KR101295699B1 - meta-Aramid/Carbon Nanotube Composites and Method for Preparing the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 우수한 내열성, 기계적 물성, 전기전도성, 전기발열특성을 갖는 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체에 관한 것이다. 본 발명에서는 탄소나노튜브를 메타 아라미드와 함께 용액 혼합하여 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체를 제조하는 방법을 포함한다. 본 발명의 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체조성물을 이용하여 필름, 섬유 등 다양한 제품제조에 사용할 수 있다.The present invention relates to a meta aramid / carbon nanotube composite having excellent heat resistance, mechanical properties, electrical conductivity, and heat generation properties. The present invention includes a method for preparing a meta aramid / carbon nanotube composite by mixing the carbon nanotubes with meta aramid solution. The meta-aramid / carbon nanotube composite composition of the present invention can be used to manufacture various products such as films and fibers.
Description
본 발명은 고기능성 탄소나노입자인 탄소나노튜브(Carbon Nanotube)를 메타 아라미드(meta-Aramid) 고분자와 용액혼합하여 메타 아라미드/탄소나노튜브 나노복합체를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of preparing a meta aramid / carbon nanotube nanocomposite by solution mixing a carbon nanotube (high-performance carbon nanoparticles) with a meta-Aramid polymer.
아라미드는 방향족 고리 사이에 아미드결합(-CONH-)이 적어도 85%이상 결합된 분자구조를 갖는 전방향족 폴리아미드의 총칭으로서, 하기 화학식 1로 표시되는 파라 아라미드와 하기 화학식 2로 표시되는 메타 아라미드로 나뉜다. 파라 아라미드는 가격경쟁력이 있는 고강도, 고탄성을 특징으로 하는 분야에서 사용되고 있다. 한편 메타 아라미드는 우수한 내열성 및 난연성을 지니고 있지만, 강도, 신도, 탄성률 등의 물성에서는 기존의 폴리에스테르 등과 유사하다. 파라 아라미드는 강한 황산과 같이 유독하고 위험한 유기용매에 녹여 가공되는 반면, 메타 아라미드는 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, N-메틸-2-피롤리돈 등과 같이 상대적으로 안전한 유기용매에 녹여 가공할 수 있다.Aramid is a general term for the wholly aromatic polyamide having a molecular structure in which at least 85% of amide bonds (-CONH-) are bonded between aromatic rings, and para-aramid represented by the following formula (1) and meta-aramid represented by the following formula (2) Divided. Para aramid is used in fields characterized by high strength and high elasticity, which are competitive in price. Meanwhile, meta aramid has excellent heat resistance and flame retardancy, but is similar to conventional polyester in physical properties such as strength, elongation and elastic modulus. Para aramids are processed by dissolving them in toxic and dangerous organic solvents such as strong sulfuric acid, while meta aramids are used in relatively safe organic solvents such as dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, and N-methyl-2-pyrrolidone. It can be melted and processed.
아라미드 섬유는 원사 및 직물을 포함하여 부직포, 라미네이팅, 스테이플(staple), 종이(paper) 등의 형태로 높은 탄성률과 더불어 탁월한 강도 및 강성, 내약품성, 낮은 전기전도성 및 수축성, 치수안정성, 절단저항성, 난연성 등의 특성으로 인해 섬유보강 고무복합재료 등의 각종 복합재료, 로프, 케이블, 방탄 방호용, 내마찰재 등의 복합소재, 레저-스포츠용 장비 등의 용도로 사용되고 있으며, 자동차, 정보통신, 우주항공, 국방, 레저, 특수산업 등 다양한 관련 산업분야에서 사용이 확대되고 있는 고부가가치 소재로 각광을 받고 있다. 한편 아라미드 필름과 플라스틱은 자기테이프용, 이형필름, 점착테이프, 절연재료, 및 복합재료로 사용된다. Aramid fibers, including yarn and woven fabrics, have high modulus in the form of nonwovens, laminating, staples, paper, etc., with excellent strength and stiffness, chemical resistance, low electrical conductivity and shrinkage, dimensional stability, cut resistance, Due to its flame retardancy, it is used for various composite materials such as fiber reinforced rubber composite materials, ropes, cables, anti-ballistic materials, composite materials such as anti-friction materials, and leisure-sport equipment. It is attracting attention as a high value-added material that is being used in various related industries such as aviation, defense, leisure and special industries. Aramid films and plastics are used for magnetic tapes, release films, adhesive tapes, insulating materials, and composite materials.
탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)는 지금 현존하는 물질 중 결함이 없는 거의 완벽한 신소재로 각광받고 있는 소재이며, 전기전도도가 구리와 비슷하고, 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같으며, 강도는 철강보다 100배나 뛰어나다. 탄소섬유는 1%만 변형시켜도 끊어지는 반면 탄소나노튜브는 15%가 변형되어도 견딜 수 있으며 매우 안정적이다. 탄소나노튜브는 판상의 그래핀 시트가 나노미터 크기의 직경으로 둥글게 말린 상태이며, 이 그래핀 시트가 말리는 각도 및 구조에 따라서 금속 또는 반도체의 특성을 보인다. 또한 벽을 이루고 있는 결합수에 따라서 단일벽 탄소나노튜브(Single-walled Carbon Nanotube, 이하 “SWCNT”라고 한다)와 다중벽 탄소나노튜브(Multi-walled Carbon Nanotube, 이하 “MWCNT”라고 한다)로 구분한다. 이들 탄소나노튜브는 반 데르 발스 힘에 의해 자기들끼리 뭉치려는 성질이 매우 강하다. 따라서 탄소나노튜브 표면을 화학적으로 개질하여 다양한 화학종을 도입함으로써 고분자 매트릭스 또는 용액에서의 분산력을 향상시킬 수 있는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Carbon nanotube (CNT) is a material that is spotlighted as an almost perfect new material without defects among existing materials, and its electrical conductivity is similar to that of copper, and its thermal conductivity is the most excellent diamond in nature. 100 times better. Carbon fiber can be broken by only 1% deformation, while carbon nanotubes can withstand 15% deformation and are very stable. Carbon nanotubes are plate-shaped graphene sheets are rolled round to a diameter of nanometers, and the graphene sheets exhibit characteristics of metals or semiconductors depending on the angle and structure of the graphene sheets. In addition, it is divided into single-walled carbon nanotubes (hereinafter referred to as "SWCNT") and multi-walled carbon nanotubes (hereinafter referred to as "MWCNT") according to the number of bonds forming a wall. do. These carbon nanotubes have a very strong tendency to bundle together by van der Waals forces. Therefore, researches on how to improve the dispersibility in the polymer matrix or solution by chemically modifying the surface of the carbon nanotubes to introduce various species.
본 발명은 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 및 표면개질된 단일벽 탄소나노튜브와 다중벽 탄소나노튜브로 이루어진 군에서 적어도 1종이 선택된 탄소나노튜브를 기능성 보강제로 사용하고, 메타 아라미드 고분자를 매트릭스로 하는 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체와 이를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 의해 제조된 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체는 메타 아라미드 단독고분자보다 향상된 열안정성, 기계적 물성, 전기전도성, 전기발열성을 갖는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the carbon nanotubes are selected from the group consisting of single-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, and surface-modified single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes. It is an object of the present invention to provide a meta-aramid / carbon nanotube composite having a meta-aramid polymer as a matrix and a method of manufacturing the same. The meta-aramid / carbon nanotube composite prepared by the present invention is characterized by having improved thermal stability, mechanical properties, electrical conductivity, and heat generation property than the meta-aramid alone polymer.
상기한 해결 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 하기 화학식 3 내지 5로 이루어진 군에서 선택된 1종의 반복단위구조를 85% 이상 갖고 있는 메타 아라미드 단독고분자와 탄소나노튜브를 용액 혼합하여 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체를 제조하는 방법을 제공한다. In order to solve the above problems, according to a preferred embodiment of the present invention, a solution of a meta aramid homopolymer and carbon nanotube having at least 85% of one repeating unit structure selected from the group consisting of It provides a method for producing a meta aramid / carbon nanotube composite by mixing.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 복합체에서 탄소나노튜브 함량이 복합체 총중량대비 0.1~20.0 중량%인 것을 특징으로 한다. According to another suitable embodiment of the present invention, the carbon nanotube content in the composite is characterized in that 0.1 to 20.0% by weight relative to the total weight of the composite.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브인 것을 특징으로 한다. According to another suitable embodiment of the present invention, the carbon nanotubes are characterized in that the single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 탄소나노튜브는 알킬기, 알릴기, 카르복실기, 수산기, 아민기, 에폭시기, 우레탄기 및 우레아기를 포함하는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 표면이 개질된 것을 특징으로 한다.According to another suitable embodiment of the present invention, the carbon nanotubes are surface modified with one selected from the group consisting of alkyl, allyl, carboxyl, hydroxyl, amine, epoxy, urethane and urea groups It is characterized by.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 용액혼합은 10℃ 내지 150℃의 온도에서, 염화리튬 및 염화칼슘으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 염을 포함하고, 물, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 황산, 디메틸설폭사이드 및 N-메틸-2-피롤리돈으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종의 용매를 이용하여 실시하는 것을 특징으로 한다.According to another suitable embodiment of the invention, the solution mixture comprises at least one salt selected from the group consisting of lithium chloride and calcium chloride at a temperature of 10 ℃ to 150 ℃, water, dimethylformamide, dimethylacet It is characterized by using at least one solvent selected from the group consisting of amide, sulfuric acid, dimethyl sulfoxide and N-methyl-2-pyrrolidone.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 염은 전체 용액 중량 대비 0.1~20.0 중량%인 것을 특징으로 한다.According to another suitable embodiment of the invention, the salt is characterized in that 0.1 to 20.0% by weight relative to the total solution weight.
본 발명에서 제조된 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체는 메타 아라미드 단독 고분자보다 우수한 열안정성(내열성), 기계적 물성, 전기전도성 및 전기발열특성을 갖는다. 또한 본 발명의 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체은 우수한 내열성, 기계적 물성, 전기전도성, 전기발열특성을 갖는 섬유, 필름, 플라스틱으로 제조될 수 있다. 특히 탄소나노튜브를 혼입하여 제조한 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체로부터 제조된 섬유 또는 필름은 메타 아라미드 단독 고분자로 제조된 섬유 또는 필름과 비교할 때 향상된 열안정성과 기계적 강도를 가진다. 특히 중요한 특징으로는 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체로부터 제조된 섬유 또는 필름은 우수한 전기전도도를 나타냄으로써 대전방지/전자파차폐 특성과 더불어 전기 발열 특성을 갖는 소재로 활용할 수 있다.Meta aramid / carbon nanotube composite prepared in the present invention has superior thermal stability (heat resistance), mechanical properties, electrical conductivity and heat generation properties than the meta aramid polymer alone. In addition, the meta-aramid / carbon nanotube composite of the present invention can be made of fibers, films, plastics having excellent heat resistance, mechanical properties, electrical conductivity, electrical heating properties. In particular, fibers or films made from meta-aramid / carbon nanotube composites prepared by incorporating carbon nanotubes have improved thermal stability and mechanical strength as compared to fibers or films made of meta-aramid homopolymers. Particularly important feature is that the fiber or film made from the meta-aramid / carbon nanotube composite exhibits excellent electrical conductivity and can be utilized as a material having anti-electric / electromagnetic shielding properties as well as electric heating properties.
도 1은 본 발명에서 제조된 메타 아라미드/MWCNT 복합체의 표면 및 부피 전기전도성을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에서 제조된 메타 아라미드/MWCNT 복합체의 열분해곡선을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에서 제조된 메타 아라미드/MWCNT 복합체의 온도에 따른 저장탄성률 변화를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에서 제조된 메타 아라미드/MWCNT 복합체(실시예 5)의 다양한 인가전압조건에서 시간에 따른 전기발열특성을 나타낸 것이다.Figure 1 shows the surface and volumetric conductivity of the meta-aramid / MWCNT composite prepared in the present invention.
Figure 2 shows the thermal decomposition curve of the meta-aramid / MWCNT composite prepared in the present invention.
Figure 3 shows the storage modulus change with temperature of the meta-aramid / MWCNT composite prepared in the present invention.
Figure 4 shows the electrical heating characteristics with time under various applied voltage conditions of the meta-aramid / MWCNT composite (Example 5) prepared in the present invention.
본 발명에서 사용된 “메타 아라미드/탄소나노튜브”는 메타 아라미드 단독고분자와 탄소나노튜브를 혼합하여 제조된 물질을 말한다. "Meta aramid / carbon nanotubes" used in the present invention refers to a material prepared by mixing meta aramid homopolymer and carbon nanotubes.
본 발명에서의 “탄소나노튜브”는 판상의 그래핀 시트가 원통으로 말린 형태의 탄소입자로서 SWCNT, MWCNT 및 알킬기, 알릴기, 카르복실기, 수산기, 아민기, 에폭시기, 우레탄기 또는 우레아기를 포함하는 화합물 등으로 표면개질된 SWCNT와 MWCNT등이 있다. 이들 탄소나노튜브는 전기전도성, 내열성, 기계적 물성이 매우 우수하다. In the present invention, "carbon nanotube" is a compound in which the plate-shaped graphene sheet is a carbon particle in the form of a cylinder, which contains SWCNT, MWCNT and alkyl group, allyl group, carboxyl group, hydroxyl group, amine group, epoxy group, urethane group or urea group. And surface modified SWCNT and MWCNT. These carbon nanotubes are excellent in electrical conductivity, heat resistance and mechanical properties.
본 발명에서 사용된 용어 “아라미드(Aramid)"는 85% 이상의 아미드결합(-CONH-)이 두 개의 방향족 고리에 직접 연결된 합성고분자를 의미한다. 메타 아라미드(meta-Aramid)는 페닐기가 메타 형태로 치환된 형태로서, 본 발명에서 사용된 아라미드는 분자쇄 구조가 하기 화학식 3 내지 5로 표시한 반복단위구조로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 구조를 85% 이상 갖는 것이 바람직하다.As used herein, the term "Aramid" refers to a synthetic polymer in which at least 85% of amide bonds (-CONH-) are directly linked to two aromatic rings. Meta-Aramid refers to a phenyl group in meta form. As a substituted form, it is preferable that the aramid used in the present invention has 85% or more of one or more structures selected from the group consisting of repeating unit structures represented by the following
[화학식 3](3)
[화학식 4][Formula 4]
[화학식 5][Chemical Formula 5]
다음으로 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체를 제조하는 방법을 설명한다. Next, a method of manufacturing the meta-aramid / carbon nanotube composite will be described.
탄소나노튜브와 아라미드 단독고분자는 0.001~99.999 : 99.999~0.001의 중량% 범위에서 다양하게 조합할 수 있지만, 탄소나노튜브는 복합체 총 중량대비 0.1~20.0 중량%인 것이 바람직하다. 탄소나노튜브가 0.1 중량% 이하인 경우는 복합체의 열적 물성 및 전기적 물성 향상을 기대할 수 없으며, 탄소나노튜브가 20.0 중량% 이상인 경우에는 상업적으로 중요한 제조공정인 용액혼합에 의한 복합체 제조가 불가능하다. Carbon nanotubes and aramid homopolymer may be variously combined in the range of 0.001 to 99.999: 99.999 to 0.001% by weight, but carbon nanotubes are preferably 0.1 to 20.0% by weight based on the total weight of the composite. If the carbon nanotube is less than 0.1% by weight can not be expected to improve the thermal and electrical properties of the composite, when the carbon nanotube is more than 20.0% by weight it is impossible to produce a composite by a solution mixing, a commercially important manufacturing process.
탄소나노튜브는 SWCNT, MWCNT 및 알킬기, 알릴기, 카르복실기, 수산기, 아민기, 에폭시기, 우레탄기 및 우레아기를 포함하는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 표면개질된 SWCNT와 MWCNT에서 적어도 1종으로 선택되어 사용될 수 있으며, 알킬기, 알릴기, 카르복실기, 수산기, 아민기, 에폭시기, 우레탄기 및 우레아기 포함하는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종의 화합물을 이용하여 표면개질시킨 탄소나노튜브를 사용하는 것이 보다 바람직하다. 탄소나노튜브를 표면개질 하는 경우 고분자와의 혼합을 균일하게 만들어서 복합체의 기능을 향상시킬 수 있다. 더욱 바람직하게는 탄소나노튜브를 카르복실기를 포함하는 화합물로 산처리함으로써 고분자와 균일하게 혼합되도록 할 수 있다.The carbon nanotubes are selected from at least one of SWCNT and MWCNT surface-modified with one selected from the group consisting of SWCNT, MWCNT and a compound including alkyl group, allyl group, carboxyl group, hydroxyl group, amine group, epoxy group, urethane group and urea group. It can be used, and it is more preferable to use carbon nanotubes surface-modified using one compound selected from the group consisting of an alkyl group, an allyl group, a carboxyl group, a hydroxyl group, an amine group, an epoxy group, a urethane group and a urea group desirable. Surface modification of the carbon nanotubes can improve the function of the composite by making the mixing with the polymer uniform. More preferably, the carbon nanotubes may be acid treated with a compound containing a carboxyl group so as to be uniformly mixed with the polymer.
탄소나노튜브와 메타 아라미드의 혼합은 용액혼합으로 실시하는 것이 바람직하다. 상기 용액혼합은 물, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 황산, 디메틸설폭사이드, N-메틸-2-피롤리돈과 같은 용매 또는 이들의 혼합용매를 이용하여 실시하는 것이 바람직하다. 특히 용액혼합시 유기용매에 메타 아라미드의 용해성을 향상시키기 위해서 염화리튬(LiCl) 또는 염화칼슘(CaCl2)와 같은 염을 전체 용액중량 대비 0.1~20.0 중량%를 넣는 것이 바람직하다. 용액혼합은 10~150 ℃의 온도범위에서 실시하는 것이 바람직하며, 이때 용매의 중량은 최종 제조하고자 하는 필름이나 섬유의 가공성뿐만 아니라 큰 영향을 미치게 되며, 본 발명에서는 전체 용액중량 대비 50.00~99.99 중량%로 하는 것이 바람직하다.
Mixing of carbon nanotubes and meta-aramids is preferably carried out by solution mixing. The solution mixing is preferably carried out using a solvent such as water, dimethylformamide, dimethylacetamide, sulfuric acid, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone or a mixed solvent thereof. In particular, in order to improve the solubility of meta aramid in the organic solvent during the solution mixing, it is preferable to add 0.1 to 20.0% by weight of a salt such as lithium chloride (LiCl) or calcium chloride (CaCl 2 ) relative to the total solution weight. Solution mixing is preferably carried out at a temperature range of 10 ~ 150 ℃, the weight of the solvent has a great effect as well as the processability of the film or fiber to be produced finally, in the present invention 50.00 ~ 99.99 weight relative to the total solution weight It is preferable to set it as%.
이하에서 실시예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하지만, 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited by Examples.
실시예 1 내지 9 및 비교예 1Examples 1 to 9 and Comparative Example 1
본 발명의 실시예를 위해 아라미드는 시그마알드리치(주)에서 제공하는 메타 아라미드를 사용하였으며, 탄소나노튜브는 한화나노텍사의 CM-250으로 직경이 10~15 nm인 MWCNT을 사용하였다.Aramid was used for the embodiment of the present invention, meta-aramid provided by Sigma Aldrich Co., Ltd., carbon nanotubes were used in the CM-250 of Hanwha Nanotech Co., Ltd. MWCNT having a diameter of 10 ~ 15 nm.
용액혼합에서 용매와 염으로 각각 디메틸아세트아미드와 염화리튬(LiCl) 염을 사용한다. 용액혼합에서 (메타 아라미드+탄소나노튜브):용매:염의 비율은 10:88:2 중량비로 하여 80℃에서 약 24시간 동안 교반하여 투명한 아라미드 용액을 만들 수 있다. 혼합용액에서의 메타 아라미드와 MWCNT의 중량비율은 표 1에 기재된 바와 같이 다양한 중량%의 MWCNT을 메타 아라미드 고분자와 용액혼합하여 제조하였다. 제조된 혼합용액의 초음파처리 및 교반을 통해 MWCNT를 용액에 균일하게 분산시켰다. 적절한 양의 혼합용액을 샤알레에 부은 후 80~160℃의 온도에서 통풍 및 진공건조를 통해 용매를 완전히 날려 보냄으로써 두께가 약 0.1 mm인 메타 아라미드/MWCNT 복합체를 제조하였다.In the solution mixture, dimethylacetamide and lithium chloride (LiCl) salts are used as solvents and salts, respectively. The ratio of (meth aramid + carbon nanotube): solvent: salt in the solution mixture was 10: 88: 2 weight ratio, and stirred at 80 ° C. for about 24 hours to form a clear aramid solution. The weight ratio of meta aramid and MWCNT in the mixed solution was prepared by solution mixing various weight% MWCNT with the meta aramid polymer as shown in Table 1. MWCNTs were uniformly dispersed in the solution through sonication and stirring of the prepared mixed solution. After pouring the appropriate amount of the mixed solution in the Shale, the solvent was completely blown out by ventilation and vacuum drying at a temperature of 80 ~ 160 ℃ to prepare a meta aramid / MWCNT composite having a thickness of about 0.1 mm.
시험예 1-전기전도성 측정Test Example 1-Electrical Conductivity Measurement
메타 아라미드/MWCNT 복합체의 전기전도성을 측정하기 위하여 전기저항 측정기(Keithley 8009 resistivity test fixture)를 이용하였다. 도 1에 나타난 바와 같이, 메타 아라미드 단독고분자의 부피전기저항과 표면전기저항값은 각각 ~1016 Ω·cm와 ~1016 Ω/sq를 나타낸다. MWCNT가 0.1 중량%로 포함된 메타 아라미드/MWCNT 복합체는 부피전기저항과 표면전기저항이 각각 ~1010 Ω·cm와 ~1010Ω/sq으로 급격하게 낮아지며, MWCNT 0.3 중량%이상에서는 ~107 Ω·cm와 ~107Ω/sq 이하의 부피전기저항과 표면전기저항값을 나타낸다. 이러한 결과로부터, 메타 아라미드/MWCNT 복합체는 전기부도체인 메타 아라미드 단독고분자와는 달리 0.1 중량% 정도의 낮은 MWCNT 함량으로도 매우 낮은 전기저항을 가짐을 확인할 수 있다.
An electrical resistance meter (Keithley 8009 resistivity test fixture) was used to measure the electrical conductivity of the meta-aramid / MWCNT composite. As shown in FIG. 1, the volume electrical resistance and surface electrical resistance of the meta-aramid single polymer are ˜10 16 Pa · cm and ˜10 16 Pa / sq, respectively. The meta-MWCNT is contained as 0.1% weight of aramid / MWCNT composite is lowered to a volume resistance and surface resistance sharply each to 10 10 Ω · cm and 10 10 Ω / sq, MWCNT 0.3% by weight or more to 10 7 Volume resistivity and surface resistivity values of · cm and ~ 10 7 Ω / sq or less are shown. From these results, it can be seen that the meta-aramid / MWCNT composite has a very low electrical resistance even with a low MWCNT content of about 0.1% by weight, unlike the meta-aramid alone polymer, which is an electrical insulator.
시험예 2-열안정성(내열성) 측정Test Example 2-Measurement of Thermal Stability (Heat Resistance)
아라미드/MWCNT 복합체의 열안정성(내열성)을 측정하여 도 2와 표 2에 나타내었다. 열안정성 측정은 열중량분석기(thermogravimetric analyzer, TGA)를 사용하여 대기기류 하에서 실험하였다. 표 2는 도 2에 나타낸 다양한 조성비의 아라미드/MWCNT 복합체의 열분해곡선으로부터 각각 30%와 50%의 중량감소가 일어나는 열분해온도(T30 %와 T50 %)를 MWCNT의 함량별로 비교하여 정리한 것이다. 표 2를 보면, 아라미드 단독고분자(비교예 1)의 경우 30%와 50%의 중량감소가 일어나는 열분해온도는 각각 563.2 ℃와 608.5 ℃ 이었으나, MWCNT를 0.5 중량% 함유한 복합체(실시예 3)의 경우 T30 %=604.3 ℃와 T50 %=652.6 ℃으로 아라미드 단독고분자보다 각각 41.1℃와 44.1℃가 증가했다. 이 결과로부터 아라미드/MWCNT 복합체가 아라미드 단독고분자보다 크게 향상된 열안정성을 가지고 있음을 보여 준다.The thermal stability (heat resistance) of the aramid / MWCNT composite was measured and shown in Figure 2 and Table 2. Thermostability measurements were performed under atmospheric airflow using a thermogravimetric analyzer (TGA). Table 2 summarizes the pyrolysis temperatures (T 30 % and T 50 % ) in which the weight loss of 30% and 50% occurs from the pyrolysis curves of the aramid / MWCNT composites of various composition ratios shown in FIG. . Table 2 shows that in the case of the aramid homopolymer (Comparative Example 1), the pyrolysis temperature at which the weight loss of 30% and 50% occurred was 563.2 ° C. and 608.5 ° C., respectively. In the case of T 30 % = 604.3 ° C and T 50 % = 652.6 ° C, 41.1 ° C and 44.1 ° C were increased than aramid homopolymers, respectively. These results show that the aramid / MWCNT complex has significantly improved thermal stability than the aramid homopolymer.
(중량%)MWCNT
(weight%)
시험예 3-기계적 물성 측정Test Example 3-Measurement of Mechanical Properties
아라미드/MWCNT 복합체의 기계적 물성인 저장탄성률을 온도변화에 따라 측정하여 도 3에 나타내었다. 온도에 따른 저장탄성률은 동적기계적 물성측정장치(dynamic mechanical analyzer, DMA)를 사용하여 측정하였다. 도 3의 결과로부터 아라미드 단독고분자에 비해 아라미드/MWCNT 복합체가 특히 고온(280 ℃이상)에서 더 높은 저장탄성률을 가지고 있음을 알 수 있다.The storage modulus, which is a mechanical property of the aramid / MWCNT composite, is measured in accordance with the temperature change and is shown in FIG. 3. The storage modulus with temperature was measured using a dynamic mechanical analyzer (DMA). From the results of FIG. 3, it can be seen that the aramid / MWCNT composite has a higher storage modulus, especially at a high temperature (above 280 ° C.), compared to the aramid homopolymer.
시험예 4-전기발열특성 측정Test Example 4 Measurement of Electric Heat Generation Characteristics
아라미드/MWCNT 복합체의 전기발열특성을 열화상카메라를 사용하여 측정하였다. 도 5는 MWCNT 1.0 중량%를 함유한 아라미드/MWCNT 복합체에 대해서 1~60 V의 다양한 인가전압에서의 시간에 따른 온도상승을 나타낸 것이다. 아라미드/MWCNT 복합체와는 달리 아라미드 단독고분자의 경우 인가전압에 온도상승은 일어나지 않았다. The electrical heating properties of the aramid / MWCNT composite was measured using a thermal imaging camera. Figure 5 shows the temperature rise with time at various applied voltage of 1 ~ 60 V for aramid / MWCNT composite containing MWCNT 1.0% by weight. Unlike the aramid / MWCNT complex, the temperature of the applied voltage was not increased in the aramid homopolymer.
본 발명에서 제시하는 방법에 따라 제조된 아라미드/MWCNT 나노복합체는 상기 시험예의 결과로 입증되듯이 기존의 아라미드 단독 고분자보다 우수한 기계적 강도, 열적 안정성, 전기전도성, 전기발열특성을 가진다. 따라서 필름, 섬유, 플라스틱 등 다양한 분야에 유용하게 적용될 수 있으며, 본 발명은 이들 구체적인 예에 한정되는 것은 아니다.The aramid / MWCNT nanocomposite prepared according to the method presented in the present invention has excellent mechanical strength, thermal stability, electrical conductivity, and heat generation characteristics of the conventional aramid homopolymer as demonstrated by the results of the test example. Therefore, it can be usefully applied to various fields such as film, fiber, plastic, the present invention is not limited to these specific examples.
Claims (6)
[화학식 3]
[화학식 4]
[화학식 5]
Lithium chloride and 0.1-20.0% by weight of carbon nanotubes at a temperature of 10 to 150 ° C. relative to the total weight of the meta-aramid homopolymer and the composite having 85% or more of one repeating unit structure selected from the group consisting of Formulas 3 to 5 At least one salt selected from the group consisting of calcium chloride and at least one solvent selected from the group consisting of water, dimethylformamide, dimethylacetamide, sulfuric acid, dimethylsulfoxide and N-methyl-2-pyrrolidone Method of producing a meta aramid / carbon nanotube composites characterized in that the solution mixture.
(3)
[Chemical Formula 4]
[Chemical Formula 5]
상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브인 것을 특징으로 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체의 제조방법.The method according to claim 1,
The carbon nanotubes are single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes.
상기 탄소나노튜브는 알킬기, 알릴기, 카르복실기, 수산기, 아민기, 에폭시기, 우레탄기 및 우레아기 포함하는 화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종으로 표면개질된 것을 특징으로 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체의 제조방법.The method according to claim 1,
The carbon nanotubes are surface-modified with one selected from the group consisting of alkyl, allyl, carboxyl, hydroxyl, amine, epoxy, urethane and urea groups, the preparation of meta-aramid / carbon nanotube composites. Way.
상기 염은 전체 용액 중량 대비 0.1~20.0 중량%인 것을 특징으로 하는 메타 아라미드/탄소나노튜브 복합체의 제조방법.The method according to claim 1,
The salt is a method for producing a meta aramid / carbon nanotube composite, characterized in that 0.1 to 20.0% by weight relative to the total solution weight.
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Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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CN111005211B (en) * | 2019-12-30 | 2021-08-13 | 四川大学 | Aromatic polymer fiber with excellent interface performance and preparation method thereof |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003085049A1 (en) | 2002-04-01 | 2003-10-16 | Carbon Nanotechnologies, Inc. | Composite of single-wall carbon nanotubes and aromatic polyamide and process for making the same |
KR20060127211A (en) * | 2004-03-20 | 2006-12-11 | 데이진 트와론 비.브이. | Composite materials comprising ppta and nanotubes |
KR20090083420A (en) * | 2006-11-29 | 2009-08-03 | 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 | Method of preparing aramid polymers incorporating carbon nanotubes |
KR20100048113A (en) * | 2008-10-30 | 2010-05-11 | 주식회사 코오롱 | Preparation method of meta-aramid film and meta-aramid film |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003085049A1 (en) | 2002-04-01 | 2003-10-16 | Carbon Nanotechnologies, Inc. | Composite of single-wall carbon nanotubes and aromatic polyamide and process for making the same |
KR20060127211A (en) * | 2004-03-20 | 2006-12-11 | 데이진 트와론 비.브이. | Composite materials comprising ppta and nanotubes |
KR20090083420A (en) * | 2006-11-29 | 2009-08-03 | 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 | Method of preparing aramid polymers incorporating carbon nanotubes |
KR20100048113A (en) * | 2008-10-30 | 2010-05-11 | 주식회사 코오롱 | Preparation method of meta-aramid film and meta-aramid film |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20180093182A (en) * | 2017-02-10 | 2018-08-21 | 충남대학교산학협력단 | Method for Preparing Organically Soluble Para-Aramid Fiber by Phosphorylation Reaction |
KR101892533B1 (en) | 2017-02-10 | 2018-08-29 | 충남대학교 산학협력단 | Method for Preparing Organically Soluble Para-Aramid Fiber by Phosphorylation Reaction |
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