KR101239356B1 - 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 세라믹 나노 분말 - Google Patents

소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 세라믹 나노 분말 Download PDF

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Abstract

본 발명은 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 세라믹 나노 분말에 관한 것으로서, 상세하게는 세라믹 분말, 소수성 고분자 및 공정제어제(PCA, process control agent)를 습식밀링하여 세라믹분말을 나노입자화시키는 동시에 소수성 고분자로 표면처리하는 것을 특징으로 하는 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 세라믹 나노 분말을 제공한다. 본 발명에 따른 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 세라믹 나노 분말은 one-step 볼밀링 공정을 이용하여 세라믹 분말을 나노화시킴과 동시에 소수성 물질로 표면을 코팅할 수 있는 특징이 있으며, 산 또는 염기성 용액에 반응하는 세라믹 분말의 표면 활성화 및 유기용제의 슬러리화에 의하여 견고한 코팅층을 형성할 수 있어 고분자 기재 분산시 젖음성과 접착성이 향상되어 나노입자가 고분자 기지에 균일 분산될 수 있고, 세라믹 나노입자와 고분자 기지의 결합을 강하게 할 수 있다. 또한, 방사선 차폐재에 이용되는 경우 감마선 또는 중성자 차폐능을 크게 향상할 수 있어 극한환경에서도 장기간 물성을 유지해야 하는 원자력, 우주, 의료 및 국방 등 다양한 분야의 방사선 환경에 이용할 수 있다.

Description

소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 세라믹 나노 분말{Fabrication method of hydrophobic polymer coated ceramic nano powder and ceramic nano powder thereby}
본 발명은 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 세라믹 나노 분말에 관한 것이다.
일반적으로 세라믹 나노입자가 균일 분산된 고분자 나노복합재를 제조하기 위해서는 나노입자의 표면을 고분자 기지와 친화성이 있는 계면활성제로 처리하거나 화학적 기능기를 입자의 표면에 적용시키는 과정을 거쳐야 한다. 하지만 이러한 과정은 많은 공정시간이 소비되며 복잡한 화학반응 과정을 거치는 경우가 대부분이다. 즉, 종래의 나노입자가 분산된 고분자 나노복합재의 제조공정은 공정이 복잡하고 생산량의 한계로 인하여 경제성을 상실하게 되는 문제가 있다. 따라서 나노입자를 제조하는 공정과 동시에 표면처리가 가능하여 공정시간과 공정의 과정을 단순화시키고 고분자 나노복합재의 경제성을 향상시킬 수 있는 방법이 요구되고 있다.
방사선 차폐를 위한 방사선 차폐재는 중성자 차폐를 위해서는 보론, 리튬, 및 가돌리늄 등 열중성자 흡수능이 뛰어난 원소 및 이를 포함하는 화합물, 감마선 차폐를 위해 납, 텅스텐, 및 철 등 고밀도 금속원소 및 이를 포함하는 화합물을 고분자 기재에 분산시켜 제조되는 세라믹 고분자 복합재 형태로 제조될 수 있다. 상기 세라믹 고분자 복합재는 세라믹과 고분자의 장점을 모두 가진 물질로 경량, 고압축강도, 열적 안정성, 극한 외부 환경 대응성 등의 강점이 필요한 산업분야에서 그 이용가치가 높다.
상기 방사선 차폐재 내에 보론, 리튬, 가돌리늄, 납, 텅스텐, 및 철 등의 원소 및 이를 포함하는 화합물이 나노입자의 형태로 균일 분산된 경우, 물성과 방사선 차폐효과가 월등히 향상된다는 연구결과가 지속적으로 보고되고 있다. 하지만, 상기 화합물을 나노입자화 하기 위하여 분쇄할 경우 나노입자 간의 강한 반데르발스(Van der waals) 인력으로 인하여 입자의 나노화 및 기재 내 분산이 저해될 수 있다. 따라서 상기 방사선 차폐재와 같은 세라믹 고분자 복합재에 사용되는 분말들은 대부분 표면 개질을 통하여 분산될 기재와의 젖음성을 향상시킨 후 사용되며, 젖음성 향상을 위한 방법으로는 분말표면에 실란(silane)등 화학적 기능기를 적용하거나, 고분자 기반 계면활성제를 나노입자 표면에 코팅시키는 core/shell 구조의 나노입자 복합재를 제조하는 방법이 있다.
볼밀링 공정은 나노입자 복합재 제조와 표면처리 공정에 일반적으로 사용되는 방법이다. 볼밀링 공정을 통하여 호스트(host)분말의 표면에 게스트(guest)분말을 영구적 또는 일시적으로 코팅할 수 있어, 호스트 분말의 표면특성을 바꾸거나 게스트 분말이 호스트 분말의 기능성 작용기(functionality) 역할을 하게 된다. 즉, 볼밀링 공정을 통하여 호스트 분말이 가지는 특성 외에도 흐름성, 젖음성, 분산성 등의 특성이 향상될 수 있으며, one-step 공정으로 입자의 나노화와 표면처리를 동시에 수행할 수 있다.
일반적으로 볼밀링 공정을 통하여 입자의 나노화 및 표면처리를 동시에 수행하는 것은 TiO2, ZnO 등을 친수성 기재로 표면 처리한 경우가 대부분이며, 소수성기재의 표면처리는 상용 바인더(binder)나 왁스를 사용하여 수행되는 등 매우 제한적으로 수행되어왔다.
이에 본 발명자들은 세라믹 분말의 나노화 및 소수성 표면처리를 연구하던 중 습식 볼밀 공정을 통하여 세라믹 분말의 나노화 및 소수성 표면처리를 one-step 공정으로 수행할 수 있는 표면 처리방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법 에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 세라믹 분말, 소수성 고분자 및 공정제어제(PCA, process control agent)를 습식밀링하여 세라믹분말을 나노입자화시키는 동시에 소수성 고분자로 표면처리하는 것을 특징으로 하는 소수성 고분자가 코팅된 세라믹 나노 분말의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법 은 one-step 볼밀링 공정을 이용하여 세라믹 분말을 나노화시킴과 동시에 소수성 물질로 표면을 코팅할 수 있는 특징이 있으며, 산 또는 염기성 용액에 반응하는 세라믹 분말의 표면 활성화 및 유기용제의 슬러리화에 의하여 견고한 코팅층을 형성할 수 있어 고분자 기재 분산시 젖음성과 접착성이 향상되어 나노입자가 고분자 기지에 균일 분산될 수 있고, 세라믹 나노입자와 고분자 기지의 결합을 강하게 할 수 있다. 또한, 본 발명에 따라 제조된 세라믹 나노 분말은 고분자 나노복합재의 원료로 사용될 수 있다. 이에 따라 고분자 나노복합재의 기계적 또는 열적 물성이 향상되어 다양한 산업 분야에 적용할 수 있으며, 특히 방사선 차폐재에 이용되는 경우 감마선 또는 중성자 차폐능을 크게 향상할 수 있어 극한환경에서도 장기간 물성을 유지해야 하는 원자력, 우주, 의료 및 국방 등 다양한 분야의 방사선 환경에 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 실시예 3을 통해 제조된 세라믹 나노 분말을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 2는 본 발명에 따른 실시예 5을 통해 제조된 세라믹 나노 분말을 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 3은 본 발명에 따른 실시예 3을 통해 제조된 세라믹 나노 분말을 투과전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 4는 본 발명에 따른 실시예 5을 통해 제조된 세라믹 나노 분말을 투과전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 5는 본 발명에 따른 실시예 3을 통해 제조된 세라믹 나노 분말을 에너지 분산형 엑스선 분광기로 분석한 그래프이고;
도 6은 본 발명에 따른 세라믹 나노 분말을 X-선 회절 분석한 그래프이고;
도 7은 본 발명에 따른 세라믹 나노 분말을 입도분석한 그래프이고;
도 8은 본 발명에 따른 세라믹 나노 분말의 입자크기 분포도 그래프이고;
도 9는 본 발명에 따른 실시예 6을 통해 제조된 세라믹 복합재를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 10은 본 발명에 따른 실시예 7을 통해 제조된 세라믹 복합재를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이고;
도 11은 본 발명에 따른 세라믹 복합재의 적외선 분광 분석(FTIR) 그래프이고;
도 12는 본 발명에 따른 세라믹 복합재의 인장강도 분석 그래프이고;
도 13은 본 발명에 따른 세라믹 복합재의 경도 분석 그래프이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 세라믹 분말, 소수성 고분자 및 공정제어제(PCA, process control agent)를 습식밀링하여 세라믹분말을 나노입자화시키는 동시에 소수성 고분자로 표면처리하는 것을 특징으로 하는 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법은 세라믹분말, 소수성 고분자 및 공정제어제(PCA, process control agent)를 습식밀링하여 세라믹 분말을 나노입자화시키는 동시에 소수성 고분자로 세라믹 분말을 표면처리하는 방법이다. 세라믹 나노 분말은 나노입자의 높은 표면에너지로 인하여 고분자 기재로 분산시 응집되거나 혼합이 잘 되지 않아 분산이 원활하게 이루어지지 않는 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여 종래에는 화학적 처리를 통해 나노입자 표면을 처리하였지만, 본 발명에 따른 세라믹 나노 분말의 제조방법에서는 세라믹 분말, 소수성 고분자 및 공정제어제를 동시에 습식밀링함으로써 one-step 공정으로 표면이 코팅된 세라믹 나노 분말을 제조할 수 있다.
이때, 상기 세라믹 분말로는 산화납(PbO), 가돌리니아(Gd2O3), 보론카바이드(B4C), 보렉스(Na2B4O7), 산화철(Fe3O4, Fe2O3) 등의 세라믹분말을 사용할 수 있으며, 상기 소수성 고분자는 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리비닐알콜, 폴리에틸렌, 에폭시, 폴리프로필렌 및 아크릴로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자 혼합물을 사용할 수 있다.
상기 세라믹 분말의 표면으로 상기 소수성 고분자가 코팅됨으로써, 세라믹 나노 분말의 분산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 공정제어제는 싸이클로헥산, 톨루엔, 자일렌 등 소수성 고분자를 용해할 수 있는 용제를 사용할 수 있다. 상기 공정제어제는 모재인 세라믹 분말의 표면을 활성화시키고, 소수성 고분자를 슬러리화 시킨다. 이를 통하여 세라믹 분말과 소수성 고분자가 상호확산(inter-diffusion)되어 세라믹 분말의 표면에 견고한 코팅층이 형성된다.
본 발명에 따른 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법에 있어서, 상기 소수성 고분자와 세라믹 분말은 1:4 ~ 20의 중량비율로 혼합되어 첨가되는 것이 바람직하다. 만약 세라믹 분말과 소수성 고분자의 혼합시 고분자 첨가비율이 20:1 미만인 경우에는 세라믹 분말에 비해 소수성 고분자의 비율이 낮아 세라믹 분말의 표면 코팅이 원활하게 수행되지 않는 문제가 있고, 4:1을 초과하는 비율로 소수성 고분자가 첨가되는 경우 과도한 고분자의 첨가로 인해 나노입자로의 분쇄가 원활하게 수행되지 않는 문제가 있다.
본 발명에 따른 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법에 있어서, 표면처리제는 볼, 세라믹파우더 및 소수성고분자가 채워진 상태에서 밀링 용기의 1/5 ~ 1/2에 해당하는 양으로 첨가하여 밀링을 수행한다. 만약 표면처리제가 상기 범위 미만으로 사용되는 경우 고분자가 충분히 용해되지 못하며, 상기 범위를 초과하여 사용되는 경우 밀링 수행시 볼과 분말의 혼합이 원활하지 못하다.
본 발명에 따른 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법으로 제조된 세라믹 나노 분말은 세라믹 분말, 소수성 고분자 및 공정제어제를 동시에 습식밀링함으로써 one-step 공정으로 표면이 코팅된 세라믹 나노 분말을 제조할 수 있어 대량생산에 적합하며, 고분자 기재로 분산시 젖음성과 접착성이 향상되는 특징이 있다. 이는 본 발명에 따라 제조된 세라믹 나노 분말의 표면이 소수성 고분자로 코팅되었기 때문으로, 고분자 기재에 분산 시 젖음성과 접착성이 향상되어 분산이 균질하게 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조방법으로 제조된 세라믹 나노 분말은 고분자 나노복합재로 제조될 수 있으며, 상기 고분자 나노 복합재는 원자력, 우주, 의료 및 국방 등 다양한 분야의 방사선 환경에 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 세라믹 나노 분말을 이용하여 제조되는 세라믹 복합재는 종래의 마이크론 크기의 세라믹 분말이 혼합된 복합재보다 인장강도와 같은 기계적 특성이 향상되고, 납, 가돌리니아 등의 방사선 차폐효과를 지닌 세라믹 나노 분말이 분산되는 경우 방사선 차폐용으로 이용되어 우수한 방사선 차폐효과를 나타낼 수 있으며, 세라믹 나노 분말이 소수성 고분자로 코팅되어 분산됨으로써 얻어지는 균질한 분산성으로 인하여 더욱 향상된 방사선 차폐효과를 나타낼 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 소수성 고분자가 코팅된 세라믹 나노 분말의 제조 1
산화납분말(PbO, 평균입자크기 ~10μm, 순도 >99.9%) 5 g, 저밀도 폴리에틸렌 분말(KOPLAEX, 대길화학, >99%) 1 g 및 공정제어제(PCA, process control agent)로서 싸이클로헥산을 밀링용기내에 1/3 가량 채워 혼합하여 고에너지 볼밀장치에 투입하였다. 상기 고에너지 볼밀장치로는 직경 4 mm인 스테인리스 스틸 볼(ball)을 사용하는 이중수냉분쇄장치를 사용하였으며, 사용된 스테인리스 스틸 볼과 투입된 혼합분말의 중량비는 10:1이 되도록 하였다. 또한, 볼밀장치의 회전속도는 600 RPM이었으며, 60 분 동안 상기 고에너지 볼밀장치를 가동하여 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말을 제조하였다.
<실시예 2> 소수성 고분자가 코팅된 세라믹 나노 분말의 제조 2
본 발명에 따른 실시예 1에서 볼밀장치의 회전속도를 700 RPM으로 설정한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말을 제조하였다.
<실시예 3> 소수성 고분자가 코팅된 세라믹 나노 분말의 제조 3
볼밀장치의 회전속도를 800 RPM으로 설정한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말을 제조하였다.
<실시예 4> 소수성 고분자가 코팅된 세라믹 나노 분말의 제조 4
본 발명에 따른 실시예 1에서 볼밀장치의 회전속도를 900 RPM으로 설정한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말을 제조하였다.
<실시예 5> 소수성 고분자가 코팅된 세라믹 나노 분말의 제조 5
상기 실시예 1의 산화납 분말 대신 가돌리니아(Gd2O3)를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일하게 수행하여 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말을 제조하였다.
<실시예 6> 세라믹 복합재의 제조 1
상기 실시예 3에서 제조된 저밀도폴리에틸렌이 코팅된 산화납 나노 분말 4.8 g을 펠렛형 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 75.2 g에 분산시키고, 160 ℃의 온도 및 50 rpm의 교반속도로 고분자 혼합기를 이용하여 교반하였으며, 160 ℃의 온도 및 20 MPa의 압력에서 20분간 핫프레싱(Hot pressing)하여 세라믹 나노 분말이 분산된 세라믹 복합재를 제조하였다.
<실시예 7> 세라믹 복합재의 제조 2
상기 실시예 6의 산화납 나노 분말 대신 가돌리니아(Gd2O3) 나노 분말을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 6과 동일하게 수행하여 세라믹 나노 분말이 분산된 세라믹 복합재를 제조하였다.
<실험예 1> 소수성 고분자가 코팅된 세라믹 나노 분말의 특성 분석
(1)주사전자현미경 분석
본 발명에 따른 실시예 3 및 실시예 5에서 제조된 세라믹 나노 분말과 볼밀링이 수행되지 않은 세라믹 분말의 미세구조를 관찰하기 위하여 주사전자현미경을 통하여 분석하였고, 결과를 도 1 및 도 2에 나타내었다.
도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 3 및 실시예 5에서 제조된 세라믹 나노 분말은 50 내지 200 nm의 입자크기 범위를 가지는 것을 알 수 있다. 반면 볼밀링이 수행되지 않는 세라믹 분말은 8 내지 12 μm의 입자크기 범위를 나타내었다. 또한, 본 발명에 따른 실시예 3 및 실시예 5에서 제조된 세라믹 나노 분말은 표면 코팅에 의하여 응집이 되지 않는 것을 알 수 있다. 이를 통하여 본 발명에 따른 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말이 분산성이 우수한 것을 확인하였다.
(2)투과전자현미경 분석
본 발명에 따른 실시예 3 및 실시예 5에서 제조된 세라믹 나노 분말의 미세구조를 관찰하기 위하여 투과전자현미경을 통하여 분석하였고, 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 3 및 실시예 5에서 제조된 세라믹 나노 분말은 세라믹 나노 분말 표면에 소수성 고분자가 코팅된 코어/쉘(core/shell)구조인 것을 알 수 있다. 이를 통하여 본 발명에 따른 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 제조가 원활히 수행된 것을 확인하였다.
(3)에너지 분산형 엑스선 분광기 분석(EDX)
본 발명에 따른 실시예 3에서 제조된 세라믹 나노 분말의 코팅막 존재를 확인하기 위하여 에너지 분산형 엑스선 분광기를 통하여 분석하였고, 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 3에서 제조된 세라믹 나노 분말은 [006]부분에서 납(Pb)과 산소(O), 탄소(C) 등의 메틸렌 기[(-CH2-)n] 의 구성원소들이 검출되었으며, [008]부분에서 산소(O), 탄소(C) 등의 메틸렌 기[(-CH2-)n] 의 구성원소들과 미량의 납(Pb)이 검출되었다. 이를 통하여 본 발명에 따른 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말의 표면에 소수성 고분자 코팅층이 형성된 것과 소수성 고분자와 산화납(PbO)이 표면에서 서로 상호확산되었음을 확인하였다.
(4)X-선 회절 분석
본 발명에 따른 세라믹 나노 분말의 분쇄시간에 따른 결정구조의 변화를 분석하기 위하여 X-선 회절 분석장치를 통하여 분석하였고, 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 산화납 세라믹 나노 분말의 경우 주재료인 산화납(PbO)의 피크(111)가 나타났다. 반면, 소수성 고분자로 사용된 폴리에틸렌의 피크는 나타나지 않았으며, 이는 볼밀링 공정 중 비정질 구조로 변화되었기 때문이다. 또한, 불순물을 나타내는 피크가 존재하지 않았으며, 화학반응물의 피크 또한 존재하지 않았다. 이는 저온의 냉각수 및 짧은 분쇄시간에 의한 것으로 예측될 수 있다. 상기 분석을 통하여 본 발명에 따른 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말이 습식 볼밀링에 의해 분쇄가 원활히 수행된 것을 확인하였다.
(5)입도분석(PSA)
본 발명에 따른 세라믹 나노 분말의 입자크기를 분석하기 위하여 입도분석장치(particle size analyzer, PSA)를 통하여 분석하였고, 결과를 도 7 내지 도 8에 나타내었다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 볼밀장치의 회전속도 변화에 따라 세라믹 나노 분말의 입자크기가 변화하는 것을 알 수 있으며, 회전속도가 800 RPM인 경우 약 80 nm까지 입자크기가 작아지는 것을 알 수 있다. 반면 회전속가 800 RPM 미만 또는 초과하는 경우에는 오히려 입자크기가 커지는 것을 알 수 있다. 이를 통하여 볼밀장치의 회전속도 변화를 통하여 세라믹 나노 분말의 입자크기를 변화시킬 수 있음을 확인하였고, 800 RPM의 회전속도로 나노 분말을 제조함으로써 가장 작은 크기의 세라믹 나노 분말을 제조할 수 있음을 알 수 있었다.
<실험예 2> 세라믹 복합재의 특성 분석
(1)주사전자현미경 분석
본 발명에 따른 실시예 6 및 7에서 제조된 세라믹 복합재의 미세구조와 마이크로 크기의 세라믹 분말이 분산된 세라믹 복합재의 미세구조를 관찰하기 위하여 주사전자현미경을 통하여 분석하였고, 결과를 도 9 및 도 10에 나타내었다.
도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 6 및 7에서 제조된 세라믹 복합재는 세라믹 나노 분말이 복합재 내에 균질하게 분산되어 있는 것을 알 수 있다. 하지만, 마이크로 크기의 세라믹 분말이 분산된 세라믹 복합재는 입자의 응집현상이 관찰되어 분산이 고르게 이루어지지 않은 것을 알 수 있다. 이를 통하여 본 발명에 따른 세라믹 나노 분말이 세라믹 복합재로 고르게 분산된 것을 확인하였다.
(2)적외선 분광 분석(FTIR)
본 발명에 따른 실시예 6에서 제조된 세라믹 복합재에서 입자의 접착성을 확인하기 위하여 적외선 분광 분석을 수행하였고, 결과를 도 11에 나타내었다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 6에서 제조된 세라믹 복합재는 순수한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)가 가지는 약 720 cm-1 부근에서 피크가 나타났으며, 특히 730 cm-1의 [(-CH2-)n]의 피크가 나타났다. 반면, 마이크로 크기의 세라믹 분말이 분산된 세라믹 복합재의 경우 청색이동 현상(Blue shift)에 의하여 732.6 cm-1에서 비정질 구조에서 나타나는 로킹진동(rocking vibration) 피크가 관찰되었다. 상기 청색이동 현상은 마이크로 크기의 세라믹 분말에 코팅된 소수성 고분자의 낮은 결정성에 의한 것으로 수소원자의 로킹모션(rocking motion)을 야기한다. 하지만 본 발명에 본 발명에 따른 실시예 6에서 제조된 세라믹 복합재는 반데르발스 전위(Van der Walls potential)에 의해 수소가 세라믹 나노 분말에 강하게 결합되어 수소원자의 로킹모션(rocking motion)을 방지하여 낮은 강도의 피크 및 평탄한 피크를 나타내었다. 이를 통하여 본 발명에 따른 세라믹 분말은 세라믹 복합재로의 접착성이 우수한 것을 확인하였다.
<실험예 3> 세라믹 복합재의 기계적 특성 분석
(1)인장강도 측정
본 발명에 따른 세라믹 복합재의 인장강도를 측정하기 위하여 MARK-3H 인장강도 측정장치를 이용하여 ASTM(American Standard Test Materials) D638에 의거한 방법을 통하여 인장강도를 측정하였고, 결과를 도 12에 나타내었다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 세라믹 나노 분말이 분산된 세라믹 복합재의 인장강도는 마이크로 크기의 세라믹 분말이 분산된 세라믹 복합재의 인장강도보다 높은 것을 알 수 있었다. 또한, 첨가되는 세라믹 분말의 중량비가 증가할수록 인장강도는 저하되었으나, 본 발명에 따른 세라믹 복합재는 저하되는 정도가 상대적으로 적은 것을 알 수 있다. 이는 본 발명에 따른 세라믹 복합재에서 세라믹 나노 분말과 고분자 매트릭스 내에서 강하게 접착되어 있기 때문으로, 본 발명에 따른 세라믹 나노 분말은 접착성이 우수하여 복합재의 기계적 특성을 향상시키는 것을 확인하였다.
(2)경도 측정
본 발명에 따른 세라믹 복합재의 경도를 측정하기 위하여 MARK-3H 인장강도 측정장치를 이용하여 ASTM(American Standard Test Materials) D638에 의거한 방법을 통하여 경도를 측정하였고, 결과를 도 13에 나타내었다.
도 13에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 세라믹 나노 분말이 분산된 세라믹 복합재의 경도는 마이크로 크기의 세라믹 분말이 분산된 세라믹 복합재의 경도보다 높은 것을 알 수 있었다. 또한, 첨가되는 세라믹 분말의 중량비가 증가할수록 경도는 향상되었으며, 본 발명에 따른 세라믹 복합재는 경도의 향상 정도가 상대적으로 더욱 우수한 것을 알 수 있다. 이는 본 발명에 따른 세라믹 복합재에서 세라믹 나노 분말의 높은 접촉면적에 의한 것으로, 본 발명에 따른 세라믹 나노 분말이 세라믹 복합재의 기계적 특성을 향상시키는 것을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 세라믹 분말, 소수성 고분자 및 공정제어제(PCA, process control agent)를 습식밀링하여 세라믹분말을 나노입자화시키는 동시에 소수성 고분자로 표면처리하여 소수성 고분자로 표면처리된 세라믹 나노 분말을 고분자 기지 내에 균질하게 분산시킨 것을 특징으로 하는 고분자 세라믹 복합재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 세라믹 분말은 산화납(PbO), 가돌리니아(Gd2O3), 보론카바이드(B4C), 보렉스(Na2B4O7) 또는 산화철(Fe3O4, Fe2O3)인 것을 특징으로 하는 고분자 세라믹 복합재.
  3. 제1항에 있어서, 상기 소수성 고분자는 저밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리에틸렌, 에폭시, 폴리프로필렌 및 아크릴로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 고분자가 혼합된 고분자 혼합물인 것을 특징으로 하는 고분자 세라믹 복합재.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공정제어제는 싸이클로헥산, 톨루엔 또는 자일렌인 것을 특징으로 하는 고분자 세라믹 복합재.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소수성 고분자와 세라믹 분말은 1:4 ~ 20 의 중량비율로 혼합되어 습식밀링되는 것을 특징으로 하는 고분자 세라믹 복합재.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105887027A (zh) * 2016-05-11 2016-08-24 洛阳高新四丰电子材料有限公司 一种钼铌合金溅射靶材的制备工艺
US10060851B2 (en) 2013-03-05 2018-08-28 Plexense, Inc. Surface plasmon detection apparatuses and methods
US10359362B2 (en) 2013-04-15 2019-07-23 Plexense, Inc. Method for manufacturing nanoparticle array, surface plasmon resonance-based sensor and method for analyzing using same
DE112020006519T5 (de) 2020-01-16 2022-11-24 Lg Electronics Inc. Verfahren zur oberflächenbehandlung von anorganischen teilchen und dadurch hergestellte anorganische teilchen

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101479692B1 (ko) * 2013-04-19 2015-01-08 국방과학연구소 보론 입자의 티타늄산화물 코팅장치 및 코팅방법
KR101478161B1 (ko) * 2013-04-19 2014-12-31 충남대학교산학협력단 보론 입자의 처리장치 및 코팅방법
KR101589692B1 (ko) * 2013-05-28 2016-01-29 (주)동원엔텍 텅스텐 또는 보론 나노 입자를 포함하는 방사선 차폐재 및 이의 제조방법
WO2015167069A1 (ko) * 2014-04-30 2015-11-05 주식회사 대화알로이테크 세라믹-폴리머 복합입자, 세라믹-폴리머 복합입자 과립형 클러스터 및 유동층 코팅과립화 공정을 이용한 세라믹-폴리머 복합입자의 제조 방법
KR101508957B1 (ko) * 2014-12-04 2015-04-08 롯데건설 주식회사 방사선 차폐 콘크리트 조성물
CN105482804B (zh) * 2016-01-11 2018-03-09 东北师范大学 一种潜指纹检测探针及其制备方法
KR102605719B1 (ko) * 2020-12-23 2023-11-22 중앙대학교 산학협력단 볼밀링 공정을 이용한 무기물 입자의 표면 개질 방법 및 상기 방법으로 개질된 무기물 입자
CN113429858B (zh) * 2021-07-15 2023-04-07 广州通达汽车电气股份有限公司 一种隔热涂瓷材料及其制备方法和应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950011373A (ko) * 1993-10-04 1995-05-15 김은영 세라믹스 슬러리 조성물
KR20020019129A (ko) * 2000-09-05 2002-03-12 김영욱 고온강도가 향상된 탄화규소 소재 및 그의 제조방법
KR20080062648A (ko) * 2006-12-29 2008-07-03 삼성코닝정밀유리 주식회사 산화아연 소결체 및 이의 제조 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR950011373A (ko) * 1993-10-04 1995-05-15 김은영 세라믹스 슬러리 조성물
KR960011353B1 (ko) * 1993-10-04 1996-08-22 한국과학기술연구원 세라믹스 슬러리 조성물
KR20020019129A (ko) * 2000-09-05 2002-03-12 김영욱 고온강도가 향상된 탄화규소 소재 및 그의 제조방법
KR20080062648A (ko) * 2006-12-29 2008-07-03 삼성코닝정밀유리 주식회사 산화아연 소결체 및 이의 제조 방법

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10060851B2 (en) 2013-03-05 2018-08-28 Plexense, Inc. Surface plasmon detection apparatuses and methods
US10359362B2 (en) 2013-04-15 2019-07-23 Plexense, Inc. Method for manufacturing nanoparticle array, surface plasmon resonance-based sensor and method for analyzing using same
CN105887027A (zh) * 2016-05-11 2016-08-24 洛阳高新四丰电子材料有限公司 一种钼铌合金溅射靶材的制备工艺
CN105887027B (zh) * 2016-05-11 2018-06-29 洛阳高新四丰电子材料有限公司 一种钼铌合金溅射靶材的制备工艺
DE112020006519T5 (de) 2020-01-16 2022-11-24 Lg Electronics Inc. Verfahren zur oberflächenbehandlung von anorganischen teilchen und dadurch hergestellte anorganische teilchen

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