KR101292868B1 - Nano diamond having surface coated hydrophobical silane, method for manufacturing the same, and engine oil including the same - Google Patents

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KR101292868B1 KR1020110063114A KR20110063114A KR101292868B1 KR 101292868 B1 KR101292868 B1 KR 101292868B1 KR 1020110063114 A KR1020110063114 A KR 1020110063114A KR 20110063114 A KR20110063114 A KR 20110063114A KR 101292868 B1 KR101292868 B1 KR 101292868B1
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 나노 다이아몬드는 소수성 실란으로 표면 코팅되어 오일 내에서 응집되지 않고 균일하게 분산될 수 있다. 즉, 친수성 특성을 갖는 나노 다이아몬드에 소수성기를 부여하여 오일과 같은 소수성 용액에서의 분산성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 측에서는 나노 다이아몬드의 표면을 소수성기로 처리하고, 이러한 나노 다이아몬드를 엔진 오일 첨가제로 사용함으로써 엔진 오일 내에서 분산성이 향상되어 엔진 오일의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측에 따른 나노 다이아몬드 제조방법은 오토클레이브(autoclave) 등의 복잡한 장치를 사용하지 않고 소수성으로 표면처리된 나노 다이아몬드를 제조할 수 있다.Nanodiamond according to an embodiment of the present invention may be surface-coated with hydrophobic silane is uniformly dispersed without aggregation in oil. That is, hydrophobic groups may be provided to nanodiamonds having hydrophilic properties to improve dispersibility in hydrophobic solutions such as oils. Therefore, in one side of the present invention by treating the surface of the nanodiamonds with a hydrophobic group, by using such nanodiamonds as an engine oil additive, the dispersibility is improved in the engine oil can be improved wear resistance of the engine oil. In addition, the method for producing nanodiamonds according to one embodiment of the present invention can produce nanodiamonds surface-treated hydrophobicly without using a complicated device such as an autoclave.

Figure R1020110063114
Figure R1020110063114

Description

소수성 실란으로 표면 코팅된 나노 다이아몬드, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 엔진 오일{NANO DIAMOND HAVING SURFACE COATED HYDROPHOBICAL SILANE, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND ENGINE OIL INCLUDING THE SAME}Nano diamond surface-coated with hydrophobic silane, a method for manufacturing the same, and an engine oil including the same {NANO DIAMOND HAVING SURFACE COATED HYDROPHOBICAL SILANE;

소수성 실란으로 표면 코팅된 나노 다이아몬드, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 엔진 오일이 개시된다. 더욱 상세하게는, 엔진 오일 내에서 분산성이 크게 향상된 소수성 실란으로 표면 코팅된 나노 다이아몬드, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 엔진 오일이 개시된다.
Disclosed are nanodiamonds surface-coated with hydrophobic silanes, methods for preparing the same, and engine oils comprising the same. More specifically, disclosed are nanodiamonds surface-coated with hydrophobic silanes having greatly improved dispersibility in engine oil, a method for preparing the same, and an engine oil including the same.

최근에 각종 회전기기 등의 소형경량화, 고속화에 수반하여 윤활유는 고온, 고하중, 고속이라는 가혹한 조건에서 사용이 증대되고 있으며, 열산화 안정성이 뛰어난 고성능의 윤활유의 개발이 요구되고 있다. 제철소 분야의 감속기류(기어, 베어링 등으로 구성됨) 등 다양한 기계 장치에 사용되기 위해서는 우수한 내마모성을 갖는 고성능의 윤활유가 필요한 실정이다.Recently, the use of lubricating oil has been increased under severe conditions such as high temperature, high load, and high speed, along with miniaturization and high speed of various rotating apparatuses, and development of high performance lubricating oil with excellent thermal oxidation stability is required. In order to be used in various mechanical devices such as reduction gears (consisting of gears, bearings, etc.) in the field of steelworks, high performance lubricants having excellent wear resistance are required.

다이아몬드는 보석 중에 최고의 가치를 갖는 것으로 알려져 있지만, 전자 산업 및 화학 산업을 포함한 거의 모든 산업 분야에 걸쳐서 우수한 특성을 갖는 소재로 주목받고 있다. 다이아몬드는 높은 경도, 넓은 범위에서의 광 투과성, 화학적 안정성, 높은 열전도도, 낮은 열팽창성, 전기적 절연성 등의 장점을 갖는다. 최근 나노 기술의 비약적인 발전과 함께 다이아몬드의 특성들을 효과적으로 응용하기 위한 다이아몬드 분말 또는 박막 제조방법들이 개발되고 있다. 이러한 다이아몬드 분말 중에서 마이크론 크기는 이미 산업적으로 널리 이용되어 왔다.Diamonds are known to have the highest value among gemstones, but are attracting attention as materials having excellent properties in almost all industries, including electronics and chemicals. Diamond has advantages such as high hardness, light transmittance over a wide range, chemical stability, high thermal conductivity, low thermal expansion, and electrical insulation. Recently, with the rapid development of nanotechnology, methods for producing diamond powder or thin film for effectively applying diamond properties have been developed. Among these diamond powders, micron size has already been widely used industrially.

다이아몬드 분말은 금속 표면의 코팅제, 고분자 및 고무 복합체, 연마제, 오일 첨가제 등으로 적용되어 왔다. 다이아몬드 분말은 이론적으로는 무색 투명하여 코팅제로 사용하거나 고분자 플라스틱 등에 분산되어도 외관상 그의 존재를 감지할 수 없다는 장점을 갖고 있다. 그러나, 나노 다이아몬드(nano diamond, ND)는 내부가 결정형태로 제조되지만, 표면 반응성이 강하기 때문에 표면 주위에 불순물이 존재할 수 있다. 이에 대해, 나노 다이아몬드 표면의 불순물을 제거하고 응용성을 높이기 위해 표면을 산화시키는 방법 등 다양한 방법들이 개발되고 있다.Diamond powder has been applied as a coating agent on metal surfaces, polymer and rubber composites, abrasives, oil additives and the like. Diamond powder has a merit in that it is theoretically colorless and transparent so that its presence cannot be detected in appearance even when used as a coating agent or dispersed in a polymer plastic. However, although nano diamonds (NDs) are manufactured in a crystalline form, they may have impurities around the surface due to their strong surface reactivity. In this regard, various methods such as a method of oxidizing the surface to remove impurities from the surface of the nanodiamond and increase the applicability have been developed.

이와 같이 나노 다이아몬드를 표면 처리한 경우, 나노 다이아몬드는 다양한 용도를 가질 것으로 기대되고 있다. 구체적으로, 표면 처리된 나노 다이아몬드는 코팅제, 윤활유 원료, 고분자 플라스틱, 세라믹 혼성체 등에 첨가되어 기능성을 부여할 수 있다. 나노 다이아몬드의 경우 친수성 특성을 가지므로, 극성 용액에서의 분산은 용이하나, 오일과 같은 소수성 용액에서는 분산이 매우 어렵다.In the case where the nanodiamonds are surface treated, the nanodiamonds are expected to have various uses. Specifically, the surface-treated nanodiamonds may be added to a coating agent, a lubricating oil raw material, a polymer plastic, a ceramic hybrid material, or the like to impart functionality. Since nanodiamonds have hydrophilic properties, they are easy to disperse in polar solutions, but very difficult to disperse in hydrophobic solutions such as oils.

지금까지 카르복실기, 아민기 등으로 나노 다이아몬드의 표면을 처리하는 방법은 보고되고 있으나, 고분자 필러나 엔진 오일 등에 분산시 사용될 수 있는 실란 표면 처리의 경우는 처리 시간이 길고 톨루엔과 같은 유해용매 사용 및 수분 제거 등에서 문제가 있어 시도되지 않고 있다.
Until now, the method of treating the surface of nanodiamond with carboxyl group, amine group, etc. has been reported, but in the case of silane surface treatment which can be used for dispersing polymer filler or engine oil, it takes long treatment time and uses harmful solvent such as toluene and water. There has been a problem with removal, and has not been attempted.

엔진 오일 내에서 분산성이 크게 향상된 소수성 실란으로 표면 코팅된 나노 다이아몬드, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 엔진 오일이 제공된다.
Provided are nanodiamonds surface-coated with a hydrophobic silane having greatly improved dispersibility in engine oil, a method for preparing the same, and an engine oil including the same.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노 다이아몬드는, 소수성 실란(silane)으로 표면 코팅된다.Nanodiamond according to an embodiment of the present invention is surface-coated with hydrophobic silane (hydrophobic silane).

본 발명의 일 측에 따른 나노 다이아몬드에서, 상기 소수성 실란은, 옥타데실-트리클로로-실란(Octadecyl-Trichloro-Sillane, OTS) 및 펜타데실-트리클로로-실란(Pentadecyl-Trichloro-Sillane, OTS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.In the nanodiamond according to one aspect of the present invention, the hydrophobic silane, octadecyl-trichloro-silane (OTS) and pentadecyl-trichloro-silane (Pentadecyl-Trichloro-Sillane, OTS) It can be selected from the group consisting of.

본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 다이아몬드의 제조방법은, 알코올 용매에 나노 다이아몬드를 첨가하여 제1 혼합물을 형성하는 단계, 상기 제1 혼합물에 산성 물질을 첨가하여 제2 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 제2 혼합물에 소수성 실란을 첨가하고 초음파 처리하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of preparing nanodiamonds, adding nanodiamonds to an alcohol solvent to form a first mixture, adding an acidic substance to the first mixture to form a second mixture, and Adding a hydrophobic silane to the second mixture and sonicating.

본 발명의 일 측에 따른 나노 다이아몬드의 제조방법에서, 상기 알코올 용매는, 에탄올, 메탄올 및 이소프로필 알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.In the method for producing nanodiamonds according to one aspect of the present invention, the alcohol solvent may be selected from the group consisting of ethanol, methanol and isopropyl alcohol.

본 발명의 일 측에 따른 나노 다이아몬드의 제조방법에서, 상기 산성 물질은, 염산(HCl), 황산(H2SO4) 및 아세트산(acetic acid)으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.In the method for producing nanodiamonds according to one aspect of the present invention, the acidic material may be selected from the group consisting of hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and acetic acid (acetic acid).

본 발명의 일 측에 따른 나노 다이아몬드의 제조방법에서, 상기 소수성 실란은, 옥타데실-트리클로로-실란(Octadecyl-Trichloro-Sillane, OTS) 및 펜타데실-트리클로로-실란(Pentadecyl-Trichloro-Sillane, OTS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.In the method for producing nanodiamonds according to one aspect of the present invention, the hydrophobic silane, octadecyl-trichloro-silane (OTS) and pentadecyl-trichloro-silane (Pentadecyl-Trichloro-Sillane, OTS).

본 발명의 일 측에 따른 나노 다이아몬드의 제조방법에서, 상기 산성 물질은 상기 나노 다이아몬드 대비 0.4 부피% ~ 1.2 부피% 비율로 혼합되고, 상기 소수성 실란은 상기 나노 다이아몬드 대비 0.4 부피% ~ 1.2 부피% 비율로 혼합될 수 있다.In the method of producing nanodiamonds according to one aspect of the present invention, the acidic material is mixed in a ratio of 0.4% by volume to 1.2% by volume with respect to the nanodiamonds, and the hydrophobic silane is 0.4% by volume with respect to 1.2% by volume with respect to the nanodiamonds. It can be mixed with.

본 발명의 일 측에 따른 나노 다이아몬드의 제조방법에서, 상기 초음파 처리하는 단계는, 10 ~ 100 와트(Watt)의 범위에서 수행될 수 있다.In the method of manufacturing a nanodiamond according to one side of the present invention, the ultrasonication step may be performed in the range of 10 ~ 100 Watt (Watt).

본 발명의 다른 실시예에 따른 엔진 오일은, 옥타데실-트리클로로-실란(Octadecyl-Trichloro-Sillane, OTS) 및 펜타데실-트리클로로-실란(Pentadecyl-Trichloro-Sillane, OTS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 소수성 실란(silane)으로 표면 코팅된 나노 다이아몬드를 포함한다.
The engine oil according to another embodiment of the present invention is selected from the group consisting of Octadecyl-Trichloro-Sillane (OTS) and Pentadecyl-Trichloro-Sillane (OTS) Nanodiamonds surface-coated with hydrophobic silanes.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노 다이아몬드는 소수성 실란으로 표면 코팅되어 오일 내에서 응집되지 않고 균일하게 분산될 수 있다. 즉, 친수성 특성을 갖는 나노 다이아몬드에 소수성기를 부여하여 오일과 같은 소수성 용액에서의 분산성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 측에서는 나노 다이아몬드의 표면을 소수성기로 처리하고, 이러한 나노 다이아몬드를 엔진 오일 첨가제로 사용함으로써 엔진 오일 내에서 분산성이 향상되어 엔진 오일의 내마모성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 측에 따른 나노 다이아몬드 제조방법은 오토클레이브(autoclave) 등의 복잡한 장치를 사용하지 않고 소수성으로 표면처리된 나노 다이아몬드를 제조할 수 있다.
Nanodiamond according to an embodiment of the present invention may be surface-coated with hydrophobic silane is uniformly dispersed without aggregation in oil. That is, hydrophobic groups may be provided to nanodiamonds having hydrophilic properties to improve dispersibility in hydrophobic solutions such as oils. Therefore, in one side of the present invention by treating the surface of the nanodiamonds with a hydrophobic group, by using such nanodiamonds as an engine oil additive, the dispersibility is improved in the engine oil can be improved wear resistance of the engine oil. In addition, the method for producing nanodiamonds according to one embodiment of the present invention can produce nanodiamonds surface-treated hydrophobicly without using a complicated device such as an autoclave.

도 1a는 실시예 1에서 제조된 나노 다이아몬드의 SEM 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도 1b는 실시예 2에서 제조된 나노 다이아몬드의 SEM 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도 1c는 실시예 4에서 제조된 나노 다이아몬드의 SEM 측정 결과를 나타낸 도면이다.
도 2a는 실시예 5에서 제조된 엔진 오일의 분산성 테스트 결과를 나타낸 도면이다. 도 2b는 실시예 6에서 제조된 엔진 오일의 분산성 테스트 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 실시예 7 및 비교예 1, 2, 3에서 제조된 오일에 대해 수행한 마모 테스트를 OM(Optical Microscope)으로 분석한 결과를 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 12c는 HCl 및 OTS의 부피를 각각 2 ml, 4 ml, 6 ml로 변경한 후 실시예 2와 같은 방법으로 제조된 소수성 실란 코팅된 나노 다이아몬드의 분산성을 테스트한 결과를 나타내는 도면이다.
도 13a 내지 도 13b는 도 4a 내지 도 12c에서의 HCl과 OTS의 각각의 비율별 delta T 그래프를 나타내는 도면이다.
도 14a 내지 도 14b는 도 4a 내지 도 12c에서의 HCl과 OTS의 각각의 비율별 delta BS 그래프를 나타내는 도면이다.
Figure 1a is a view showing the SEM measurement results of the nanodiamond prepared in Example 1. Figure 1b is a view showing the SEM measurement results of the nanodiamond prepared in Example 2. Figure 1c is a view showing the SEM measurement results of the nanodiamond prepared in Example 4.
Figure 2a is a view showing the dispersibility test results of the engine oil prepared in Example 5. Figure 2b is a view showing the dispersibility test results of the engine oil prepared in Example 6.
3 is a view showing the results of analyzing the wear test performed on the oil prepared in Example 7 and Comparative Examples 1, 2, 3 with an optical microscope (OM).
4A to 12C show the results of testing the dispersibility of hydrophobic silane-coated nanodiamonds prepared in the same manner as in Example 2 after changing the volume of HCl and OTS to 2 ml, 4 ml, and 6 ml, respectively. to be.
13A to 13B are diagrams illustrating delta T graphs for respective ratios of HCl and OTS in FIGS. 4A to 12C.
14A to 14B are diagrams illustrating delta BS graphs for respective ratios of HCl and OTS in FIGS. 4A to 12C.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노 다이아몬드는, 소수성 실란(silane)으로 표면 코팅된다. 본 발명의 일 측에, 상기 소수성 실란은, 옥타데실-트리클로로-실란(Octadecyl-Trichloro-Sillane, OTS) 및 펜타데실-트리클로로-실란(Pentadecyl-Trichloro-Sillane, OTS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 소수성 실란은 체인 길이(chain length)가 다양한 실란일 수 있으며, 상기의 예에 제한되지 않는다.Nanodiamond according to an embodiment of the present invention is surface-coated with hydrophobic silane (hydrophobic silane). In one aspect of the invention, the hydrophobic silane is selected from the group consisting of octadecyl-Trichloro-Sillane (OTS) and pentadecyl-Trichloro-Sillane (OTS) Can be. In addition, the hydrophobic silane may be a silane having a variety of chain lengths (chain length), it is not limited to the above examples.

다양한 체인 길이를 갖는 실란 중 체인 길이가 짧은 실란은 가격이 싸서 경제적이고 코팅이 잘 되고, 체인 길이가 긴 실란은 분산성이 우수하다. 본 발명의 일 측에서는 다양한 체인 길이를 갖는 실란을 사용함으로써 실란의 체인을 코팅하여 다목적으로 응용이 가능한 실란을 제공할 수 있다.
Among the silanes having various chain lengths, the shorter chain length silane is cheaper and more economical and coated. The long chain length silane has excellent dispersibility. In one side of the present invention by using a silane having a variety of chain length it can provide a silane that can be applied for multi-purpose by coating the chain of silane.

따라서, 본 발명의 일 측에 따른 나노 다이아몬드는 소수성 실란으로 표면 코팅되어 오일 내에서 응집되지 않고 균일하게 분산될 수 있다. 즉, 친수성 특성을 갖는 나노 다이아몬드에 소수성기를 부여하여 오일과 같은 소수성 용액에서의 분산성을 향상시킬 수 있다. Therefore, the nanodiamond according to one side of the present invention can be surface-coated with hydrophobic silane can be uniformly dispersed without aggregation in oil. That is, hydrophobic groups may be provided to nanodiamonds having hydrophilic properties to improve dispersibility in hydrophobic solutions such as oils.

또한, 본 발명의 일 측에서는 나노 다이아몬드의 표면을 소수성기로 처리한 나노 다이아몬드를 엔진 오일 첨가제로 사용함으로써 엔진 오일 내에서 분산성이 향상되어 엔진 오일의 내마모성을 향상시킬 수 있다.
In addition, in one side of the present invention by using the nanodiamonds treated with a hydrophobic group on the surface of the nanodiamonds as an engine oil additive, dispersibility is improved in the engine oil, thereby improving wear resistance of the engine oil.

본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 다이아몬드의 제조방법은, 알코올 용매에 나노 다이아몬드를 첨가하여 제1 혼합물을 형성하는 단계, 상기 제1 혼합물에 산성 물질을 첨가하여 제2 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 제2 혼합물에 소수성 실란을 첨가하고 초음파 처리하는 단계를 포함한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method of preparing nanodiamonds, adding nanodiamonds to an alcohol solvent to form a first mixture, adding an acidic substance to the first mixture to form a second mixture, and Adding a hydrophobic silane to the second mixture and sonicating.

나노 다이아몬드의 표면을 소수성으로 표면처리 하기 위해 나노 다이아몬드를 알코올 용매에 첨가한다. 이때, 상기 알코올 용매는, 에탄올, 메탄올 및 이소프로필 알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 알코올 용매 및 나노 다이아몬드가 혼합되는 양은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 알코올 용매는 하기의 소수성 실란이 잘 분산될 수 있을 정도로 충분한 양으로 제공될 수 있다.
Nanodiamond is added to the alcohol solvent to hydrophobically surface the nanodiamond surface. In this case, the alcohol solvent may be selected from the group consisting of ethanol, methanol and isopropyl alcohol, but is not limited thereto. In addition, the amount in which the alcohol solvent and the nanodiamond are mixed is not particularly limited. However, the alcohol solvent may be provided in an amount sufficient to disperse the following hydrophobic silane well.

이후, 상기 나노 다이아몬드와 혼합된 알코올 용매에 산성 물질을 첨가한다. 이때, 상기 산성 물질은, 염산(HCl), 황산(H2SO4) 및 아세트산(acetic acid)으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Thereafter, an acidic substance is added to the alcohol solvent mixed with the nanodiamonds. In this case, the acidic material may be selected from the group consisting of hydrochloric acid (HCl), sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and acetic acid (acetic acid), but is not limited thereto.

상기 산성 물질을 첨가함으로써 혼합물의 pH가 변할 수 있으며, 이에 따라 하기의 소수성 실란으로 코팅된 나노 다이아몬드의 분산성이 달라질 수 있다. 본 발명의 일 측에서 산성 물질의 첨가에 따른 혼합물의 pH는 pH 5.0 ~ pH 4.5 일 수 있다.
The pH of the mixture may be changed by adding the acidic material, and thus the dispersibility of the nanodiamonds coated with the hydrophobic silanes described below may be changed. In one side of the invention the pH of the mixture according to the addition of the acidic material may be pH 5.0 ~ pH 4.5.

이후, 상기 산성 물질에 대해 소정의 비율로 소수성 실란을 첨가한 후 이를 초음파 처리한다. 이때, 상기 소수성 실란은, 옥타데실-트리클로로-실란(Octadecyl-Trichloro-Sillane, OTS) 및 펜타데실-트리클로로-실란(Pentadecyl-Trichloro-Sillane, OTS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있으나, 다양한 체인을 갖는 실란 물질이라면 이에 제한되지 않는다.
Thereafter, hydrophobic silane is added to the acidic substance at a predetermined ratio and then ultrasonicated. In this case, the hydrophobic silane may be selected from the group consisting of octadecyl-Trichloro-Sillane (OTS) and pentadecyl-Trichloro-Sillane (OTS), but various The silane material having a chain is not limited thereto.

본 발명의 일 측에서, 산성 물질은 나노 다이아몬드 대비 0.4 부피% ~ 1.2 부피% 비율로 혼합되고, 소수성 실란은 나노 다이아몬드 대비 0.4 부피% ~ 1.2 부피% 비율로 혼합될 수 있다. 하기의 실시예에서 확인되는 바와 같이, 소수성 실란이 0.4 부피%인 경우 나노 다이아몬드의 분산성이 우수하고, 이 중에서 산성 물질이 0.4 부피%일 때보다는 0.4 부피% 이상인 경우에 나노 다이아몬드의 분산성이 더 우수함을 알 수 있다. 또한, 산성 물질 및 소수성 실란이 각각 0.4 부피%일 때보다는 0.8 부피% 또는 1.2 부피% 비율로 혼합될 때 나노 다이아몬드의 분산성이 더 우수함을 알 수 있다.
In one aspect of the present invention, the acidic material may be mixed at a ratio of 0.4% by volume to 1.2% by volume with respect to nanodiamonds, and the hydrophobic silane may be mixed at a ratio of 0.4% by volume to 1.2% by volume with respect to nanodiamonds. As confirmed in the following examples, the dispersibility of nanodiamonds when the hydrophobic silane is 0.4% by volume is excellent, and the dispersibility of the nanodiamonds is 0.4% by volume or more when the acidic material is 0.4% by volume. It can be seen that better. In addition, it can be seen that the dispersibility of the nanodiamonds is better when the acidic substance and the hydrophobic silane are mixed at a ratio of 0.8% by volume or 1.2% by volume rather than 0.4% by volume, respectively.

초음파 처리하는 단계는, 10 ~ 100 와트(Watt)의 범위에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 20 ~ 50 와트의 범위에서 수행될 수 있다. 여기서, 초음파 처리는 나노 다이아몬드의 표면에 실란을 코팅하기 위해 초음파를 조사하는 것을 말한다. 초음파 처리는 특정 시간 동안 수행될 수 있으며, 예를 들어 2시간 이상 동안 수행될 수 있다. 또한, 초음파 처리는 복수 회에 걸쳐서 수행될 수 있으며, 이는 최초 초음파 처리 후 일부의 나노 다이아몬드 입자들끼리 뭉치거나, 침강하는 것을 방지하기 위함이다. 초음파 처리는 최초 초음파 처리시 지속 시간이 길수록 나노 다이아몬드 입자가 용매 내에서 분산성을 유지하고 반응하는 시간이 길어져 코팅되는 나노 다이아몬드 입자들이 많아질 수 있다. 다만, 상기와 같이 입자들끼리 뭉치거나, 침강하는 것을 방지하기 위해 2번 이상의 초음파 처리를 할 수 있다.
The ultrasonication may be performed in the range of 10 to 100 watts, and preferably in the range of 20 to 50 watts. Here, the ultrasonic treatment refers to the irradiation of ultrasonic waves to coat the silane on the surface of the nanodiamond. The sonication may be performed for a certain time, for example for 2 hours or more. In addition, the sonication may be performed a plurality of times, in order to prevent the agglomeration or sedimentation of some nanodiamond particles after the initial sonication. In the ultrasonic treatment, the longer the duration of the initial sonication, the longer the nanodiamond particles maintain dispersibility in the solvent and the longer the reaction, so that more nano diamond particles may be coated. However, in order to prevent the particles from agglomerating or settling as described above, two or more ultrasonic treatments may be performed.

따라서, 본 발명의 일 측에 따른 나노 다이아몬드 제조방법은 오토클레이브(autoclave) 등의 복잡한 장치를 사용하지 않고 소수성으로 표면처리된 나노 다이아몬드를 제조할 수 있다. 또한, 가격이 저렴한 실란을 이용함으로써 대량 생산시 비용절감 효과가 크기 때문에 가격 경쟁력을 확보할 수 있다.
Therefore, the method for producing nanodiamonds according to one embodiment of the present invention can produce nanodiamonds surface-treated hydrophobicly without using a complicated device such as an autoclave. In addition, it is possible to secure a price competitiveness because the use of low-cost silane has a large cost reduction effect in mass production.

이하에서는 본 발명의 실시예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

(실시예 1) 에탄올 500 ml에 나노 다이아몬드 5 g을 첨가한 후 교반기로 1분간 교반하여 제1 혼합물을 제조하였다. 이후, 제1 혼합물에 0.025 M의 염산(HCl) 2 ml를 첨가한 후 이를 다시 교반기로 교반하여 제2 혼합물을 제조하였다. 이후, 제2 혼합물에 옥타데실-트리클로로-실란을 1 ml 첨가한 후 초음파로 2시간 처리한 후 건조시켜 나노 다이아몬드 분말을 얻었다.
Example 1 After adding 5 g of nanodiamond to 500 ml of ethanol, the mixture was stirred for 1 minute with a stirrer to prepare a first mixture. Thereafter, 2 ml of 0.025 M hydrochloric acid (HCl) was added to the first mixture, which was then stirred with a stirrer to prepare a second mixture. Thereafter, 1 ml of octadecyl-trichloro-silane was added to the second mixture, followed by ultrasonic treatment for 2 hours, followed by drying to obtain nanodiamond powder.

(실시예 2) 에탄올 500 ml에 나노 다이아몬드 5 g을 첨가한 후 교반기로 1분간 교반하여 제1 혼합물을 제조하였다. 이후, 제1 혼합물에 0.025 M의 염산(HCl) 2 ml를 첨가한 후 이를 다시 교반기로 교반하여 제2 혼합물을 제조하였다. 이후, 제2 혼합물에 옥타데실-트리클로로-실란을 2 ml 첨가한 후 초음파로 2시간 처리한 후 건조시켜 나노 다이아몬드 분말을 얻었다.
(Example 2) After adding 5 g of nanodiamond to 500 ml of ethanol, the mixture was stirred for 1 minute with a stirrer to prepare a first mixture. Thereafter, 2 ml of 0.025 M hydrochloric acid (HCl) was added to the first mixture, which was then stirred with a stirrer to prepare a second mixture. Thereafter, 2 ml of octadecyl-trichloro-silane was added to the second mixture, followed by ultrasonic treatment for 2 hours, followed by drying to obtain nanodiamond powder.

(실시예 3) 에탄올 500 ml에 나노 다이아몬드 5 g을 첨가한 후 교반기로 1분간 교반하여 제1 혼합물을 제조하였다. 이후, 제1 혼합물에 0.025 M의 염산(HCl) 1 ml를 첨가한 후 이를 다시 교반기로 교반하여 제2 혼합물을 제조하였다. 이후, 제2 혼합물에 옥타데실-트리클로로-실란을 2 ml 첨가한 후 초음파로 2시간 처리한 후 건조시켜 나노 다이아몬드 분말을 얻었다.
Example 3 After adding 5 g of nanodiamond to 500 ml of ethanol, the mixture was stirred for 1 minute with a stirrer to prepare a first mixture. Thereafter, 1 ml of 0.025 M hydrochloric acid (HCl) was added to the first mixture, which was then stirred with a stirrer to prepare a second mixture. Thereafter, 2 ml of octadecyl-trichloro-silane was added to the second mixture, followed by ultrasonic treatment for 2 hours, followed by drying to obtain nanodiamond powder.

(실시예 4) 실시예 1에서 제조된 나노 다이아몬드의 10 중량%를 엔진 오일(Helix)에 분산시켜서 나노 다이아몬드가 첨가된 엔진 오일을 제조하였다.
(Example 4) 10% by weight of the nanodiamonds prepared in Example 1 were dispersed in an engine oil (Helix) to prepare an engine oil to which nanodiamonds were added.

(실시예 5) 실시예 2에서 제조된 나노 다이아몬드의 10 중량%를 엔진 오일(Helix)에 분산시켜서 나노 다이아몬드가 첨가된 엔진 오일을 제조하였다.
Example 5 An engine oil to which nanodiamonds were added was prepared by dispersing 10 wt% of the nanodiamonds prepared in Example 2 in an engine oil (Helix).

도 1a는 실시예 1에서 제조된 나노 다이아몬드의 SEM 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도 1a에서 Si 원소가 관찰되지 않은 것으로 볼 때 실란이 코팅되지 못하였음을 확인하였다.Figure 1a is a view showing the SEM measurement results of the nanodiamond prepared in Example 1. It was confirmed that the silane was not coated when it was seen that no Si element was observed in FIG. 1A.

도 1b는 실시예 2에서 제조된 나노 다이아몬드의 SEM 측정 결과를 나타낸 도면이다. 도 1b에서 Si 원소가 존재한 것으로 볼 때 실란이 나노 다이아몬드 표면에 코팅되었음을 확인할 수 있었다. Figure 1b is a view showing the SEM measurement results of the nanodiamond prepared in Example 2. It can be seen that the silane was coated on the surface of the nano diamond as the Si element was present in FIG. 1B.

결국, 도 1b로부터 옥타데실-트리클로로-실란이 나노 다이아몬드 대비 0.4 부피% 이상 첨가되면 코팅층이 안전하게 코팅됨을 확인할 수 있었다.
As a result, when the octadecyl-trichloro-silane is added at least 0.4% by volume compared to the nanodiamond from Figure 1b it can be seen that the coating layer is safely coated.

도 1c는 실시예 3에서 제조된 나노 다이아몬드의 SEM 측정 결과를 나타낸 것으로 Si 원소를 측정할 수 없어 실란이 코팅되지 못하였음을 확인하였다. 실시예 2와 비교할 때 실시예 3과 같이 HCl의 양을 1 ml로 줄인 경우 실란 코팅이 되지 못하였으며, 이로부터 HCl도 0.4 부피% 이상 첨가되어야 함을 확인할 수 있었다.
Figure 1c shows the SEM measurement results of the nanodiamonds prepared in Example 3, it was confirmed that the silane was not coated because the Si element could not be measured. Compared with Example 2, when the amount of HCl was reduced to 1 ml as in Example 3, the silane was not coated, and it was confirmed that HCl should be added more than 0.4% by volume.

결국, 도 1a ~ 도 1c에 나타난 바와 같이, 옥타데실-트리클로로-실란이 나노 다이아몬드 대비 0.4 부피% 이상 첨가되어야 실란이 코팅되며, HCl도 나노 다이아몬드 대비 0.4 부피% 이상 첨가되어야 실란이 코팅됨을 알 수 있다.
As a result, as shown in Figures 1a to 1c, octadecyl-trichloro-silane is added to the silane to be added at least 0.4% by volume relative to the nanodiamond, and HCl is also known to be coated by the addition of 0.4% by volume or more relative to the nanodiamond. Can be.

도 2a는 실시예 4에서 제조된 엔진 오일의 분산성 테스트 결과를 나타낸 도면이다. 도 2a에서 실란이 코팅되지 않아 오일 분산성이 좋지 못함을 확인하였다.Figure 2a is a view showing the dispersibility test results of the engine oil prepared in Example 4. In Figure 2a it was confirmed that the oil dispersibility is not good because the silane is not coated.

도 2b는 실시예 5에서 제조된 엔진 오일의 분산성 테스트 결과를 나타낸 도면이다. 도 2b에서 소수성 실란으로 표면 코팅된 나노 다이아몬드의 분산성이 안정적임을 확인할 수 있었다. 즉, 도 2b로부터 시간변화에 따른 delta T 및 delta BS 값이 일정 수치를 나타내거나, 기울기가 낮을수록 나노 다이아몬드의 분산성이 안정적임을 확인할 수 있었다.Figure 2b is a view showing the dispersibility test results of the engine oil prepared in Example 5. In Figure 2b it was confirmed that the dispersibility of the nano-diamond surface-coated with hydrophobic silane. That is, it can be seen from FIG. 2b that the delta T and delta BS values with time change show a certain value, or that the lower the slope, the more stable the dispersibility of the nanodiamonds.

여기서, delta T 및 delta BS는 Transmission(T) 및 BackScattering(BS)의 변화율을 나타낸다. 입자가 침강되거나 응집을 이룬 경우에, delta T 및 delta BS가 크게 나타나기 때문에 분산성이 좋지 못하므로, 도 2b에서와 같이 시간변화에 따른 delta T 및 delta BS 값이 일정 수치를 나타내거나, 기울기가 낮을수록 나노 다이아몬드의 분산성이 우수하다는 것을 알 수 있다.
Here, delta T and delta BS represent the rate of change of Transmission (T) and BackScattering (BS). When the particles are settled or aggregated, since delta T and delta BS are large, dispersibility is not good. Thus, as shown in FIG. 2B, the delta T and delta BS values as shown in FIG. It can be seen that the lower the better the dispersibility of the nanodiamonds.

(실시예 6) 실시예 5에서 제조된 엔진 오일의 1 부피%를 다시 엔진 오일(helix)에 넣어 마모 테스트용 오일을 제조하였다. 즉, 실시예 5에서 제조된 엔진 오일의 일부를 엔진 오일(helix)에서 1/100로 희석하여 마모 테스트용 오일을 제조하였다.
(Example 6) 1 volume% of the engine oil prepared in Example 5 was put back into the engine oil (helix) to prepare an oil for wear test. That is, a part of the engine oil prepared in Example 5 was diluted to 1/100 in the engine oil (helix) to prepare a wear test oil.

실시예 6에서 얻은 오일을 마모 트랙(wear track)이 6 nm 직경인 회주철 기판 위에서 Al2O3를 이용하여 로드(load) 10 N, 회전 속도(rotation speed) 10 cm/s, 거리 1 km 조건에서 마모 테스트를 수행하였다.
Example 6 The oil obtained in the wear track (wear track) is 6 nm in diameter loaded with a Al 2 O 3 on the gray cast iron substrate (load) 10 N, the rotation speed (rotation speed) 10 cm / s , distance 1 km conditions Abrasion tests were performed at.

(비교예 1) 나노 다이아몬드를 첨가하지 않은 엔진 오일(helix)에 대해 상기와 같은 조건으로 마모 테스트를 수행하였다.
(Comparative Example 1) An abrasion test was performed on engine oil (helix) not containing nanodiamonds under the same conditions as described above.

(비교예 2) 상용 제품인 (주) 나노기술의 나노탁터 오일을 이용하여 상기와 같은 조건으로 마모 테스트를 수행하였다.
(Comparative Example 2) Abrasion test was carried out under the same conditions as above using a nanotablet oil of Nanotechnology, a commercial product.

(비교예 3) Sinta 사의 나노 다이아몬드를 이용하여 실시예 6과 같이 제조한 후 상기와 같은 조건으로 마모 테스트를 수행하였다.
Comparative Example 3 A wear test was performed under the same conditions as described in Example 6 using Sinta's nanodiamonds.

도 3은 실시예 6 및 비교예 1, 2, 3에서 제조된 오일에 대해 수행한 마모 테스트를 OM(Optical Microscope)으로 분석한 결과를 나타내는 도면이다. 도 3에서, 실시예 6은 Nano Diamond Oil(1%)이고, 비교예 1은 Shell co. Helix oil이고, 비교예 2는 Nano Doctor Oil(4%)이고, 비교예 3은 Sinta Nano Diamond Oil이고, 상기의 기판은 Gray cast iron이다.3 is a view showing the results of analyzing the wear test performed on the oil prepared in Example 6 and Comparative Examples 1, 2, 3 with an optical microscope (OM). In Figure 3, Example 6 is Nano Diamond Oil (1%), Comparative Example 1 is Shell co. Helix oil, Comparative Example 2 is Nano Doctor Oil (4%), Comparative Example 3 is Sinta Nano Diamond Oil, the substrate is a gray cast iron.

도 3을 참조하면, 실시예 6에서 제조한 나노 다이아몬드가 분산된 오일이 기판 트랙 모양을 가장 선명하게 보여주어 마모 저하 효과가 우수함을 확인할 수 있었다.
Referring to FIG. 3, it was confirmed that the oil in which the nanodiamonds prepared in Example 6 were dispersed showed the shape of the substrate track most clearly, and thus the wear reduction effect was excellent.

도 4a 내지 도 12c는 HCl 및 OTS의 부피를 각각 2 ml, 4 ml, 6 ml로 변경한 후 실시예 2와 같은 방법으로 제조된 소수성 실란 코팅된 나노 다이아몬드의 분산성을 테스트한 결과를 나타내는 도면이다. 4a to 12c is a view showing the results of testing the dispersibility of the hydrophobic silane-coated nanodiamond prepared in the same manner as in Example 2 after changing the volume of HCl and OTS to 2 ml, 4 ml, 6 ml, respectively to be.

도 4a 내지 도 12c에서 HCl:OTS의 비율은 ml를 기준으로 한 것이며, 이를 부피%로 환산한 경우 2 ml는 0.4 부피%, 4 ml는 0.8 부피%, 6 ml는 1.2 부피%를 의미한다.
4A to 12C, the ratio of HCl: OTS is based on ml, and when converted into volume%, 2 ml means 0.4 volume%, 4 ml means 0.8 volume%, and 6 ml means 1.2 volume%.

도 4a 내지 도 6c를 참조하면, OTS의 양은 2 ml(0.4 부피%)일 때 나노 다이아몬드의 분산성이 가장 우수함을 확인할 수 있고, 이 중에서 HCl의 양이 2 ml(0.4 부피%)일 때보다 4 ml(0.8 부피%), 6 ml(1.2 부피%)일 때가 더 분산성이 우수함을 확인할 수 있다.4A to 6C, it can be seen that the amount of OTS has the best dispersibility of nanodiamonds when the amount of OTS is 2 ml (0.4 vol%), among which the amount of HCl is 2 ml (0.4 vol%). 4 ml (0.8% by volume), 6 ml (1.2% by volume) it can be seen that the better dispersibility.

도 7a 내지 도 9c 및 도 10a 내지 도 12c를 참조하면, HCl이 각각 4 ml(0.8 부피%) 및 6 ml(1.2 부피%)인 경우에는 OTS가 변함에 따라 나노 다이아몬드의 분산성이 별 차이가 없었음을 확인할 수 있다.
7A to 9C and 10A to 12C, when HCl is 4 ml (0.8% by volume) and 6 ml (1.2% by volume), respectively, the dispersibility of the nanodiamonds varies according to OTS. It can be confirmed that there is no.

도 4c 내지 도 12c에서 각각의 도면은, 터비스캔(Turbiscan) 상의 그래프로서 각 시간별 실제 샘플의 병이 보이는 Transmission(T) 및 BackScattering(BS)를 나타낸다. 이러한 도면 상에서는 시간이 지남에 따라 실제 샘플 병의 위쪽부터 나노 다이아몬드가 침강하는 것을 알 수 있다.
Each figure in FIGS. 4C-12C shows Transmission (T) and BackScattering (BS) showing the bottle of the actual sample over time as a graph on Turbiscan. On this figure it can be seen that over time the nanodiamonds settle from the top of the actual sample bottle.

도 13a 내지 도 13b는 도 4a 내지 도 12c에서의 HCl과 OTS의 각각의 비율별 delta T 그래프를 나타내는 도면이다.13A to 13B are diagrams illustrating delta T graphs for respective ratios of HCl and OTS in FIGS. 4A to 12C.

도 14a 내지 도 14b는 도 4a 내지 도 12c에서의 HCl과 OTS의 각각의 비율별 delta BS 그래프를 나타내는 도면이다.14A to 14B are diagrams illustrating delta BS graphs for respective ratios of HCl and OTS in FIGS. 4A to 12C.

도 13a 내지 도 14b를 참조하면, 소수성 실란으로 코팅된 나노 다이아몬드의 전체 분산성 테스트 결과상으로는 OTS가 0.4 부피%이고, HCl이 0.4 부피%, 0.8 부피%, 1.2 부피%로 변화하는 경우가 가장 안정적인 분산성을 나타냈었다. 나아가, OTS가 0.4 부피%이고, HCl이 0.4 부피%인 경우 보다는 OTS가 0.4 부피%이고, HCl이 0.8 부피%, 1.2 부피%인 경우가 더 우수한 분산성을 나타냄을 확인할 수 있었다.
Referring to FIGS. 13A to 14B, the total dispersion test results of nanodiamonds coated with hydrophobic silane showed that OTS is 0.4% by volume and HCl is changed to 0.4% by volume, 0.8% by volume, and 1.2% by volume. Dispersibility was shown. Furthermore, it could be seen that when OTS is 0.4% by volume and HCl is 0.4% by volume, OTS is 0.4% by volume, HCl is 0.8% by volume and 1.2% by volume, which shows better dispersibility.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiments can be modified and implemented. It is to be understood that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are therefore intended to be embraced therein.

Claims (9)

삭제delete 삭제delete 알코올 용매에 나노 다이아몬드를 첨가하여 제1 혼합물을 형성하는 단계;
상기 제1 혼합물에 산성 물질을 첨가하여 제2 혼합물을 형성하는 단계; 및
상기 제2 혼합물에 옥타데실-트리클로로-실란(Octadecyl-Trichloro-Sillane, OTS) 및 펜타데실-트리클로로-실란(Pentadecyl-Trichloro-Sillane, OTS)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 소수성 실란을 첨가하고 초음파 처리하는 단계;
를 포함하고,
상기 산성 물질은 상기 나노 다이아몬드 대비 0.4 부피% ~ 1.2 부피% 비율로 혼합되고,
상기 소수성 실란은 상기 나노 다이아몬드 대비 0.4 부피% ~ 1.2 부피% 비율로 혼합되는 것이고,
상기 산성 물질은 황산(H2SO4) 및 아세트산(acetic acid)으로부터 선택되는 것이고,
상기 초음파 처리하는 단계는, 20 ~ 50 와트(Watt)의 범위에서 2 시간 이상 동안 2회 이상 수행되는 것인,
소수성 실란으로 표면 코팅된 나노 다이아몬드의 제조방법.
Adding nanodiamonds to the alcohol solvent to form a first mixture;
Adding an acidic substance to the first mixture to form a second mixture; And
To the second mixture is added a hydrophobic silane selected from the group consisting of octadecyl-Trichloro-Sillane (OTS) and pentadecyl-Trichloro-Sillane (OTS) and ultrasonically Processing;
Lt; / RTI >
The acidic material is mixed in a ratio of 0.4% to 1.2% by volume relative to the nanodiamond,
The hydrophobic silane is mixed at a ratio of 0.4% by volume to 1.2% by volume with respect to the nanodiamond,
The acidic material is selected from sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and acetic acid (acetic acid),
The ultrasonication step is to be carried out two or more times for 2 hours or more in the range of 20 to 50 Watts (Watt),
Method for preparing nanodiamonds surface-coated with hydrophobic silanes.
제3항에 있어서,
상기 알코올 용매는, 에탄올, 메탄올 및 이소프로필 알코올로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
The method of claim 3,
The alcohol solvent is selected from the group consisting of ethanol, methanol and isopropyl alcohol.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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