기 기능성 고분자는 카르복실, 카르복실염, 아민, 아민염, 4가-아민, 인산기, 인산염, 황산기, 황산염, 알코올, 티올, 에스테르, 아마이드, 에폭사이드, 알데하이드, 케톤 등에서 선택된 1종 이상의 기능기를 지닌 기능성 고분자임을 특징으로 한다.
한편 상기 용매는 물, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드, 1,2-디클로로에탄, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 1-메틸-2-피롤리돈, 아세토나이트릴, 피리딘, 디메틸술폭사이드, 니트로벤젠 등에서 선택된 1종 이상의 용매임을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는 상기 아민이 포함된 분산제는 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드)이고, 상기 기능성 고분자는 알코올기를 지닌 기능성 고분자 또는 단분자이며, 상기 용매는 물이다.
또한 본 발명은 ⅰ) 탄소나노튜브 또는 탄소나노섬유를 함유하는 탄소나노소재 1 중량부에 분산제 0.1∼10 중량부와 용매 5∼100 중량부를 첨가하여 탄소나노소재 분산액을 제조하는 단계; 및 ⅱ) 상기 수득된 탄소나노소재 분산액 1 중량부에 고분자 0.01∼30 중량부를 첨가하여 분산용액을 제조하는 단계로 구성된 탄소나노소재 분산용액제의 제조방법에 관한 것으로 상기 기능성 고분자의 수평균 분자량은 2,000∼500,000임을 특징으로 한다.
이하 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명이 제시하는 탄소나노소재 분산용액제는 탄소나노튜브 또는 탄소나노파이버에 분산제와 용매를 첨가하여 제조된 탄소나노소재 분산용액에 고분자를 첨가하여 얻어지는 탄소나노소재 분산용액제이다.
이때, 상기 분산제는 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드), 폴리(스티렌술폰산), 스타 폴리스티렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리(메틸메타크레이트), 폴리(스티렌-아크릴로니트릴), 폴리올-폴리(스티렌-아크릴로니트릴), 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌), 폴리(디머산-co-알킬폴리아민), 폴리(4-비닐피리딘), 폴리(2-비닐피리딘), 폴리(비닐 카바졸), 세틸트리메틸암모니움 브로마이드, 도데실트리메틸암모니움 브로마이드, 옥틸아민, 트리에틸아민, 검 아라빅, 브리(Brij) 97, 트리톤 X-100, 나트륨 도데실벤젠설폰네이트, 소비탄 모노팔미테이트, 나트륨 도데실 설페이트 중에 1종 이상의 분산제를 포함하는 것을 특징으로 하며 바람직하기로는 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드)을 특징으로 한다.
상기 기능성 고분자는 카르복실, 카르복실염, 아민, 아민염, 4가-아민, 인산기, 인산염, 황산기, 황산염, 알코올, 티올, 에스테르, 아마이드, 에폭사이드, 알데하이드, 케톤 등에서 선택된 1종 이상의 기능기를 지닌 고분자임을 특징으로 하며 바람직하기로는 알코올임을 특징으로 한다.
상기 용매는 물, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드, 1,2-디클로로에탄, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 1-메틸-2-피롤리돈, 아세토나이트릴, 피리딘, 디메틸술폭사이드, 니트로벤젠 등에서 선택된 1종 이상의 용매임을 특징으로 하며 바람직하기로는 물임을 특징으로 한다.
본 발명이 제시하는 탄소나노소재 분산용액제의 제조방법은 탄소나노튜브 또는 탄소나노파이버에 분산제와 용매를 첨가하여 제조된 탄소나노소재 분산용액에 고분자를 첨가하여 얻어지는 탄소나노소재 분산용액제를 제조하는 방법이다.
본 발명이 제시하는 탄소나노소재 분산용액제의 제조방법은 탄소나노소재의 응집을 저지하고 탄소나노소재를 고분자에 효과적으로 분산시킬 수 있으며 가공이 용이한 탄소나노소재의 분산용액제의 제조방법이다. 이때 상기 기능성 고분자의 분자량은 2,000∼500,000 범위임을 특징으로 하며 바람직하기로는 20,000∼100,000 범위임을 특징으로 한다.
본 발명의 탄소나노소재 분산용액제의 제조방법은 탄소나노튜브 또는 탄소나노파이버에 분산제와 용매를 첨가하여 제조된 탄소나노소재 분산용액에 고분자를 첨가함으로써 얻어짐을 그 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 탄소나노소재 분산용액제의 제조방법은 탄소나노튜브 또는 탄소나노파이버에 분산제와 용매를 첨가한 후, 교반하거나 초음파를 이용함으로써 얻어짐을 그 특징으로 한다.
탄소나노튜브 또는 탄소나노파이버에 분산제와 용매를 첨가한 후, 교반하거나 초음파를 이용하여 탄소나노소재간의 인력을 저지시키고 분산제로 탄소나노소재를 둘러쌈으로써 탄소간의 응집을 감소시킨다. 이러한 작용은 탄소나노소재를 용액속에 안정적으로 분산시키는 데 큰 역할을 한다. 더구나 제조된 탄소나노소재 분산용액을 고분자와 혼합함으로써 탄소나노소재를 장기간 안정적으로 분산시킬 수 있다. 이러한 탄소나노소재는 고분자 내에 있기 때문에 가공성이 가능한 탄소나노소재 분산용액제를 제조할 수 있게 된다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 탄소나노소재의 응집을 저지할 수 있고 가공성이 용이하며 탄소나노소재의 분산이 용이하게 이루어지는 탄소나노소재 분산용액제의 제조방법을 그 특징으로 한다.
탄소나노소재 분산용액제를 제조하는 방법의 하나의 실시예는 다음과 같다.
실온에서 분자량이 10,000∼20,000인 5% 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드) 수용액 (5 g)에 탄소나노파이버 (1 g)를 첨가한 후에 3일 동안 교반하였다. 제조된 분산용액에 10% 폴리(비닐 알코올) 수용액 (5 g)을 첨가한 후, 1 시간 교반하여 탄소나노소재 분산용액제를 제조하였다.
이 발명의 특징은 탄소나노소재의 분산성을 분산제를 통해 극대화시키고 고분자에 탄소나노소재를 용이하게 분산시키며 가공성이 가능한 탄소나노소재 분산용액제를 용이하게 제조하는 데 있다 할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거 상세히 설명하면 다음과 같은 바, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예에서 사용된 고분자 분산제 및 고분자는 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드) (PDA, Mw 100k-200k), 폴리(스티렌술폰산) (PSS, Mw 70k), 폴리(스티렌-아크릴로니트릴) (SAN), 스타 폴리스티렌 (star PS, 44k), 폴리스티렌 (PS, 44k), 폴리비닐클로라이드 (PVC), 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) (ABS), 폴리올-폴리(스티렌-아크릴로니트릴) (CPP, Mw 70k), 세틸트리메틸암모니움 브로마이드 (CTAB), 폴리(메틸메타크레이트) (PMMA, 350k), 도데실벤젠설폰네이트 (NaDDBS), 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드) (PDA, Mw 100k∼200k), 폴리(비닐 알코올) (PVA, Mw 31k∼50k)이다.
(실시예 1∼23) 탄소나노소재 분산액의 제조
표 1에서 나타난 바와 같이, 실온에서 분산제 1 g에 용매 10 g를 탄소나노소재 0.5 g을 첨가한 후에 1시간 동안 초음파를 이용하여 분산시켰다. 제조된 탄소나노소재 분산용액제는 1일정도 방치한 후 분산도를 도 1에서 보는 바와 같이 육안으로 측정하였다.
탄소나노소재 분산액의 제조
실시예 탄소나노소재 분산제 용매
1 나노튜브 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드) CHCl3
2 나노튜브 폴리(스티렌술폰산) CHCl3
3 나노튜브 폴리(스티렌-아크릴로니트릴) CHCl3
4 나노튜브 스타 폴리스티렌 CHCl3
5 나노튜브 폴리비닐클로라이드 CHCl3
6 나노튜브 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) CHCl3
7 나노튜브 폴리올-폴리(스티렌-아크릴로니트릴) CHCl3
8 나노섬유 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드) CHCl3
9 나노섬유 폴리(스티렌술폰산) CHCl3
10 나노섬유 폴리(스티렌-아크릴로니트릴) CHCl3
11 나노섬유 스타 폴리스티렌 CHCl3
12 나노섬유 폴리비닐클로라이드 CHCl3
13 나노섬유 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) CHCl3
14 나노섬유 폴리올-폴리(스티렌-아크릴로니트릴) CHCl3
15 나노섬유 - THF
16 나노섬유 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드) THF
17 나노섬유 폴리(스티렌술폰산) THF
18 나노섬유 폴리(스티렌-아크릴로니트릴) THF
19 나노섬유 스타 폴리스티렌 THF
20 나노섬유 폴리스티렌 THF
21 나노섬유 폴리비닐클로라이드 THF
22 나노섬유 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) THF
23 나노섬유 폴리올-폴리(스티렌-아크릴로니트릴) THF
실시예 1의 경우 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 2의 경우 폴리(스티렌술폰산)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어지지 않아 침전이 생성되었다.
실시예 3의 경우 폴리(스티렌-아크릴로니트릴)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 4의 경우 스타 폴리스티렌 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 5의 경우 폴리비닐클로라이드를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어지지 않아 침전이 생성되었다.
실시예 6의 경우 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어지지 않아 침전이 생성되었다.
실시예 7의 경우 폴리올-폴리(스티렌-아크릴로니트릴)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어지지 않아 침전이 생성되었다.
실시예 8의 경우 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 9의 경우 폴리(스티렌술폰산)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 10의 경우 폴리(스티렌-아크릴로니트릴)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 11의 경우 스타 폴리스티렌을 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 12의 경우 폴리비닐클로라이드를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어지지 않아 침전이 생성되었다.
실시예 13의 경우 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어지지 않아 침전이 생성되었다.
실시예 14의 경우 폴리올-폴리(스티렌-아크릴로니트릴)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어지지 않아 침전이 생성되었다.
실시예 15의 경우 분산제를 사용하지 않았으며 적절한 분산이 이루어지지 않아 침전이 생성되었다.
실시예 16의 경우 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어지지 않아 침전이 생성되었다.
실시예 17의 경우 폴리(스티렌술폰산)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 18의 경우 폴리(스티렌-아크릴로니트릴)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어지지 않아 침전이 생성되었다.
실시예 19의 경우 스타 폴리스티렌을 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 20의 경우 폴리스티렌을 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 21의 경우 폴리비닐클로라이드를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 22의 경우 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어지지 않아 침전이 생성되었다.
실시예 23의 경우 폴리올-폴리(스티렌-아크릴로니트릴)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
(실시예 24∼29) 탄소나노소재 분산액의 제조
표 2에 나타난 바와 같이, 실온에서 분산제 1 g에 용매 10 g를 탄소나노소재 0.5 g을 첨가한 후에 3일 동안 교반하여 분산시켰다. 제조된 탄소나노소재 분산용액제는 1 일 정도 방치한 후 분산도를 도 1에서 보는 바와 같이 육안으로 측정하였다.
탄소나노소재 분산액의 제조
실시예 탄소나노소재 분산제 용매
24 나노튜브 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드) 물
25 나노튜브 폴리(스티렌술폰산) 물
26 나노튜브 폴리(스티렌-아크릴로니트릴) THF
27 나노튜브 폴리스티렌 THF
28 나노튜브 세틸트리메틸암모니움 브로마이드 물
29 나노튜브 폴리(메틸메타크레이트) THF
실시예 24의 경우 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드)를 분산제로 사용하였으며 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 25의 경우 폴리(스티렌술폰산)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 26의 경우 폴리(스티렌-아크릴로니트릴)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 27의 경우 폴리스티렌를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 이루어져 침전이 거의 생성되지 않았다.
실시예 28의 경우 세틸트리메틸암모니움 브로마이드를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 적절한 분산이 이루어지지 않아 침전이 생성되었다.
실시예 29의 경우 폴리(메틸메타크레이트)를 분산제로 사용하였으며 적절한 분산이 적절한 분산이 이루어지지 않아 침전이 생성되었다.
(실시예 30∼42) 탄소나노소재 분산용액제의 제조 및 표면저항값 측정
실온에서 물 (40 g)과 분산제 [도데실벤젠설폰네이트 (NaDDBS), 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드) (PDA, Mw 100,000∼200,000), 세틸트리메틸암모니움 브로마이드 (CTAB)] 수용액에 탄소나노소재 [탄소나노튜브(CNT), 탄소나노섬유 (CNF)]를 변량하여 첨가한 후에 3일간 동안 교반하였다. 제조된 분산용액에 분자량이 31k∼50k이 되는 10% 폴리비닐 알코올 (PVA) 수용액(40 g)을 첨가한 후, 1 시간 교반하여 탄소나노소재 분산용액제를 제조하였다. 탄소나노소재 분산용액제를 테프론으로 코팅된 알루미륨 접시에 붓고 2일간 건조한 다음, 12시간동안 섭씨 60도에서 진공 건조한 후 표면저항을 측정하였다.
탄소나노소재 분산용액제의 표면저항 측정값
실시예 탄소나노소재/분산제(함량) 고분자 표면저항 (Ω/cm2)
30 - PVA 4.7 ⅹ1010
31 - PDA 2.6 ⅹ107
32 CNT (5%) / CTAB(25%) PVA 5.8 ⅹ104
33 CNT (5%) / NaDDBS(25%) PVA 2.1 ⅹ105
34 CNT (15%) /NaDDBS(75%) PVA 3.4 ⅹ103
35 CNF (5%) / NaDDBS(25%) PVA 2.5 ⅹ108
36 CNF (15%) /NaDDBS(75%) PVA 5.0 ⅹ105
37 CNT (5%) / PDA(50%) PVA 3.3 ⅹ105
38 CNT (15%) / PDA(50%) PVA 9.9 ⅹ103
39 CNT (25%) / PDA(50%) PVA 2.0 ⅹ103
40 CNF (5%) / PDA(50%) PVA 4.3 ⅹ109
41 CNF (15%) / PDA(50%) PVA 3.1 ⅹ105
42 CNF (25%) / PDA(50%) PVA 1.8 ⅹ104
본 발명의 효과는 신규한 탄소나노소재 분산용액제는 특별한 표면처리없이 탄소나노소재를 고분자에 분산시키는 특징을 지니는 것이다. 본 발명에 따르는 탄소나노소재 분산용액제의 제조방법은 탄소나노소재를 용이하게 고분자에 분산시키고 가공이 가능한 탄소나노소재 분산용액제의 제조방법을 제공하고 있다.

Claims (8)

  1. ⅰ) 탄소나노소재 1 중량부, 분산제 0.1∼10 중량부 및 용매 5∼100 중량부로 구성된 탄소나노소재 분산액; 및 ⅱ) 폴리비닐알코올을 1 : 0.01∼30 중량비로 혼합시킨 탄소나노소재 분산용액제
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서, 상기 분산제는 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드), 폴리(스티렌술폰산), 스타 폴리스티렌, 폴리비닐클로라이드, 폴리(메틸메타크레이트), 폴리(스티렌-아크릴로니트릴), 폴리올-폴리(스티렌-아크릴로니트릴), 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌), 폴리(디머산-co-알킬폴리아민), 폴리(4-비닐피리딘), 폴리(2-비닐피리딘), 폴리(비닐 카바졸), 세틸트리메틸암모니움 브로마이드, 도데실트리메틸암모니움 브로마이드, 옥틸아민, 트리에틸아민, 검 아라빅, 브리(Brij) 97, 트리톤 X-100, 나트륨 도데실벤젠설폰네이트, 소비탄 모노팔미테이트, 나트륨 도데실 설페이트 중에 1종 이상의 분산제를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 탄소나노섬유 분산용액제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서, 상기 용매는 물, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아미드, 1,2-디클로로에탄, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 클로로벤젠, 1,2,4-트리클로로벤젠, 1-메틸-2-피롤리돈, 아세토나이트릴, 피리딘, 디메틸술폭사이드, 니트로벤젠에서 선택된 1종 이상의 용매임을 특징으로 하는 탄소나노소재 분산용액제
  6. 제 3항 또는 제 5항에 있어서, 상기 분산제는 폴리(디알릴디메틸암모니움 클로라이드)이고, 상기 용매는 물임을 특징으로 하는 탄소나노소재 분산용액제
  7. 삭제
  8. 삭제
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