KR101463910B1 - 산화물코팅 나노카본 제조시스템 - Google Patents

산화물코팅 나노카본 제조시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101463910B1
KR101463910B1 KR1020130029849A KR20130029849A KR101463910B1 KR 101463910 B1 KR101463910 B1 KR 101463910B1 KR 1020130029849 A KR1020130029849 A KR 1020130029849A KR 20130029849 A KR20130029849 A KR 20130029849A KR 101463910 B1 KR101463910 B1 KR 101463910B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reservoir
reactor
controller
carbon
mixture
Prior art date
Application number
KR1020130029849A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140115133A (ko
Inventor
정승일
김주형
김재덕
Original Assignee
주식회사 동희홀딩스
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 주식회사 동희홀딩스 filed Critical 주식회사 동희홀딩스
Priority to KR1020130029849A priority Critical patent/KR101463910B1/ko
Publication of KR20140115133A publication Critical patent/KR20140115133A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101463910B1 publication Critical patent/KR101463910B1/ko

Links

Images

Classifications

    • 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
    • C01B32/168—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/10—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing sonic or ultrasonic vibrations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
    • B01J19/1812—Tubular reactors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00—Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
    • B82B1/008—Nanostructures not provided for in groups B82B1/001 - B82B1/007

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

에탄올과 나노카본이 혼합되어 혼합물이 생성되는 슬러리탱크; 혼합물이 주입되고 교반되어 나노카본이 분산되도록 하는 분산기; 벤질알콜과 물이 혼합 저장된 제1저장기; 에탄올이 저장된 제2저장기; 금속산화물 전구체가 저장된 제3저장기; 상기 분산기, 제1저장기, 제2저장기 및 제3저장기와 밸브를 통해 연결되고, 내부에 교반부가 구비되어 교반이 이루어지며, 온도조절부가 구비되어 내부를 일정온도로 유지할 수 있는 반응기; 상기 반응기의 결과물이 이송되어 코팅된 나노카본을 걸러내는 필터부, 필터부에 연결되어 폐수가 드레인되는 드레인부 및 드레인부의 진공을 유지하는 진공펌프로 구성된 여과기; 및 상기 밸브의 제어를 통해 반응기에 분산기의 혼합물을 주입하고 제1저장기의 벤질알콜과 물을 주입한 후, 제2저장기의 에탄올과 제3저장기의 금속산화물 전구체를 주입하는 제어기;를 포함하는 산화물코팅 나노카본 제조시스템이 소개된다.

Description

산화물코팅 나노카본 제조시스템 {SYSTEM FOR COATING NANO-CARBON WITH OXIDE}
본 발명은 나노카본을 금속산화물로 코팅함에 있어 자동화를 통해 대량 생산이 가능하도록 하는 산화물코팅 나노카본 제조시스템에 관한 것이다.
나노카본의 대표적인 예로써 탄소 나노튜브(carbon nanotubes) 및 탄소 나노섬유(carbon nanofibres)(이후에, CNT/CNF 약어로 표기함)는 약 수 나노미터의 직경과 10-1000의 애스펙트비(aspect ratio)를 갖는 소형 원통형 구조를 갖는다. CNT/CNF는 벌집모양과 같은 6각형 패턴을 가지며, 상기에서 각 탄소 원자는 3개의 이웃하는 탄소 원자와 결합한다. 또한, CNT/CNF는 이들 구조에 따라서 금속과 같은 전도체(conductor) 또는 반도체(semiconductor)로서 작용할 수 있고, 상기 CNT/CNF의 적용 분야는 광범위할 것으로 기대된다. CNT/CNF는 낮은 밀도, 높은 강도, 높은 인성(toughness), 높은 가요성(flexibility), 넓은 표면적과 우수한 전기전도성과 같은 흥미로운 특성을 추가로 가지고 있다.
이러한 나노카본의 높은 물성치로 인하여, 최근에는 차량용 소재로서 나노카본을 복합재로 투여하는 방안이 연구되고 있다.
그리고, 이는 경량화 및 고강도의 알루미늄복합재와 관련하여 알루미늄합금에 나노카본을 효과적으로 혼합할 수 있는 방안이 필요한 실정이다.
그러나 이러한 나노카본의 단점으로는 공기중에 600℃ 이상의 고온에서 산화되어 소실되고 금속 모재와의 젖음성이 낮은 문제점들이 있었고, 이로 인하여 고온의 알루미늄 용탕에 직접 주입하여 훼손되지 않은 원 상태로 복합재를 이룰 수 없는 문제가 있었던 것이다.
따라서, 이러한 나노카본을 고온의 복합재 제조 환경에서도 손상없이 유지하기 위해서 개발된 방안이 나노카본을 녹는점이 높고 안정적인 금속재 내지 금속산화물로 코팅 내지 도금하는 방안인 것이다.
그러나 이러한 방안을 구체적으로 실현하여 대량생산 즉, 양산화하기 위해서는 나노카본의 코팅을 자동화 처리하여 고속으로 생산할 수 있는 장비와 그에 따른 제어방법이 절실히 필요하였던 것이다.
종래의 KR10-2011-0069820 A "스트립 재료 상의 금속/ＣＮＴ 및/또는 풀러렌 조성물 코팅"은 "본 발명은 금속 스트립 또는 사전 절단된(pre-stamped) 금속 스트립 상의 금속/탄소 나노튜브(CNT) 및/또는 풀러렌 조성물 코팅에 관한 것이고, 이는 개선된 마찰계수 및/또는 우수한 접촉 전이 저항성 및/또는 우수한 마찰 부식 저항성 및/또는 우수한 마모 저항성 및/또는 우수한 변형능을 가진다. 본 발명은 또한 본 발명에 따라 코팅된 금속 스트립 제조 방법에 관한 것이다."를 제시한다.
그러나 이러한 종래의 기술은 단지 탄소 나노튜브를 스트립 등의 모재에 코팅하는 것에 관한 것이고, 또 다른 종래기술들 역시 나노카본을 모재상에서 직접 배양/성장시키는 방안들에 관한 것으로서, 나노카본 자체를 금속 등으로 코팅 처리하여 안정성을 부여하는 방법 및 이를 자동화하여 빠르게 대량생산할 수 있는 양산기술이 아직 제시된바 없었던 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2011-0069820 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 나노카본을 코팅함에 있어 이를 자동화처리함으로써 빠른 대량생산이 가능하게 되고 제품의 품질을 균일하게 함으로써 나노카본 복합재의 형성시 원하는 스펙의 물성치가 균일하게 확보될 수 있도록 하는 산화물코팅 나노카본 제조시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 산화물코팅 나노카본 제조시스템은, 에탄올과 나노카본이 혼합되어 혼합물이 생성되는 슬러리탱크; 혼합물이 주입되고 교반되어 나노카본이 분산되도록 하는 분산기; 벤질알콜과 물이 혼합 저장된 제1저장기; 에탄올이 저장된 제2저장기; 금속산화물 전구체가 저장된 제3저장기; 상기 분산기, 제1저장기, 제2저장기 및 제3저장기와 밸브를 통해 연결되고, 내부에 교반부가 구비되어 교반이 이루어지며, 온도조절부가 구비되어 내부를 일정온도로 유지할 수 있는 반응기; 상기 반응기의 결과물이 이송되어 코팅된 나노카본을 걸러내는 필터부, 필터부에 연결되어 폐수가 드레인되는 드레인부 및 드레인부의 진공을 유지하는 진공펌프로 구성된 여과기; 및 상기 밸브의 제어를 통해 반응기에 분산기의 혼합물을 주입하고 제1저장기의 벤질알콜과 물을 주입한 후, 제2저장기의 에탄올과 제3저장기의 금속산화물 전구체를 주입하는 제어기;를 포함할 수 있다.
상기 슬러리탱크와 분산기 사이에는 이송펌프 및 밸브가 구비되며, 제어기는 슬러리탱크의 혼합물 혼합 후 이송펌프를 구동하고 밸브를 개방하여 혼합물을 분산기로 이송할 수 있다.
상기 제어기는 반응기의 온도조절부를 제어함으로써 반응기의 내부온도를 0~10℃로 유지할 수 있다.
상기 나노카본은 CNT일 수 있다.
상기 반응기에는 초음파진동부가 마련되고, 제어기는 반응기에 분산된 혼합물이 주입된 경우 초음파진동부를 가동하고, 제2저장기의 에탄올과 제3저장기의 금속산화물 전구체가 주입되기 전에 초음파진동부의 가동을 정지시킬 수 있다.
상기 반응기의 교반부는 회전축과 임펠러로 구성되고, 제어기는 반응기에 분산된 혼합물이 주입된 경우 교반부를 가동할 수 있다.
상기 제3저장기는 유량센서를 통해 반응기와 연결되고, 상기 제어기는 유량센서의 계측을 통해 밸브를 제어함으로써 금속산화물 전구체가 일정한 속도의 정량으로 반응기에 주입되도록 할 수 있다.
상기 필터부는 저장챔버와 저장챔퍼 하단에 설치되며 코팅된 나노카본을 걸러내는 착탈식 메쉬부로 구성될 수 있다.
상기 제어기는 여과기에 반응기의 결과물이 주입되는 시점부터 진공펌프를 가동할 수 있다.
상기 여과기의 필터부에 연결된 증류수주입기;를 더 포함하고, 상기 제어기는 코팅된 나노카본의 여과가 종료된 후 증류수주입기로부터 필터부로 증류수를 주입하여 재여과할 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 산화물코팅 나노카본 제조시스템에 따르면, 나노카본의 코팅을 대량생산할 수 있어 양산화가 가능한 장점이 있다.
또한, 각 공정을 제어기로 제어함으로써 안정적인 환경에서 균질한 나노카본 코팅재를 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 코팅된 나노카본을 활용함으로써 경량화 고강도의 금속 복합재를 양산하는데 큰 도움이 된다.
더욱이, 반응에 필요한 물질을 원하는 속도에서 정량으로 투입되도록 자동제어됨으로써 코팅반응이 안정적이고 제품의 불량률이 현저히 줄어든다. 또한, 원 소재의 투입부터 건조 후 출하까지 일괄적으로 제어됨으로써 대량생산화가 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 구성도.
도 2는 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 슬러리탱크를 나타낸 도면.
도 3은 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 분산기를 나타낸 도면.
도 4는 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 반응기를 나타낸 도면.
도 5는 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 여과기를 나타낸 도면.
도 6은 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 건조기를 나타낸 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 산화물코팅 나노카본 제조시스템에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 슬러리탱크를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 분산기를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 반응기를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 여과기를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 건조기를 나타낸 도면이다.
우선, 도 1은 전체 시스템의 구성도로써, 본 발명의 산화물코팅 나노카본 제조시스템은, 에탄올과 나노카본이 혼합되어 혼합물이 생성되는 슬러리탱크(100); 혼합물이 주입되고 교반되어 나노카본이 분산되도록 하는 분산기(200); 벤질알콜과 물이 혼합 저장된 제1저장기(300); 에탄올이 저장된 제2저장기(520); 금속산화물 전구체가 저장된 제3저장기(540); 상기 분산기(200), 제1저장기(300), 제2저장기(520) 및 제3저장기(540)와 밸브(b,c,d,e)를 통해 연결되고, 내부에 교반부(440)가 구비되어 교반이 이루어지며, 온도조절부(420)가 구비되어 내부를 일정온도로 유지할 수 있는 반응기(400); 상기 반응기(400)의 결과물이 이송되어 코팅된 나노카본을 걸러내는 필터부(700), 필터부(700)에 연결되어 폐수가 드레인되는 드레인부(800) 및 드레인부(800)의 진공을 유지하는 진공펌프(900)로 구성된 여과기(600); 및 상기 밸브(b,c,d,e)의 제어를 통해 반응기(400)에 분산기(200)의 혼합물을 주입하고 제1저장기(300)의 벤질알콜과 물을 주입한 후, 제2저장기(520)의 에탄올과 제3저장기(540)의 금속산화물 전구체를 주입하는 제어기(1000);를 포함한다.
구체적으로, 본 발명의 산화물코팅 나노카본 제조시스템은 나노카본의 표면을 금속산화물로 코팅 내지 도금함으로써 나노카본이 고온의 복합재 용탕내에서도 훼손되지 않고 안정적으로 유지될 수 있도록 함에 목적이 있다.
그리고, 그 나노카본을 코팅함에 있어 코팅과정이 다소 복잡하고 반응속도의 조절이 필수적이며 온도 유지조건이 수반되는바, 대량생산화를 함으로써 안정적인 품질의 코팅물을 빠르게 수득함에 목적이 있는 것이다.
이를 위해, 먼저 나노카본은 에탄올과 혼합하고, 그 혼합물을 분산하여 나노카본과 용매가 고르게 섞이도록 한다. 에탄올을 혼합하는 이유는 물의 경우 금속산화물과 급격한 반응을 일으키기 쉽고, 물보다는 에탄올과 같은 유기용매에서 나노카본의 분산이 더욱 잘 일어나기 때문이다.
그리고 혼합물을 코팅액과 함께 정량 투입하고 교반하여 졸-겔 과정을 거치고, 걸러내어 코팅된 나노카본만을 얻도록 하는 것이다. 특히, 본 발명은 이러한 과정을 안정적으로 그리고 연속적으로 수행할 수 있도록 하는 것이다.
구체적으로, 도 2는 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 슬러리탱크를 나타낸 도면으로써, 먼저 에탄올과 나노카본이 혼합되어 혼합물이 생성되는 슬러리탱크(100)가 마련된다.
그리고 도 3은 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 분산기를 나타낸 도면으로써, 혼합물이 주입되고 교반되어 나노카본이 분산되도록 하는 분산기(200)가 마련된다.
슬러리탱크(100)에는 주입구(120)를 통하여 에탄올과 나노카본이 주입되고, 주입이 완료된 후에는 회전축(140)과 임펠러(142)를 통하여 교반함으로써 용매와 나노카본이 혼합된 혼합물을 생성한다. 그리고 생성된 혼합물은 배출구(160)를 통하여 분산기(200)로 이송되는 것이다.
용매로써는 에탄올이 사용될 수 있는데, 이는 나노카본이 서로 응집되지 않고 분산된 상태를 유지하며 코팅되도록 하기 위한 것으로써 물을 제외한 용매 중에서 나노카본에 비교적 안정적이고 저렴한 에탄올을 이용할 수 있다.
한편, 혼합물의 혼합이 종료된 후에는 제어기(1000)는 밸브(a)와 펌프(210)를 구동하여 혼합물을 분산기(200)로 이송한다.
즉, 상기 슬러리탱크(100)와 분산기(200) 사이에는 이송펌프(210) 및 밸브(a)가 구비되며, 제어기(1000)는 슬러리탱크(100)의 혼합물 혼합 후 이송펌프(210)를 구동하고 밸브(a)를 개방하여 혼합물을 분산기(200)로 이송하는 것이다.
분산기(200)에는 밀링을 위한 볼과 다수의 패널이 형성된 회전축을 통하여 주입된 혼합물에 일정 에너지를 가함으로써 나노카본이 손상없이 잘 분산되도록 할 수 있다. 그리고 그 분산된 나노카본은 회전축의 통공을 통하여 상승되어 배출되도록 하는 것이다. 이에 관하여는 종래 다양한 방법이 제시되었는바, 그 구체적인 서술은 생략하도록 한다. 한편, 분산된 혼합물은 반응기(400)로 이송된다.
도 4는 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 반응기 및 주변 구성을 나타낸 도면으로서, 벤질알콜과 물이 혼합 저장된 제1저장기(300), 에탄올이 저장된 제2저장기(520), 금속산화물 전구체가 저장된 제3저장기(540)가 각각 마련된다. 금속산화물 전구체로서는 산화티타늄(TiO2) 코팅막의 형성을 위해 티타늄부톡사이드(Ti(OCH2CH2CH2CH3)4)를 이용하였다.
그리고 상기 분산기(200), 제1저장기(300), 제2저장기(520) 및 제3저장기(540)와 밸브(b,c,d,e)를 통해 연결되고, 내부에 교반부(440)가 구비되어 교반이 이루어지며, 온도조절부(420)가 구비되어 내부를 일정온도로 유지할 수 있는 반응기(400)가 마련된다.
상기 나노카본 혼합물이 반응기(400)에 주입된 상태에서, 제어기(1000)는 밸브(b,c,d,e)의 제어를 통해 반응기(400)에 분산기(200)의 혼합물을 주입하고 제1저장기(300)의 벤질알콜과 물을 주입한 후, 제2저장기(520)의 에탄올과 제3저장기(540)의 금속산화물 전구체를 주입하도록 함으로써 순차적으로 반응이 일어나도록 한다.
구체적으로, 나노카본 혼합물이 반응기(400)에 주입된 상태에서 제어기(1000)는 반응기(400)의 온도조절부(420)를 제어함으로써 반응기(400)의 내부온도를 0~10℃로 유지하도록 한다. 바람직하게는 0℃에 근접하도록 하는데, 이는 추후 살필 졸-겔 과정에 있어 0℃가 최적의 온도이기 때문이다.
따라서, 혼합물이 주입된 상태에서부터 미리 반응기(400)의 온도를 워터재킷(422) 등을 통하여 수냉식으로 냉각시켜 추후 졸-겔 과정을 통한 코팅이 시간차이 없이 연속적으로 일어날 수 있도록 하는 것이다.
한편, 상기 반응기(400)의 교반부(440)는 회전축과 임펠러로 구성되고, 제어기(1000)는 반응기(400)에 분산된 혼합물이 주입된 경우 교반부(440)를 가동하도록 함으로써 나노카본의 분산이 지속될 수 있도록 한다.
그리고 반응기(400)에는 초음파진동부(460)가 마련되고, 제어기(1000)는 반응기(400)에 분산된 혼합물이 주입된 경우 초음파진동부(460)를 가동하고, 제2저장기(520)의 에탄올과 제3저장기(540)의 금속산화물 전구체가 주입되기 전에 초음파진동부(460)의 가동을 정지시키도록 한다.
즉, 반응기는 0℃의 상태에서 혼합물이 주입되며 지속적으로 내부를 0℃로 유지하며 교반을 수행하며 초음파진동부(460)를 통하여 가진을 일으킴으로써 확실한 분산의 상태를 유지토록 한다.
그 상태에서 제어기(1000)는 밸브(c)의 제어를 통해 제1저장기(300)로부터 벤질알콜과 소량의 물의 혼합물질을 반응기(400)에 투여함으로써 졸(sol) 상태를 생성한다. 그 상황에서도 교반 및 초음파 가진을 지속적으로 이루어질 수 있도록 하여 빠른 반응을 유도한다. 벤질알콜은 나노카본의 표면에 산화티타늄을 균질하게 코팅하기 위한 커플링제로서 작용하고, 소량의 물은 추후 티타늄 전구체와 가수분해 및 축합반응을 통하여 산화티타늄을 형성하기 위한 것으로 사용하였다.
한편, 그 후 제2저장기(520)의 에탄올과 제3저장기(540)의 금속산화물 전구체가 주입되기 전에 초음파진동부(460)의 가동을 정지시키도록 한다. 왜냐하면, 초음파 가진이 함께 일어나는 상태에서 반응물들이 투여될 경우 균질한 겔(gel) 상태를 확보할 수 없음이 관찰되었기 때문이다. 따라서, 제2저장기(520)의 에탄올과 제3저장기(540)의 금속산화물 전구체의 주입시에는 단지 천천히 교반만을 수행하면서 정량으로 일정속도로 주입하도록 해야한다. 에탄올과 금속산화물 전구체의 동시 주입은 금속산화물 전구체의 경우 공기중의 불순물이나 수분과 반응이 쉽게 일어나기 때문에 이를 보호하기 위하여 함께 투입하는 것이다.
이와 같은 에탄올과 금속산화물 전구체의 정량 투입 및 일정시간의 교반을 통해 겔 상태로의 변화가 일어나며 그에 따라 생성된 금속산화물들이 나노카본의 표면에 코팅되는 것이다.
상기 제3저장기(540)는 유량센서(e')를 통해 반응기(400)와 연결되고, 상기 제어기(1000)는 유량센서(e')의 계측을 통해 밸브(e)를 제어함으로써 금속산화물 전구체가 일정한 속도의 정량으로 반응기(400)에 주입되도록 할 수 있다. 즉, 제어기(1000)의 제어를 통하여 정량의 금속산화물 전구체를 투여함으로써 너무 급격한 반응으로 인한 불균질을 피하고 안정적으로 졸-겔 반응을 수행할 수 있는 것이다. 졸-겔 반응에 있어서는 용매의 종류나 온도조건 등도 중요하나, 일정속도로 정량을 투여하는 것 역시 반응의 성패를 가르는데 중요한 요소이기 때문이다.
또한, 이러한 방식의 코팅에 있어서는 나노카본은 CNT로 할 경우 더욱 효과적이다. 왜냐하면, CNT의 경우 CNF에 비해 직경이 작기 때문에 금속으로의 도금이 쉽지 않고 수득률이 떨어진다. 따라서, 이 경우는 직경이 작은 만큼 무전해도금 등의 방식보다는 졸-겔 방식에 의한 금속산화물 분자 코팅이 코팅률의 측면에서는 더욱 탁월한 것이다.
한편, 제어기(1000)는 각각의 구성 사이에서 물질을 이송하는데 필요한 각종 펌프류와 밸브들(a,b,c,d,e,f)을 자동제어하도록 함으로써 자동화와 대량 생산화가 가능하도록 한다.
도 5는 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 여과기를 나타낸 도면으로서, 상기 반응기(400)의 결과물이 이송되어 코팅된 나노카본을 걸러내는 필터부(700), 필터부(700)에 연결되어 폐수가 드레인되는 드레인부(800) 및 드레인부(800)의 진공을 유지하는 진공펌프(900)로 구성된 여과기(600)를 포함한다.
여과기(600)는 코팅액과 코팅된 나노카본의 혼합결과물에서 코팅된 나노카본을 분리하여 필터링하기 위한 것이다.
여과기(600)는 크게 필터부(700)와 드레인부(800)로 구성되고, 먼저 필터부(700)는 저장챔버(720)와 저장챔퍼(720) 하단에 설치되며 코팅된 나노카본을 걸러내는 착탈식 메쉬부(740)로 구성될 수 있다.
즉, 코팅된 결과물은 저장챔버(720)로 제어기(1000)의 제어에 따라 이송되고, 그와 동시에 드레인부(800)에 연결된 진공펌프(900)를 가동함으로서 코팅액이 자연스럽게 저장챔버(720)에서 드레인부(800)로 이송되도록 한다.
그 과정에서 나노카본은 메쉬부(740)에 의해 걸러짐으로써 최종적으로는 코팅된 나노카본만이 수득될 수 있도록 하는 것이다. 메쉬부(740)는 망으로 구성되고 착탈식으로 마련되어 수득된 나노카본이 회수되어 건조됨으로써 최종 제품으로 양산될 수 있도록 하는 것이다.
한편, 상기 제어기(1000)는 여과기(600)에 반응기(400)의 결과물이 주입되는 시점부터 진공펌프(900)를 가동하도록 함으로써 진공 압력에 의해 코팅액을 드레인부(800)로 빨아들이도록 한다.
그리고 상기 여과기(600)의 필터부(700)에 증류수주입기(720)를 연결하고, 제어기(1000)는 코팅된 나노카본의 여과가 종료된 후 증류수주입기(720)로부터 필터부(700)로 증류수를 주입하여 재여과하도록 함으로써 코팅액을 회수하고 환경오염을 방지하며 세척된 순수 나노카본만을 얻을 수 있도록 하는 것이다.
한편, 도 6은 도 1에 도시된 산화물코팅 나노카본 제조시스템의 건조기(T)를 나타낸 도면으로서, 건조챔버에 나노카본(C)이 쌓인 메쉬부(740)를 그대로 이송하고, 열풍기(H)를 이용하여 건조시킴으로써 최종적인 코팅된 순수 나노카본(C)을 얻을 수 있게 된다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 산화물코팅 나노카본 제조시스템에 따르면, 나노카본의 코팅을 대량생산할 수 있어 양산화가 가능한 장점이 있다.
또한, 각 공정을 제어기로 제어함으로써 안정적인 환경에서 균질한 나노카본 코팅재를 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 코팅된 나노카본을 활용함으로써 경량화 고강도의 금속 복합재를 양산하는데 큰 도움이 된다.
더욱이, 반응에 필요한 물질을 원하는 속도에서 정량으로 투입되도록 자동제어됨으로써 코팅반응이 안정적이고 제품의 불량률이 현저히 줄어든다. 또한, 원 소재의 투입부터 건조 후 출하까지 일괄적으로 제어됨으로써 대량생산화가 가능해진다.
특히, 코팅에 있어 졸-겔 공법을 이용함으로써 금속산화물을 나노카본의 표면에 코팅하여 복합재의 성분으로써 안정적으로 용탕에 주입될 수 있고, 더욱이 코팅에 필요한 온도 조건을 항상 유지하도록 함으로써 빠른 연속코팅이 가능한 장점이 있다.
그리고, 코팅된 나노카본을 필터링하고 이를 열풍건조하는 시스템 역시 일괄적으로 구성함으로써 나노카본 원재료의 투입부터 코팅된 완성품까지 한 번의 공정만으로 자동화 생산이 가능한 것이다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 슬러리탱크 200 : 분산기
300 : 제1저장기 400 : 반응기
520 : 제2저장기 540 : 제3저장기
600 : 여과기 700 : 필터부
800 : 드레인부 900 : 진공펌프
1000 : 제어기

Claims (10)

  1. 에탄올과 나노카본이 혼합되어 혼합물이 생성되는 슬러리탱크(100);
    혼합물이 주입되고 교반되어 나노카본이 분산되도록 하는 분산기(200);
    벤질알콜과 물이 혼합 저장된 제1저장기(300);
    에탄올이 저장된 제2저장기(520);
    금속산화물 전구체가 저장된 제3저장기(540);
    상기 분산기(200), 제1저장기(300), 제2저장기(520) 및 제3저장기(540)와 밸브(b,c,d,e)를 통해 연결되고, 내부에 교반부(440)가 구비되어 교반이 이루어지며, 온도조절부(420)가 구비되어 내부를 일정온도로 유지할 수 있는 반응기(400);
    상기 반응기(400)의 결과물이 이송되어 코팅된 나노카본을 걸러내는 필터부(700), 필터부(700)에 연결되어 폐수가 드레인되는 드레인부(800) 및 드레인부(800)의 진공을 유지하는 진공펌프(900)로 구성된 여과기(600); 및
    상기 밸브(b,c,d,e)의 제어를 통해 반응기(400)에 분산기(200)의 혼합물을 주입하고 제1저장기(300)의 벤질알콜과 물을 주입하여 졸(sol) 상태를 확보하고, 제2저장기(520)의 에탄올과 제3저장기(540)의 금속산화물 전구체를 주입하여 겔(gel) 상태를 확보하는 제어기(1000);를 포함하고,
    상기 제어기(1000)는 반응기(400)의 온도조절부(420)를 제어함으로써 반응기(400)의 내부온도를 0~10℃로 유지하고,
    상기 반응기(400)에는 초음파진동부(460)가 마련되고, 제어기(1000)는 반응기(400)에 분산된 혼합물이 주입된 경우 초음파진동부(460)를 가동하고, 제2저장기(520)의 에탄올과 제3저장기(540)의 금속산화물 전구체가 주입되기 전에 초음파진동부(460)의 가동을 정지시키는 것을 특징으로 하는 산화물코팅 나노카본 제조시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 슬러리탱크(100)와 분산기(200) 사이에는 이송펌프(210) 및 밸브(a)가 구비되며, 제어기(1000)는 슬러리탱크(100)의 혼합물 혼합 후 이송펌프(210)를 구동하고 밸브(a)를 개방하여 혼합물을 분산기(200)로 이송하는 것을 특징으로 하는 산화물코팅 나노카본 제조시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 나노카본은 CNT인 것을 특징으로 하는 산화물코팅 나노카본 제조시스템.
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 반응기(400)의 교반부(440)는 회전축과 임펠러로 구성되고, 제어기(1000)는 반응기(400)에 분산된 혼합물이 주입된 경우 교반부(440)를 가동하는 것을 특징으로 하는 산화물코팅 나노카본 제조시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3저장기(540)는 유량센서(e')를 통해 반응기(400)와 연결되고, 상기 제어기(1000)는 유량센서(e')의 계측을 통해 밸브(e)를 제어함으로써 금속산화물 전구체가 일정한 속도의 정량으로 반응기(400)에 주입되도록 하는 것을 특징으로 하는 산화물코팅 나노카본 제조시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 필터부(700)는 저장챔버(720)와 저장챔퍼(720) 하단에 설치되며 코팅된 나노카본을 걸러내는 착탈식 메쉬부(740)로 구성된 것을 특징으로 하는 산화물코팅 나노카본 제조시스템.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어기(1000)는 여과기(600)에 반응기(400)의 결과물이 주입되는 시점부터 진공펌프(900)를 가동하는 것을 특징으로 하는 산화물코팅 나노카본 제조시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 여과기(600)의 필터부(700)에 연결된 증류수주입기(720);를 더 포함하고, 상기 제어기(1000)는 코팅된 나노카본의 여과가 종료된 후 증류수주입기(720)로부터 필터부(700)로 증류수를 주입하여 재여과하는 것을 특징으로 하는 산화물코팅 나노카본 제조시스템.
KR1020130029849A 2013-03-20 2013-03-20 산화물코팅 나노카본 제조시스템 KR101463910B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130029849A KR101463910B1 (ko) 2013-03-20 2013-03-20 산화물코팅 나노카본 제조시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130029849A KR101463910B1 (ko) 2013-03-20 2013-03-20 산화물코팅 나노카본 제조시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140115133A KR20140115133A (ko) 2014-09-30
KR101463910B1 true KR101463910B1 (ko) 2014-11-26

Family

ID=51758558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130029849A KR101463910B1 (ko) 2013-03-20 2013-03-20 산화물코팅 나노카본 제조시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101463910B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101147227B1 (ko) * 2009-10-30 2012-05-18 한국전기연구원 금속산화물이 코팅된 탄소나노튜브를 이용한 전도성 코팅막의 제조방법 및 그 전도성 코팅막

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101147227B1 (ko) * 2009-10-30 2012-05-18 한국전기연구원 금속산화물이 코팅된 탄소나노튜브를 이용한 전도성 코팅막의 제조방법 및 그 전도성 코팅막

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140115133A (ko) 2014-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103102135B (zh) 静电纺微纳纤维增强的气凝胶柔性绝热材料及其制备方法
CN103833074B (zh) 一种制备二氧化钛纳米粒子的方法
CN106012104B (zh) 一种一步法合成一维核壳结构BaTiO3@Al2O3的制备方法
CN106277049A (zh) 一种透明纳米氧化锆液相分散体及其制备方法与应用
CN107986323B (zh) 一种CsPb2Br5无机钙钛矿纳米片的制备方法
CN104609465B (zh) 一种钛酸钡掺杂多壁碳纳米管制备核壳型高介电填料的方法
CN101993086A (zh) 一种单分散二氧化硅微球的制备方法
CN105833916A (zh) 一种聚多巴胺/二氧化钛双层复合薄膜及其制备方法
CN103483607B (zh) 一种二氧化钛/聚硅氧烷光催化复合膜的制备方法
CN102733000A (zh) 一种中空聚合物纳米纤维的制备方法
CN102515716A (zh) 一种NiO/γ-Al2O3复合陶瓷纳米纤维的制备方法
CN105347396A (zh) 二氧化锆球磨介质的制备方法
CN102674370A (zh) 一种制备二氧化硅纳米纤维的方法
KR101464345B1 (ko) 입자 제조장치 및 이를 이용한 입자 제조방법
CN102051710B (zh) 一种微细平直pzt压电纤维阵列的制备方法
CN101847459A (zh) 一种复合型碳纳米管导电薄膜及其制备方法和制备装置
KR20160102791A (ko) 쿠에트-테일러 반응기를 이용한 은입자와 탄소나노소재 복합체 제조방법
KR101463910B1 (ko) 산화물코팅 나노카본 제조시스템
Cho et al. Properties of PVA/HfO2 hybrid electrospun fibers and calcined inorganic HfO2 fibers
KR101495228B1 (ko) 나노카본 하이브리드 코팅시스템
CN107663717A (zh) 聚偏二氟乙烯纳米纤维膜及其制备方法
KR101260706B1 (ko) 셀룰로오스 마이크로 파이버 및 이의 제조방법
CN206881660U (zh) 一种石墨烯涂料双轴搅拌过滤装置
CN107012516A (zh) 一种可多材料自动实时混合电纺直写装置
CN105347792A (zh) 基于水基凝胶体系的二氧化锆球磨介质的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
LAPS Lapse due to unpaid annual fee