KR101269088B1 - 바이오 상용화제를 포함하는 생분해성 고분자／탄소 나노튜브 복합체와 이의 제조방법 - Google Patents

바이오 상용화제를 포함하는 생분해성 고분자／탄소 나노튜브 복합체와 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생분해성 PC 복합체 및 이를 이용하여 제조한 전기적 특성과 생분해성이 뛰어난 전자제품 하우징으로서, 본 발명을 더욱 자세하게 설명을 하면, 고분자 폴리카보네이트(PC, Polycarbonate) 수지와 생분해성 고분자 폴리락트산(PLA, Polylactic acid) 수지를 포함하는 PC 복합체에 관한 것이다. 이때, 폴리카보네이트와 폴리락트산 공중합체의 상용성을 증가시켜 복합체의 물성을 향상시킨다. 상용화제로 사용하는 타소튜브는 상용성과 첨가제를 동시에 가능한 락트산으로 처리된 탄소 나노튜브(탄소 나노튜브-락트산)를 적용하였다. 본 발명의 고분자/탄소 나노튜브 복합체 제조방법은 상기 조성물들을 이축 압출기로 성형하여 이루어지며, 이에 따라 제조된 고분자/탄소 나노튜브 복합체는 탄소 나노튜브의 분산성이 향상되어 전기적 특성 및 생분해성이 우수하다.

Description

바이오 상용화제를 포함하는 생분해성 고분자／탄소 나노튜브 복합체와 이의 제조방법{Biodagradable polymer/carbon nano tube composite comprising bio-compatibilizer and the preparation thereof}
본 발명은 전기적 물성이 뛰어난 생분해성 고분자/탄소 나노튜브 복합체와 이의 제조방법에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 상용성이 낮은 폴리카보네이트와 폴리락트산의 블렌드에 탄소 나노튜브-락트산을 혼합하여 상용성을 높이고, 동시에 전기적 물성을 향상시킨 고분자/탄소 나노튜브 복합체와, 이축 압출기를 이용하여 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
탄소 나노튜브(carbon nano tube)는 1991년에 발견된 이래 종래 물질에서 볼 수 없었던 물리화학적인 특성에 의해 다양한 응용 분야에서 우수한 특성을 보이고 있을 뿐만 아니라, 특히 탄소 나노튜브는 종래의 전도성 재료에 비하여 우수한 기계적 특성과 전기적 특성을 보이고 있어, 이에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
탄소 나노튜브는 이와 같이 높은 전기 전도성, 열적 안정성 및 기계적 강도로 인하여 다양한 복합재료의 성분으로 활용되고 있지만, 탄소 나노튜브가 갖는 긴 길이 및 탄소 나노튜브 상호 간의 강한 인력에 기인하여, 탄소 나노튜브는 고분자 재료 내에서 낮은 분산도를 가지므로 그 응용성 및 생산성 면에서 한계를 가지고 있다.
탄소 나노튜브의 이러한 분산성 문제를 해결하기 위한 방법 중 하나는 질산, 황산 또는 이들의 혼합 용액과 같은 산 수용액에 탄소 나노튜브를 함침시켜 표면을 산화시킴으로써 탄소 나노튜브의 분산성을 향상시키는 것이다. 탄소 나노튜브를 산처리하면, 탄소 나노튜브의 표면에 카르복시기의 작용기가 형성되어 탄소 나노튜브 상호 간의 정전기적 인력을 극복할 수 있으므로 분산성이 향상되는 것이다. 다만 이러한 산처리는 탄소 나노튜브의 표면을 손상시켜 탄소 나노튜브의 물성을 저하시키는 문제점을 가지고 있다. 또한, 산처리 공정은 작업의 안전성 문제와 오염물의 처리문제와 같은 환경문제를 수반하므로 또 다른 문제점을 야기시키고 있다.
폴리카보네이트(polycarbonate)는 엔지니어링 플라스틱의 일종으로 투명하면서도 기계적 강도 및 충격강도가 뛰어날 뿐만 아니라, 높은 내열성을 가지고 있어 다양한 분야에서 사용되고 있다. 하지만 이러한 폴리카보네이트는 성형온도가 높고 용융점도가 비교적 높아 성형 시에 어려움이 있다.
폴리락트산(polylactic acid)은 생분해성 고분자로 투명성이 양호하며, 생분해성 수지 중에서는 내열성이 우수하면서도, 옥수수나 고구마 등의 식물 유래 원료로부터 대량 생산 가능하기 때문에 비용이 낮고, 석유 원료 사용 절감에도 공헌할 수 있다는 점에서 유용성이 높다. 또한, 자연상태에서 미생물과 효소에 의해 100 % 분해되는 생분해성을 가지며, 기존의 석유자원을 원료로 하는 고분자 소재는 사용 후 소각처리하면 대기 중의 이산화탄소 농도를 증가시키지만, 폴리락트산의 경우 소각이나 생분해하여 이산화탄소가 배출되어도 그 이산화탄소는 원래가 대기 중의 이산화탄소이기 때문에 대기 중의 이산화탄소 농도는 증가시키지 않는 자원순환형 소재이다. 폴리락트산은 일회용품과 쓰레기봉투 등에 사용되고 있으며, 공기청정기, 핸드폰, 의자 등 전자 제품의 외장과 가구 및 자동차용 부품 등 실생활의 다양한 분야에 활용 가능성이 활발하게 연구되고 있다.
폴리카보네이트 수지와 폴리락트산 등의 생분해성 고분자 수지를 블렌드함으로써 환경친화적 소재로의 응용이 가능하지만, 생분해성 고분자인 폴리락트산 등은 폴리카보네이트 수지와 화학적 결합을 가능하게 하는 관능기를 갖고 있지 않고, 물리적으로만 결합하기 때문에 블렌드화하였을 때 기계적 물성이 저하되는 현상이 발생하는 문제가 있다.
상용성이 없는 두 수지로 이루어진 고분자 혼합수지의 상용성을 증가시키기 위한 많은 연구가 진행되고 있으나, 생분해성을 유지하면서도 전기적 물성이 우수하여, 전자제품 하우징 등으로 사용하기에 적합한 친환경 폴리카보네이트 복합수지가 아직 개발되지는 못하였다. 따라서, 환경 친화적이며 상용성이 개선되고 탄소 나노튜브의 분산성이 향상된 폴리카보네이트/폴리락트산 복합체의 개발에 대한 시장의 요구는 점점 더 커지고 있다.
이에, 본 발명자들은 기존 폴리락트산 복합체의 문제점을 해결하고자 노력한 결과, 고분자 폴리카보네이트 수지와 생분해성 고분자 폴리락트산 수지와의 상용성을 증가하기 위하여 바이오 상용화제인 탄소 나노튜브-락트산을 적용하여, 탄소 나노튜브로 인한 전기적 물성 향상과 락트산으로 인한 결합력 증가를 동시에 도입하는 방법을 안출하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다. 즉, 본 발명은 전기적 물성, 특히 전기전도도가 우수한 친환경적 생분해성 폴리락트산 복합체 및 이를 이용하여 제조한 전자제품 하우징을 제공하는데 그 목적이 있다. 즉, 상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 폴리카보네이트, 폴리락트산, 탄소 나노튜브 및 바이오 상용화제인 탄소 나노튜브-락트산를 포함하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 상기 생분해성 폴리카보네이트/폴리락트산/탄소 나노튜브 복합체를 포함하는 전자제품 하우징을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 탄소 나노튜브 표면에 락트산이 결합되어 있는 탄소 나노튜브-락트산 상용화제가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 탄소 나노튜브를 과산화수소수로 산처리하고 나서, 증류수를 추가하여 중화액을 수득하는 단계, (b) 상기 산처리된 다중벽 탄소 나노튜브의 중화액에 L-락트산을 첨가하고 초음파를 처리하여 반응시키고 나서, 미반응 L-락트산과 물을 제거하는 단계를 포함하는 탄소 나노튜브-락트산 상용화제의 제조방법이 제공된다. 이와 같이 제조된 탄소 나노튜브-락트산 상용화제를 사용하는 경우 아래와 같이 언급하는 바와 같이 특정 함량 범위에서 탄소 나노튜브-락트산이 폴리카보네이트와 폴리락트산의 상용성을 증가시켜, 폴리락트산의 무게 감소가 현저히 감소하고, 폴리락트산의 액적 형태도 줄어드는 것을 확인하였다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (a) 폴리카보네이트, (b) 폴리락트 또는 폴리카프로락톤 중에서 선택된 생분해성 고분자, (c) 탄소 나노튜브-락트산 상용화제, (d) 탄소 나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체가 제공된다.
일 구현예에 따르면, 상기 폴리카보네이트와 상기 생분해성 고분자의 중량비는 9:1 내지 5:5이고, 상기 탄소 나노튜브-락트산은 전체 폴리카보네이트와 상기 생분해성 고분자의 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.1-30 중량부로 포함되며, 상기 탄소 나노튜브는 전체 폴리카보네이트와 상기 생분해성 고분자의 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.1-30 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체가 제공된다.
특히, 상기 폴리카보네이트와 상기 생분해성 고분자의 중량비는 8:2 내지 6:4이고, 상기 탄소 나노튜브-락트산은 전체 폴리카보네이트와 상기 생분해성 고분자의 혼합물 100 중량부를 기준으로 3-7 중량부로 포함되며, 상기 탄소 나노튜브는 전체 폴리카보네이트와 상기 생분해성 고분자의 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.1-10 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 특히 이 경우에는 탄소 나노튜브-락트산이 폴리카보네이트와 폴리락트산의 상용성을 증가시켜, 폴리락트산의 무게 감소가 현저히 감소하고, 폴리락트산의 액적 형태도 줄어드는 것을 확인하였다.
다른 구현예에 따르면, 상기 생분해성 고분자는 폴리락트산이고, 상기 탄소 나노튜브는 다중벽 탄소 나노튜브인 것을 특징으로 하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (A) 폴리카보네이트와 폴리락트산을 9:1-5:5 중량비로 혼합한 혼합물, 전체 폴리카보네이트와 상기 생분해성 고분자의 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.1-30 중량부의 탄소 나노튜브-락트산 및 0.1-30 중량부의 탄소 나노튜브를 이축 압출기에 공급하는 단계; (B) 상기 이축 압출기로 용융압출하는 단계를 포함하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체의 제조방법이 제공된다.
일 구현예에 따르면, 상기 이축 압출기는 호퍼에서 노즐까지의 구간이 소정의 개수로 나뉘고, 상기 각 구간은 240-280 ℃로 온도가 설정되는 것을 특징으로 하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체의 제조방법이 제공된다.
바람직한 구현예에 따르면, 상기 구간은 6 개의 구간으로 나뉘고, 각 구간의 온도는 호퍼에서 노즐 방향으로 각각 230-250 ℃, 250-270 ℃, 270-290 ℃, 270-290 ℃, 270-290 ℃, 270-290 ℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체의 제조방법이 제공된다.
다른 구현예에 따르면, 상기 이축 압출기는 동방향 이축 압출기인 것을 특징으로 하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체의 제조방법이 제공된다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 이축 압출기는 내경이 11 ㎜이고, 스크류의 길이/스크류의 지름이 40이며, 120 rpm으로 작동되는 것을 특징으로 하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체의 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 고분자/탄소 나노튜브 복합체는 탄소 나노튜브-락트산이 상용화제로 사용되어, 기계적 강도가 뛰어나고 내열성이 높은 폴리카보네이트의 성질을 유지하면서도, 생분해성 기능을 부여하여 환경친화적인 특성을 가진다. 또한, 락트산 처리를 한 탄소 나노튜브가 고분자 내에 고르게 분산되어 있어 친환경적 생분해성을 유지하면서 전기전도도와 같은 전기적 특성이 우수하다. 따라서, 상기 생분해성 폴리카보네이트 복합체로 제조된 성형품, 특히, 전자제품 하우징은 높은 물성과 생분해성을 갖기 때문에 친환경 부품을 제공할 수 있으며, 생분해성 소재의 활용도를 폭 넓힐 수 있을 뿐만 아니라, 각종 환경규제에도 능동적으로 대체할 수 있으며, 차후 재료 처리 비용을 획기적으로 감소시킬 수 있는 부가적 효과도 있다.
도 1은 실시예 2와 비교예 2에서 제조한 생분해성 PC/PLA/MWCNT 복합체를 이용하여 제조한 성형품의 전기전도도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실시예 2에서 제조한 생분해성 PC/PLA/MWCNT 복합체를 이용하여 제조한 성형품의 전자주사현미경사진이다.
도 3은 실시예 2에서 제조한 생분해성 PC/PLA/MWCNT 복합체를 이용하여 제조한 성형품의 투과전자현미경사진이다.
도 4는 실시예 2와 비교예 2에서 제조한 생분해성 PC/PLA/MWCNT 복합체를 이용하여 제조한 성형품의 생분해 물성을 나타낸 그래프이다.
아래에서 본 발명은 실시예를 기초로 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명된다. 제시된 실시예는 예시적인 것으로 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.
본 발명은 폴리카보네이트, 폴리락트산, 탄소 나노튜브 및 탄소 나노튜브를 포함하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체를 제공한다. 본 발명의 고분자/탄소 나노튜브 복합체에서 폴리락트산은 폴리카보네이트에 부족한 생분해성을 부여하는 역할을 한다. 락트산은 탄소 나노튜브를 폴리카보네이트와 폴리락트산의 블렌드에 첨가할 경우에 발생하는 뭉침 현상을 방지하며, 폴리락트산과 탄소 나노튜브 사이의 상용성을 높이는 역할을 한다.
폴리카보네이트는 기계적 강도 및 충격강도가 뛰어나고 높은 내열성을 가지고 있으며 폴리락트산은 생분해성을 가지고 있는 반면 기계적 강도가 좋지않은 단점을 가지고 있다. 본 발명에서는 폴리카보네이트에 생분해성을 가진 폴리락트산을 혼합시켜 복합체의 기계적 강도를 향상시키고 생분해성을 부여한다. 복합체에서 폴리카보네이트와 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체의 중량비는 7:3-5:5인 것이 바람직하다.
폴리카보네이트는 하기 구조식 1로 표시되고, 폴리락트산은 하기 구조식 2로 표시된다(아래 화학식에서 n은 각각 정수).
Figure 112011012046379-pat00001
Figure 112011012046379-pat00002
폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체는 에스테르기와 메틸기를 가지고 있어 전체적으로 비대칭 형상을 하고 있으며, 이로 인하여 전자가 한쪽으로 치우치는 경향을 나타내게 되어 극성을 가지고 있다. 폴리카보네이트는 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체에 비해 전자가 고르게 분포하는 경향을 나타내게 되므로 상대적으로 극성이 작다. 일반적으로 극성의 차이가 큰 두 가지 물질은 자기들끼리의 상호작용이 다른 물질과의 상호작용보다 크므로, 폴리카보네이트와 폴리락트산은 균일하게 혼합되기 어려워 상용성이 낮다. 이러한 낮은 상용성은 폴리카보네이트와 폴리(아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌) 공중합체의 복합체 제조 시 두 가지 고분자의 계면에 빈 공간이 형성되는 원인이 된다. 두 가지 고분자의 계면에 빈 공간이 형성되면, 탄소 나노튜브가 고분자 내에 전도성 필러로 첨가될 때 탄소 나노튜브끼리의 연결고리를 형성하는 것을 방해하게 되고 결과적으로 전기적 물성이 저하된다.
일반적으로 고분자 블렌드에 전도성 필러를 첨가할 경우 첨가된 필러는 특정한 고분자에 분산되는 분산선택성을 가지게 된다. 폴리카보네이트와 폴리락트산의 경우 탄소 나노튜브를 전도성 필러로 첨가한 경우 폴리카보네이트에 주로 분산되는 것을 확인하였다. 락트산은 폴리락트산을 합성하는 단량체로서 탄소 나노튜브에 락트산을 이용하여 화학적 처리를 한다면 탄소 나노튜브와 폴리락트산 사이에 친밀도를 증가시켜 탄소 나노튜브가 폴리락트산과 폴리카보네이트의 계면에 분산될 수 있도록 유도할 수 있다. 본 발명에서 락트산 처리한 탄소 나노튜브를 이용하여 계면에 분산될 수 있도록 유도함으로써 결과적으로 전기전도도 향상을 위한 탄소 나노튜브의 연결 고리 형성을 돕는다.
탄소 나노튜브는 전도성 입자로서 복합체에 전도성을 부여한다. 전도성이 부여된 복합체는 전자파 차폐 성질을 가지고 가공도 용이하므로 핸드폰 케이스와 같은 다양한 분야에 응용이 가능하다. 또한 탄소 나노튜브가 포함된 복합체는 기계적 강도도 향상된다. 본 발명의 고분자/탄소 나노튜브 복합체는 전체 복합체 100 중량부를 기준으로 0.1-5 중량부의 탄소 나노튜브를 포함하는 것이 바람직하다. 탄소 나노튜브가 0.1 중량부 미만으로 포함되면 탄소 나노튜브간 상호연결 부분이 적어 복합체의 전기전도도가 낮아지고, 5 중량부를 초과하여 포함되면 탄소 나노튜브의 분산성이 낮아져 복합체의 전체적인 물성이 저하될 수 있다. 본 발명의 고분자/탄소 나노튜브 복합체에는 다중벽 탄소 나노튜브와 단일벽 탄소 나노튜브가 모두 사용될 수 있으며, 경제적인 측면에서 다중벽 탄소 나노튜브가 사용되는 것이 더 바람직하다.
본 발명의 고분자/탄소 나노튜브 복합체는 폴리카보네이트, 폴리락트산, 및 탄소 나노튜브 또는 락트산 처리한 탄소 나노튜브를 이축 압출기에 공급하는 단계와, 이축 압출기로 용융압출하는 단계를 포함한다. 탄소 나노튜브의 분산성을 향상시키기 위해 일반적으로 수행되는 산처리에 더하여 락트산을 이용하는 화학적 처리방법을 도입하였다. 본 발명에서는 탄소 나노튜브를 산처리 후 락트산을 이용한 화학처리 후 이축 압출기를 이용하여 고분자 내에 탄소 나노튜브를 분산시키는 것을 특징으로 한다.
압출기는 원료가 공급되는 호퍼, 공급된 원료를 용융혼합하고 이동시키는 스크류 및 용융혼합된 원료를 일정 형상으로 배출시키는 노즐로 이루어진다. 본 발명에서는 압출기로 이축 압출기가 사용되고, 호퍼에서 노즐까지의 거리가 소정의 구간으로 분류되며, 각 구간의 온도는 230 ℃ 내지 280 ℃로 설정되는 것이 바람직하다. 상기 온도 범위는 블렌드되는 고분자들의 용융 온도를 고려하여 설정된 것이다. 본 발명의 이축 압출기는 산처리되지 않은 탄소 나노튜브가 고분자 내에 균일하게 분산될 수 있는 조건에서 가동되어야 한다. 바람직하게 본 발명의 이축 압출기는 호퍼에서 노즐까지의 거리가 6개의 구간으로 이루어지고, 각 구간의 온도는 호퍼에서 노즐 방향으로 각각 230 ℃, 260 ℃, 280 ℃, 280 ℃, 280 ℃ 및 280 ℃로 설정되는 것이 바람직하다. 탄소 나노튜브가 포함된 고분자 재료가 공급되는 초기 구간에서는 온도를 서서히 높이게 되고, 노즐 쪽에 가까운 4 개의 구간은 모든 고분자가 용융되고 일정한 점도를 가지는 온도인 280 ℃로 유지하여 용융액 속에 탄소 나노튜브가 분산될 충분한 시간적 여유를 주는 것이 중요하다. 본 발명의 이축 압출기는 동방향 이축 압출기일 수 있으며, 이 경우 탄소 나노튜브의 효과적인 혼합과 분산이 이루어질 수 있다. 또한 탄소 나노튜브의 균일한 분산을 위하여 이축 압출기의 기하학적 설계도 중요한데, 본 발명에서는 이축 압출기의 내경이 11 ㎜이고, 스크류의 길이/스크류의 지름이 40이 되도록 하였으며, 스크류는 50 rpm으로 작동되도록 하였다.
상기와 같은 용융블렌드를 거쳐 제조된 고분자/탄소 나노튜브 복합체는 우수한 기계적 강도 및 생분해성을 가져 폴리카보네이트와 폴리락트산의 장점을 모두 가지고 있고, 락트산 처리한 탄소 나노튜브로 의한 상용성 증가로 전기적 특성 향상 효과가 극대화될 수 있다.
이하, 첨부된 도면 및 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
다중벽 탄소 나노튜브-락트산(이하에서 ‘MWCNT-LA’라 한다)을 다음과 같이 제조하였다. 다중벽 탄소 나노튜브(길이 10-15 nm, 지름 10-20 nm, 순도 97% 이상급, JEIO Co., 이하에서 ‘MWCNT’라 한다)를 과산화수소(H2O2)로 50 ℃에서 90 분간 산처리한 후, pH 7가 될 때까지 증류수로 정제하였다. 상기 얻어진 MWCNT을 L-락트산과 함께 배쓰 형태 초음파(20 kHz)로 1 시간 동안 처리한 후, 미반응 L-락트산과 생성된 물을 제거하여 MWCNT-LA를 얻었다.
80 ℃의 진공 오븐에서 폴리카보네이트(grade: PC 201 15, 수평균분자량 11,000, 중량평균분자량 30,000, 유리전이온도 156.6 ℃, LG Chem. LTD., 이하에서 ‘PC’라 한다), 폴리락트산(grade: 4032D, 중량평균분자량 159,700, 유리전이온도 65 ℃, 녹는점 169 ℃, Nature Works, 이하에서 ‘PLA’라 한다), MWCNT 및 MWCNT-LA를 각각 24 시간 동안 건조하였다. 건조된 PC 70 g, PLA 30 g (PC:PLA 7:3), MWCNT 0.5 g 및 MWCNT-LA 0.5 g을 드라이 믹싱한 후, 동방향 이축 압출기(Co-rotating twin screw extruder)에 주입하여 120 rpm의 속도로 용융압출(melt mixing)하여 고분자/탄소 나노튜브 복합체를 제조하였다. 이때, 동방향 이축 압출기는 내경 11 mm, (스크류의 길이)/(스크류의 지름)이 40인 것을 사용하였으며, 호퍼로부터 노즐방향으로 240 ℃ - 260 ℃ - 280 ℃ - 280 ℃ - 280 ℃ - 280 ℃ 로 온도를 설정하였다.
실시예 2
MWCNT의 중량이 2.5 g, MWCNT-LA의 중량이 2.5 g을 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자/탄소 나노튜브 복합체를 제조하였다.
실시예 3
MWCNT의 중량이 5 g, MWCNT-LA의 중량이 5 g을 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자/탄소 나노튜브 복합체를 제조하였다.
실시예 4
MWCNT의 중량이 15 g, MWCNT-LA의 중량이 15 g을 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자/탄소 나노튜브 복합체를 제조하였다.
실시예 5
MWCNT의 중량이 25 g, MWCNT-LA의 중량이 25 g을 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자/탄소 나노튜브 복합체를 제조하였다.
비교예 1
MWCNT의 중량이 1 g이며, MWCNT-LA가 포함되지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체를 제조하였다.
비교예 2
MWCNT의 중량이 5 g이며, MWCNT-LA가 포함되지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체를 제조하였다.
비교예 3
MWCNT의 중량이 10 g이며, MWCNT-LA가 포함되지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체를 제조하였다.
비교예 4
MWCNT의 중량이 30 g이며, MWCNT-LA가 포함되지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체를 제조하였다.
비교예 5
MWCNT의 중량이 50 g이며, MWCNT-LA가 포함되지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 고분자 복합체를 제조하였다.
비교예 6
MWCNT_PLA
실험예 1: 전기전도도 측정
고분자/탄소 나노튜브 복합체를 각각 80 ℃에서 12 시간 동안 건조한 후, 260 ℃에서 열간 압착(hot press)하여 필름상태의 시편을 제작한 후, 상기 시편의 표면에 도전성 그라파이트 페인트(graphite paint)로 4 개의 박형 금편(thin gold wires; 99% 순도이며 0.05 mm두께)을 붙여, 4-프로브 방법(4-probe method)에 의해 전기전도도를 측정하고, 그 결과를 아래의 도 1에 나타내었다.
도 1은 각각 PC/PLA의 함량비가 7/3에서 MWCNT의 함량에 따른 전기전도도를 보여주고 있다. 그 결과를 보면 순수한 PC/PLA에 MWCNT와 MWCNT-LA를 첨가한 복합체의 전기전도도가 PC:PLA에 MWCNT를 첨가한 복합체의 전기전도도보다 유의미한 향상을 보였다.
실험예 2: 전자주사현미경 관찰
고분자/탄소 나노튜브 복합체를 각각 80 ℃에서 12 시간 동안 건조한 후, 실시예 2에 따른 PC/PLA/MWCNT 복합체를 사출기를 이용하여 가로 75 mm×세로 12.5 mm × 높이 3 mm의 시편으로 제조한 후에, 액체질소에 넣어서 절단한 파단면을 전자주사현미경으로 측정하여 모폴리지를 관찰하였으며, 이를 도 2에 각각 나타내었다. 도 2의 PC/PLA/MWCNT 복합체 모폴로지는 MWCNT-LA가 PC와 PLA 계면에 분포되어 있는 것을 확인하였다. 즉, MWCNT-LA의 MWCNT 부분은 PC와 상용성이 있으며, LA 부분은 PLA와 상용성이 있어 바이오 상용화제로 고분자 PC와 PLA에 적합하다는 것을 사료할 수 있다.
실험예 3: 전자투과현미경 관찰
고분자/탄소 나노튜브 복합체를 각각 80 ℃에서 12 시간 동안 건조한 후, 260 ℃에서 열간 압착(hot press)을 하여 필름 상태의 시편을 제작한 후, 마이크로 톰을 이용하여 투과전자현미경 시편을 제작하였다. 투과전자현미경 시편 준비 시에 다이아몬드 나이프를 사용하였으며, 그 두께는 100nm 정도이다.
도 3은 실시예 2에 해당하는 PC/PLA/MWCNT 복합체의 투과전자현미경(HR-TEM) 사진이다. 도 3을 통하여, PC/PLA/MWCNT 복합체에서 MWCNT-LA을 바이오 상용화제로 첨가한 경우 MWCNT-LA가 PC와 PLA 계면에 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다. 이것으로 MWCNT-LA가 PC/PLA/MWCNT 복합체에서 상용화제로의 역할을 하는 것을 확인하였다. 이 결과로부터 PC와 PLA 상호 간의 상용성의 증가를 통해서 MWCNT의 분산성이 증가되었음을 확인할 수 있다. 이와 같은 내용을 뒷받침하는 전기적 물성인 도 1에 의해서도 확인가능하다. 따라서, 상용성이 증가하는 것을 알 수 있고, 이러한 상용성의 증가가 PC/PLA 블렌드에서 MWCNT의 분산성을 증가시킨다는 것을 알 수 있다.
실험예 4: 생분해성 관찰
이상의 결과를 종합해보면, 본 발명에 따른 고분자/탄소 나노튜브 복합체는 PC와 PLA의 블렌드를 통하여 우수한 기계적 강도, 내약품성 및 가공성을 가짐과 동시에 MWCNT의 첨가로 인하여 전기적 특성을 부여하고 생분해성 특성도 가지게 되었다는 것을 알 수 있다. 또한 MWCNT-LA의 첨가를 통해 PC와 PLA 사이의 상용성을 증가시킴으로써 MWCNT의 분산성을 향상시켜 더 높은 전기적 물성을 가질 수 있음을 확인하였다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. (a) 탄소 나노튜브를 과산화수소수로 산처리하고 나서, 증류수를 추가하여 중화액을 수득하는 단계,
    (b) 상기 산처리된 다중벽 탄소 나노튜브의 중화액에 L-락트산을 첨가하고 초음파를 처리하여 반응시키고 나서, 미반응 L-락트산과 물을 제거하는 단계를 포함하는 탄소 나노튜브-락트산 상용화제의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. (a) 탄소 나노튜브를 과산화수소수로 산처리하고 나서, 증류수를 추가하여 중화액을 수득하고 나서, 상기 산처리된 다중벽 탄소 나노튜브의 중화액에 L-락트산을 첨가하고 초음파를 처리하여 반응시킨 후, 미반응 L-락트산과 물을 제거함으로써 탄소 나노튜브-락트산 상용화제를 제조하는 단계;
    (b) 폴리카보네이트와 생분해성 고분자를 9:1-5:5 중량비로 혼합한 혼합물, 전체 폴리카보네이트와 상기 생분해성 고분자의 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.1-30 중량부의 상기 탄소 나노튜브-락트산 상용화제 및 0.1-30 중량부의 탄소 나노튜브를 이축 압출기에 공급하는 단계;
    (c) 상기 이축 압출기로 용융압출하는 단계를 포함하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체의 제조방법.
  6. (a) 탄소 나노튜브를 과산화수소수로 산처리하고 나서, 증류수를 추가하여 중화액을 수득하고 나서, 상기 산처리된 다중벽 탄소 나노튜브의 중화액에 L-락트산을 첨가하고 초음파를 처리하여 반응시킨 후, 미반응 L-락트산과 물을 제거함으로써 탄소 나노튜브-락트산 상용화제를 제조하는 단계;
    (b) 폴리카보네이트와 생분해성 고분자를 9:1-5:5 중량비로 혼합한 혼합물, 전체 폴리카보네이트와 상기 생분해성 고분자의 혼합물 100 중량부를 기준으로 0.1-30 중량부의 상기 탄소 나노튜브-락트산 상용화제 및 0.1-30 중량부의 탄소 나노튜브를 이축 압출기에 공급하는 단계;
    (c) 상기 이축 압출기로 용융압출하는 단계를 포함하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체의 제조방법으로서,
    상기 이축 압출기는 호퍼에서 노즐까지의 구간이 소정의 개수로 나뉘고, 상기 각 구간은 240-280 ℃로 온도가 설정되는 것을 특징으로 하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 구간은 6 개의 구간으로 나뉘고, 각 구간의 온도는 호퍼에서 노즐 방향으로 각각 230-250 ℃, 250-270 ℃, 270-290 ℃, 270-290 ℃, 270-290 ℃, 270-290 ℃로 설정되는 것을 특징으로 하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체의 제조방법.
  8. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 이축 압출기는 동방향 이축 압출기인 것을 특징으로 하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체의 제조방법.
  9. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 이축 압출기는 내경이 11 ㎜이고, 스크류의 길이/스크류의 지름이 40이며, 120 rpm으로 작동되는 것을 특징으로 하는 고분자/탄소 나노튜브 복합체의 제조방법.
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