KR101309035B1 - Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite, Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite thin film using the same - Google Patents

Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite, Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite thin film using the same Download PDF

Info

Publication number
KR101309035B1
KR101309035B1 KR1020120101812A KR20120101812A KR101309035B1 KR 101309035 B1 KR101309035 B1 KR 101309035B1 KR 1020120101812 A KR1020120101812 A KR 1020120101812A KR 20120101812 A KR20120101812 A KR 20120101812A KR 101309035 B1 KR101309035 B1 KR 101309035B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
polymer
carbon nanotube
nanotube composite
carbon nanotubes
mixed solution
Prior art date
Application number
KR1020120101812A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20120119883A (en
Inventor
김수형
김휘동
안지영
김태식
Original Assignee
부산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 부산대학교 산학협력단 filed Critical 부산대학교 산학협력단
Priority to KR1020120101812A priority Critical patent/KR101309035B1/en
Publication of KR20120119883A publication Critical patent/KR20120119883A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101309035B1 publication Critical patent/KR101309035B1/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/04—Carbon
    • C08K3/041—Carbon nanotubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/16—Evaporating by spraying
    • B01D1/18—Evaporating by spraying to obtain dry solids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D17/00—Separation of liquids, not provided for elsewhere, e.g. by thermal diffusion
    • B01D17/08—Thickening liquid suspensions by filtration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/80—Mixing by means of high-frequency vibrations above one kHz, e.g. ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/005—Producing membranes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L55/00—Compositions of homopolymers or copolymers, obtained by polymerisation reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds, not provided for in groups C08L23/00 - C08L53/00
    • C08L55/02—ABS [Acrylonitrile-Butadiene-Styrene] polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Abstract

개시된 고분자/탄소나노튜브 복합체 제조 방법에 따르면, 고분자와 탄소나노튜브가 균일하게 혼합된 혼합용액을 제조하고, 제조된 혼합용액을 분무기를 이용하여 미세액적 형태로 분무하고 건조한다. 이에 건조 과정에서 혼합용액으로부터 고분자/탄소나노튜브 복합체를 포집하여 고분자/탄소나노튜브 복합체를 획득할 수 있다. 나아가, 획득한 고분자/탄소나노튜브 복합체를 가압하고 냉각하여 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막을 제조할 수 있다. 따라서 고분자와 탄소나노튜브의 혼합용액에서 고분자/탄소나노튜브 복합체를 제조하기 위한 장시간의 건조 과정 대신에 미세액적 형태의 혼합용액의 급속한 건조 과정을 통하여 탄소나노튜브가 응집되지 않고 균일하게 분산된 상태로 고분자에 보강될 수 있다. According to the disclosed polymer / carbon nanotube composite manufacturing method, a mixed solution in which a polymer and carbon nanotubes are uniformly mixed is prepared, and the prepared mixed solution is sprayed and dried in the form of microdroplets using an atomizer. In the drying process, the polymer / carbon nanotube composite may be collected from the mixed solution to obtain the polymer / carbon nanotube composite. Furthermore, the polymer / carbon nanotube composite thin film may be manufactured by pressing and cooling the obtained polymer / carbon nanotube composite. Therefore, instead of prolonged drying process to prepare polymer / carbon nanotube composites in the mixed solution of polymer and carbon nanotubes, carbon nanotubes are not uniformly dispersed but uniformly dispersed through the rapid drying process of the mixed solution in the form of microdroplets. It can be reinforced to the polymer in a state.

Description

고분자/탄소나노튜브 복합체 제조 방법, 이를 이용한 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막 제조 방법{Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite, Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite thin film using the same}Method of manufacturing polymer / carbon nanotube composite, Method of manufacturing polymer / carbon nanotube composite thin film using the same}

본 발명은 고분자/탄소나노튜브 복합체 제조 방법, 이를 이용한 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 탄소나노튜브가 응집되지 않고 균일하게 분산된 상태로 보강된 고분자/탄소나노튜브 복합체 및 박막을 제조하기 위한 고분자/탄소나노튜브 복합체 제조 방법, 이를 이용한 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a polymer / carbon nanotube composite, a method for producing a polymer / carbon nanotube composite thin film using the same, and more specifically, to a polymer / carbon nano reinforced in a uniformly dispersed state without carbon nanotubes being aggregated. The present invention relates to a method for preparing a polymer / carbon nanotube composite and a method for producing a polymer / carbon nanotube composite thin film using the same.

최근에는 열적, 기계적, 전기적으로 우수한 특성으로 인해 나노 보강 소재로 각광받는 탄소나노튜브(Carbon Nanotubes, CNTs)를 사용한 고분자 복합재료에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. Recently, research on polymer composites using carbon nanotubes (CNTs), which is popular as a nano-reinforcement material due to excellent thermal, mechanical, and electrical properties, is being actively conducted.

그러나 탄소나노튜브의 뛰어난 특성에도 불구하고 탄소나노튜브의 단점인 응집현상으로 인한 분산성 문제가 복합재료의 특성 향상을 저하시키는 문제점이 있다. 이러한 탄소나노튜브의 응집은 크게 두 가지로 분자간의 힘인 반데르발스 힘에 의한 화학적 응집과 제조 공정상에서 물리적으로 엉켜있는 물리적 응집으로 이루어진다. However, despite the excellent properties of carbon nanotubes, there is a problem in that the dispersibility problem due to the coagulation phenomenon, which is a disadvantage of carbon nanotubes, reduces the improvement of the properties of the composite material. The agglomeration of the carbon nanotubes is largely composed of chemical agglomeration by van der Waals forces, which are intermolecular forces, and physical agglomeration physically entangled in the manufacturing process.

이에 탄소나노튜브의 분산성 문제를 해결하는 것은 고분자 복합재료 분야에 있어서 가장 시급한 문제이며 큰 의미를 가진다. Therefore, solving the dispersion problem of carbon nanotubes is the most urgent problem in the field of polymer composite materials and has great significance.

도 1을 참조하면, 용액(Solution) 혼합 방법에서는 고분자가 완전히 용해된 상태에서 탄소나노튜브와 혼합되어서 고분자와 보강재(탄소나노튜브)가 균일하게 혼합되어 있으나(1), 복합체 형성을 위한 건조과정(2)이 오랜 시간을 필요로 하기 때문에 탄소나노튜브가 다시 응집되는 현상(3)이 발생되는 문제점이 발생한다. 이에 건조 과정에서 탄소나노튜브가 재응집되어 최종 결과물인 고분자 복합재료 또는 박막이 균열된 상태(4)임을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 1, in the solution (Solution) mixing method, the polymer and the reinforcing material (carbon nanotube) are uniformly mixed by mixing the carbon nanotubes in a completely dissolved state (1), but the drying process for forming the composite Since (2) requires a long time, a problem occurs in that the phenomenon of agglomeration of carbon nanotubes (3) occurs. Accordingly, it can be confirmed that the carbon nanotubes are reaggregated in the drying process so that the polymer composite material or the thin film as the final product is cracked (4).

또한, 기계적 혼합 방법에서는 고분자가 완전히 용해된 상태로 탄소나노튜브와 혼합되는 것이 아니라 고분자 파우더(powder) 상태로 혼합이 되기 때문에 마이크로 크기 또는 나노 크기 영역에서의 혼합에 있어 균일성이 떨어지는 문제점이 있다.
In addition, in the mechanical mixing method, since the polymer is not mixed with the carbon nanotubes in a completely dissolved state, but is mixed in a polymer powder state, there is a problem of inferior uniformity in mixing in the micro size or nano size region. .

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명은 탄소나노튜브가 응집되지 않고 균일하게 분산된 상태로 고분자에 혼합되어 기게적 강도 및 전기적 특성이 향상된 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막을 제조하기 위한 고분자/탄소나노튜브 복합체 제조 방법 및 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막 제조 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been made in view of the above problems, and the present invention is a polymer for producing a polymer / carbon nanotube composite thin film having improved mechanical strength and electrical properties by being mixed with a polymer in a uniformly dispersed state without carbon nanotubes being aggregated. It is to provide a method for producing a carbon nanotube composite and a method for producing a polymer / carbon nanotube composite thin film.

본 발명의 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 방법에 따르면, 고분자와 탄소나노튜브가 균일하게 혼합된 혼합용액을 제조하고, 상기 제조된 혼합용액을 미세액적 형태로 분무한다. 그리고 상기 분무된 미세액적 형태의 혼합용액을 건조하고, 상기 건조 과정에서 상기 혼합용액으로부터 고분자/탄소나노튜브 복합체를 포집한다. According to the method of manufacturing the polymer / carbon nanotube composite according to the embodiments of the present invention, a mixed solution in which the polymer and the carbon nanotubes are uniformly mixed is prepared, and the prepared mixed solution is sprayed in the form of microdroplets. The mixed solution in the form of the sprayed microdroplets is dried, and the polymer / carbon nanotube composite is collected from the mixed solution in the drying process.

본 발명의 실시예들에 있어서, 초음파 분무기를 이용하여 상기 혼합용액을 미세액적 형태로 분무할 수 있다. In embodiments of the present invention, it is possible to spray the mixed solution in the form of microdroplets using an ultrasonic nebulizer.

본 발명의 실시예들에 있어서, 실리카겔(silica-gel) 건조기를 이용하여 상기 분무된 미세액적 형태의 혼합용액을 건조할 수 있다.In embodiments of the present invention, the mixed solution in the form of the sprayed microdroplets may be dried using a silica-gel dryer.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 건조 과정에서 용매로부터 석출된 상기 고분자/탄소나노튜브 복합체를 멤브레인(membrane) 필터를 이용하여 포집할 수 있다. In embodiments of the present invention, the polymer / carbon nanotube composite precipitated from the solvent in the drying process may be collected using a membrane filter.

본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 고분자와 탄소나노튜브가 균일하게 혼합된 혼합용액을 제조하기 위하여, 상기 고분자를 유기 용매에 용해시키고, 상기 고분자가 용해된 용매에 상기 탄소나노튜브를 혼입시키며, 상기 용매에 혼입된 탄소나노튜브를 초음파 처리한다. 여기서, 상기 초음파 처리는 20,000㎐ 내지 60,000㎐의 주파수 범위에서 3시간 내지 8시간 동안 진행할 수 있다. In embodiments of the present invention, in order to prepare a mixed solution in which the polymer and carbon nanotubes are uniformly mixed, the polymer is dissolved in an organic solvent, and the carbon nanotubes are mixed in a solvent in which the polymer is dissolved. , Sonicating the carbon nanotubes mixed in the solvent. Here, the ultrasonic treatment may be performed for 3 hours to 8 hours in the frequency range of 20,000 Hz to 60,000 Hz.

본 발명의 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막의 제조 방법에 따르면, 고분자와 탄소나노튜브가 균일하게 혼합된 혼합용액을 제조하고, 상기 제조된 혼합용액을 미세액적 형태로 분무한다. 그리고 상기 분무된 미세액적 형태의 혼합용액을 건조하고, 상기 건조 과정에서 상기 혼합용액으로부터 고분자/탄소나노튜브 복합체를 포집한다. 이어서, 상기 포집된 고분자/탄소나노튜브 복합체에 압력을 가하고, 상기 가압된 고분자/탄소나노튜브 복합체를 냉각한다. According to the manufacturing method of the polymer / carbon nanotube composite thin film according to the embodiments of the present invention, a mixed solution in which the polymer and the carbon nanotubes are uniformly mixed, and the prepared solution is sprayed in the form of microdroplets . The mixed solution in the form of the sprayed microdroplets is dried, and the polymer / carbon nanotube composite is collected from the mixed solution in the drying process. Subsequently, pressure is applied to the collected polymer / carbon nanotube composite, and the pressurized polymer / carbon nanotube composite is cooled.

본 발명의 실시예들에 있어서, 마운트 핫 프레스(mount hot press)를 이용하여 140 도 내지 160도의 온도 및 40 bar 내지 60 bar의 압력의 조건으로 6분 내지 10분 동안 상기 고분자/탄소나노튜브 복합체에 압력을 가한다. In embodiments of the present invention, the polymer / carbon nanotube composite for 6 to 10 minutes at a temperature of 140 to 160 degrees and a pressure of 40 bar to 60 bar using a mount hot press (mount hot press) Apply pressure to the

이상에서 설명한 바와 같은 고분자/탄소나노튜브 복합체 제조 방법, 이를 이용한 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막 제조 방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.According to the polymer / carbon nanotube composite manufacturing method as described above, the polymer / carbon nanotube composite thin film manufacturing method using the same has the following effects.

첫째, 고분자와 탄소나노튜브의 혼합용액에 초음파 처리를 함으로써, 탄소나노튜브를 혼합용액 내에서 균일하게 분산시킬 수 있다.First, by sonicating the mixed solution of the polymer and the carbon nanotubes, the carbon nanotubes can be uniformly dispersed in the mixed solution.

둘째, 고분자와 탄소나노튜브의 혼합용액을 급속 건조함으로써 탄소나노튜브가 응집 되는 것을 방지할 수 있다. Second, by rapidly drying the mixed solution of the polymer and carbon nanotubes can prevent the carbon nanotubes from agglomerating.

셋째, 고분자와 탄소나노튜브의 혼합용액을 초음파 분무기를 이용하여 미세액적 형태로 분무하여 건조함으로써, 탄소나노튜브가 응집 되지 않은 상태의 고분자/탄소나노튜브 복합체를 획득할 수 있다. Third, by spraying the mixed solution of the polymer and carbon nanotubes in the form of microdroplets using an ultrasonic atomizer, it is possible to obtain a polymer / carbon nanotube composite in which the carbon nanotubes are not aggregated.

넷째, 탄소나노튜브가 균일하게 분산된 고분자/탄소나노튜브 복합체를 획득함으로써, 인장 강도를 높여 기계적 특성을 크게 향상시킬 수 있다. Fourth, by obtaining a polymer / carbon nanotube composite in which carbon nanotubes are uniformly dispersed, it is possible to increase the tensile strength significantly improve mechanical properties.

다섯째, 탄소나노튜브가 균일하게 분산된 고분자/탄소나노튜브 복합체를 획득함으로써, 표면 저항을 감소시켜 전기적 특성을 크게 향상시킬 수 있다. Fifth, by obtaining a polymer / carbon nanotube composite in which carbon nanotubes are uniformly dispersed, it is possible to greatly improve the electrical properties by reducing the surface resistance.

[도 1] 종래의 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 과정을 설명하기 위한 개요도
[도 2] 본 발명의 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 과정을 설명하기 위한 개요도
[도 3] 본 발명의 다른 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 과정을 설명하기 위한 개요도
[도 4] 본 발명의 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도
[도 5] 본 발명의 다른 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도
[도 6] 도 5의 제조 방법에 사용되는 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 장치를 설명하기 위한 구성도
[도 7] 본 발명의 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도
[도 8] 본 발명의 다른 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도
[도 9] 도 4의 제조 방법에 의하여 제조된 고분자/탄소나노튜브 복합체의 주사전자현미경 사진(SEM)
[도 10] 도 5의 제조 방법에 의하여 제조된 고분자/탄소나노튜브 복합체의 주사전자현미경 사진(SEM)과 투과전자현미경 사진(TEM)
[도 11] 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 고분자/탄소나노튜브 복합체의 인장 강도를 측정한 그래프
[도 12] 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 고분자/탄소나노튜브 복합체의 전기적 표면 저항을 측정한 그래프1 is a schematic diagram for explaining a manufacturing process of a conventional polymer / carbon nanotube composite
2 is a schematic view for explaining the manufacturing process of the polymer / carbon nanotube composite according to the embodiments of the present invention
3 is a schematic diagram for explaining a manufacturing process of the polymer / carbon nanotube composite according to another embodiment of the present invention
4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a polymer / carbon nanotube composite according to the embodiments of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a polymer / carbon nanotube composite according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an apparatus for manufacturing a polymer / carbon nanotube composite used in the manufacturing method of FIG. 5. FIG.
7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a polymer / carbon nanotube composite thin film according to embodiments of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a polymer / carbon nanotube composite thin film according to other embodiments of the present invention.
9 is a scanning electron micrograph (SEM) of the polymer / carbon nanotube composite prepared by the manufacturing method of FIG.
10 is a scanning electron micrograph (SEM) and transmission electron micrograph (TEM) of the polymer / carbon nanotube composite prepared by the manufacturing method of FIG.
11 is a graph measuring the tensile strength of the polymer / carbon nanotube composite prepared by the embodiments of the present invention
12 is a graph measuring the electrical surface resistance of the polymer / carbon nanotube composite prepared by the embodiments of the present invention

첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체 제조 방법, 이를 이용한 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나, 개략적인 구성을 이해하기 위하여 실제보다 축소하여 도시한 것이다.With reference to the accompanying drawings will be described in detail a method for producing a polymer / carbon nanotube composite, a method for producing a polymer / carbon nanotube composite thin film using the same. As the inventive concept allows for various changes and numerous modifications, particular embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are enlarged to illustrate the present invention, and are actually shown in a smaller scale than the actual dimensions in order to understand the schematic configuration.

또한, 제1 및 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
Also, the terms first and second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. On the other hand, unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 과정을 설명하기 위한 개요도들이다. 2 and 3 are schematic views for explaining the manufacturing process of the polymer / carbon nanotube composite according to the embodiments of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 방법은 용해도(solubility)의 차이를 이용하여 고분자와 탄소나노튜브를 고체화를 유도하는 상전이법(Wet Phase Inversion)이다. Referring to FIG. 2, in the method of preparing the polymer / carbon nanotube composite according to the embodiments of the present invention, a phase transition method of inducing solidification of the polymer and carbon nanotubes using a difference in solubility is performed. to be.

상기 상전이법에 따르면, 고분자에 대한 용해도(Solubility)가 큰 유기 용매에 고분자를 용해시킨 상태에서, 유기 용매를 비가용성(non-soluble) 용액으로 변환시켜 줌으로써, 용해도의 차이로 인하여 고분자를 석출하는 방법이다. 상기 상전이법은 비가용성 용액에서 액체상으로 존재할 수 없는 물질의 특성으로 인해 유기 용매에 용해된 고분자의 고체화를 유도한다. 따라서 유기 용매 속에 균일하게 분산되어 있던 탄소나노튜브가 응집할 시간을 주지 않고 고체화된 고분자속에 존재하게 된다. According to the phase transition method, by dissolving the polymer in an organic solvent having a high solubility of the polymer, by converting the organic solvent into a non-soluble solution, to precipitate the polymer due to the difference in solubility Way. The phase transition method leads to the solidification of the polymer dissolved in the organic solvent due to the properties of the material which cannot exist in the liquid phase in the insoluble solution. Therefore, the carbon nanotubes uniformly dispersed in the organic solvent are present in the solidified polymer without giving time to aggregate.

이와 같이, 상기 상전이법에 따라 탄소나노튜브가 균일하게 분산된 형태의 고분자/탄소나노튜브 복합체를 제조할 수 있다.As such, the polymer / carbon nanotube composite having a carbon nanotube uniformly dispersed according to the phase transition method may be prepared.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 방법은 분무기를 이용하여 고분자/탄소나노튜브가 용해된 미세액적을 발생시키고, 상기 발생된 미세액적을 급속하게 건조시켜 탄소나노튜브가 잘 분산된 나노 입자를 제조하는 에어로졸 분무 건조법(Aerosol Spray Drying)이다.Referring to FIG. 3, in the method of preparing the polymer / carbon nanotube composite according to another embodiment of the present invention, microparticles in which the polymer / carbon nanotubes are dissolved using a sprayer are generated, and the generated microdroplets are rapidly formed. It is aerosol spray drying (Aerosol Spray Drying) to produce a nano-particles are well dispersed by carbon nanotubes.

상기 에어로졸 분무 건조법에 따르면, 고분자에 대한 용해도(Solubility)가 큰 유기 용매에 고분자를 용해시킨 후, 초음파 분무기를 통하여 미세액적을 발생시킨다. 이 때, 초음파 분무기 내에서 초음파 에너지에 의해 지속적으로 교란되는 탄소나노튜브가 고분자 용액 내에서 분산성을 유지한 상태에서 고분자/탄소나노튜브가 미세액적 상태로 분무된다. 그리고 이어지는 급속한 건조 과정을 통하여 탄소나노튜브가 응집되지 않고 높은 분산성을 유지하면서 고분자 속에 존재하게 된다. According to the aerosol spray drying method, after dissolving the polymer in an organic solvent having high solubility to the polymer, microdroplets are generated through an ultrasonic atomizer. At this time, the polymer / carbon nanotubes are sprayed in the microdroplet state while the carbon nanotubes continuously disturbed by the ultrasonic energy in the ultrasonic nebulizer maintain dispersibility in the polymer solution. In the subsequent rapid drying process, carbon nanotubes do not aggregate and exist in the polymer while maintaining high dispersibility.

이와 같이, 상기 에어로졸 분무 건조법에 따라 탄소나노튜브가 균일하게 분산된 형태의 고분자/탄소나노튜브 복합체를 제조할 수 있다.
As such, the polymer / carbon nanotube composite in which carbon nanotubes are uniformly dispersed may be prepared by the aerosol spray drying method.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.4 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a polymer / carbon nanotube composite according to embodiments of the present invention.

도 4를 참조하면, 상전이법을 이용하여 고분자/탄소나노튜브 복합체를 제조하기 위하여, 먼저 고분자와 탄소나노튜브가 용해된 혼합용액을 제조한다(S41). 본 발명의 실시예들에 있어서, 고분자를 유기 용매에 용해시키고, 상기 고분자가 용해된 용매에 상기 탄소나노튜브를 혼입시킨다. 그리고 상기 용매에 혼입된 탄소나노튜브를 초음파 처리하여 탄소나노튜브가 균일하게 혼합된 고분자/탄소나노튜브 혼합용액을 제조한다.Referring to FIG. 4, in order to prepare a polymer / carbon nanotube composite using a phase transition method, first, a mixed solution in which a polymer and carbon nanotube are dissolved is prepared (S41). In embodiments of the present invention, the polymer is dissolved in an organic solvent, and the carbon nanotubes are mixed in a solvent in which the polymer is dissolved. Then, the carbon nanotubes mixed in the solvent are sonicated to prepare a polymer / carbon nanotube mixed solution in which carbon nanotubes are uniformly mixed.

일 예로, 디메틸포름아미드(Dimethylformamide, DMF) 유기 용매에 ABS(acrylonitrile butadiene styrene) 고분자 5 중량(wt)%를 약 50 도 에서 약 5시간 동안 교반시켜 완전히 용해 시켜 용액을 제조한 후 약 10 ㎚ 내지 40 ㎚의 직경, 약 5 ㎛ 내지 20 ㎛의 길이를 갖는 탄소나노튜브를 1, 3, 5 중량% 혼합하여 약 20분간 초음파 처리(sonication)하여 고분자/탄소나노튜브가 균일하게 혼합된 용액을 제조한다. 이 때, 상기 초음파 처리는 20,000 ㎐ 내지 60,000 ㎐의 주파수 범위에서 3시간 내지 8시간 동안 진행할 수 있다. For example, 5 wt (wt)% of ABS (acrylonitrile butadiene styrene) polymer in a dimethylformamide (DMF) organic solvent is completely dissolved by stirring at about 50 ° C. for about 5 hours to prepare a solution, and then about 10 nm to 1, 3, 5% by weight of carbon nanotubes having a diameter of 40 nm and a length of about 5 μm to 20 μm were mixed and sonicated for about 20 minutes to prepare a solution in which polymer / carbon nanotubes were uniformly mixed. do. At this time, the ultrasonic treatment may be performed for 3 to 8 hours in the frequency range of 20,000 Hz to 60,000 Hz.

이어서, 고분자/탄소나노튜브 혼합용액과 물을 혼합한다(S42). 예를 들어, 제조된 고분자/탄소나노튜브 혼합용액을 항온 수조(water bath)에 넣어준다. Subsequently, the polymer / carbon nanotube mixed solution and water are mixed (S42). For example, the prepared polymer / carbon nanotube mixed solution is placed in a constant temperature water bath.

이에 물에 녹지 않는 소수성인 ABS 고분자가 급격한 속도로 고체화되기 시작하고, 급격한 석출이 일어날 때 용해된 ABS 고분자들 사이에 초음파 처리로 인하여 균일하게 분산된 탄소나노튜브가 분산된 상태 고분자와 함께 석출될 수 있다(S43). 이 때, 고분자/탄소나노튜브 복합체가 상기 항온수조에서 고체화 되는 경우, 메쉬(mesh) 망, 체, 거름망(filter) 등을 이용하여 상기 고체화된 고분자/탄소나노튜브 복합체를 상기 항온수조로부터 건져낸다. Accordingly, the hydrophobic ABS polymer, which is insoluble in water, begins to solidify at a rapid rate, and when sudden precipitation occurs, uniformly dispersed carbon nanotubes are dispersed together with the dispersed state polymer by ultrasonic treatment between the dissolved ABS polymers. Can be (S43). In this case, when the polymer / carbon nanotube composite is solidified in the thermostatic bath, the solidified polymer / carbon nanotube complex is removed from the thermostatic bath using a mesh net, a sieve, a filter net, and the like. .

이와 같이, 용해도(solubility)의 차이를 이용하여 고분자와 탄소나노튜브의 급속한 고체화를 유도하여, 탄소나노튜브가 균일하게 분산된 형태의 고분자/탄소나노튜브 복합체를 획득할 수 있다.
As such, by inducing rapid solidification of the polymer and the carbon nanotubes by using a difference in solubility, a polymer / carbon nanotube composite in which carbon nanotubes are uniformly dispersed may be obtained.

도 5는 본 발명의 다른 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 6은 도 5의 제조 방법에 사용되는 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 장치를 설명하기 위한 구성도이다. 5 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a polymer / carbon nanotube composite according to other embodiments of the present invention. FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an apparatus for manufacturing a polymer / carbon nanotube composite used in the manufacturing method of FIG. 5.

도 5를 참조하면, 에어로졸 분무 건조법을 이용하여 고분자/탄소나노튜브 복합체를 제조하기 위하여, 먼저 고분자와 탄소나노튜브가 용해된 혼합용액을 제조한다(S51). 에어로졸 분무 건조법에서 제조되는 혼합용액은 상전이법에서의 혼합용액과 실질적으로 동일하므로, 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Referring to FIG. 5, in order to prepare a polymer / carbon nanotube composite using an aerosol spray drying method, first, a mixed solution in which a polymer and carbon nanotube are dissolved is prepared (S51). Since the mixed solution prepared by the aerosol spray drying method is substantially the same as the mixed solution in the phase transition method, a detailed description thereof will be omitted.

이어서, 제조된 혼합용액을 미세액적의 형태로 분무한다(S52). 본 발명의 실시예들에 있어서, 제조된 혼합용액을 초음파 분무기를 이용하여 분무한다. Subsequently, the prepared mixed solution is sprayed in the form of microdroplets (S52). In embodiments of the present invention, the prepared mixed solution is sprayed using an ultrasonic nebulizer.

그리고 상기 분무된 미세액적 형태의 혼합용액을 건조한다(S53). 본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 미세액적을 실리카겔(silica-gel) 건조기와 약 150 도로 가열된 전기로(electric furnace)를 통과시켜 기체상에서 급속도로 건조시킨다. And the mixed solution of the sprayed microdroplets form is dried (S53). In embodiments of the present invention, the microdroplets are rapidly dried in the gas phase by passing through a silica-gel dryer and an electric furnace heated to about 150 degrees.

그리고 상기 건조 과정을 통하여 혼합용액으로부터 석출되는 고분자/탄소나노튜브 복합체를 포집한다(S54). 본 발명의 실시예들에 있어서, 상기 건조 과정에서 유기 용매만 제거되고 상기 유기 용매로부터 석출되는 상기 고분자/탄소나노튜브 복합체를 멤브레인(membrane) 필터를 이용하여 포집한다. And the polymer / carbon nanotube composite precipitated from the mixed solution through the drying process is collected (S54). In embodiments of the present invention, only the organic solvent is removed in the drying process, and the polymer / carbon nanotube composite precipitated from the organic solvent is collected using a membrane filter.

이와 같이, 고분자/탄소나노튜브 혼합용액을 분무기를 통하여 미세액적 형태로 분무시키고, 이를 급속하게 건조시켜 포집함으로써, 탄소나노튜브가 균일하게 분산된 형태의 고분자/탄소나노튜브 복합체를 획득할 수 있다.
As such, the polymer / carbon nanotube mixed solution is sprayed into a microdroplet form through a sprayer, and rapidly dried and collected to obtain a polymer / carbon nanotube composite in which carbon nanotubes are uniformly dispersed. have.

도 6은 도 5의 제조 방법에 사용되는 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 장치를 설명하기 위한 구성도이다. FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an apparatus for manufacturing a polymer / carbon nanotube composite used in the manufacturing method of FIG. 5.

도 6을 참조하면, 에어로졸 분무 건조법을 이용하여 고분자/탄소나노튜브 복합체를 제조하기 위하여, 고분자/탄소나노튜브 복합체의 제조 장치는 초음파 분무기(100), 실리카겔 건조기(200), 전기로(300) 및 멤브레인 필터(400)를 포함한다. Referring to FIG. 6, in order to manufacture the polymer / carbon nanotube composite using the aerosol spray drying method, the apparatus for manufacturing the polymer / carbon nanotube composite includes an ultrasonic atomizer 100, a silica gel dryer 200, and an electric furnace 300. And a membrane filter 400.

초음파 분무기(100)는 탄소나노튜브가 균일하게 분산된 초기의 혼합용액을 내부에 저장한다. 그리고 초음파 분무기(100)는 초음파 에너지에 의해 지속적으로 교란되는 탄소나노튜브가 고분자 용액 내에서 분산성을 유지한 상태에서 고분자/탄소나노튜브 혼합용액을 미세액적 상태로 분무한다. 이에 고분자/탄소나노튜브 미세액적이 발생된다. The ultrasonic nebulizer 100 stores an initial mixed solution in which carbon nanotubes are uniformly dispersed therein. The ultrasonic nebulizer 100 sprays the polymer / carbon nanotube mixed solution in the microdroplet state while the carbon nanotubes continuously disturbed by ultrasonic energy maintain dispersibility in the polymer solution. As a result, polymer / carbon nanotube microdroplets are generated.

실리카겔 건조기(200)는 분무된 고분자/탄소나노튜브 미세액적을 건조시킨다. 이에 실리카겔 건조기(200) 내에서 고분자/탄소나노튜브 복합체 액적이 고체화 과정을 통하여 고분자/탄소나노튜브 고체 입자가 생성된다. Silica gel dryer 200 to dry the sprayed polymer / carbon nanotube microdroplets. In the silica gel dryer 200, polymer / carbon nanotube composite droplets are produced through the solidification process of the polymer / carbon nanotube solid particles.

전기로(300)는 생성된 고분자/탄소나노튜브 고체 입자를 가열한다. 예를 들어, 전기로(300)는 그 내부가 약 150 도로 유지되는 튜브형 고온로(Tube Furnace)가 될 수 있다. 이에 생성된 고분자/탄소나노튜브 고체 입자가 전기로(300)를 통과하여 탄소나노튜브가 고정화되고, 고분자 매질 내에서 나노 구조로 생성된다. 이에 고분자/탄소나노튜브 복합체가 생성된다.The electric furnace 300 heats the produced polymer / carbon nanotube solid particles. For example, the electric furnace 300 may be a tube furnace whose interior is maintained at about 150 degrees. The polymer / carbon nanotube solid particles generated therethrough pass through the electric furnace 300 to immobilize the carbon nanotubes, and are produced as nanostructures in the polymer medium. This creates a polymer / carbon nanotube composite.

멤브레인 필터(400)는 생성된 고분자/탄소나노튜브를 포집한다. 한편, 생성된 고분자/탄소나노튜브를 포집하기 위하여, 멤브레인 필터(400) 이외에 다양한 필터가 사용될 수 있다.
The membrane filter 400 collects the produced polymer / carbon nanotubes. Meanwhile, various filters may be used in addition to the membrane filter 400 to collect the polymer / carbon nanotubes.

도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a polymer / carbon nanotube composite thin film according to embodiments of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막을 제조하기 위한 과정(S71, S72, S73)은 도 4를 참조하여 상술한 상전이법을 이용하여 고분자/탄소나노튜브 복합체를 제조하는 과정(S41, S42, S43)과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Referring to FIG. 7, a process (S71, S72, S73) for preparing a polymer / carbon nanotube composite thin film according to embodiments of the present invention may be performed using polymer / carbon nanoscale using the phase transition method described above with reference to FIG. 4. Since the process is substantially the same as the manufacturing process (S41, S42, S43) of the tube composite will be omitted.

이어서, 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막을 제조하기 위하여, 제조된 고분자/탄소나노튜브 복합체를 건조시킨다(S74). 예를 들어, 석출된 고분자/탄소나노튜브 복합체를 약 120 도의 온도로 유지되는 건조로에서 약 3시간 정도 건조시킨다. Subsequently, in order to manufacture the polymer / carbon nanotube composite thin film, the prepared polymer / carbon nanotube composite is dried (S74). For example, the precipitated polymer / carbon nanotube composite is dried for about 3 hours in a drying furnace maintained at a temperature of about 120 degrees.

그리고 건조된 고분자/탄소나노튜브 복합체에 압력을 가한다(S75). 예를 들어, 마운트 핫 프레스(mount hot press)를 이용하여 140 도 내지 160도의 온도 및 40 bar 내지 60 bar의 압력의 조건으로 6분 내지 10분 동안 상기 고분자/탄소나노튜브 복합체에 압력을 가한다. Then, pressure is applied to the dried polymer / carbon nanotube composite (S75). For example, the polymer / carbon nanotube composite is pressurized for 6 to 10 minutes at a temperature of 140 to 160 degrees and a pressure of 40 to 60 bar using a mount hot press. .

그리고 가압된 고분자/탄소나노튜브 복합체를 냉각시킨다(S76). 예를 들어, 약 8분 동안의 냉각 과정을 수행하여 최종적으로 하이브리드 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막을 획득한다. Then, the pressurized polymer / carbon nanotube composite is cooled (S76). For example, a cooling process for about 8 minutes is performed to finally obtain a hybrid polymer / carbon nanotube composite thin film.

한편, 고분자/탄소나노튜브 복합체를 이용한 박막을 제조하는 방법만을 상술하였지만, 상기 고분자/탄소나노튜브 복합체는 수많은 기술 분야의 다양한 적용례 및 실시예들로 사용될 수 있을 것이다.
Meanwhile, although only the method of manufacturing a thin film using the polymer / carbon nanotube composite has been described above, the polymer / carbon nanotube composite may be used in various applications and embodiments in numerous technical fields.

도 8은 본 발명의 다른 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.8 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a polymer / carbon nanotube composite thin film according to other embodiments of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막을 제조하기 위한 과정(S81, S82, S83, S84)은 도 5를 참조하여 상술한 에어로졸 분무 건조법을 이용하여 고분자/탄소나노튜브 복합체를 제조하는 과정(S51, S52, S53, S54)과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. Referring to FIG. 8, a process (S81, S82, S83, S84) for manufacturing the polymer / carbon nanotube composite thin film according to the embodiments of the present invention may be performed using the aerosol spray drying method described above with reference to FIG. 5. Since the carbon nanotube composite is substantially the same as the manufacturing process (S51, S52, S53, S54), a detailed description thereof will be omitted.

또한 본 발명의 실시예들에 따른 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막을 제조하기 위한 과정(S85, S86)은 도 7을 참조하여 상술한 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막을 제조하는 과정(75, 76)과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
In addition, the process (S85, S86) for manufacturing the polymer / carbon nanotube composite thin film according to the embodiments of the present invention is a process for manufacturing the polymer / carbon nanotube composite thin film described above with reference to Figure 7 (75, 76) Since it is substantially the same as the detailed description will be omitted.

도 9는 도 4의 제조 방법에 의하여 제조된 고분자/탄소나노튜브 복합체의 주사전자현미경 사진(SEM)이고, 도 10은 도 5의 제조 방법에 의하여 제조된 고분자/탄소나노튜브 복합체의 주사전자현미경 사진(SEM)과 투과전자현미경 사진(TEM)이다.9 is a scanning electron micrograph (SEM) of the polymer / carbon nanotube composite prepared by the manufacturing method of Figure 4, Figure 10 is a scanning electron microscope of the polymer / carbon nanotube composite prepared by the manufacturing method of FIG. Photographs (SEM) and transmission electron micrographs (TEM).

도 2 및 도 3을 참조하면, 상전이법과 에어로졸 분무 건조법을 통하여 제조된 하이브리드 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막(40)을 육안으로 관찰하면, 도 1의 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막(4)과 비교하여 탄소나노튜브가 균일하게 분산된 형태임을 확인할 수 있다. 2 and 3, when visually observing the hybrid polymer / carbon nanotube composite thin film 40 manufactured by the phase transition method and the aerosol spray drying method, the polymer / carbon nanotube composite thin film 4 of FIG. 1 is compared. It can be seen that the carbon nanotubes are uniformly dispersed form.

한편, 전자주사현미경(Scanning Electron Microscope, SEM)을 통하여 탄소나노튜브의 분산정도를 보다 명확하게 관찰한 결과, 도 9 및 도 10에서 보는 바와 같이 탄소나노튜브가 응집되어 있는 형태는 발견되지 않으며, 탄소나노튜브가 고분자 매질(matrix) 내에서 균일하게 분포하여 존재하고 있음을 확인할 수 있다.
On the other hand, as a result of observing the dispersion degree of the carbon nanotubes more clearly through an electron scanning microscope (Scanning Electron Microscope, SEM), as shown in Figs. It can be seen that the carbon nanotubes are uniformly distributed in the polymer matrix.

도 11은 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 고분자/탄소나노튜브 복합체의 인장 강도를 측정한 그래프이다.11 is a graph measuring the tensile strength of the polymer / carbon nanotube composite prepared by the embodiments of the present invention.

도 11을 참조하면, 고분자 매질 내에 탄소나노튜브가 분산되어 생성된 하이브리드 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막의 기계적 특성 변화를 확인하기 위하여, 기계적 인장테스트기(Universal Testing Machine, UTM)를 이용하여 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막의 인장 강도를 측정하였다. Referring to FIG. 11, in order to confirm the change in the mechanical properties of the hybrid polymer / carbon nanotube composite thin film produced by dispersing carbon nanotubes in a polymer medium, a polymer / carbon is used by using a mechanical testing machine (Universal Testing Machine, UTM). Tensile strength of the nanotube composite thin film was measured.

이에 순수한 ABS 고분자만으로 제조된 박막의 경우 평균적으로 약 6.8 ㎫의 인장 강도(tensile strength)를 가지고 있는데 반하여, 탄소나노튜브의 함유량이 늘어날수록 인장강도가 늘어남을 볼 수 있다. 특히, AMS 고분자에 탄소나노튜브의 함유량을 1 중량%, 3 중량%, 5 중량%로 증가시킨 경우, 순수한 ABS 고분자만으로 제조된 박막의 인장강도에 비해서 약 200%, 280%, 300%의 이상 증가하는 결과를 관찰할 수 있다.The thin film made of pure ABS polymer only has an average tensile strength of about 6.8 MPa, whereas the carbon nanotube content increases as the carbon nanotube content increases. In particular, when the content of carbon nanotubes in the AMS polymer is increased to 1% by weight, 3% by weight, and 5% by weight, more than about 200%, 280%, and 300% of the tensile strength of the thin film made of pure ABS polymer only. Increasing results can be observed.

탄소나노튜브 보강재에 의해 순수한 ABS 고분자 박막이 강화된 인장강도를 가짐으로써, 비교적 적은 양으로 고분자내에서 균일하게 분산된 탄소나노튜브가 하이브리드 복합체 박막의 기계적 특성 향상에 큰 기여를 하고 있음을 알 수 있다. The pure ABS polymer thin film reinforced by carbon nanotube reinforcement has tensile strength, and it can be seen that the carbon nanotubes uniformly dispersed in the polymer in a relatively small amount contribute to the improvement of mechanical properties of the hybrid composite thin film. have.

또한, 하이브리드 복합체의 연신율(Percentage Strain)도 탄소나노튜브의 함유량이 증가함에 따라 점점 증가하는 결과를 확인할 수 있다. 이는 탄소나노튜브가 고분자 매질 내에서 균일하게 분산되어 있으면서 하이브리드 복합체 박막 시편의 인장 시에 인가된 인장력이 효과적으로 지지체인 탄소나노튜브 전반에 전달되어져 복합체가 인장될 때 가교 역할을 하여 시편이 쉽게 파손되지 않고 늘어난 것으로 볼 수 있다.
In addition, the percent elongation of the hybrid composite (Percentage Strain) can also be found to increase gradually as the content of carbon nanotubes increases. This is because the carbon nanotubes are uniformly dispersed in the polymer medium, and the tensile force applied during the stretching of the hybrid composite thin film specimen is effectively transferred to the entire carbon nanotube as a support, and thus the bridge is easily broken when the composite is tensioned. It can be seen as an increase without.

도 12는 본 발명의 실시예들에 의하여 제조된 고분자/탄소나노튜브 복합체의 전기적 표면 저항을 측정한 그래프이다. 12 is a graph measuring the electrical surface resistance of the polymer / carbon nanotube composite prepared by the embodiments of the present invention.

도 12를 참조하면, 하이브리드 고분자/탄소나노튜브 복합체에서 탄소나노튜브의 함유량에 따라 전기적 특성의 변화를 확인하기 위하여 표면 저항을 측정하였다. Referring to FIG. 12, the surface resistance of the hybrid polymer / carbon nanotube composite was measured to determine the change in electrical properties according to the content of carbon nanotubes.

이에 5.0ㅧ1012[Ω]의 표면 저항을 가지던 순수한 ABS 고분자 박막은 탄소나노튜브의 함유량이 증가하면서 점차적으로 표면 저항이 감소하는 것을 확인하였다. 특히, 고분자 매질 속에 5 중량%의 탄소나노튜브가 균일혼합된 경우, 표면 저항이 1.1ㅧ108[Ω]으로 현격하게 감소함을 확인하였다. 이는 고분자 매질 속에 탄소나노튜브가 균일하게 혼합됨으로써, 하이브리드 고분자/탄소나노튜브 복합체의 전기적 특성(즉, 복합체 박막 표면 전기적 저항성)이 크게 향상된 것을 확인할 수 있다. As a result, the pure ABS polymer thin film having a surface resistance of 5.0Ω10 12 [Ω] gradually decreased in surface resistance as the content of carbon nanotubes increased. In particular, when 5% by weight of carbon nanotubes were homogeneously mixed in the polymer medium, the surface resistance was significantly reduced to 1.1 ㅧ 10 8 [Ω]. This can be confirmed that the carbon nanotubes are uniformly mixed in the polymer medium, thereby greatly improving the electrical properties (ie, the surface electrical resistance of the composite thin film) of the hybrid polymer / carbon nanotube composite.

이와 같이, 고분자와 탄소나노튜브의 혼합용액을 항온수조에 넣어줌으로써, 용해도 차이에 의하여 급속하게 고분자와 탄소나노튜브를 고체화시켜 고분자/탄소나노튜브 복합체를 획득하거나, 고분자와 탄소나노튜브의 혼합용액을 초음파 분무기를 이용하여 미세액적 형태로 분무하여 건조함으로써, 탄소나노튜브가 응집 되지 않은 상태의 고분자/탄소나노튜브 복합체를 획득할 수 있다. 이에 위 제조 방법을 통하여 탄소나노튜브가 균일하게 충진된 고분자 재료는 그 기계적 특성 및 전기적 특성이 크게 향상될 수 있다. In this way, by mixing a mixture of the polymer and carbon nanotubes in a constant temperature water bath, by solidifying the polymer and carbon nanotubes rapidly according to the difference in solubility to obtain a polymer / carbon nanotube composite, or a mixed solution of the polymer and carbon nanotubes By spraying in the form of microdroplets using an ultrasonic nebulizer and dried, it is possible to obtain a polymer / carbon nanotube composite in which the carbon nanotubes are not aggregated. Accordingly, the polymer material uniformly filled with carbon nanotubes through the above manufacturing method may greatly improve its mechanical and electrical properties.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. In the detailed description of the present invention described above with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art having ordinary skill in the art will be described in the claims to be described later It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the scope of the present invention.

10, 50 : 고분자와 탄소나노튜브의 혼합용액
30, 70 : 고분자/탄소나노튜브 복합체 박막10, 50: mixed solution of polymer and carbon nanotube
30, 70: polymer / carbon nanotube composite thin film

Claims (8)

고분자를 유기 용매에 용해시키는 단계;
상기 고분자가 용해된 용매에 탄소나노튜브를 혼입하는 단계;
상기 용매에 혼입된 탄소나노튜브를 초음파 처리하여 고분자와 탄소나노튜브가 균일하게 혼합된 혼합용액을 제조하는 단계;
상기 제조된 혼합용액을 초음파 분무기를 이용하여 미세액적 형태로 분무하는 단계;
상기 분무된 미세액적 형태의 혼합용액을 실리카겔(silica-gel) 건조기 및 전기로(electric furnace)를 통과시켜 고체상에서 급속도로 건조하는 단계; 및
상기 건조 과정에서 상기 혼합용액으로부터 고분자/탄소나노튜브 복합체를 포집하는 단계를 포함하는 고분자/탄소나노튜브 복합체 제조 방법.Dissolving the polymer in an organic solvent;
Incorporating carbon nanotubes into a solvent in which the polymer is dissolved;
Ultrasonically treating the carbon nanotubes mixed in the solvent to prepare a mixed solution in which the polymer and the carbon nanotubes are uniformly mixed;
Spraying the prepared mixed solution in the form of microdroplets using an ultrasonic nebulizer;
Rapidly drying the sprayed mixed solution in the form of microdroplets through a silica-gel dryer and an electric furnace in a solid phase; And
The polymer / carbon nanotube composite manufacturing method comprising the step of collecting the polymer / carbon nanotube composite from the mixed solution in the drying process. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 건조 과정에서 상기 혼합용액으로부터 고분자/탄소나노튜브 복합체를 포집하는 단계에서,
상기 건조 과정에서 용매로부터 석출된 상기 고분자/탄소나노튜브 복합체를 멤브레인(membrane) 필터를 이용하여 포집하는 것을 특징으로 하는 고분자/탄소나노튜브 복합체 제조 방법.According to claim 1, In the step of collecting the polymer / carbon nanotube composite from the mixed solution in the drying process,
The polymer / carbon nanotube composite manufacturing method characterized in that for collecting the polymer / carbon nanotube composite precipitated from the solvent in the drying process using a membrane filter. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 용매에 혼입된 탄소나노튜브를 초음파 처리하는 단계에서,
상기 초음파 처리는 20,000㎐ 내지 60,000㎐의 주파수 범위에서 3시간 내지 8시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 고분자/탄소나노튜브 복합체 제조 방법.

According to claim 1, In the step of sonicating the carbon nanotubes incorporated into the solvent,
The ultrasonic treatment is a method for producing a polymer / carbon nanotube composite, characterized in that for 3 hours to 8 hours in the frequency range of 20,000 Hz to 60,000 Hz.

삭제delete 삭제delete
KR1020120101812A 2012-09-13 2012-09-13 Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite, Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite thin film using the same KR101309035B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120101812A KR101309035B1 (en) 2012-09-13 2012-09-13 Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite, Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite thin film using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120101812A KR101309035B1 (en) 2012-09-13 2012-09-13 Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite, Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite thin film using the same

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100050311A Division KR101281626B1 (en) 2010-05-28 2010-05-28 Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite, Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite thin film using the same, Polymer/carbon nanotube composite using the method, and Polymer/carbon nanotube composite thin film using the method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120119883A KR20120119883A (en) 2012-10-31
KR101309035B1 true KR101309035B1 (en) 2013-09-17

Family

ID=47287061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120101812A KR101309035B1 (en) 2012-09-13 2012-09-13 Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite, Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite thin film using the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101309035B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980043830U (en) * 1996-12-26 1998-09-25 김종진 Automatic feeder take-off device for air dryer
KR100584086B1 (en) * 2003-10-20 2006-05-29 학교법인 한양학원 Method for fabricating biomedical superparamagnetic nanocomposite powders
KR20060077982A (en) * 2004-12-30 2006-07-05 주식회사 효성 Method of preparing carbon nanotube fibers and fibers prepared by the method
KR100766466B1 (en) * 2006-07-05 2007-10-12 주식회사 남경알앤디 A production method of molded articles using thermosetting poly-dcpd complex powder

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19980043830U (en) * 1996-12-26 1998-09-25 김종진 Automatic feeder take-off device for air dryer
KR100584086B1 (en) * 2003-10-20 2006-05-29 학교법인 한양학원 Method for fabricating biomedical superparamagnetic nanocomposite powders
KR20060077982A (en) * 2004-12-30 2006-07-05 주식회사 효성 Method of preparing carbon nanotube fibers and fibers prepared by the method
KR100766466B1 (en) * 2006-07-05 2007-10-12 주식회사 남경알앤디 A production method of molded articles using thermosetting poly-dcpd complex powder

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120119883A (en) 2012-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Samadi et al. Investigation of the electromagnetic microwaves absorption and piezoelectric properties of electrospun Fe3O4-GO/PVDF hybrid nanocomposites
Ji et al. Review of functionalization, structure and properties of graphene/polymer composite fibers
Laird et al. Structure and morphology control in crystalline polymer–carbon nanotube nanocomposites
JP5173418B2 (en) Polymer / carbon nanotube interpenetrating network structure and manufacturing process thereof
Khan et al. Synthesizing polystyrene/carbon nanotube composites by emulsion polymerization with non-covalent and covalent functionalization
CN104357941B (en) Graphene and multi-walled carbon nano-tubes work in coordination with enhanced polymer fiber and preparation method thereof
Lee et al. Electrospinning fabrication and characterization of poly (vinyl alcohol)/montmorillonite nanofiber mats
Wu et al. High-performance carbon nanotube/polymer composite fiber from layer-by-layer deposition
KR101281626B1 (en) Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite, Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite thin film using the same, Polymer/carbon nanotube composite using the method, and Polymer/carbon nanotube composite thin film using the method
Lavagna et al. Preparation of hierarchical material by chemical grafting of carbon nanotubes onto carbon fibers
Wang et al. Mechanical reinforcement of electrospun water‐soluble polymer nanofibers using nanodiamonds
Tjong et al. Effects of crystallization on dispersion of carbon nanofibers and electrical properties of polymer nanocomposites
McCrary-Dennis et al. Synthesis and characterization of polystyrene carbon nanotube nanocomposite for utilization in the displaced foam dispersion methodology
KR20140036385A (en) Method for preparing graphene-polymer composite powder and fiber
Lv et al. Solvent-free halloysite nanotubes nanofluids based polyacrylonitrile fibrous membranes for protective and breathable textiles
CN104591117A (en) Three-dimensional carbon nanometer tube/graphene hybrid material and preparation method thereof
CN106633373B (en) Carbon nanotube/polypropylene composite powder material for S L S and preparation method thereof
Zhou et al. Preparation and rheological characterization of poly (methyl methacrylate)/functionalized multi-walled carbon nanotubes composites
Zaragoza-Contreras et al. Evidence of multi-walled carbon nanotube fragmentation induced by sonication during nanotube encapsulation via bulk-suspension polymerization
KR101309035B1 (en) Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite, Method of manufacturing polymer/carbon nanotube composite thin film using the same
Zhang et al. Fabrication and viscoelastic characteristics of amino-functionalized multi-walled carbon nanotube/poly (methyl methacrylate) nanocomposites
KR102149298B1 (en) A method for preparing polyalkylene resin fiber containing carbon nanotube and polyalkylene resin fiber prepared using the same
Yang et al. Functionalization of carbon nanotubes for polymer nanocomposites
Luo et al. Templating assembly of NIR light-actuated TPU/SCNT-C60 flexible structures with high conductivity and controllable recovery behavior
Önal et al. Investigation of electrical conductivity of polyacrylonitrile (PAN) nanofibers/nano particul (Ag, Cu, CNT and GNR)

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160906

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170830

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180831

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190829

Year of fee payment: 7