KR101554650B1 - Nanocomposite and Method of Preparing the Nanocomposite - Google Patents

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KR101554650B1 KR1020140024957A KR20140024957A KR101554650B1 KR 101554650 B1 KR101554650 B1 KR 101554650B1 KR 1020140024957 A KR1020140024957 A KR 1020140024957A KR 20140024957 A KR20140024957 A KR 20140024957A KR 101554650 B1 KR101554650 B1 KR 101554650B1
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동국실업 주식회사
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Abstract

본 발명은 나노 복합체 및 나노 복합체 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노클레이의 분산성을 향상시키며, 나노클레이와 PP 분말간 계면을 강화하는 나노 복합체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 나노 복합체는 고분자 합성수지 분말, 상기 고분자 합성수지 분말에 첨가되는 나노 클레이, 상기 고분자 합성수지 분말과 나노 클레이간 계면을 강화하기 위해 첨가되는 커플링제인 PP-g-MA(polypropylene_-grafted maleic anhydride)를 포함하며, 첨가되는 상기 나노 클레이는 분산된 상태에서 핵 성장을 위한 자리 역할을 수행하도록 양이온 계면 활성제에 의해 표면 처리되어 있으며, 첨가되는 상기 커플링제의 함량은 5중량%이며, 상기 고분자 합성수지 분말의 결정화도를 상대적으로 증가시키기 위해 상기 양이온 계면 활성제에 의해 표면 처리된 나노클레이의 함량은 3중량%임을 특징으로 한다.
The present invention relates to a nanocomposite and a nanocomposite, and more particularly, to a nanocomposite which improves the dispersibility of the nanoclay and strengthens the interface between the nanoclay and the PP powder, and a method of manufacturing the nanocomposite.
To this end, the nanocomposite of the present invention comprises a polymeric synthetic resin powder, a nanoclay added to the polymer synthetic resin powder, a polypropylene-grafted maleic acid copolymer (PP-g-MA) which is a coupling agent added to strengthen the interface between the polymeric synthetic resin powder and the nano- wherein the nanoclay is surface-treated with a cationic surfactant so as to serve as a site for nucleation in a dispersed state, the content of the coupling agent added is 5% by weight, and the polymer The content of the nanoclays surface-treated with the cationic surfactant is 3% by weight in order to relatively increase the crystallinity of the synthetic resin powder.

Description

나노 복합체 및 나노 복합체 제조 방법{Nanocomposite and Method of Preparing the Nanocomposite}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nanocomposite and a nanocomposite,

본 발명은 나노 복합체 및 나노 복합체 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노클레이의 분산성을 향상시키며, 나노클레이와 PP(폴리프로필렌) 분말 사이의 계면을 강화하는 나노 복합체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a nanocomposite and nanocomposite manufacturing method, and more particularly, to a nanocomposite which improves the dispersibility of nanoclay and strengthens the interface between the nanoclay and the PP (polypropylene) powder and a method of manufacturing the nanocomposite .

금속 재료는 내열 특성이나 기계적 물성이 매우 우수한 소재이므로, 현재 자동차, 항공기, 건설 등 다양한 분야에서 사용되고 있다.Since metal materials are excellent in heat resistance and mechanical properties, they are currently used in various fields such as automobiles, aircraft, and construction.

그러나, 금속 재료는 비중이 높기 때문에 무겁다는 단점을 갖고 있다. 반면에 고분자 재료는 비중이 낮기 때문에 같은 크기의 제품을 만들 경우 금속재료에 비해 몇 배나 가벼운 제품을 제조할 수 있다는 장점이 있다. 특히, 최근 고유가로 인해 자동차나 항공기 업계는 경비 절감을 위해 경량화 부품개발을 매우 적극적으로 진행하고 있는 상황이다.However, the metal material has a disadvantage that it is heavy because of its high specific gravity. On the other hand, polymeric materials have a low specific gravity, which is advantageous in that products of the same size can be made several times lighter than metal materials. In particular, due to recent high oil prices, the automobile and aircraft industries are actively developing lightweight parts to reduce costs.

한편, 현재까지 제품화 되어있는 고분자 재료로는 금속재료에 버금가는 성능을 구현하는 것은 매우 어렵다. 따라서 고분자 재료에 다른 재료를 복합화한 고분자 복합체를 이용하여 금속재료를 대체하기 위한 연구 개발이 꾸준히 진행되고 있다. 가장 많이 사용되는 고분자 복합체는 열경화성 고분자를 이용한 복합체이다. On the other hand, it is very difficult to realize a performance comparable to that of a metal material as a polymer material that has been commercialized so far. Therefore, research and development for replacing metal materials using a polymer composite in which different materials are mixed with a polymer material is being steadily under way. The most widely used polymer complexes are composites using thermosetting polymers.

열경화성 고분자 복합체는 유리 섬유 또는 탄소 섬유로 된 보강재를 에폭시 수지 등 열경화성 단량체에 함침시킨 후, 이를 일부 경화시켜 프리프레그를 제조한 다음, 이 프리프레그를 원하는 형태로 가공하고 열경화를 진행하여 구조를 고정시켜 제품을 제조하게 된다. 이 같은 열경화성 고분자 복합체의 장점은 한번 경화되면 다시 용융되지 않기 때문에 내열 특성 및 기계적 물성이 매우 뛰어나다는 것이다. 반면, 열경화성 고분자 복합체는 열경화 과정을 거치기 때문에 생산성이 떨어지고 재활용이 되지 않는다는 단점이 있다.The thermosetting polymer composite is prepared by impregnating a thermosetting monomer such as an epoxy resin with a reinforcing material made of glass fiber or carbon fiber and partially curing the prepreg to prepare a prepreg. The prepreg is processed into a desired shape, Thereby manufacturing a product. The advantage of such a thermosetting polymer composite is that it has excellent heat resistance and mechanical properties because it does not melt again once cured. On the other hand, since the thermosetting polymer composite undergoes a heat curing process, it has a disadvantage that productivity is low and it is not recycled.

또 다른 고분자 복합체의 형태는 열가소성 고분자 복합체이다. 열가소성 고분자 복합체는 용융 가공성이 뛰어나므로 다양한 형태의 제품 가공이 가능하며, 재활용도 가능하다는 장점이 있다.Another type of polymer complex is a thermoplastic polymer complex. The thermoplastic polymer composite is excellent in melt processability, and thus it is possible to process various types of products and it is also possible to recycle it.

열가소성 고분자 복합체는 사출이나 압출 가공이 가능한 열가소성 고분자에 유리 섬유 또는 탄소 섬유로 된 단섬유를 혼합하여 복합화한다. 열가소성 고분자 복합체는 이미 분자량이 높은 고분자를 이용하므로 용융 점도가 높다. 따라서, 단섬유를 복합화 할 경우 용융 점도가 더욱 증가하게 되어 더욱 가공성이 떨어지므로 단섬유의 함량을 높일 수 없어 기계적 물성 보강에 한계가 있으며, 복합화된 단섬유들들은 무질서하게 배향되어 있게 되므로 높은 강도를 요구하는 제품에는 사용할 수 없다는 단점이 있다.The thermoplastic polymer composite is formed by mixing short fibers made of glass fiber or carbon fiber with a thermoplastic polymer capable of injection or extrusion processing. The thermoplastic polymer complex has a high melt viscosity because it uses a polymer having a high molecular weight. Therefore, when the short fibers are combined, the melt viscosity is further increased, and the processability is lowered. Therefore, the content of the short fibers can not be increased, so that there is a limit to the mechanical properties and the shortened fibers are randomly oriented. It can not be used for a product which requires the use of the above-mentioned method.

한국공개특허 제2011-0009505호(발명의 명칭: 클레이 나노 미립자 및 매트상 보강재를 함유한 열가소성 고분자 복합체의 제조방법)는 탄소나노튜브를 매트릭스 고분자와 용융혼합하여 탄소나노튜브 혼합물을 제조하는 제 1 단계, 상기 탄소나노튜브 혼합물을 고전단 성형하여 탄소나노튜브 복합재를 제조하는 제 2 단계, 상기 탄소나노튜브 복합재와 나노클레이를 용융 혼합하여 나노클레이 혼합물을 제조하는 제 3 단계 및 상기 나노클레이 혼합물을 고전단 성형하여 탄소나노튜브-나노클레이 복합재를 제조하는 제 4 단계를 포함하는 고분자 나노복합재의 제조방법을 제안한다.Korean Patent Publication No. 2011-0009505 entitled Clay Nanoparticles and Method for Producing Thermoplastic Polymer Composite Containing Matte Stiffener is a method for producing a carbon nanotube mixture by melt-mixing a carbon nanotube with a matrix polymer, A second step of high-shear molding the carbon nanotube mixture to produce a carbon nanotube composite material, a third step of melt-mixing the carbon nanotube composite material and the nanoclay to produce a nanoclay mixture, And a fourth step of preparing a carbon nanotube-nano-clay composite by high shear molding to produce a polymer nanocomposite.

이와 같이 나노 복합체의 특성을 향상시키기 위해 고분자에 나노클레이를 포함한 다양한 첨가물을 첨가한 나노복합체가 개발되고 있다.
In order to improve the properties of the nanocomposite, nanocomposites having various additives including nanoclay are being developed.

본 발명이 해결하려는 과제는 고분자에 나노클레이를 첨가한 나노복합체를 제안함에 있다.A problem to be solved by the present invention is to propose a nanocomposite in which a nanoclay is added to a polymer.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 고분자 결정화도가 높은 나노복합체를 제안함에 있다.Another problem to be solved by the present invention is to propose a nanocomposite having a high degree of polymer crystallization.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 인장 물성이 상대적으로 양호한 나노복합체를 제안함에 있다.
Another object to be solved by the present invention is to propose a nanocomposite having relatively good tensile properties.

이를 위해 본 발명의 나노 복합체는 고분자 합성수지 분말, 상기 고분자 합성수지 분말에 첨가되는 나노 클레이, 상기 고분자 합성수지 분말과 나노 클레이간 계면을 강화하기 위해 첨가되는 커플링제인 PP-g-MA(polypropylene_-grafted maleic anhydride)를 포함하며, 첨가되는 상기 나노 클레이는 분산된 상태에서 핵 성장을 위한 자리 역할을 수행하도록 양이온 계면 활성제에 의해 표면 처리되어 있으며, 첨가되는 상기 커플링제의 함량은 5중량%이며, 상기 고분자 합성수지 분말의 결정화도를 상대적으로 증가시키기 위해 상기 양이온 계면 활성제에 의해 표면 처리된 나노클레이의 함량은 3중량%임을 특징으로 한다.
To this end, the nanocomposite of the present invention comprises a polymeric synthetic resin powder, a nanoclay added to the polymer synthetic resin powder, a polypropylene-grafted maleic acid copolymer (PP-g-MA) which is a coupling agent added to strengthen the interface between the polymeric synthetic resin powder and the nano- wherein the nanoclay is surface-treated with a cationic surfactant so as to serve as a site for nucleation in a dispersed state, the content of the coupling agent added is 5% by weight, and the polymer The content of the nanoclays surface-treated with the cationic surfactant is 3% by weight in order to relatively increase the crystallinity of the synthetic resin powder.

본 발명에 따른 나노 복합체 제조 방법에 의해 제조된 나노 복합체는 첨가되는 충전제인 CTAB-MMT의 함량을 3중량%로 제한함으로써 제조된 나노 복합체의 결정화도가 증가하고, 이에 따라 기계적 물성이 향상된다. 또한, 권취속도 역시 증가할수록 고분자 결정화도가 증가하고, 이에 따라 압출방향으로의 기계적 물성이 향상됨을 알 수 있다.
In the nanocomposite prepared by the method of the present invention, the content of CTAB-MMT as a filler to be added is limited to 3 wt%, so that the crystallinity of the nanocomposite is increased and thus mechanical properties are improved. In addition, as the winding speed is also increased, the degree of polymer crystallization is increased, and accordingly, the mechanical properties in the extrusion direction are improved.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 나노 클레이에 계면 활성제를 혼합하는 과정을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 나노 클레이에 커플링제를 첨가하는 과정을 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 PP에 커플링제 및 계면 활성제로 표면 처리된 나노 클레이를 혼합하는 과정을 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 압출된 나노 복합체 필름의 인장 물성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 압출된 나노 복합체 필름의 인장 물성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 각 나노 복합체 필름의 결정화도를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 DSC를 이용한 고분자 결정화도를 측정한 예를 도시하고 있다.
1 is a view illustrating a process of mixing a surfactant with a nanoclay according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 illustrates a process of adding a coupling agent to a nanoclay according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates a process of mixing a coupling agent and a surface-treated nano-clay with a surfactant in PP according to an embodiment of the present invention.
4 is a graph showing tensile properties of an extruded nanocomposite film according to an embodiment of the present invention.
5 is a view showing tensile properties of an extruded nanocomposite film according to another embodiment of the present invention.
FIG. 6 shows the degree of crystallization of each nanocomposite film according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 shows an example of measuring the degree of polymer crystallization using DSC according to an embodiment of the present invention.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The foregoing and further aspects of the present invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

본 발명에 따른 나노 복합체는 기능성을 담당하는 나노미터 크기의 조성물을 고분자 매트릭스에 분산시켜 고분자 수지가 지니고 있는 본래의 물리적 성질을 향상시키거나 기존에 가지지 못하였던 새로운 성질을 부여하기 위한 것으로서, 이러한 목적을 위한 당업계의 통상적인 복합체라면 어떠한 것이라도 본 발명의 나노 복합체에 해당된다.The nanocomposite according to the present invention is intended to improve the inherent physical properties of a polymer resin by dispersing a nanometer-sized composition responsible for functionality in a polymer matrix or to impart new properties that have not been previously available, Any conventional complex of the art for nanocomposites corresponds to the nanocomposite of the present invention.

특정 양태로서, 상기 나노미터 크기의 조성물은 나노미터 크기의 클레이(clay), 즉 나노 클레이를 포함한다.In a particular embodiment, the nanometer-sized composition comprises a nanometer-sized clay, i.e., a nanoclay.

여기서, 상기 나노 클레이는 나노미터 크기의 입자로 이루어진 클레이를 의미한다.Here, the nano-clay means a clay made of nanometer-sized particles.

다른 특정 양태로서, 상기 나노 복합체는 나노 복합체 조성물이 사출 또는 압출 성형된 제품, 예를 들면 필름, 벽판, 시트, 파이프 등의 다양한 용도로 사용되는 제품을 의미하며, 바람직하게는 파이프, 특정적으로 상/하수도 파이프 등의 관을 의미한다.In another specific embodiment, the nanocomposite refers to a product that is used for various purposes such as a product in which the nanocomposite composition is injection molded or extruded, for example, a film, a wall plate, a sheet, a pipe, etc. Preferably, It refers to pipes such as water / sewage pipes.

본 발명에 따른 클레이(clay), 특정적으로 나노미터 크기의 클레이, 즉 나노 클레이는 나노 복합체 조성물, 특정적으로 나노 복합체에 분산되어 나노 복합체의 물성을 향상시킨다.The clay according to the invention, specifically nanometer-sized clay, i.e. nanoclay, is dispersed in a nanocomposite composition, specifically a nanocomposite, to improve the physical properties of the nanocomposite.

여기서, 상기 나노 클레이를 구성하는 입자의 크기는 1 내지 수백nm 범위인 것이 바람직하다.Here, the size of the particles constituting the nanoclay is preferably in the range of 1 to several hundreds nm.

특정적으로, 상기 나노 클레이는 두께 1nm, 너비 수백nm 및 길이 수백nm의 판상구조가 수십 내지 수천 개가 적층되도록 구성되는 것이 좋다.Specifically, it is preferable that the nano-clay is configured such that several tens to several thousands of plate-like structures having a thickness of 1 nm, a width of several hundreds of nm and a length of several hundred nm are stacked.

특히, 상기 나노 클레이는 나노 복합체, 특정적으로 나노 복합체 조성물의 염화비닐수지 내에 균일하게 분포함으로써 인장강도, 충격강도, 굴곡탄성률 및 열 안정성 등을 향상시키는바, 이러한 목적을 위한 당업계의 통상적인 클레이라면 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 층상화합물, 특정적으로 천연 또는 합성 층상화합물, 보다 바람직하게는 층상 실리케이트를 사용하는 것이 좋고, 추천하기로는 몬트몰릴로나이트(montmorillonite), 벤토나이트(bentonite), 헥토라이트(hectorite), 불화헥토라이트(Fluorohectorite), 사포나이트(saponite), 베이델라이트(beidelite), 논트로나이트(nontronite), 스티븐사이트(stevensite), 버미큘라이트(vermiculite), 볼콘스코이트(volkonskoite), 소코나이트(sauconite), 마가다이트(magadite), 케냐라이트(kenyalite) 및 이들의 유도체 등의 스멕타이트(smectite)계 광물 또는 이들의 혼합물을 사용하는 것이 좋다.Particularly, the nanoclay is uniformly distributed in the nanocomposite, specifically, the vinyl chloride resin of the nanocomposite composition, thereby improving the tensile strength, the impact strength, the flexural modulus, and the thermal stability. For this purpose, The clay is not particularly limited, but it is preferable to use a layered compound, specifically a natural or synthetic layered compound, more preferably a layered silicate, and preferably montmorillonite, bentonite, But are not limited to, hectorite, fluorohectorite, saponite, beidelite, nontronite, stevensite, vermiculite, volkonskoite, Smect, such as sauconite, magadite, kenyalite and derivatives thereof, ite) or a mixture thereof.

한편, 상기 나노 클레이는 판상의 구조가 적층된 형태로 구성되므로 상기 적층된 클레이를 분리하여 고분자 수지 사이에 고르게 분산시키면, 종래의 고분자 수지의 물성과 다른 다양한 물성이 나타나지만, 통상적으로 상기 나노 클레이는 그 크기가 나노미터 단위이기 때문에 조성물 내에 분산시키는 것이 매우 곤란하다.On the other hand, since the nano-clay is formed in a laminated structure of the plate-like structure, when the laminated clay is separated and dispersed evenly among the polymer resin, various physical properties different from those of the conventional polymer resin are shown. It is very difficult to disperse in the composition because its size is in the nanometer scale.

또한, 상기 나노 클레이는 그 형태, 이온교환능력, 전하밀도 및 클레이, 특정적으로 실리케이트 층 사이로 침투하는 유기물과의 친화도 등을 고려하여 사용하여야 하며, 통상적으로 분자 사이에는 극성분자는 극성분자와, 그리고 비극성 분자는 비극성 분자와 친화력을 가지므로 클레이를 용이하게 분산시키기 곤란한 점이 있다.The nano-clay should be used in consideration of its shape, ion exchange capacity, charge density and clay, affinity with an organic material penetrating between silicate layers in particular, and the like. In general, polar molecules include polar molecules , And nonpolar molecules have affinity with nonpolar molecules, making it difficult to disperse the clay easily.

이에, 본 발명에 따른 나노 복합체 제조방법에 있어서, 상기 나노 클레이의 분산성을 향상시키기 위해 나노 복합체 조성물을 제조하기에 앞서, 계면활성제를 나노 클레이와 먼저 혼합시킨 후 이를 다른 나노 복합체 조성물과 혼합시킴으로써, 상기 나노 클레이가 나노 복합체 조성물 내로 용이하게 분산되도록 한다.Accordingly, in the nanocomposite manufacturing method according to the present invention, before the nanocomposite composition is prepared to improve the dispersibility of the nanoclay, the nanoclay is first mixed with the surfactant, and then mixed with the other nanocomposite composition , Allowing the nanoclay to be readily dispersed in the nanocomposite composition.

이때, 나노 클레이가 계면 활성제와 혼합하게 되면, 나노 클레이의 층 사이에 계면 활성제가 침투하여 팽윤됨으로써, 다른 나노 복합체 조성물과 혼합시 나노 복합체 조성물을 구성하는 다른 물질들과 나노 클레이가 서로 용이하게 분산될 수 있다.At this time, when the nanoclay is mixed with the surfactant, the surfactant penetrates and swells between the layers of the nanoclay, so that when the nanoclay is mixed with the other nanocomposite composition, the nanoclay is easily dispersed .

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 나노 클레이에 계면 활성제를 혼합하는 과정을 도시한 도면이다. 이하 도 1을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 나노 클레이에 계면 활성제를 혼합하는 과정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.1 is a view illustrating a process of mixing a surfactant with a nanoclay according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a process of mixing a surfactant with a nanoclay according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

도 1에 의하면, 나노 클레이를 초음파 분쇄기를 이용하여 분쇄한 후 양이온 계면 활성제(Cationic surfactants)와 혼합한다. 이 경우 초음파 분쇄기를 이용하여 3시간 정도 분쇄하며, 분쇄된 나노 클레이와 계면 활성제를 80℃에서 24시간 정도 혼합하는 과정을 수행한다.Referring to FIG. 1, the nanoclay is pulverized using an ultrasonic pulverizer and mixed with cationic surfactants. In this case, the mixture is pulverized for 3 hours using an ultrasonic pulverizer, and the pulverized nanoclay is mixed with the surfactant at 80 ° C for about 24 hours.

상술한 과정을 수행하면, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 계면 활성제가 층 구조를 갖는 나노 클레이의 층 사이에 침투하여, 나노 클레이에 부착된다.When the above-described process is carried out, as shown in Fig. 1, the surfactant penetrates between the layers of the nanoclay having the layered structure and is attached to the nanoclay.

계면 활성제의 일 예로는 CTAB(cetyl trimethylamouium bromide)가 포함된다.An example of a surfactant includes cetyl trimethylammonium bromide (CTAB).

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 나노 클레이에 커플링제를 첨가하는 과정을 도시하고 있다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 나노 클레이에 커플링제를 첨가하는 과정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.FIG. 2 illustrates a process of adding a coupling agent to a nanoclay according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the process of adding a coupling agent to a nanoclay according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

본 발명에 의하면, PP와 나노클레이간의 계면을 강화하게 위해 커플링제인 무수 말레인산(maleic anhydride: MA)이 그래프트(graft)된 PP-g-MA(PP(polypropylene_-grafted maleic anhydride)를 나노 클레이에 첨가한다.According to the present invention, a PP-g-MA (PP (polypropylene-grafted maleic anhydride) grafted with maleic anhydride (MA) as a coupling agent is added to a nanoclay .

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 PP에 커플링제 및 계면 활성제로 표면처리된 나노 클레이를 혼합하는 과정을 도시하고 있다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 PP에 커플링제와 계면 활성제로 표면 처리된 나노 클레이를 혼합하는 과정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.FIG. 3 illustrates a process of mixing a coupling agent and a surface-treated nano-clay with a surfactant in PP according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a process of mixing the coupling agent and the surface-treated nano-clay with a surfactant in PP according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

도 3에 의하면, PP에 커플링제와 계면 활성제로 표면처리된 나노 클레이를 혼합한 후 압출기를 이용하여 압출한다. 물론 상술한 바와 같이 나노 클레이는 계면 활성제에 의해 표면 처리되어 있다.According to Fig. 3, the coupling agent and the nanoclays surface-treated with a surface active agent are mixed with PP, and then extruded using an extruder. Of course, as described above, the nanoclay is surface-treated with a surfactant.

이하에서는 다양한 나노 복합체 샘플을 이용한 나노 복합체의 특성에 대해 알아보기로 한다. 물론 고분자 합성수지 모재(분말)에는 PP 분말 이외에 PE 분말도 포함될 수 있다.
Hereinafter, the characteristics of the nanocomposite using various nanocomposite samples will be described. Of course, polymeric synthetic resin base material (powder) may include PE powder as well as PP powder.

샘플순번Sample number 고분자 합성수지 모재Polymeric synthetic resin base material 나노충전제 종류Nano filler type 첨가제additive 충전제 함량(중량%)Filler content (% by weight) 압출기 스크류 속도(RPM)Extruder screw speed (RPM) 권취속도(%)Wrapping speed (%) (a)(a) PP분말PP powder 없음none 없음none 00 1212 10, 40, 9010, 40, 90 (b)(b) PP분말PP powder MMTMMT 없음none 33 1212 10, 40, 9010, 40, 90 (c)(c) PP분말PP powder CTAB-MMTCTAB-MMT 없음none 33 1212 10, 40, 9010, 40, 90 (d)(d) PP분말PP powder CTAB-MMTCTAB-MMT PP-g-MA
(5중량%)
PP-g-MA
(5% by weight)
1One 1212 10, 40, 9010, 40, 90
(e)(e) PP분말PP powder CTAB-MMTCTAB-MMT PP-g-MA
(5중량%)
PP-g-MA
(5% by weight)
55 1212 10, 40, 9010, 40, 90
(f)(f) PP분말PP powder CTAB-MMTCTAB-MMT PP-g-MA
(5중량%)
PP-g-MA
(5% by weight)
33 1212 10,40, 9010, 40, 90

권취속도: 10%(21rpm), 40%(37rpm), 90%(61rpm)
Winding speed: 21 rpm, 40 rpm, 90 rpm, 61 rpm

도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 압출된 나노 복합체 필름의 인장 물성을 도시한 도면이다. 특히 도 4는 나노 복합체 필름의 인장 탄성률과 인장 강도를 도시하고 있다.4 is a graph showing tensile properties of an extruded nanocomposite film according to an embodiment of the present invention. In particular, Figure 4 shows the tensile modulus and tensile strength of the nanocomposite film.

도 4에 의하면, 샘플 순번 (f)가 상대적으로 인장탄성률과 인장강도가 높음을 알 수 있다.4, it can be seen that the sample sequence number f is relatively high in tensile modulus and tensile strength.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 압출된 나노 복합체 필름의 인장 물성을 도시한 도면이다. 특히 도 5는 나노 복합체 필름의 연신률과 응력-변형률을 도시하고 있다.5 is a view showing tensile properties of an extruded nanocomposite film according to another embodiment of the present invention. In particular, Figure 5 shows the elongation and stress-strain of the nanocomposite film.

도 5에 의하면, 샘플 순번 (f)가 상대적으로 연신률과 응력-변형률이 양호한 것으로 나타난다.According to Fig. 5, the sample sequence number (f) shows a relatively good elongation and stress-strain.

도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 각 나노 복합체 필름의 결정화도를 도시하고 있다. 이하 도 6을 이용하여 각 나노 복합체 필름의 결정화도에 대해 알아보기로 한다.FIG. 6 shows the degree of crystallization of each nanocomposite film according to an embodiment of the present invention. The crystallization degree of each nanocomposite film will be described below with reference to FIG.

특히 본 발명은 시차주사 열량법(Differential Scanning Calorimetry; DSC)을 이용한 열분석도(thermogram) 측정을 통해서 나노 복합체의 고분자 결정화도를 측정한다. PP분말에 나노 클레이가 첨가되면 각 입자가 핵 성장을 위한 자리(nucleation site) 역할을 하며, 이로 인해 고분자의 결정화도가 증가하고 이에 따라 기계적 물성이 향상된다.In particular, the present invention measures the degree of crystallization of a polymer in a nanocomposite by measuring a thermogram using Differential Scanning Calorimetry (DSC). When nano-clay is added to PP powder, each particle serves as a nucleation site for nucleation, which increases the crystallinity of the polymer and thus improves the mechanical properties.

Take up speedTake up speed % Crystallinity% Crystallinity PP film PP film PP containingPb containing
CTAB-MMT(1%)/PP-g-MACTAB-MMT (1%) / PP-g-MA
PP containingPb containing
CTAB-MMT(5%)/PP-g-MACTAB-MMT (5%) / PP-g-MA
PP containingPb containing
CTAB-MMT(3%)/PP-g-MACTAB-MMT (3%) / PP-g-MA
10% Take up speed10% Take up speed 20.1220.12 20.9620.96 21.8721.87 22.1922.19 40% Take up speed40% Take up speed 22.2522.25 23.1323.13 23.9823.98 24.5624.56 90% Take up speed90% Take up speed 24.8224.82 25.5325.53 26.1626.16 27.3427.34

그러나 나노 클레이의 함량이 높아지면, 나노클레이의 응집이 보강효과를 지배하므로, 나노클레이의 보강효과를 위한 최적의 함량은 3중량%임을 알 수 있다.However, when the content of the nano clay is increased, the aggregation of the nano clay dominates the reinforcing effect, so that the optimum content for the reinforcing effect of the nano clay is 3 wt%.

또한, 권취 속도가 증가할수록 고분자 결정화도가 증가하고, 이에 따라 압출방향 기계적 물성이 증가함을 알 수 있다. 이에 대해서는 도 6에 의해 알 수 있다.It is also seen that as the winding speed increases, the degree of polymer crystallization increases and thus the mechanical properties in the direction of extrusion are increased. This can be seen from FIG.

도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 DSC를 이용한 고분자 결정화도를 측정한 예를 도시하고 있다.FIG. 7 shows an example of measuring the degree of polymer crystallization using DSC according to an embodiment of the present invention.

도 7에 의하면, 나노 클레이 첨가 시 순수 PP분말 대비 녹는점(melting temperature)이 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, 권취 속도가 증가할수록 녹는점이 증가하는 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, it can be seen that the melting temperature of the pure PP powder increases when the nanoclay is added. Also, it can be seen that the melting point increases as the winding speed increases.

본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention .

Claims (5)

고분자 합성수지 분말;
상기 고분자 합성수지 분말에 첨가되는 나노 클레이;
상기 고분자 합성수지 분말과 나노 클레이간 계면을 강화하기 위해 첨가되는 커플링제인 PP-g-MA(polypropylene_-grafted maleic anhydride)를 포함하며,
첨가되는 상기 나노 클레이는 분산된 상태에서 핵 성장을 위한 자리 역할을 수행하도록 양이온 계면 활성제에 의해 표면 처리되어 있으며,
첨가되는 상기 커플링제의 함량은 5중량%이며,
상기 고분자 합성수지 분말의 결정화도를 상대적으로 증가시키기 위해 상기 양이온 계면 활성제에 의해 표면 처리된 나노클레이의 함량은 3중량%임을 특징으로 하는 나노 복합체.
Polymeric synthetic resin powder;
A nanoclay added to the polymer synthetic resin powder;
And polypropylene-grafted maleic anhydride (PP-g-MA), which is a coupling agent added to strengthen the interface between the polymer synthetic resin powder and the nanoclay,
The nanoclays to be added are surface-treated with a cationic surfactant so as to serve as a site for nucleation in a dispersed state,
The content of the coupling agent added is 5% by weight,
Wherein the content of the nanoclays surface-treated with the cationic surfactant is 3 wt% to relatively increase the crystallinity of the polymer synthetic resin powder.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 나노 클레이는 몬모릴로나이트(montmorillonite), 헥토라이트(hectorite), 사포나이트(saponite), 사우코나이트(sauconite), 버미쿨라이트(vermiculite), 마가디이트(magadiite), 케냐이트(kenyaite), 카올리나이트(kaolinite) 및 투링자이트(thuringite) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물임을 특징으로 하는 나노 복합체.
The method according to claim 1,
The nano-clay may be selected from the group consisting of montmorillonite, hectorite, saponite, sauconite, vermiculite, magadiite, kenyaite, kaolinite, kaolinite and thuringite. 2. The nanocomposite according to claim 1, wherein the nanocomposite is a mixture of one or more selected from kaolinite and kaolinite.
제 3항에 있어서,
상기 나노 복합체의 녹는점(melting temperature)은 167℃ 내지 173℃임을 특징으로 하는 나노 복합체.
The method of claim 3,
Wherein the nanocomposite has a melting temperature of 167 캜 to 173 캜.
고분자 합성수지 분말을 초음파 분쇄기를 이용하야 분쇄하는 단계;
분쇄된 고분자 합성수지 분말에 나노 클레이 및 상기 고분자 합성수지 분말과 나노 클레이간 계면을 강화하기 위해 커플링제를 첨가하여 청구항 제1항의 나노 복합체를 생성하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 나노 복합체 제조 방법.

Pulverizing the polymeric synthetic resin powder using an ultrasonic mill;
A method for producing a nanocomposite according to claim 1, wherein the nanoclay is formed by adding a coupling agent to the polymeric synthetic resin powder to strengthen the interface between the nanoclay and the polymeric synthetic resin powder and the nanoclay.

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