KR101412216B1 - 탄소나노튜브 고배합 수지 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents

탄소나노튜브 고배합 수지 조성물 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 탄소나노튜브를 고배합으로 입상화(粒狀化)시켜, 탄소나노튜브의 비산성의 대폭적인 감소와 함께 가공성·핸들링성 등의 작업성·폴리머 매트릭스와의 젖음성·분산성·도전성·기계적 물성을 현저히 향상시킨 탄소나노튜브 고배합 수지 조성물을 제공한다. 본 발명은, 열가소성 수지 100중량부에 대해, 100∼1500중량부의 탄소나노튜브를 배합하고, 탄소나노튜브에 열가소성 수지를 바인더로 하여 코팅하는 것을 특징으로 하는 CNT 고배합 수지 조성물이다.

Description

탄소나노튜브 고배합 수지 조성물 및 그 제조방법{CARBON NANOTUBE-RICH RESIN COMPOSITION AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본 발명은, 탄소나노튜브(이하, 'CNT'라 기재함) 고배합 수지 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
CNT는, 직경이 수 ㎚∼약 500㎚이고, 길이가 10㎚∼수십㎛ 정도로 종횡비가 크며, 튜브형상 구조인 탄소의 결정이다. 그 종류는 다양하여, 단층구조를 가지는 단일벽 탄소나노튜브, 다층구조를 가지는 다중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브의 범주에 속하는 이층의 이중벽 탄소나노튜브 등이 있으며, 또한, 그 양단이 봉쇄되어 있는 것부터, 한쪽 말단만 봉쇄되어 있는 것, 양쪽 말단 모두 개방되어 있는 것이 있고, 또한, 그 라운딩법의 구조에도 암체어형 등 몇 가지 종류가 있다. CNT의 제조방법도 아크 방전형, 촉매 기상 제조법, 레이저 앱레이젼(laser abrasion)법이나 기타의 방법이 있으며, 각각 일장일단이 있다.
또한, CNT는 차세대 재료로서 주목받고 있으며, 대전방지제나 도전성 부여 재로서의 사용은 물론, 반도체, 연료전지전극, 디스플레이의 음극선 등으로 용도개발되어 있다.
일반적으로, 다양한 합성수지(이하에서는, '수지'로 약칭함)에 CNT를 배합하여, 수지에 전기전도성이나 고강도, 고탄성, 열전도성 등을 부여하는 것이 알려져 있다.
그런데, CNT는 부피밀도가 1∼5g/100㏄로 대단히 낮아, 다량의 공기를 포함하고 있기 때문에 비산성이 높다. 제조업자에게 있어서는, 비산으로 인한 환경오염에 대한 취급곤란성, 공(空) 이송시 등의 저장탱크 내에서의 브릿지의 발생, 부피밀도의 낮음으로 인해 공정내에서의 수송시간 및 포장시의 충전(充塡)시간이 길다는 등의 안전상, 작업상의 많은 과제를 안고 있다. 한편, 사용하는 고객의 입장에서는, 운반시 및 수지나 액체 폴리머 매트릭스로의 배합·혼합·혼합반죽시의 취급에 있어서 정량성을 확보하는 것이 곤란하다. 더욱이, CNT의 폴리머 매트릭스와의 젖음성이 나쁘고, 특히 수지에 대한 배합에 있어서는, 배합의 초기단계에 있어서 대단히 친화되기 어렵기 때문에, 양자의 혼합반죽에는 장시간을 요하며 분산성도 나쁘다는 등의 과제가 있다.
CNT와 같이 부피밀도가 낮은 분체(粉體)로서는, 카본블랙이 있으며, 이것을 수지나 엘라스토머 등의 고체 혹은 액체 엘라스토머 매트릭스에 고배합할 경우, 컴팩터를 이용하거나, 고체 매트릭스를 파우더 상태로 하는 등, 다양한 연구가 이루어져 있다. 한편, 카본블랙을 비롯한 도전성 필러의 제조자들은, 종래 이것들을 조립화(造粒化)하여 부피밀도를 높이고, 입자 경도를 높여서 사용해왔다.
이러한 상황으로부터, CNT의 조립화도 용이하게 상상되지만, 일차 입자가 볼형상인 카본블랙과 비교하여 CNT는 결정구조가 크게 발달되어 있고, 표면관능기가 적고, 튜브형상 및 섬유형상으로 커다란 종횡비를 가지며, 탄력성이 높고, 부피밀도가 카본블랙에 비해 더 낮기 때문에, 조립화 기술에는 커다란 과제가 있었다.
이러한 과제를 해결하기 위해, 특허문헌 1과 특허문헌 2에 나타낸 바와 같은 고속기류중 충격법이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 3 에 나타낸 바와 같이, 수용성 수지의 석출에 의한 CNT 수지 조성물의 제조방법이 제안되어 있다.
그러나, 상기한 종래기술에 있어서는, 다음과 같은 과제가 있었다.
(1) 특허문헌 1 또는 특허문헌 2에 개시된 기술에서는, 고속기류중에서 분체를 해쇄(解碎)하여, 복합화하는 장치가 이용되고 있다. 이 장치의 본래의 용도는, 분체 모(母)입자 표면에 이종의 분체 미립자를 고속기류충격에 의해 부착시키는 것으로, 1종류의 CNT만의 조립화는 매우 곤란할 뿐만아니라, 만약 가능하다 하더라도 그 조립물(造粒物)의 입자직경은 200㎛ 이하로 매우 작은 것이어서, 밀리미터급의 입상화는 곤란하였다.
이 때문에, 비산성에 따른 안전성이나 환경오염성, 핸들링성에 대한 과제가 남아 있다.
(2) 또한, 바인더를 이용하지 않는 통상의 조립물의 경우, 분상물(粉狀物)을 이용할 경우보다 수송, 충전시 등에 있어서의 비산성이나 환경오염도, 그리고 수지나 액체 폴리머 매트릭스 등에 대한 배합·혼합·혼합반죽은 현격히 향상되지만, 오늘날 점점 엄격해지고 있는, 「미소물질(Nanomaterial)에 대한 폭로방지 등을 위한 예방적 대응」을 만족하기 위해서는, 비산성 하나를 보더라도 충분하다 할 수 없다. 또한, 수지 등에 대한 배합시의 초기배합성이나 분산성도 만족할 만한 것이 아니라는 과제를 안고 있었다.
(3) 특허문헌 3에 개시된 기술에 있어서는, 석출작업이 번잡할 뿐만 아니라, CNT의 피복에 사용하는 수지가 수용성이어야 하고, 수용성이 아닐 경우에는 수용성을 부여하는 관능기를 도입해야 하는 등, 사용가능한 수지에 제한이 있는데다가, 동 문헌에 의한 CNT 수지 조성물의 CNT 배합량이 기껏해야 10％ 정도 밖에 안 되는 등의 과제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 과제를 해결하기 위한 것으로, 관능기의 도입 등과 같은 번잡한 작업이 없으며, 친수성·소수성을 막론하고 열가소성 수지를 바인더로 하여 CNT를 피복(코팅)하고 집합체 내부에 침투시킴으로써, CNT를 고배합으로 입상화시켜, 비산성의 대폭적인 감소와 함께 가공성·핸들링성 등의 작업성·폴리머 매트릭스와의 젖음성·분산성·도전성·기계적 물성을 현저히 향상시킨 CNT 고배합 수지 조성물을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
또한, 본 발명은, 관능기의 도입 등과 같은 번잡한 작업이 없으며, 친수성·소수성을 막론하고 열가소성 수지를 바인더로 하여 CNT를 피복(코팅)하고, 또한 CNT 내부에 수지를 침투시킴으로써, CNT를 고배합으로 입상화시켜, 비산성의 대폭적인 감소와 함께 가공성·핸들링성 등의 작업성·폴리머 매트릭스와의 젖음성·분산성·도전성·기계적 물성을 현저히 향상시킨 CNT 고배합 수지 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 CNT 고배합 수지 조성물 및 그 제조방법은 이하와 같은 구성을 가지고 있다.
본 발명의 청구항 1에 기재된 CNT 고배합 수지 조성물은 열가소성 수지 100중량부에 대해, 100∼1500중량부의 CNT를 배합하여, CNT를 상기 열가소성 수지로 코팅한 구성을 가지고 있다.
상기의 구성에 의해, 이하와 같은 작용을 얻을 수 있다.
(1) CNT의 표면을 수지가 코팅하고, 더욱이 CNT의 집합체 내부에도 수지가 침투하여 피복하므로, CNT의 분체가 입상화되어 CNT의 비산 정도가 극단적으로 낮아져, 취급성을 현저히 향상시킨다.
(2) 본 발명의 CNT 고배합 수지 조성물은 CNT 내부가 수지로 채워지고, 외표면은 수지로 피복되어 있으며, 또한 CNT-CNT 간에 있어서의 강한 응집이 없는 상태로 부피밀도가 큰 조립물로 되어 있으므로, 분산매체인 폴리머 매트릭스(이하, '기체수지(基體樹脂)'라 기재함)에 분산시켰을 경우, 현저히 우수한 젖음성·분산성을 발휘한다.
(3) 기체수지에 배합했을 경우, 높은 분산성이나 젖음성 때문에 높은 도전성의 부여나 기계물성의 향상 등의 우수한 물성을 부여할 수 있으며, 또한 가공성이 우수하다.
여기서, 열가소성 수지로서는, 폴리염화비닐, 폴리초산비닐, 폴리스티렌, 저분자량 폴리에틸렌(수 평균 분자량 1000∼7000) 등 다양한 것들이 사용된다.
CNT는, 카본블랙, 다이아몬드, 흑연이나 풀러렌 등과 달리, 직경이 수㎚∼약 500㎚, 길이가 수십㎚∼수십㎛인 종횡비가 큰 튜브형상의 탄소동위체이다.
상기 CNT에는, 그 제조법이나 후처리 등에 따라 다양한 것들이 있는데, 크게 나누면, 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브, 다중벽 탄소나노튜브 등이 있다. 여기서는 이것들을 총칭하여 '탄소나노튜브'라 한다. 여기서, 다중벽 탄소나노튜브에 대해서는, 그 직경이나 길이가 제조법이나 후처리법에 의해 분포를 가질 수 있지만, 여기서는, 그 평균치를, 그 CNT의 직경과 길이로서 표기한다.
CNT의 제조방법으로서는, 아크 방전법, 촉매 기상 제조법, 레이저 앱레이젼법이나 기타의 방법이 있다. 이러한 제조법에 따라 CNT의 최종 형상이 달라진다. 특히, 일부의 제조방법에서는, CNT가 응집체로서 얻어진다. 이것들은 강한 번들 등에 의한 응집과, CNT가 복잡하게 서로 얽힌 상태를 형성하고 있어, 그대로는 CNT로서의 특성을 발휘할 수 없다. 따라서, 실용적으로는, 부생성물이나 불순물을 제거하여 정제된 상태로 하는 것 및 수지나 용제 중에서 CNT의 응집체를 '해쇄'하여 섬유로서의 특성을 끌어내는 것이 중요하다. 이 때문에, CNT의 극세섬유를, 0.1㎏/ｌ 이하로, 그리고 CNT의 섬유 간에 공극이 확인될 정도로, 대단히 부피가 높은(겉보기 비중이 낮은) 상태로 하는 것이 중요하다. 본 발명에서, 사용가능한 CNT에 대해서는, 특별한 제한은 없지만, 통상적으로, 단직경이 수㎚∼약 500㎚이고, 길이가 수십㎚∼수십㎛인 것이 사용된다. 이와 관련하여, 단독으로 사용할 경우나 복수 종류를 사용할 경우 모두 제한은 없으나, 단독 사용의 경우는, 직경이 200㎚ 이하이고, 길이가 수㎛ 정도인 것이 적합하다.
본 발명의 CNT 고배합 수지 조성물 중의 CNT 배합량은, 열가소성 수지 100중량부에 대해 100∼1500중량부, 바람직하게는 200∼1000중량부이다.
본 발명의 CNT 고배합 수지 조성물(이하, '수지 조성물'로 약칭함)은, 예컨대 수지 조성물이 필러로서 사용되는 열가소성 수지와 동종의 수지 또는 이종의 수지인 기체수지와 혼합반죽되어 이용된다. 본 발명의 수지 조성물 중의 CNT 배합량이 200중량부보다 적으면, 기체수지에 혼합반죽할 때, 다량의 수지 조성물이 필요해져 마스터배치로서의 유용성이 결여되는 경향이 있으며, 100중량부보다 적으면 그 경향이 현저하므로 바람직하지 않다.
또한, 본 발명의 수지 조성물을 이종의 기체수지와 혼합반죽할 경우에는, 이종의 기체수지에 대한 본 발명의 수지 조성물의 혼합비율이 많아지면, 충격강도 등의 수지 물성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 기체수지에 대한 본 발명의 수지 조성물의 혼합비율은 적은 것이 바람직하지만, 본 발명은, CNT가 현저히 고배합된 수지 조성물이므로 본 발명의 조성물을 소량 배합하는 것만으로도 CNT의 배합량은 가급적 많게 할 수 있다.
한편, 본 발명의 CNT 고배합 수지 조성물 중의 CNT 배합량이 1000중량부를 초과하면, 다른 수지와 혼합반죽할 때, 입상물이 분말화되어 수지 조성물 중의 CNT의 일부가 비산되므로, 환경적인 면이나 안전성 면에서 바람직하지 못한 경향이 있고, 1500중량부를 넘으면 이러한 경향이 현저해진다. 즉, CNT 고배합 수지 조성물 중의 CNT 배합량이 지나치게 많으면, 수지를 피복(코팅)하지 않은 조립물과 동일한 효과밖에 발현되지 않는 경향이 있다.
본 발명의 수지 조성물과 기체수지 간의 혼합반죽은 양자를 적당한 비율로 배합하고, 130∼270℃로 가열하여 수지를 용융시킨 상태에서 믹싱롤, 익스트루더, 밴버리믹서 등을 이용하여 이루어진다.
본 발명의 수지 조성물을 이용함으로써, 작업현장에서의 CNT의 비산이 없어 안전성이 우수하며, 또한, 짧은 혼합반죽시간으로 기체수지에 원하는 양의 CNT를 함유시킬 수 있어 작업성이 우수하다.
청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 CNT 고배합 수지 조성물로서, 상기 CNT의 섬유직경이 1∼200㎚, 섬유길이가 1∼100㎛인 구성을 가지고 있다.
상기의 구성에 의해, 청구항 1에서 얻어지는 작용에 더하여, 다음과 같은 작용을 얻을 수 있다.
(1) CNT에 대한 수지에 의한 피복이 얼룩없이 균일하게 이루어지며, 그 결과, 입상화에 의해 부피밀도가 증대하여 비산성이 현저히 개선되고, 또한, 기체수지에 대한 분산성을 현저히 향상시킬 수 있다.
참고로, CNT의 섬유직경이 200㎚, 또는 섬유길이가 100㎛를 넘으면, 조립화는 가능하지만, CNT에 의한 도전성의 부여·기계적 물성의 향상이 이루어지지 않아, CNT 고배합 수지 조성물로 했을 경우에 기체수지에 혼합반죽 등에 의해 응용하더라도 성능을 향상시킬 수 없으므로 바람직하지 않다. CNT의 섬유직경이 1㎚이거나, 또는 섬유길이가 1㎛인 것은 높은 수율의 제조가 불가능하여 사용할 수 없다.
청구항 3에 기재된 발명은, CNT 고배합 수지 조성물의 제조방법으로서, (1)비수용성 용제에 열가소성 수지를 용해시켜 수지 바인더 용액을 조제하는 용해공정과, (2)상기 수지 바인더 용액중의 상기 열가소성 수지 100중량부에 대해 100∼1500중량부에 상당하는 CNT를 물에 첨가시키고, 균일하게 현탁하여 현탁액을 얻는 현탁공정과, (3)상기 용해공정에서 얻어진 상기 수지 바인더 용액을 상기 현탁공정에서 얻어진 상기 현탁액에 첨가하여 혼합액을 조제하는 혼합공정과, (4)상기 혼합액을 교반함으로써 CNT를 수상(水相)으로부터 수지상(樹脂相)으로 이행시키는 교반공정과, (5)이후 상기 혼합액으로부터 수상과 수지상을 분리제거하고, 수지상을 건조시킴으로써 CNT 고배합 수지 조성물을 얻는 분리·건조공정을 구비한 구성을 가지고 있다.
상기의 구성에 의해 다음과 같은 작용을 얻을 수 있다.
(1) 열가소성 수지를 용해시켜, CNT와 물의 균일현탁액에 첨가·교반함으로써, 충분히 풀어진 CNT가 플러싱 작용에 의해, 수상으로부터 수지상으로 이행하며, 이때 CNT가 충분히 풀어진 상태에서 수지 바인더에 의해 피복되면서 상기의 이행이 진행되어 가므로, CNT의 열가소성 수지에 의한 피복(코팅)이 얼룩없이 균일하게 얻어지기 쉽다.
(2) 교반공정에서는, 교반에 의해 수지상을 정립(整粒)하는 효과가 얻어지므로, CNT 고배합 수지 조성물이, CNT의 취급상 유리해지는 크기의 입상물로까지 조립화될 수 있어, 사용시의 비산성 개선·핸들링성, 작업성 등의 취급성 향상 및 기체수지 중으로의 성형시에 있어서의 분산성 향상을 도모할 수 있으며, 또한 이후의 분리·건조공정에서 물과 수지 조성물의 분리를 매우 간단히 행할 수 있으므로 생산성이 우수하다.
(3) CNT 주변을 수지로 피복(코팅)하여 조립화하므로, 분체 강도가 높고 비산되기 어려운 CNT가 고배합된 수지 조성물을 얻을 수 있다.
용해공정은, 열가소성 수지를 비수용성 용제에 용해시키는 공정이다. 여기서 사용하는 용매는 청구항 4에 기재된 바 대로, 비수용성 용제 이외에, 수용성 용제를 사용할 수도 있다.
본 발명에서 사용하는 열가소성 수지로서는, 폴리염화비닐, 폴리염화초산비닐, 폴리스티렌, 저분자량 폴리에틸렌(수 평균 분자량 1000∼7000) 등, 다양한 것이 사용된다.
용제는, 열가소성 수지를 용해할 수 있는 비수용성의 임의의 것을 다양하게 사용할 수 있다. 용해의 정도를 간이적으로 조사하는 방법으로서는, 어드벤텍사(社)에서 제조한 원형 여과지 #5C로 모든 액체를 여과할 수 있을 정도가 목표가 되며, 여과잔여물이 조금이라도 존재할 경우에는 용제를 변경할 필요가 있다.
비수용성 용제의 예로서는, 톨루엔, 크실렌, 헥산, 테트라히드로퓨란, 벤젠, 시클로헥산 등의 유기용제 등이 있다.
현탁공정에서는, 상기 열가소성 수지 100중량부에 대해, 100∼1500중량부, 바람직하게는 200∼1000중량부에 상당하는 CNT를 물에 배합하고, 균일하게 현탁한다. 현탁액 중의 CNT농도는, 0.1∼10중량％가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5∼5중량％이다. 0.5중량％ 이하이면 CNT의 기체수지에 대한 분산이 나빠질 뿐만 아니라, 기체수지에 대한 혼합반죽시, CNT의 배합율을 높이는 데 시간이 걸리므로 생산효율이 저하되는 경향이 있으며, 0.1질량％ 이하이면 그러한 경향이 현저하므로 바람직하지 않다. 5중량％ 이상이면 물-CNT 현탁액의 점도가 상승하여, CNT의 분산이 충분히 이루어지지 못하여 커다란 CNT 응집 덩어리가 생기기 쉬워져, 수지피복을 충분히 행할 수 없기 때문에 CNT 고배합 수지 조성물로서 성능이 나빠지는 경향이 있고, 10중량％ 이상이면 그러한 경향이 현저하므로 바람직하지 않다.
CNT의 물에 대한 분산의 정도는, 현탁액을 스포이드에 의해 유리판 상에 덜어내고, 주걱으로 고루 펴서, 미분산된 덩어리를 육안과 손가락으로 조사하여, 까칠까칠한 질감·감촉이 없어질 때까지 현탁시킨다. 이러한 처리에 의해 CNT는 응집 덩어리 상태로부터 충분히 풀어진 상태가 된다.
현탁방법은, 물 등의 분산매에, CNT를 기계적 교반에 의해 현탁하는 것이 바람직하다. 또한, 초음파 조사(照射)를 병용해도 좋다.
상기 현탁공정에 의해, CNT의 응집이 풀어져 수지피복이 얼룩 없이 균일하게 이루어지며, CNT가 고배합된 수지 조성물이 되더라도, 기체수지에 혼합반죽 등에 의해 분산될 때, CNT가 충분히 풀어진 상태로 분산된다.
혼합공정에서는, 수지용해용제를, 예컨대 60㏄/분 등의 균일한 첨가속도 조건하에서 혼합할 필요가 있으며, 불균일하게 혼합할 경우, CNT에 대한 열가소성 수지의 흡착이 불균일해져서, 최종성능에 악영향을 미친다.
또한, 적하(滴下)는 튜브 펌프, 다이어그램 펌프, 기어 펌프 등으로 행하고, CNT와 물의 현탁액의 온도가 50℃ 이하, 바람직하게는 25℃ 이하인 온도조건에서 행하는 것이 좋다.
적하상황에 관련하여, 액체방울(液滴)의 형상은 반드시 입상(粒狀)이 아니어도 좋다. 교반속도에 따라 가느다란 액체기둥형상으로 연속된 적하상황이여도 좋다.
이때, 첨가액의 온도에는 특별한 제한은 없고, 상온부근의 온도범위이면 된다.
교반공정에서는, 현탁용액의 온도에 따라서도 좌우되겠지만 30분 이내로 교반을 종료시키는 것이 바람직하다. 30분 이상 교반을 계속하면, 생성된 볼형상의 수지 조성물이 파쇄되어 슬러리형상으로 되는 경향이 있다.
CNT와 물의 균일현탁액의 교반 중에, 수지 바인더 용액을 액체방울형상 혹은 가느다란 액체기둥형상으로 첨가하면 수지상과 수상의 2상이 형성된다. CNT는 처음에는, 주로 수상으로 존재하지만, 교반을 더욱 계속하면, 수상의 CNT는 수지상으로 이행(플러싱작용)한다. 이때 용제가 존재하면, 교반하에서 CNT와 수지로 이루어진 입상 조성물을 볼형상으로 얻을 수 있으므로, 입상조성물의 취급이 용이해져 유리하다. CNT를 수지상으로 이행시킨 후, 혼합 시스템으로부터 물과 용제를 제거함으로써 CNT와 열가소성 수지로 이루어진 입상 조성물이 얻어진다.
분리·건조공정에서는, CNT 고배합 수지 조성물이 CNT의 취급상 유리해질 정도까지 큰 입자로 조립화 성장되어 있으므로, 분리작업은 체를 사용하여 간단히 행할 수 있다. 건조는 증기건조나 진공건조 등의 방법으로 행할 수 있다. 이때의 온도로서는, 증기건조기의 경우는 200℃ 이하 또는 진공건조의 경우는 150℃ 이하인 것이 바람직하다. 이보다 높을 경우에는, CNT를 피복(코팅)한 열가소성 수지가 열화(劣化)되어, 최종성능이 나빠진다. 상기의 건조온도는, 사용할 열가소성 수지에 따라 적절한 온도로 설정할 필요가 있다. 또한, 건조기에서 건조시키기 전에, 배트 등에 조립물을 펴서 드래프트 등으로 상온에서, 자연 건조시키면 이후의 공정이 용이해진다.
청구항 4에 기재된 발명은, CNT 고배합 수지 조성물의 제조방법으로서, (1)수용성 용제에 열가소성 수지를 용해시켜 수지 바인더 용액을 조제하는 용해공정과, (2)상기 수지 바인더 용액중의 상기 열가소성 수지 100중량부에 대해 100∼1500중량부에 상당하는 CNT를 물에 첨가시키고, 균일하게 현탁하여 현탁액을 얻는 현탁공정과, (3)상기 용해공정에서 얻어진 상기 수지 바인더 용액을 상기 현탁공정에서 얻어진 상기 현탁액에 첨가하여 혼합액(α)을 조제하는 혼합공정과, (4)상기 혼합공정에서 얻어진 상기 혼합액(α)에 비수용성 용제를 첨가하여 혼합액(β)을 조제하는 첨가공정과, (5)상기 첨가공정에서 얻어진 상기 혼합액(β)을 교반함으로써 CNT를 수상으로부터 수지상으로 이행시키는 교반공정과, (6)상기 교반공정에서 얻어진 상기 혼합액(β)으로부터 수상과 수지상을 분리제거하고, 수지상을 건조시킴으로써 CNT 고배합 수지 조성물을 얻는 분리·건조공정을 구비하는 구성을 가지고 있다.
상기의 구성에 의해, 이하와 같은 작용이 얻어진다.
(1) 열가소성 수지의 용제를 비수용성 용제에 한정하지 않고, 열가소성 수지의 용해에, 수용성 용제를 이용한 경우라도 CNT 고배합 수지 조성물의 제조를 가능하게 한다.
본 발명에서 사용되는 용제는, 열가소성 수지를 용해할 수 있는 수용성의 임의의 것을 다양하게 사용할 수 있다. 용해의 정도를 간이하게 조사하는 방법으로서는, 어드벤텍사에서 제조한 원형 여과지 #5C로 모든 액체를 여과할 수 있는 정도가 목표가 되며, 여과 잔여물이 조금이라도 존재할 경우에는 용제를 변경할 필요가 있다.
또한, 수용성 용제의 예로서는, 아세톤, 니트로메탄, 메틸에틸케톤, 에틸에테르, 피리딘 등의 유기용제가 있다.
여기서, 열가소성 수지를 수용성 용매에 용해시킬 경우에는, 청구항 3에 기재된 제조방법에 있어서의 혼합공정과 교반공정 사이에, 비수용성 용제를 첨가하는 첨가공정이 다음과 같이 삽입된다.
열가소성 수지를 용해하는 용제로서, 수용성 용제를 사용한 경우에는, 상기 용제를, CNT와 물의 현탁액의 온도가 50℃ 이하, 바람직하게는 25℃ 이하인 조건에서, 예컨대 60㏄/분 등의 일정한 속도조건하에서 CNT 현탁액 중에 첨가한 후, 추가로 비수용성 유기용제를 입상물이 형성될 때까지, 예컨대 60㏄/분 등의 일정한 속도조건하에서 첨가함으로써 CNT를 수상으로부터 수지상으로 이행시킨다. 적하는 튜브 펌프, 다이어그램 펌프, 기어 펌프 등에 의해 행한다.
적하상황에 관련하여, 액체방울의 형상은 반드시 입상(粒狀)이 아니어도 되며, 가느다란 액체기둥형상과 같이 연속적인 적하상황이여도 좋다.
이때, 첨가액의 온도에는 특별한 제한은 없으며, 증발·열분해·응고 등, 반응에 장해가 발생하지 않을 정도의 온도범위이면 된다.
비수용성 용제로서는, SP값(한센 용해도 파라미터)이 9.5 이하인 것을 이용하는 것이 바람직하다. 9.5를 초과하면, 물과의 친화성이 높아지므로, 수지상의 형성이 나빠진다.
청구항 5에 기재된 발명은, CNT 고배합 수지 조성물의 제조방법으로서, 청구항 3에 기재된 제조방법에 있어서, 상기 비수용성 용제의 첨가량을, 탄소나노튜브의 DBP 흡수량(JIS K 6221A법)의 0.8∼1.5배의 용량으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 구성을 가지고 있다.
상기의 구성에 의해, 청구항 3에서 얻어지는 작용 외에 이하와 같은 작용을 얻을 수 있다.
(1) 청구항 3에 기재된 CNT 고배합 수지 조성물의 제조방법에 있어서, 열가소성 수지에 의한 CNT에 대한 수지피복과 그 조성물의 조립화는, 첨가한 용제의 양에 좌우되며, CNT의 DBP 흡수량의 0.8배 용량보다 적으면 CNT 내부로의 용제침투가 약하여, 수지피복이 나빠진다. 1.5배 용량보다 많으면 에멀션화하여, 조립화가 곤란해져 버린다. 그러나, CNT의 DBP 흡수량의 0.8∼1.5배 용량 사이에서 첨가함으로써, CNT 주변을 매우 얇은 수지층으로 코팅하여, 조립화하는 것이 가능해짐을 알 수 있었다.
여기서, DBP 흡수량의 측정은, 카본블랙의 오일 흡수량으로서 정해져 있는, JIS k 6221A법으로 구하는 것이 바람직하다.
청구항 6에 기재된 발명은, CNT 고배합 수지 조성물의 제조방법으로서, 청구항 4에 기재된 제조방법에 있어서, 상기 수용성 용제와 상기 비수용성 용제의 첨가량의 합을, CNT의 DBP 흡수량(JIS K 6221A법)의 0.8∼1.5배의 용량으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 구성을 가지고 있다.
상기의 구성에 의해, 청구항 4에서 얻어지는 작용 외에 이하와 같은 작용을 얻을 수 있다.
(1) 열가소성 수지의 용해에 수용성 용제를 이용한 청구항 4에 기재된 CNT 고배합 수지 조성물의 제조방법에 있어서, 열가소성 수지에 의한 CNT에 대한 수지피복과 그 조성물의 조립화는, 첨가한 수용성 용제의 양과 비수용성 용제의 양의 합에 좌우되며, CNT의 DBP 흡수량의 0.8배 용량보다 적으면 CNT 내부로의 용제침투가 약하여, 수지피복이 나빠진다. 1.5배 용량보다 많으면 에멀션화하여, 조립화가 곤란해져 버린다. 그러나, CNT의 DBP 흡수량의 0.8∼1.5배 용량 사이에서 첨가함으로써, CNT 주변을 매우 얇은 수지층으로 코팅하여, 조립화하는 것이 가능해짐을 알 수 있었다.
청구항 7에 기재된 발명은, CNT 고배합 수지 조성물의 제조방법으로서, 청구항 3 내지 5 중 어느 한 항에 기재된 제조방법에 있어서, 상기 교반공정 이후에, 정립공정을 가지는 구성을 가지고 있다.
상기의 구성에 의해, 이하의 같은 작용이 얻어진다.
(1) 정립공정을 가짐으로써 조립물의 형상을 균일하게 맞추고, 이에 의해 생성된 CNT 고배합 수지 조성물의 사용시에 있어서의 비산성 개선·핸들링성, 작업성 등의 취급성 향상 및 분산성 향상을 도모할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 CNT 고배합 수지 조성물에 따르면, 다음과 같은 유리한 효과를 얻을 수 있다.
청구항 1에 기재된 발명에 따르면,
(1) 분체형상으로 존재하는 CNT를 단순히 입상화하여 안전성을 높일 뿐만 아니라, CNT입자의 주변을 매우 소량의 열가소성 수지로 코팅(마이크로캡슐화)한 조립물로 함으로써, CNT 자체의 비산정도가 극단적으로 낮아져, 취급성이 현저히 향상되는 결과, CNT 제조업자 및 이것을 사용하는 고객에게 있어서의, 취급현장에서의 작업환경이 대폭적으로 개선되고, 더욱이, 정량공급을 필요로 하는 다양한 공정에서 현저한 정량정밀도를 확보할 수 있는 CNT 고배합 수지 조성물을 제공할 수 있다.
(2) 폴리머 매트릭스와의 젖음성이 비약적으로 개선되므로, 매트릭스에 대한 젖음성이 좋아져 분산시간을 단축시킬 수 있고, 파단(破斷)을 억제할 수도 있는 동시에, 수지를 피복(코팅)하지 않은 조립물이나 비조립화물에 비해 안정적으로 높은 도전성이나 다른 물성을 얻을 수 있으며, 폴리머 매트릭스 중으로의 고배합이 가능해지는, 공업적 이용 가치가 매우 높은, CNT 고배합 수지 조성물을 제공할 수 있다.
청구항 2에 기재된 발명에 따르면,
(1) CNT의 수지피복이 저해될 일이 없으므로, CNT 내부까지 전체적으로 균일하게 수지피복하는 것이 가능해지고, 물성이 안정화되므로, 비산성·분산성·취급성·정량공급성이 우수한 CNT 고배합 수지 조성물을 제공할 수 있다.
청구항 3에 기재된 발명에 따르면,
(1) CNT의 열가소성 수지에 의한 코팅이, 얼룩없이 균일하게 얻어지기 쉬우므로, 물성이 안정화되고, 다른 바인더를 사용하지 않는 CNT 조립화물이나 분체물보다 비산성·분산성·취급성이 현저히 향상되는 동시에, 정량공급을 필요로 하는 다양한 공정에서 현저한 정량정밀도를 확보할 수 있는 CNT 고배합 수지 조성물을 제공할 수 있다.
(2) CNT가 충분히 풀어진 상태에서 수지에 의해 피복되며, 또한 높은 부피밀도로 조립화할 수 있고, 더욱이 CNT-CNT 간의 강한 응집이 없으므로, 종래의 CNT 수지 조성물에 비해 현저히 CNT를 고배합할 수 있고, 또한 기체수지에 대한 분산성이 우수한 CNT 고배합 수지 조성물을 제공할 수 있다.
(3) 현탁액 중의 CNT를 거의 잃어버리는 일 없이 높은 수율로 코팅하여 CNT 고배합 열가소성 수지 조성물을 생성하고, 또한 피복에 사용하는 수지가 종래의 CNT 수지 조성물에 비해 적어도 되므로, 생산성이 우수한 CNT 고배합 수지 조성물의 제조방법을 제공할 수 있다.
청구항 4의 발명에 따르면, 청구항 3의 효과에 더하여,
(1) 열가소성 수지의 용해에 수용성 용제도 사용이 가능하므로, CNT의 피복에 사용하는 수지나 제조비용 혹은 반응조건 등에 따라 비수용성 용제나 수용성 용제 중 적절한 용제를 선택할 수 있는, CNT 고배합 수지 조성물의 제조방법을 제공할 수 있다.
청구항 5의 발명에 따르면, 청구항 3의 효과에 더하여,
(1) 열가소성 수지를 용해하는 비수용성 용제량의 조건을 정함으로써, CNT 주변을 매우 얇은 수지층으로 피복(코팅)하여 CNT를 고배합시킨 수지 조성물을 생성하고, 또한 CNT의 취급상 유리해지는 크기의 입상물로까지 조립화한 CNT 고배합 수지 조성물을 제공할 수 있다.
청구항 6의 발명에 따르면, 청구항 4의 효과에 더하여,
(1) 열가소성 수지를 용해하는 수용성 용제량과, 첨가공정에서 첨가하는 비수용성 유기용제량의 합의 조건을 정함으로써, 열가소성 수지의 용해에 수용성 용제를 사용한 경우라도 CNT 주변을 매우 얇은 수지층으로 코팅하여 CNT를 고배합시킨 수지 조성물을 생성하고, 또한 CNT의 취급상 유리해지는 크기의 입상물로까지 조립화한 CNT 고배합 수지 조성물을 제공할 수 있다.
청구항 7의 발명에 따르면, 청구항 3 내지 5 중 어느 한 항의 효과에 더하여,
(1) 생성 도중의 CNT 고배합 수지 조성물을 과도한 교반으로 파쇄하는 일 없이, 정립작용에 의해 조립물의 상태가 균일하면서도, CNT의 취급상 유리해지는 크기의 입상물로까지 조립화한 CNT 고배합 수지 조성물을 제공할 수 있다.
이하에서는, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명하기로 한다. 참고로, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니다.
CNT로서, 촉매기상제조법에 의해 제조된 표 1에 나타낸 2종류를 준비하였다. 참고로, 다중벽 탄소나노튜브에 대해서는, 그 직경이나 길이가 제조법이나 후처리법에 따라 분포를 가질 수 있으나, 여기서는, 그 평균치를, 그 CNT의 직경과 길이로서 표기한다.
제 1 실시예
바인더용의 열가소성 수지로서, 분자량 3000, 융점 109℃의 저분자량 폴리에틸렌인 하이왁스 320P(미츠이카가쿠 제조)를 이용하였다. 비수용성 용제로서, 크실렌을 이용하였다. 기체수지로서 이용한 열가소성 수지를 표 2에 나타내었다.
우선, 80∼90℃로 가열한 크실렌(SP값 8.8)에 상기의 수지를 용해하고, 3중량％의 폴리에틸렌을 포함하는 수지 바인더 용액을 작성하였다. 이 액체는, 원형 여과지 #5C로 여과한 결과, 여과 잔여물이 전혀 없었다.
다음으로, 표 1에 나타낸 A의 CNT 50g과 순수한 물 4950g을 10L의 스테인리스제 원형 용기에 넣고 호모지나이저형 교반기를 이용하여 6000rpm으로 30분간 분산시켰다. 분산액을 스포이드로 몇 방울 유리판 상에 덜어내고 주걱으로 고루 펴서, 미분산 덩어리를 육안과 손가락으로 조사한 결과, 까칠까칠한 미분산 덩어리는 전혀 없었다.
이어서, 교반기의 날개를 패들날개로 변경하고, 1000rpm으로 교반하면서, 폴리에틸렌을 용해한 상기의 수지 바인더 용액 300g을 균일한 속도로 5분간 적하하였다. 모두 적하한 후, 교반기의 회전을 600rpm으로 낮추고 약 5분간 정립하여 0.8∼1.3㎜ 직경의 입상물을 얻었다. 얻어진 입상물을 60메시의 체로 물과 CNT를 분리한 후, 드래프트 내에서 상온으로 약 20시간 동안 자연 건조시킨 후, 진공건조기를 이용하여 90∼110℃로 가열하여 용매와 잔존하는 물이, 150℃ 및 1시간에 있어서의 가열감량으로서 0.5％ 이하가 될 때까지 건조시켜 CNT 고배합 수지 조성물을 얻었다. 이어서, 상기 수지 조성물을 표 2에 나타낸 합성수지(기체수지)에 배합하여 혼합반죽하였다.
CNT 고배합 수지 조성물과 기체수지의 혼합반죽에는, 직경 3인치인 전측 롤 및 후측 롤의 2개의 롤(롤 간극 1.5㎜)을 가지는 믹싱롤을 이용하였다. 우선, 믹싱롤의 전측 롤 및 후측 롤을 각각 15rpm 및 17rpm으로 회전시켰다. 그런 다음, 전측 롤에 폭 10cm로 50g의 기체수지를 감아붙이고, 양측 롤 사이에 본 발명의 CNT 고배합 수지 조성물을 소량씩 투입하면서, 양측 롤의 회전에 의해 130∼160℃(ABS수지는 160℃, PVC수지는 130℃)로 기체수지와 수지 조성물의 혼합반죽을 하였다. 소정량의 수지 조성물을 양측 롤 사이에 투입하는데 요하는 시간을 배합소요시간으로서 표 3에 나타내었다. 혼합반죽 후, 얻어진 혼합반죽물을, 150∼180℃, 15∼20t의 프레스기에 의해 가압하여, 각각 CNT함유 합성수지(전도성 수지)의 시험편(100×100×2㎜)을 작성하고, 체적고유저항을 측정하였다. 결과는, 표 4에 나타내었다.
CNT의 종류 직경(nm) 길이(㎛) 순도(%) 균일 현탁액 중의 CNT 함유량(wt%) DBP 흡수량(cc/100g)
A NC7000 Nanocyl 제조 9.5 1.5 90 1.0 544
B VGCF-S 쇼와덴코 제조 100 10 - 2.0 265
합성수지의 종류(기체 수지) 첨가물
C ABS수지 UT61 (미츠이카가쿠 제조) -
D PVC수지 P450 (V-Tech 제조) 디옥틸프탈레이트 30wt% 함유
실시예와 비교예
 수지 조성물의 제조조건 조립(입상)형성형태
CNT의 종류 수지명 용제의 종류 수지바인더 용액첨가량(g) 추가용제와 그 첨가량(g) 수지농도(%) CNT 분산용 물의 양(g) CNT양(g)
중량부(※)		 대DBP흡수량비 용제적하 후의 교반시간(분)
실시예1 A PE 크실렌 300 - 3 4950 50(556) 1.07 5 0.8~1.3mm의 입상
실시예2 B PE 크실렌 147 - 3 4950 50(1134) 1.08 5 0.9~1.2mm의 입상
실시예3 A PVC MEK 156 크실렌140 8 4950 50(401) 1.04 5 0.5~1.1mm의 입상
실시예4 A PE 크실렌 250 - 10 4950 50(200) 0.83 5 0.9~1.1mm의 입상
실시예5 A PE 크실렌 167 크실렌140 2 4950 50(1497) 1.11 5 0.7~1.1mm의 입상
비교예4 A PE 크실렌 400 - 2 4950 50(543) 1.66 5 현탁액이 되어 입상물이 얻어지지 않음
비교예5 A PE 크실렌 190 - 4.74 4950 50(555) 0.67 5 CNT가 물분산액으로부터 용제측으로 이행하지 않음
비교예6 A PE 크실렌 300 - 0.5 970 30(2000) 1.83 180 슬러리상태가 되어, 입상물이 얻어지지 않음
※부는 수지100중량부당의 CNT중량부
실시예와 비교예 기체수지 CNT배합농도(wt%) 물성
배합소요시간(분) 배합시의 비산율(wt%) 체적고유저항(Ω·㎝) 아이조트충격강도(㎏·㎝/㎝)
실시예1 C 5 5 0.1이하 4.8×102 17.2
실시예2 C 5 4 0.1이하 2.2×105 -
비교예1 C 5 15 9 5.1×103 5.8
비교예2 C 5 12 7 7.4×105 -
실시예3 D 5 3 0.1이하 3.1×101 -
비교예3 D 5 13 10.5 4.5×101 -
실시예4 C 5 4 0.1이하 3.9×102 -
실시예5 C 5 5.8 0.8 6.6×102 -
제 2 실시예
CNT로서 표 1에 나타낸 B를 이용한 것 이외에는 제 1 실시예와 완전히 동일하게 행하였는데(표 3 참조), CNT의 DBP 흡수량이 265㏄/100g으로 A보다 작기 때문에 크실렌의 첨가량은 147g으로 하였다.
제 3 실시예
폴리염화비닐 P454(V-Tech Corporation 제조)를 상온의 메틸에틸케톤(SP값 9.3, 100㏄의 물에 29g 가용)에 용해하여, 8중량％의 폴리염화비닐을 포함하는 메틸에틸케톤용액을 작성하였다. 이 용액은, 원형 여과지 #5C로 여과한 결과, 여과 잔여물은 전혀 없었다.
이후, 표 1에 나타낸 A의 CNT와 물의 분산액 작성방법 및 상기 분산액에 폴리염화비닐을 포함하는 메틸에틸케톤을 적하하여 입상물을 만들 때까지의 방법과 조건은 제 1 실시예와 동일하게 행하였다. 그러나, 메틸에틸케톤용액을 156g 적하하더라도 입상물은 얻어지지 않았으므로, 크실렌을 140g 추가 적하하여 입상물을 얻었다. 이 수지 조성물의 건조공정이나 표 2에 나타낸 합성수지(기체수지)에 배합하여 혼합반죽하는 공정, 성형공정 등도 제 1 실시예와 동일하다.
제 4 실시예
제 1 실시예의 수지 조성물 중의 CNT 배합량을 200중량부로 한 CNT 고배합 수지 조성물을 작성하였다. 상세한 조건은, 표 3에 나타낸 대로이다.
제 5 실시예
제 1 실시예의 수지 조성물 중의 CNT 배합량을 1500중량부로 한 CNT 고배합 수지 조성물을 작성하였다. 상세한 조건은, 표 3에 나타낸 대로이다.
(제 1 내지 제 3 비교예)
제 1∼3 실시예의 수지 조성물을 이용하지 않고, CNT 분말을 직접 기체수지에 배합하였을 경우의 결과이다.
(제 4 및 제 5 비교예)
제 1 실시예의 수지를 용해한 용제를 표 3에 나타낸 바와 같이, DBP 흡수량의 1.69배와 0.7배로 첨가하였다. 제 4 비교예는 진흙상태의 현탁액이 되어 입상이 되지 않았다. 또한, 제 5 비교예는 CNT가 물분산액으로부터 용제측으로 이행하지 않아 입상이 되지 않았다.
(제 6 비교예)
표 3에 나타낸 조건으로 실시하였다. 이때의, DBP 흡수량 당의 수지를 용해한 용제첨가량은, 1.84이며 용제 적하 후의 교반시간은 3시간으로 하였다. 결과적으로는, 제 4 비교예보다 진흙상태가 한층 더 진행되어 있어, 진흙상태라고 하기보다는 슬러리상태였다.
<제 1 시험예(체적고유저항의 측정)>
체적고유저항은, 시험편의 저항이 106Ω 이상인 경우는, 하이레스터 UP(HT-450)(미츠비시카가쿠 제조)를, 그리고 106Ω 이하인 경우는 로우레스터 GP(T610)(미츠비시카가쿠 제조)를 이용하여 25℃ 및 습도 60％의 분위기에서 측정하고, 이것으로부터 하기의 식에 따라 산출하였다.
체적고유저항(Ω·㎝)=시험편의 저항×RCF×t(㎝)
RCF : 저항율 보정계수
t ： 시험편의 두께(㎝)
얻어진 수지 시험편의 체적고유저항을 표 4에 나타내었다.
또한, 비교를 위해, 제 1∼3 비교예에 대해서도 동일한 방법으로 도전성을 측정하였다. 그 결과를 마찬가지로 표 4에 나타내었다.
<제 2 시험예(비산율의 측정)>
제 1∼5 실시예 및 제 1∼3 비교예에서 실시한 혼합반죽 작업시에 비산된 CNT의 비산율(D)을 아래의 식 1에 의해 구하였다. 결과를 표 4에 기재하였다.
[식 1]
D=((R+C)-K)/(R+C)×100
여기서, D는 비산량(％), R은 기체수지의 중량(g), C는 본 발명의 수지 조성물 또는 CNT의 배합 중량(g), K는 CNT 배합 후의 수지 전체의 중량(g)이다.
<제 3 시험예(아이조트 충격강도의 시험)>
제 1 실시예와 제 1 비교예에 대해서는, 충격강도 측정장치인 유니버셜 임팩트 테스터(토요세이키가부시키가이샤 제조)를 이용하여, JIS K6871에 따라, 아이조트 충격강도를 측정하였다. 결과는 표 4에 나타내었다.
시험결과를 나타낸 표 4를 참조하면, 제 1 실시예와 제 1 비교예에서는, 본 발명의 CNT 고배합 수지 조성물은 폴리머 매트릭스와의 젖음성·분산성이 현저히 높으므로, 수지 바인더를 이용하지 않은 CNT와 동일한 CNT 배합농도라도 도전성이 높고, 아이조트 충격강도도 우수하다.
또한, 제 1 실시예와 제 1 비교예, 제 2 실시예와 제 2 비교예, 제 3 실시예와 제 3 비교예의 비교를 통해, 본 발명의 CNT 고배합 수지 조성물은, 폴리머 매트릭스에 대한 젖음성이 우수하고, 비산성이 현저히 낮으며, 또한 취급성이 우수하므로, 수지 바인더를 이용하지 않은 CNT보다 배합소요시간이나 배합시의 비산율도 대폭적으로 감소되어 있음을 알 수 있었다.
CNT의 내부나 외표면을 열가소성 수지로 피복(코팅)함으로써, CNT의 핸들링성이 현저히 향상되고, 기체수지와의 밀착성이 현저히 향상되어 기계적 물성 등이 좋아지며, 또한 혼합반죽시의 CNT의 정량공급성이 현저히 향상되므로, 컴파운드의 로트 내의 품질 편차가 현저히 안정되고, 또한 비산성을 대폭적으로 감소시키므로 CNT의 로스가 사라지며, CNT를 이론상의 배합율까지 확실하게 배합할 수 있으므로 컴파운드의 물성이 향상되고, 또한 인체에 대한 안전성도 향상되는 동시에, 입상물의 기계적 강도가 크고 핸들링성·작업성 등의 취급성이 우수하며, CNT의 폴리머 매트릭스와의 젖음성이나 분산성 향상에 따른, 매트릭스로의 분산시간의 단축과, 폴리머 메트릭스에 배합했을 때 높은 도전성이나 기계물성 등의 물성이 우수한 CNT 고배합 수지 조성물의 제공과, 비산시키는 일 없이 CNT를 정량으로 폴리머 매트릭스 중에 공급할 수 있는 동시에, 폴리머 매트릭스와의 젖음성이나 분산성이 우수하며, 폴리머 매트릭스의 전기적·기계적 물성을 현저히 향상시키는 CNT 고배합 수지 조성물을 낮은 원가로 대량생산할 수 있는 CNT 고배합 수지 조성물의 제조방법을 제공한다.

Claims (7)

  1. 열가소성 수지 100중량부에 대해 100∼1500중량부의 탄소나노튜브를 배합하여, 상기 열가소성수지로서 폴리염화비닐, 폴리아세트산비닐, 폴리스티렌, 및 저분자량 폴리에틸렌(수 평균 분자량 1000∼7000)으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 열가소성 수지로 탄소나노튜브를 코팅하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 배합 수지 입상 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브의 섬유직경이 1∼200㎚, 섬유길이가 1∼100㎛인 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 배합 수지 입상 조성물.
  3. (1)비수용성 용제에 폴리염화비닐, 폴리아세트산비닐, 폴리스티렌, 및 저분자량 폴리에틸렌(수 평균 분자량 1000∼7000)으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 열가소성 수지를 용해시켜 수지 바인더 용액을 조제하는 용해공정과,
    (2)상기 수지 바인더 용액중의 상기 열가소성 수지 100중량부에 대해 100∼1500중량부의 탄소나노튜브를 물에 첨가시키고, 균일하게 현탁하여 현탁액을 얻는 현탁공정과,
    (3)상기 용해공정에서 얻어진 상기 수지 바인더 용액을 상기 현탁공정에서 얻어진 상기 현탁액에 첨가하여 혼합액을 조제하는 혼합공정과,
    (4)상기 혼합공정에서 얻어진 상기 혼합액을 교반함으로써 탄소나노튜브를 수상으로부터 수지상으로 이행시키는 교반공정과,
    (5)상기 교반공정에서 얻어진 상기 혼합액으로부터 수상과 수지상을 분리제거하고, 수지상을 건조시킴으로써 탄소나노튜브 배합 수지 입상 조성물을 얻는 분리·건조공정을 구비한 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 배합 수지 입상 조성물의 제조방법.
  4. (1)수용성 용제에 폴리염화비닐, 폴리아세트산비닐, 폴리스티렌, 및 저분자량 폴리에틸렌(수 평균 분자량 1000∼7000)으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택되는 열가소성 수지를 용해시켜 수지 바인더 용액을 조제하는 용해공정과,
    (2)상기 수지 바인더 용액중의 상기 열가소성 수지 100중량부에 대해 100∼1500중량부의 탄소나노튜브를 물에 첨가시키고, 균일하게 현탁하여 현탁액을 얻는 현탁공정과,
    (3)상기 용해공정에서 얻어진 상기 수지 바인더 용액을 상기 현탁공정에서 얻어진 상기 현탁액에 첨가하여 혼합액(α)을 조제하는 혼합공정과,
    (4)상기 혼합공정에서 얻어진 상기 혼합액(α)에 비수용성 용제를 첨가하여 혼합액(β)을 조제하는 첨가공정과,
    (5)상기 첨가공정에서 얻어진 상기 혼합액(β)을 교반함으로써 탄소나노튜브를 수상으로부터 수지상으로 이행시키는 교반공정과,
    (6)상기 교반공정에서 얻어진 상기 혼합액(β)으로부터 수상과 수지상을 분리 제거하고, 수지상을 건조시킴으로써 탄소나노튜브 배합 수지 입상 조성물을 얻는 분리·건조공정을 구비한 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 배합 수지 입상 조성물의 제조방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 비수용성 용제의 첨가량을, 탄소나노튜브의 DBP 흡수량(JIS K 6221A법)의 0.8∼1.5배의 용량으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 배합 수지 입상 조성물의 제조방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 수용성 용제와 상기 비수용성 용제의 첨가량의 합을, 탄소나노튜브의 DBP 흡수량(JIS K 6221A법)의 0.8∼1.5배의 용량으로 첨가하는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 배합 수지 입상 조성물의 제조방법.
  7. 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    교반공정 후, 정립(整粒)공정을 가지는 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 배합 수지 입상 조성물의 제조방법.
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